KOMUNIKASYON SA CELL: MGA URI, KAHALAGAHAN, HALIMBAWA - BIOLOGY - 2025

Ang komunikasyon ng cellular , na tinatawag ding intercellular na komunikasyon, ay ang paghahatid ng mga molekula na signal ng extracellular. Ang mga molekulang ito ay nagsisimula mula sa isang cell na bumubuo ng signal at magbubuklod sa mga receptor sa target na cell, na gumagawa ng isang tiyak na tugon.

Ang molekula ng signal ay maaaring isang maliit na molekula (halimbawa: isang amino acid), isang peptide, o isang protina. Samakatuwid, ang komunikasyon, na kung saan ay kemikal, ay isang katangian ng unicellular at multicellular organismo.

Pinagmulan: pixabay.com

Sa bakterya, ang mga molekula ng signal ay mga pheromones ng bakterya. Ito ay kinakailangan para sa mga pag-andar tulad ng pahalang na paglipat ng gene, bioluminescence, pagbuo ng biofilm, at ang paggawa ng mga antibiotics at mga pathogenic factor.

Sa maraming organismo ng multicellular, ang komunikasyon sa cellular ay maaaring maganap sa pagitan ng mga cell na katabi, o sa pagitan ng mga cell na magkahiwalay. Sa huling kaso, ang mga molekula ng signal ay dapat magkakalat at maglakbay ng mga malalayong distansya. Kabilang sa mga pag-andar ng mga signal ay ang mga pagbabago sa expression ng gene, morphology at paggalaw ng cell.

Ang komunikasyon sa cell ay maaari ding isagawa ng extracellular vesicles (EV), na tinatawag na ectosomes at exosomes. Ang ilang mga pag-andar ng mga EV ay: modulation ng mga lymphocytes at macrophage; kontrol ng synaptic function; sa mga daluyan ng dugo at puso, coagulation at angiogenesis; at pagpapalitan ng RNA.

Mga Uri (system / mekanismo)

Sa bakterya, mayroong isang uri ng komunikasyon sa cellular na tinatawag na sensing ng korum, na binubuo ng mga pag-uugali na nangyayari lamang kapag mataas ang density ng populasyon ng bakterya. Ang sensing ng korum ay nagsasangkot sa paggawa, pagpapalaya, at kasunod na pagtuklas ng mataas na konsentrasyon ng mga molekula ng signal, na tinatawag na mga autoinducer.

Sa mga unicellular eukaryotes, tulad ng T. brucei, mayroon ding sensing ng korum. Sa lebadura, ang sekswal na pag-uugali at pagkita ng cell ay nangyayari bilang tugon sa komunikasyon ng pheromone at mga pagbabago sa kapaligiran.

Sa mga halaman at hayop, ang paggamit ng mga molekula ng signal ng extracellular, tulad ng mga hormone, neurotransmitters, mga kadahilanan ng paglago o gas, ay isang mahalagang uri ng komunikasyon na nagsasangkot ng synthesis ng molekula ng signal, ang pagpapakawala nito, ang transportasyon nito sa target na cell, detection signal at tiyak na tugon.

May kaugnayan sa transportasyon ng signal ng molekula sa mga hayop, ang distansya ng aksyon ng molekula ay tumutukoy sa dalawang uri ng mga senyas: 1) autocrine at paracrine, na kumikilos, ayon sa pagkakabanggit, sa parehong cell at sa kalapit na mga cell; at 2) endocrine, na kumikilos sa isang malayong target na cell, na dinadala ng daloy ng dugo.

Ang pakikipag-ugnay sa cellular ng mga extracellular vesicle ay isang mahalagang uri ng komunikasyon sa cellular sa mga eukaryotic organismo at Archaea.

Habang lumalaki ang single-celled eukaryotic o populasyon ng bakterya, naabot nito ang isang sapat na bilang ng mga selula, o korum, na naglilikha ng konsentrasyon ng induser na may kakayahang gumawa ng isang epekto sa mga cell. Ito ang bumubuo ng mekanismo na kumukuha ng census.

Ang tatlong uri ng mga sistema ng sensing ng korum ay kilala sa bakterya: ang isa ay gramo-negatibo; isa pa sa gramo-positibo; at isa pa sa negatibong gramo na Vibrio harveyi.

Sa mga bacteria na negatibong bakterya, ang autoinducer ay acylated homoserine lactone. Ang sangkap na ito ay synthesized ng LuxI-type na enzyme at passively na nagkakalat sa pamamagitan ng lamad, na nakaipon sa extracellular at intracellular space. Kapag naabot ang nakapupukaw na konsentrasyon, ang transkripsyon ng mga genes na kinokontrol ng QS ay isinaaktibo.

