Cum contribuie comunicarea între celule la menținerea homeostaziei - 2022 - Știri
Comunicarea celulară joacă un rol esențial în menținerea unui mediu intern stabil, într-un proces cunoscut sub denumirea de homeostază, răspunzând atât la indicii interni cât și externi. Funcționarea celulelor dintr-un anumit țesut se bazează pe semnalizarea celulelor pentru a răspunde mediului lor. Comunicarea celulară este schimbul de informații între celule dintr-un țesut. Semnalizarea celulară este metoda principală de comunicare celulară care permite coordonarea între un grup de celule din țesut. Comunicarea intercelulară are loc prin spațiul extracelular cu ajutorul hormonilor, neurotransmițătorilor sau citokinelor. Cele trei etape ale comunicării celulare sunt recepția, transducția și răspunsul.
Domenii cheie acoperite
1. Ce este comunicarea celulară
- Definiție, caracteristici, proces
2. Ce este Homeostazia
- Definiție, caracteristică, proces
3. Cum ajută comunicarea între celule pentru menținerea homeostaziei
- Rolul comunicării celulare în menținerea homeostaziei
Termeni cheie: Comunicare celulară, Semnalizare chimică, Homeostază, Bucle de feedback negative, Bucle de feedback pozitiv
Ce este comunicarea celulară
Comunicarea celulară se referă la oricare dintre mai multe moduri în care celulele vii ale unui organism comunică între ele. Apare mai ales prin intermediul unor semnale / mesageri chimici printr-un proces cunoscut sub numele de semnalizare celulară. Aceste semnale chimice sunt în principal proteine produse de o celulă și secretate în spațiul extracelular. Aceste semnale chimice pot fi hormoni, neurotransmițători sau citokine. Recepția, transducția și răspunsul sunt cele trei etape ale comunicării celulare.
Recepţie
Moleculele de semnalizare servesc ca liganzi care se leagă în mod specific la moleculele cunoscute ca receptori de pe suprafața celulelor dintr-un țesut. Acești receptori își schimbă conformația după legarea la ligand, transmitând semnalul în spațiul intracelular. Cele trei tipuri majore de receptori de pe membrana celulară sunt receptorii canalului ionic, receptorii tirozin kinazei și receptorii cuplați de proteine G.
Transducerea
Modificarea conformației receptorului transmembran inițiază o cale de transductie a semnalului specific, care este compusă din mai multe etape. Moleculele implicate în calea de transductie a semnalului sunt cunoscute sub numele de molecule de releu. Mai multe etape în transducție permit reglarea căii.
Raspuns
La sfârșitul căii de transducție a semnalului, un răspuns celular specific, cum ar fi replicarea ADN-ului, expresia genelor, acțiunea enzimei, etc. O cale de semnalizare a celulelor este prezentată în figura 1 .
Figura 1: Semnalizare celulară
Comunicarea celulară este implicată în dezvoltarea, repararea țesuturilor, imunitatea, precum și homeostazia.
Ce este Homeostasis
Homeostazia se referă la orice proces de autoreglare prin care sistemele biologice mențin stabilitatea în timp ce se adaptează condițiilor pentru supraviețuirea optimă. Homeostazia este menținută de bucle de feedback negative și pozitive.
Bucle de feedback negative
Bucla de feedback negativ este o reacție care determină o scădere a funcției, ca răspuns la un fel de stimul. Menținerea nivelului de zahăr din sânge, tensiunea arterială, pH-ul sângelui, echilibrul oxigenului / dioxidului de carbon, echilibrul apei (osmoregulare), echilibrul acid / bazic, nivelurile de calciu și echilibrul energetic sunt exemple de bucle de feedback negative.
Figura 2: Reglarea nivelurilor de calciu
Bucle de feedback pozitiv
Buclele de feedback pozitive sunt implicate în amplificarea stimulului. În timpul nașterii, contracțiile uterine sunt stimulate de oxitocină. Eliberarea mai multor oxitocină produce contracții mai puternice.
