Figura 9.1 V-ați despărțit vreodată de un prieten în timp ce vă aflați într-o mulțime? Dacă da, știți provocarea de a căuta pe cineva atunci când sunteți înconjurat de alte mii de oameni. Dacă tu și prietenul tău aveți telefoane mobile, șansele voastre de a vă găsi unul pe celălalt sunt bune. Rețelele de telefonie mobilă folosesc diferite metode de codare pentru a se asigura că semnalele ajung fără interferență la destinatarii lor vizați. În mod similar, celulele trebuie să comunice folosind semnale și receptori specifici pentru a se asigura că mesajele sunt clare. (Credit: modificarea lucrării lui Vincent și Bella Productions)
Imaginează-ți cum ar fi viața dacă tu și oamenii din jurul tău nu ați putea comunica. Nu ați putea să vă exprimați dorințele altora și nici nu ați putea pune întrebări despre locația dvs. Organizarea socială este dependentă de comunicarea dintre indivizii care compun acea societate; fără comunicare, societatea s-ar prăbuși.
Ca și în cazul oamenilor, este vital ca celulele individuale să poată interacționa cu mediul lor. Acest lucru este valabil atât pentru un organism unicelular care crește într-o băltoacă, cât și pentru un animal mare care trăiește în o savană. Pentru a răspunde corect la stimuli externi, celulele au dezvoltat mecanisme complexe de comunicare care pot primi un mesaj, transfera informațiile prin membrana plasmatică și apoi produc modificări în interiorul celulei ca răspuns la mesaj.
În organismele multicelulare, celulele trimit și primesc mesaje chimice în mod constant pentru a coordona acțiunile organelor, țesuturilor și celulelor îndepărtate. Capacitatea de a trimite mesaje rapid și eficient permite celulelor să își coordoneze și să își ajusteze funcțiile.
În timp ce necesitatea comunicării celulare în organismele mai mari pare evidentă, chiar și organismele unicelulare comunică între ele. Celulele de drojdie se semnalează reciproc pentru a ajuta la găsirea altor celule de drojdie pentru reproducere. Unele forme de bacterii își coordonează acțiunile pentru a forma complexe mari numite biofilme sau pentru a organiza producția de toxine pentru a elimina organismele concurente. Capacitatea celulelor de a comunica prin semnale chimice își are originea în celule unice și a fost esențială pentru evoluția organismelor multicelulare. Funcția eficientă și relativ lipsită de erori a sistemelor de comunicații este vitală pentru întreaga viață așa cum o cunoaștem.
Molecule de semnalizare și receptori celulari
Există două tipuri de comunicare în lumea celulelor vii. Comunicarea dintre celule se numește semnalizare intercelulară, iar comunicarea în interiorul unei celule se numește semnalizare intracelulară. O modalitate ușoară de a reține distincția este prin înțelegerea originii latine a prefixelor: inter– înseamnă „între” (de exemplu, liniile care se intersectează sunt cele care se încrucișează unele cu altele) și intra– înseamnă „înăuntru” (ca în cazul intravenos).
Semnalele chimice sunt eliberate de celulele de semnalizare sub formă de molecule mici, de obicei volatile sau solubile, numite liganzi. Un ligand este o moleculă care leagă o altă moleculă specifică, în unele cazuri, furnizând un semnal în proces. Prin urmare, liganzii pot fi considerați ca molecule de semnalizare. Liganzii interacționează cu proteinele din celulele țintă, care sunt celule care sunt afectate de semnale chimice; aceste proteine sunt numite și receptori. Liganzii și receptorii există în mai multe varietăți; cu toate acestea, un ligand specific va avea un receptor specific care se leagă de obicei numai de acel ligand.
Forme de semnalizare
Există patru categorii de semnalizare chimică găsite în organismele multicelulare: semnalizare paracrină, semnalizare endocrină, semnalizare autocrină și semnalizare directă peste joncțiunile interzise (Figura 9.2). Principala diferență între diferitele categorii de semnalizare este distanța pe care o parcurge semnalul prin organism pentru a ajunge la celula țintă. Ar trebui să remarcăm aici că nu toate celulele sunt afectate de aceleași semnale.
Figura 9.2 În semnalizarea chimică, o celulă se poate ținti pe ea însăși (semnalizare autocrină), o celulă conectată prin joncțiuni comunicantă, o celulă din apropiere (semnalizare paracrină) sau o celulă îndepărtată (semnalizare endocrină). Semnalizarea paracrină acționează asupra celulelor din apropiere, semnalizarea endocrină folosește sistemul circulator pentru a transporta liganzi, iar semnalizarea autocrină acționează asupra celulei de semnalizare. Semnalizarea prin joncțiuni comunicante implică molecule de semnalizare care se deplasează direct între celulele adiacente.
Semnalizarea paracrină
Semnalele care acționează local între celulele apropiate se numesc semnale paracrine. Semnalele paracrine se deplasează prin difuzie prin matricea extracelulară. Aceste tipuri de semnale provoacă de obicei răspunsuri rapide care durează doar o perioadă scurtă de timp. Pentru a menține răspunsul localizat, moleculele de ligand paracrin sunt în mod normal degradate rapid de enzime sau îndepărtate de celulele vecine. Eliminarea semnalelor va restabili gradientul de concentrație pentru semnal, permițându-le să difuzeze rapid prin spațiul intracelular dacă sunt eliberate din nou.