Sa mga bacteria na negatibong bakterya, ang mga autoinducer ay binago ang mga peptides, na na-export sa puwang ng extracellular, kung saan nakikipag-ugnay sila nang mga protina ng lamad. Ang isang phosphorylation cascade ay nangyayari na nagpapa-aktibo ng mga protina, na nagbubuklod sa DNA at kumokontrol sa transkripsyon ng mga target na gen.

Ang Vibrio harveyi ay gumagawa ng dalawang autoinducer, na itinalagang HAI-1 at A1-2. Ang HAI-1 ay acylated lactone homoserine, ngunit ang synthesis nito ay hindi nakasalalay sa LuxI. Ang A1-2 ay furanosyl borate diester. Ang parehong mga sangkap ay kumikilos sa pamamagitan ng isang phosphorylation cascade na katulad ng iba pang mga bacteria-negatibong bakterya. Kinokontrol ng ganitong uri ng QS ang bioluminescence.

Komunikasyon sa kemikal

Ang tiyak na pagbubuklod ng molekula ng signal, o ligand, sa protina ng receptor ay gumagawa ng isang tiyak na tugon ng cellular. Ang bawat uri ng cell ay may ilang mga uri ng mga receptor. Bagaman ang isang tiyak na uri ng receptor ay maaari ding matagpuan sa iba't ibang uri ng mga cell, at makagawa ng iba't ibang mga tugon sa parehong ligand.

Ang kalikasan ng molekula ng signal ay tumutukoy sa landas na gagamitin upang makapasok sa cell. Halimbawa, ang mga hormone na hydrophobic, tulad ng mga steroid, ay nagkakalat sa lipid ng lipid at nagbubuklod sa mga receptor upang mabuo ang mga komplikadong kumokontrol sa pagpapahayag ng mga tiyak na gen.

Ang mga gas tulad ng nitric oxide at carbon monoxide ay nagkakalat sa lamad at sa pangkalahatan ay pinapagana ang cyclic GMP na gumagawa ng guanylyl cyclase. Karamihan sa mga molekula ng signal ay hydrophilic.

Ang mga receptor nito ay matatagpuan sa ibabaw ng cell. Ang mga receptor ay kumikilos bilang mga tagapagsalin ng senyas na nagbabago sa pag-uugali ng target na cell.

Ang mga reseptor ng ibabaw ng cell ay nahahati sa: a) G protina na kaakibat na mga receptor; b) mga receptor na may aktibidad ng enzyme, tulad ng tyrosine kinase; at c) ion channel receptors.

Mga katangian ng G protina-kaakibat na mga receptor

Ang mga g-protein na magkakasama na mga receptor ay matatagpuan sa lahat ng mga eukaryotes. Sa pangkalahatan, sila ay mga receptor na may pitong mga domain na tumatawid sa lamad, kasama ang rehiyon ng N-terminal patungo sa labas ng cell at ang C-terminal patungo sa loob ng cell. Ang mga receptor na ito ay nauugnay sa isang protina G na isinasalin ang mga senyas.

Kapag ang ligand ay nagbubuklod sa receptor, ang g protein ay magiging aktibo. Ito naman ay nagpapaaktibo ng isang effector enzyme na gumagawa ng pangalawang intracellular messenger, na maaaring maging cyclic adenosine monophosphate (cAMP), arachidonic acid, diacylglycerol, o inositol-3-phosphate, na kumikilos bilang isang signal amplifier. paunang.

Ang Protein G ay may tatlong mga subunits: alpha, beta at gamma. Ang activation ng G protein ay nagsasangkot ng dissociation ng GDP mula sa G protein at ang pagbubuklod ng GTP sa alpha subunit. Sa G _alpha -GTP complex ay nagkakaisa sila sa mga subunits ng beta at gamma, na nakikipag-ugnay sa partikular sa mga protina ng effector, pag-activate ng mga ito.

Ang path ng cAMP ay maaaring ma-aktibo ng mga beta-adrenergic receptor. Ang CAMP ay ginawa ng adenylyl cyclase. Ang landas ng phosphoinositol ay isinaaktibo ng mga muscarinic acetylcholine receptor. Aktibo nila ang phospholipase C. Ang landas ng arachidonic acid ay naisaaktibo ng receptor ng histamine. Aktibo ang phospholipase A2.

CAMP pathway

Ang pagbubuklod ng ligand sa receptor, ang stimulator na protina G (G _s ), nakagapos sa GDP, ay nagiging sanhi ng pagpapalitan ng GDP para sa GTP, at ang dissociation ng alpha subunit ng G _s mula sa mga subo ng beta at gamma. Ang G _alpha -GTP complex ay nakikipag-ugnay sa isang domain ng adenyl cyclase, pag-activate ng enzyme, at paggawa ng cAMP mula sa ATP.