Cum ajută comunicarea între celule să mențină homeostazia
Homeostazia este menținerea unui mediu constant, intern în interiorul corpului. Comunicarea celulară joacă un rol vital în homeostază. Semnalele chimice precum hormoni, neurotransmițători sau citokine servesc ca molecule care ajută la trimiterea de semnale către organele interne sau țesuturile corpului. Comunicarea intercelulară între celulele unui țesut ajută țesutul să funcționeze ca unitate. Prin urmare, țesuturile sau organele corpului își pot modifica funcționarea pe baza semnalelor primitoare, menținând niveluri sau condiții definite ale unui anumit organism.
Concluzie
Comunicarea celulară este mecanismul de transmitere a semnalelor printre celulele unui anumit țesut. Acesta ajută la menținerea unui mediu intern constant al organismului prin trimiterea de semnale către toate celulele organelor și țesuturilor. Apoi, organele și țesuturile pot funcționa împreună pentru a atinge o anumită funcție în interiorul corpului.
Referinţă:
1. „Introducere în semnalizarea celulară”. Academia Khan, disponibilă aici.
2. „Homeostasis”. Khan Academy, disponibil aici.
Imagine amabilitate:
1. „EGFR pathway signalization” De EGFR_signaling_pathway.png: Lucrare eikuchderivativă: Anassagora (discuție) - EGFR_signaling_pathway.png (Domeniu public) prin Commons Wikimedia
2. „625 Homeostasis Calcium” de Anatomie și Fiziologie, site-ul Web Connexions, 19 iunie 2013. - Colegiul OpenStax (CC BY 3.0) prin Commons Wikimedia
Semnalizare celulară
Celule de semnalizare este un sistem complex de comunicare care guvernează procesele de bază ale celulelor și coordonează activitatea acestora. Capacitatea celulelor de a percepe și de a răspunde corect la micro-mediu este baza dezvoltării lor și a organismelor multicelulare , a vindecării rănilor și a sistemului imunitar , precum și a homeostaziei normale a țesuturilor. Defecțiunile procesării informațiilor celulare pot fi responsabile de boli precum cancerul , bolile autoimune și diabetul . Distanța lungă alosterică este adesea un aspect important al acestor procese.
Abordarea tradițională a biologiei a subliniat studiul aspectelor specifice diferitelor căi de semnalizare celulară, în timp ce cercetarea în biologia sistemelor își propune să înțeleagă mai bine structura care stă la baza rețelelor de semnalizare celulară și impactul modificărilor acestor rețele asupra transmiterii și procesării informațiilor. Aceste rețele constituie, de fapt, sisteme complexe care prezintă proprietăți emergente, cum ar fi bistabilitatea și ultrasensibilitatea.
Organisme unicelulare și multicelulare
Semnalizarea celulară a fost abordată în principal în contextul bolilor umane și al semnalizării între celulele aceluiași organism. Cu toate acestea, poate apărea între celulele a două organisme distincte. La majoritatea mamiferelor , embrionul comunică cu celulele din uter . În sistemul digestiv uman , bacteriile schimbă semnale între ele și cu celulele epiteliale și sistemul imunitar . In timpul cuplării de Saccharomyces cerevisiae , anumite celule trimite în jurul lor o peptidă semnal prin intermediul imperechere feromoni ; acești factori peptidici se atașează receptorilor de pe suprafața altor celule de drojdie și îi pregătesc pentru împerechere.
Tipuri de semnale
Celulele comunică între ele prin contact direct ( semnalizare juxtacrină ), pe distanțe scurte ( semnalizare paracrină ) și pe distanțe mari sau pe scară largă ( sistem endocrin ).
Unele comunicații intercelulare necesită contact direct între celule. În unele cazuri, se pot forma joncțiuni care conectează citoplasma celulelor adiacente. Astfel de joncțiuni permit, de exemplu, propagarea potențialului de acțiune inițiat de depolarizarea celulelor nodului sinusal către întregul miocard pentru a provoca contracția coordonată a inimii .