Un exemplu de semnalizare paracrină este transferul de semnale prin sinapse între celulele nervoase. O celulă nervoasă constă dintr-un corp celular, mai multe extensii scurte, ramificate, numite dendrite, care primesc stimuli, și o extensie lungă numită axon, care transmite semnale către alte celule nervoase sau celule musculare. Joncțiunea dintre celulele nervoase unde are loc transmisia semnalului se numește sinapsă. Un semnal sinaptic este un semnal chimic care se deplasează între celulele nervoase. Semnalele din interiorul celulelor nervoase sunt propagate prin impulsuri electrice rapide. Când aceste impulsuri ajung la capătul axonului, semnalul continuă către o dendrită a următoarei celule prin eliberarea de liganzi chimici numiți neurotransmițători din celula presinaptică (celula care emite semnalul). Neurotransmițătorii sunt transportați pe distanțe foarte mici (20-40 nanometri) dintre celulele nervoase, care sunt numite sinapse chimice (Figura 9.3). Distanța mică dintre celulele nervoase permite semnalului să circule rapid; aceasta permite un răspuns imediat, cum ar fi: „Luați mâna de pe aragaz!”
Când neurotransmițătorul leagă receptorul de pe suprafața celulei postsinaptice, potențialul electrochimic al celulei țintă se modifică și este lansat următorul impuls electric. Neurotransmițătorii care sunt eliberați în sinapsa chimică sunt degradați rapid sau sunt reabsorbiți de celula presinaptică, astfel încât celula nervoasă primitoare să se poată recupera rapid și să fie pregătită să răspundă rapid la următorul semnal sinaptic.
Figura 9.3 Distanța dintre celula presinaptică și celula postsinaptică – numită decalaj sinaptic – este foarte mică și permite difuzarea rapidă a neurotransmițătorului. Enzimele din decalajul sinapatic degradează unele tipuri de neurotransmițători pentru a opri semnalul.
Semnalizarea endocrină
Semnalele de la celulele îndepărtate se numesc semnale endocrine și provin din celulele endocrine. (În organism, multe celule endocrine sunt localizate în glandele endocrine, cum ar fi glanda tiroidă, hipotalamus și glanda pituitară.) Aceste tipuri de semnale produc de obicei un răspuns mai lent, dar au un efect de durată mai lungă. Liganzii eliberați în semnalizarea endocrină se numesc hormoni, molecule de semnalizare care sunt produse într-o parte a corpului, dar afectează alte regiuni ale corpului la o anumită distanță.
Hormonii parcurg distante mari dintre celulele endocrine si celulele lor țintă prin intermediul fluxului sanguin, care este o modalitate relativ lent de a se deplasa în tot corpul. Datorită formei lor de transport, hormonii devin diluați și sunt prezenți în concentrații scăzute atunci când acționează asupra celulelor țintă. Aceasta este diferită de semnalizarea paracrină, în care concentrațiile locale de liganzi pot fi foarte mari.
Semnalizarea autocrină
Semnalele autocrine sunt produse de celulele de semnalizare care se pot lega, de asemenea, de ligandul care este eliberat. Aceasta înseamnă că celula de semnalizare și celula țintă pot fi aceeași sau o celulă similară (prefixul auto înseamnă sine, un memento că celula de semnalizare trimite un semnal către ea însăși). Acest tip de semnalizare apare adesea în timpul dezvoltării timpurii a unui organism pentru a se asigura că celulele se dezvoltă în țesuturile corecte și își preiau funcția corespunzătoare. Semnalizarea autocrină reglează, de asemenea, senzația de durere și răspunsurile inflamatorii. În plus, dacă o celulă este infectată cu un virus, celula își poate semnala ei însiși să sufere moartea celulară programată, ucigând virusul în acest proces. În unele cazuri, celulele învecinate de același tip sunt, de asemenea, influențate de ligandul eliberat. În dezvoltarea embriologică, acest proces de stimulare a unui grup de celule învecinate poate ajuta la direcționarea diferențierii celulelor identice în același tip de celule, asigurând astfel un rezultat de dezvoltare adecvat.
Semnalizare directă peste joncțiunile comunicante
Joncțiunile comunicante la animale și plasmodesmele la plante sunt conexiuni între membranele plasmatice ale celulelor învecinate. Aceste canale umplute cu lichid permit unor molecule de semnalizare mici, numite mediatori intracelulari, să difuzeze între cele două celule. Moleculele mici sau ionii, cum ar fi ionii de calciu (Ca2+), sunt capabili să se deplaseze între celule, dar moleculele mari, cum ar fi proteinele și ADN-ul, nu pot intra prin canale. Specificul canalelor asigură că celulele rămân independente, dar pot transmite rapid și ușor semnale. Transferul de molecule de semnalizare comunică starea curentă a celulei care se află direct lângă celula țintă; aceasta permite unui grup de celule să-și coordoneze răspunsul la un semnal pe care doar una dintre ele ar putea să-l fi primit. La plante, plasmodesmele sunt omniprezente, transformând întreaga plantă într-o rețea de comunicații uriașă.
Sursa: Biology 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2022 MultiMedia Publishing
Lasă un răspuns