Ang CAMP ay nagbubuklod sa mga regulasyon ng regulasyon ng kinase na protina na kinase. Nagpakawala ng mga catalytic subunits, na ang mga protina ng phosphorylate na nag-regulate ng mga tugon ng cellular. Ang landas na ito ay kinokontrol ng dalawang uri ng mga enzyme, lalo na ang mga phosphodiesterases, at mga phosphatases ng protina.

Pathway ng Phosphoinositol

Ang pagbubuklod ng ligand sa receptor ay nagpapa-aktibo ng G protein (G _q ), na nagpapa-aktibo ng phospholipase C (PLC). Ang enzyme na ito ay sumisira sa phosphatidyl inositol 1,4,5-bisphosphate (PIP ₂ ) sa dalawang pangalawang messenger, inositol 1,4,5-triphosphate (IP ₃ ) at diacylglycerol (DAG).

Ang IP _{3 ay} nagkakalat sa cytoplasm at nagbubuklod sa mga receptor sa endoplasmic reticulum, na nagiging sanhi ng pagpapalabas ng Ca ⁺² mula sa loob. Ang DAG ay nananatili sa lamad at isinaaktibo ang protein kinase C (PKC). Ang ilang mga isoform ng PKC ay nangangailangan ng Ca ⁺² .

Landas ng arachidonic acid

Ang pagbubuklod ng ligand sa receptor ay nagiging sanhi ng mga beta at gamma subunits ng protina G upang maisaaktibo ang phospholipase A ₂ (PLA ₂ ). Ang enzyme na ito ay hydrolyzes phosphatidylinositol (PI) sa lamad ng plasma, na naglalabas ng arachidonic acid, na sinusukat ng iba't ibang mga daanan, tulad ng 5 at 12-lipoxygenase at cyclooxygenase.

Mga katangian ng receptor tyrosine kinase

Ang receptor tyrosine kinase (RTK) ay may mga extracellular na regulasyon ng domain at mga intracellular catalytic domain. Hindi tulad ng G-protein na sinamahan na receptor, ang polypeptide chain ng receptor tyrosine kinase ay tumatawid sa lamad ng plasma nang isang beses lamang.

Ang pagbubuklod ng ligand, na kung saan ay isang hormone o kadahilanan ng paglago, sa regulasyon domain ay nagiging sanhi ng pagkakaugnay sa dalawang subayt ng receptor. Pinapayagan nito para sa autophosphorylation ng receptor sa isang tyrosine na nalalabi, at pag-activate ng mga cascades na phosphorylation ng protina.

Ang Phosphorylated tyrosine residues ng receptor tyrosine kinase (RTK) ay nakikipag-ugnay sa mga adapter protein, na nag-uugnay sa na-activate na receptor sa mga bahagi ng path transduction signal. Ang mga protina ng adaptor ay nagsisilbi upang makabuo ng mga kumplikadong mga complex ng senyas ng multiprotein.

Ang RTK ay nagbubuklod sa iba't ibang mga peptides, tulad ng: epidermal factor ng paglago; fibroblast paglago kadahilanan; mga kadahilanan ng paglago ng utak; kadahilanan ng paglago ng nerve; at insulin.

Pangkalahatang katangian ng mga tumatanggap

Ang pag-activate ng mga receptor ng ibabaw ay gumagawa ng mga pagbabago sa phosphorylation ng protina sa pamamagitan ng pag-activate ng dalawang uri ng mga kinase ng protina: tyrosine kinase at serine at threonine kinases.

Ang serine at threonine kinases ay: cAMP-dependant na protina kinase; cGMP na nakasalalay sa protein kinase; protina kinase C; at ang Ca ⁺² / Calmodulin na nakasalalay sa protina . Sa mga kinase ng protina na ito, maliban sa case na nakasalalay sa cAMP, ang domain ng catalytic at regulasyon ay matatagpuan sa parehong chain ng polypeptide.

Ang ikalawang messenger ay nagbubuklod sa mga serine at threonine kinases na ito, naisaaktibo ang mga ito.

Mga katangian ng mga receptor na mga channel ng ion

Ang mga receptor ng channel sa Ion ay may mga sumusunod na katangian: a) nagsasagawa sila ng mga ion; b) kilalanin at piliin ang mga tiyak na ion; c) bukas at malapit bilang tugon sa mga senyas ng kemikal, elektrikal o mekanikal.

Ang mga Ion receptor ng channel ay maaaring maging monomer, o maaari silang maging heteroligomer o homoligomer, na ang mga rehiyon ng chain ng polypeptide ay tumatawid sa lamad ng plasma. Mayroong tatlong pamilya ng mga channel ng ion: a) mga channel ng ligid ng gate; b) puwang ng mga junction channel; at c) Na ⁺ -dependente na mga channel ng boltahe .