Calea de semnalizare Notch este un exemplu de semnalizare a juxtacrinei , cunoscută și sub numele de semnalizare de contact , în care două celule adiacente trebuie să facă contact fizic pentru a comunica. Acest lucru permite un control foarte precis al diferențierii celulare în timpul dezvoltării embrionare. În nematodul Caenorhabditis elegans , două celule gonade în curs de dezvoltare au șanse egale fie să-și finalizeze diferențierea, fie să devină o explozie uterină care se va diviza în continuare. Orientarea spre a doua opțiune depinde de rezultatul semnalelor concurente primite la suprafața celulei. Se va întâmpla ca o celulă să reușească să producă în cantități mai mari o anumită proteină membranară care activează receptorul Notch de pe celula adiacentă. Acest lucru activează o buclă sau un sistem de feedback care, pe de o parte, reduce expresia Notch în celulele care urmează să se diferențieze și, pe de altă parte, mărește expresia Notch în cele care continuă să se divizeze ca celule stem .
Multe semnale celulare sunt transportate de molecule care sunt eliberate de o celulă și se deplasează până când intră în contact cu o altă celulă. Aceste semnale endocrine se numesc hormoni . Hormonii sunt produși de celulele endocrine și sunt transportați în sânge pentru a ajunge la toate părțile corpului. Specificitatea semnalizării depinde dacă doar câteva celule sunt susceptibile să răspundă la un anumit hormon.
Semnalele paracrine , cum ar fi cele purtate de acidul retinoic , vizează numai celulele învecinate cu celula expeditoare. De neurotransmițătorii oferă un alt exemplu de semnale paracrine.
Unele molecule pot funcționa atât ca hormoni, cât și ca neurotransmițători. Astfel, adrenalina și norepinefrina funcționează ca hormonii atunci când sunt eliberați din glandele suprarenale și sunt transportați în inimă prin sânge. Noradrenalina poate fi produsă și de neuroni și poate funcționa ca neurotransmițător în creier . Estrogenul poate fi eliberat de ovar și funcționează ca hormoni acționează la nivel local sau de comunicare autocrin sau paracrin .
La speciile reactive de oxigen si oxid nitric poate acționa și ca mesageri celulare. Acest proces este denumit semnalizare redox .
Receptorii de motilitate și diferențiere celulară
Celulele primesc informații de la vecinii lor printr-o clasă de proteine numite receptori . Proteina Notch este o proteină de suprafață celulară care funcționează ca un receptor. Animalele au un set mic de gene care codifică proteinele de semnalizare care interacționează în mod specific cu receptorii Notch și induc un răspuns în celulele care exprimă Notch pe suprafața lor. Moleculele care activează (sau, în unele cazuri, inhibă) receptorii pot fi clasificate în hormoni , neurotransmițători , citokine și factori de creștere , dar toți aceștia sunt numiți liganzi ai receptorilor.
Proteina Notch acționează ca un receptor pentru liganzi care sunt exprimați pe celule adiacente. În timp ce unii receptori sunt proteine situate pe suprafața celulelor, alții se găsesc în interiorul lor. Astfel, estrogenii sunt compuși hidrofobi care pot traversa bistratul lipidic al membranei celulare . Ca parte a sistemului endocrin , receptorii estrogeni sunt receptori nucleari care pot activa multe tipuri de celule sub efectul estrogenului produs de ovare .
Există un număr de receptori transmembranari pentru molecule mici și hormoni peptidici , precum și pentru receptori intracelulari de hormoni steroizi , oferind celulelor capacitatea de a răspunde la o mare varietate de stimuli hormonali și farmacologici. Multe boli rezultă din activarea aberantă a receptorilor de către proteinele care interacționează cu aceștia, provocând activarea fără cauză a anumitor semnale în aval în mod constitutiv.
Mai multe tipuri de molecule care transmit semnale destinate receptorilor intracelulari sunt de natură hidrofilă și, prin urmare, nu pot traversa membrana celulară , care este de natură lipidică și, prin urmare, hidrofobă ; în acest caz, acești vectori hidrofili activează mai întâi receptori de membrană pe suprafața celulei care produc un mesager secundar , în mod tipic AMPc , care apoi se difuzează în citoplasmă pentru a ajunge la receptori intracelulari.