Ang ilang mga halimbawa ng mga receptor ng channel ng ion ay ang mga neuromuscular junction acetylcholine receptor at ang mga receptor ng glutamate ng ionotropic, NMDA at hindi NMDA, sa gitnang sistema ng nerbiyos.

Komunikasyon sa pamamagitan ng extracellular vesicle

Ang Extracellular vesicle (EV) ay isang halo ng mga ectosome at exosomes, na responsable sa pagpapadala ng biological na impormasyon (RNA, enzymes, reaktibo na species ng oxygen, atbp.) Sa pagitan ng cell at cell. Ang pinagmulan ng parehong mga vesicle ay naiiba.

Ang mga ectosome ay mga vesicle na gawa ng pag-usbong mula sa lamad ng plasma, na sinusundan ng kanilang paghihiwalay at paglabas sa puwang ng extracellular.

Una, ang kumpol ng mga protina ng lamad sa discrete domain ay nangyayari. Pagkatapos ang protina ng lipid na mga angkla ay makaipon ng mga cytosolic protein at RNA sa lumen, sa gayon ay lumalaki ang usbong.

Ang mga eksosom ay mga vesicle na bumubuo mula sa maraming katawan ng katawan (MVB) at pinalaya ng exocytosis sa espasyo ng extracellular. Ang mga MVB ay mga huli na endosom, kung saan mayroong mga intraluminal vesicle (ILV). Maaaring mag-fuse ang mga MVB sa mga lysosome at ipagpapatuloy ang degradative pathway, o pakawalan ang ILVS bilang exosomes sa pamamagitan ng exocytosis.

Ang mga EV ay nakikipag-ugnay sa target na cell sa iba't ibang paraan: 1) nawawala ang lamad ng EV at pagpapakawala ng mga aktibong kadahilanan sa loob nito; 2) Ang mga EV ay nagtatag ng pakikipag-ugnay sa ibabaw ng target na cell, na kanilang fuse, inilalabas ang kanilang nilalaman sa cytosol; at 3) Ang mga EV ay nakunan ng buo ng macropinocytosis at phagocytosis.

Kahalagahan

Ang malawak na iba't ibang mga function ng intercellular na komunikasyon lamang ay nagpapahiwatig ng kahalagahan nito. Ang ilang mga halimbawa ay naglalarawan ng kahalagahan ng iba't ibang uri ng komunikasyon sa cellular.

- Kahalagahan ng sensing ng korum. Kinokontrol ng QS ang iba't ibang mga proseso tulad ng virulence sa loob ng isang species, o microorganism ng iba't ibang species o genera. Halimbawa, ang isang pilay ng Staphylococcus aureus ay gumagamit ng isang molekula ng signal sa sensation ng korum na makahawa sa host, at pinipigilan ang iba pang mga strain ng S. aureus mula sa paggawa nito.

- Kahalagahan ng komunikasyon sa kemikal. Ang pagmamarka ng kemikal ay kinakailangan para sa kaligtasan ng buhay at tagumpay ng reproduktibo ng mga multicellular organismo.

Halimbawa, na-program na kamatayan ng cell, na kinokontrol ang pag-unlad ng multicellular, nag-aalis ng buong mga istraktura at pinapayagan ang pag-unlad ng mga tukoy na tisyu. Ang lahat ng ito ay pinagsama sa pamamagitan ng mga kadahilanan ng trophic.

- Kahalagahan ng mga EV. May papel silang mahalagang papel sa diyabetis, pamamaga, at mga sakit sa neurodegenerative at cardiovascular. Ang mga EV ng normal na mga cell at cancer cells ay malaki ang pagkakaiba-iba. Ang mga EV ay maaaring magdala ng mga kadahilanan na nagtataguyod o sumugpo sa cancer phenotype sa mga target na cell.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Molekular na Biology ng Cell. Garland Science, New York.
2. Bassler, BL 2002. Maliit na Pakikipag-usap: Pakikipag-usap sa Cell-to-Cell sa Bakterya. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. at Meldolesi, J. 2015. Ectosomes at exosomes: pagbuhos ng pagkalito sa pagitan ng mga extracellular vesicle. Mga Uso sa Cell Biology, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH, at Jessell, T., 2000. Mga Prinsipyo ng Neural Science. McGraw-Hill USA.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular at molekular na biology. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
6. Ang Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Ang komunikasyon sa kemikal sa proteobacteria: biochemical at istruktura na pag-aaral ng mga synthases ng signal at mga receptor na kinakailangan para sa intercellular signaling. Molekular Mikrobiology, 53: 755-77.
7. Perbal, B. 2003. Ang komunikasyon ay ang susi. Komunikasyon sa Cell at Pag-sign. Editoryal, 1-4.