Canalele de semnalizare
În unele cazuri, activarea receptorului cauzată de legarea ligandului de un receptor este cuplată direct la răspunsul celulei la ligand. Astfel, acidul γ-aminobutiric (GABA), un neurotransmițător , poate activa un receptor pe suprafața celulei care face parte dintr-un canal ionic . Când se leagă de receptorii GABA A , acidul γ-aminobutiric deschide un canal ionic specific pentru ionii Cl - clorură din acest receptor, care permite acestor ioni să pătrundă în interiorul neuronului și îi blochează capacitatea de a genera un potențial de acțiune .
Cu toate acestea, pentru mulți receptori localizați pe suprafața celulei, interacțiunile ligand-receptor nu sunt cuplate direct cu răspunsul celulei. Receptorul activat trebuie mai întâi să interacționeze cu alte proteine din celulă înainte de a se manifesta efectul fiziologic al ligandului asupra comportamentului celulei. De multe ori se întâmplă ca funcționarea unui lanț de mai multe proteine celulare care interacționează să fie modificată în urma activării receptorului. Setul de modificări celulare induse de activarea receptorilor se numește cale sau mecanism de transducție a semnalului .
În cazul căii de semnalizare Notch , mecanismul de transducție a semnalului poate fi relativ simplu. Activarea receptorului Notch poate determina alterarea acestuia de către o peptidază : un fragment al receptorului este apoi detașat de membrana celulară și intervine în reglarea expresiei anumitor gene [ref. necesar] .
În cazul căii de semnalizare a kinazei ERK / MAP , interacțiunea dintre proteinele din interiorul celulei este modificată sub efectul unui semnal extern. Mulți factori de creștere se leagă de receptorii de pe membrana celulară și determină celulele să progreseze prin ciclul celular și să se divizeze . Mai mulți dintre acești receptori sunt kinaze a căror activitate de fosforilare depinde de legarea lor de un ligand. Această fosforilare poate forma un situs de legare pentru o altă proteină și astfel poate permite interacțiunea proteină cu proteină. In ERK / MAP kinazei cale de semnalizare, un ligand numit factorul de creștere epidermal (EGF) se leagă la receptorul EGF , care determină receptorul EGF pentru sine și se leagă la proteina Grb2., O fosforilează proteina adaptor ca acele cupluri acest semnal la celălalt în aval procesele de semnalizare. Una dintre căile de transducție a semnalului astfel activate este așa-numita cale de semnalizare a kinazei ERK / MAP , așa numită cu referire la protein kinaze activate de mitogen (MAP kinaze, denumite anterior ERK). Aceste proteine kinaze sunt kinaze care fosforilează în mod specific anumite proteine, cum ar fi factorul de transcripție Myc , modificând astfel transcripția genetică și în cele din urmă progresia ciclului celular [ref. necesar] .
Unele căi de transmisie a semnalului răspund diferit în funcție de intensitatea mesajului primit de celulă. Acesta este cazul proteinei Hedgehog , care activează diferite gene în funcție de concentrația sa [ref. necesar] .
Clasificarea modurilor de comunicare între celule
Printre diferitele moduri de comunicare între celule, există în mod tradițional comunicarea:
1. între celulele vecine:
contact direct : joncțiuni deschise pentru celulele animale și plasmodesmele din plante permițând moleculelor să treacă direct de la o celulă la alta conectată la aceasta, fără a traversa membrana plasmatică.
: joncțiuni deschise pentru celulele animale și plasmodesmele din plante permițând moleculelor să treacă direct de la o celulă la alta conectată la aceasta, fără a traversa membrana plasmatică. regulatori locali : factori de creștere și neurotransmițători
2. telecomanda:
endocrin , referitor la recepția semnalelor la o distanță mare de celula emitentă; acest lucru este în special cazul hormonilor, care sunt produși de glandele endocrine și sunt transportați în sânge pe tot corpul către celulele țintă de care se atașează prin intermediul receptorilor de membrană.
La animale observăm și alte tipuri de comunicare:
paracrina , legată de recepția semnalelor apropiate de celula emitentă: celula care dorește să interacționeze cu alte celule din apropiere, numite celule secretoare, va elibera moleculele unui regulator local în fluidul extracelular prin vezicule de secreție;
, legată de recepția semnalelor apropiate de celula emitentă: celula care dorește să interacționeze cu alte celule din apropiere, numite celule secretoare, va elibera moleculele unui regulator local în fluidul extracelular prin vezicule de secreție; autocrină , spunem că o comunicare este autocrină atunci când este paracrină și moleculele produse acționează înapoi pe suprafața celulei emitente; se poate referi la schimburi de semnale între celule vecine de același tip care nu stabilesc contact fizic între ele, cum este de exemplu cazul leucocitelor sau celulelor tumorale;
, spunem că o comunicare este autocrină atunci când este paracrină și moleculele produse acționează înapoi pe suprafața celulei emitente; se poate referi la schimburi de semnale între celule vecine de același tip care nu stabilesc contact fizic între ele, cum este de exemplu cazul leucocitelor sau celulelor tumorale; juxtacrina , referitoare la recepția semnalelor de către o celulă care a stabilit contactul fizic cu celula emitentă ; aceste semnale se propagă de-a lungul membranei celulare prin constituenții săi lipidici sau proteici și sunt capabili să afecteze fie celula emitentă, fie celulele adiacente;
, referitoare la recepția semnalelor de către o celulă care a stabilit contactul fizic cu celula sinaptic , referitor la transmiterea informațiilor prin sistemul nervos: un potențial electric propagat de-a lungul unui neuron declanșează secreția unui tip de mesager chimic (neurotransmițători) în fanta sinaptică, stimulând astfel celula țintă;
, referitor la transmiterea informațiilor prin sistemul nervos: un potențial electric propagat de-a lungul unui neuron declanșează secreția unui tip de mesager chimic (neurotransmițători) în fanta sinaptică, stimulând astfel celula țintă; intracrină , referitoare la recepția semnalelor în interiorul celulelor în sine, de exemplu la nivelul nucleului celulelor eucariote .
Este important să rețineți că capacitatea unei celule de a răspunde la aceste tipuri diferite de semnale va depinde de prezența sau absența receptorilor specifici care vor avea capacitatea de a se lega de molecula de semnalizare numită și ligand.
Note și referințe
Vezi și tu
Bibliografie
Comunicarea celor vii. De la bacterii la internet , Odile Jacob , 2017 , 208 p. ( citește online ) Joël Bockaert,, 208
Comunicarea celulara este cheia vietii
Cercetatorii au descoperit un mecanism de comunicare intercelulara care explica in ce fel sistemele biologice si actiunile – cum ar fi bataile inimii – functioneaza corect in majoritatea timpului. Practic, celulele noastre comunica ca in jocul „telefonul fara fir”.
Descoperirea ne lamureste asupra interactunii intre celule si sugereaza ca, in cazul celor canceroase, ar putea fi vorba despre „o comunicare defectuoasa”.
Studiul a fost realizat de catre cercetatori de la Oregon State University si Purdue University si sprijinit de catre National Science Foundation si Simons Foundation.
Se stie ca celulele au diferite abilitati senzoriale, care stau la baza functionarii lor: capacitatea de a simti lumina, caldura, semnalele nervoase, substantele chimice etc. Conform studiului, o singura celula poate sa nu recunoasca un stimul, dar cand numarul lor creste, cresc si sansele ca stimulul sa fie identificat.
Bo Sun, profesor asociat la College of Science de la Oregon State University, spune ca in cazul celulelor individuale, acestea nu inteleg intotdeauna corect mesajul, procesele senzoriale devin confuze si astfel apar greseli. Dar, ca peste tot, unde-s multi puterea creste, iar capacitatile senzoriale colective creeaza posibilitatea unui raspuns corect. „Comunicarea colectiva este cheia vietii.”
Comunicarea si colaborarea intre genereaza un raspuns de obicei corect. Celulele canceroase, insa, nu sunt foarte buni comunicatori. Ele rezista procesului de comunicare colectiva si cand suficiente astfel de celule apar, acest proces slabeste si se intrerupe.
Ana Maria Nica
[sursa]
