Contenuto
- Le celle comunicano con quattro tipi di segnali
- I segnali paracrini mantengono l'ordine nel quartiere cellulare
- La segnalazione autocrina può favorire la crescita
- La segnalazione endocrina colpisce l'intero organismo
- La segnalazione sinaptica collega due celle
- Il processo di ricezione del segnale è simile per tutti i tipi di comunicazione cellulare
- L'espressione genica è un meccanismo per i cambiamenti nel comportamento cellulare
Le cellule negli organismi pluricellulari devono assumere ruoli specializzati e devono sapere quando svolgere attività specifiche. Le cellule coordinano le loro azioni attraverso diversi tipi di comunicazione cellulare, chiamate anche segnalazione cellulare. I segnali cellulari tipici sono di natura chimica e possono essere mirati localmente o per l'organismo in generale.
La comunicazione cellulare è un processo multistadio che include quanto segue:
I diversi tipi di comunicazione cellulare seguono tutti gli stessi passaggi ma si distinguono per la velocità del processo di segnalazione e la distanza alla quale agisce. Le cellule nervose segnalano rapidamente ma localmente mentre le ghiandole che rilasciano gli ormoni agiscono più lentamente ma in tutto l'organismo.
I diversi tipi di segnalazione cellulare si sono evoluti per tenere conto dei requisiti di velocità e distanza per le varie funzioni cellulari.
Le celle comunicano con quattro tipi di segnali
Le celle usano diversi tipi di segnalazione a seconda delle altre celle che vogliono raggiungere. I quattro tipi di comunicazione cellulare sono:
Le cellule rilasciano segnali chimici per far sapere ad altre cellule quali azioni stanno intraprendendo e ricevono segnali che le informano delle attività di altre cellule dell'organismo. Azioni come la divisione cellulare, la crescita cellulare, la morte cellulare e la produzione di proteine sono coordinate attraverso i diversi tipi di segnalazione cellulare.
I segnali paracrini mantengono l'ordine nel quartiere cellulare
Durante la segnalazione paracrina, una cellula secerne una sostanza chimica che alla fine provoca cambiamenti specifici nel comportamento delle cellule vicine. La cellula di origine produce il segnale chimico che si diffonde in tutto il tessuto vicino. Il prodotto chimico non è stabile e si deteriora se deve percorrere lunghe distanze.
Di conseguenza, viene utilizzata la segnalazione paracrina comunicazione cellulare locale.
La sostanza chimica prodotta dalla cellula è mirata ad altre cellule specifiche. Le cellule bersaglio hanno recettori sulle loro membrane cellulari per la sostanza chimica secreta. Le cellule non bersaglio non hanno i recettori richiesti e non sono interessate. La sostanza chimica secreta si attacca ai recettori delle cellule bersaglio e innesca una reazione all'interno della cellula. La reazione a sua volta influenza il comportamento cellulare mirato.
Ad esempio, le cellule della pelle crescono a strati con lo strato superiore costituito da cellule morte. Le cellule di un tessuto diverso si trovano sotto lo strato inferiore delle cellule della pelle. La segnalazione cellulare locale assicura che le cellule della pelle sappiano in quale strato si trovano e se devono dividersi per sostituire le cellule morte.
La segnalazione paracrina viene anche utilizzata per comunicare all'interno del tessuto muscolare. Un segnale chimico paracrino dalle cellule nervose nel muscolo provoca la contrazione delle cellule muscolari, consentendo il movimento muscolare nell'organismo più grande.
La segnalazione autocrina può favorire la crescita
La segnalazione autocrina è simile alla segnalazione paracrina ma agisce sulla cellula che inizialmente secerne il segnale. La cella originale produce un segnale chimico, ma i recettori per il segnale si trovano sulla stessa cella. Di conseguenza, la cellula si stimola a cambiare il suo comportamento.
Ad esempio, una cellula potrebbe secernere una sostanza chimica che promuove la crescita cellulare. Il segnale si diffonde in tutto il tessuto locale ma viene catturato dai recettori sulla cellula di origine. La cellula che ha secreto il segnale è quindi stimolata a impegnarsi in una maggiore crescita.
Questa funzione è utile negli embrioni in cui la crescita è importante e promuove anche un'efficace differenziazione cellulare, quando la segnalazione autocrina rafforza l'identità delle cellule. L'auto-stimolazione autocrina è rara nei tessuti sani degli adulti ma può essere trovata in alcuni tumori.
La segnalazione endocrina colpisce l'intero organismo
Nella segnalazione endocrina, la cellula originaria secerne un ormone che è stabile su lunghe distanze. L'ormone si diffonde attraverso il tessuto cellulare nei capillari e viaggia attraverso il sistema circolatorio dell'organismo.
Gli ormoni endocrini si diffondono in tutto il corpo e colpiscono le cellule in posizioni lontane dalla cellula di segnalazione. Le cellule bersaglio hanno recettori per l'ormone e cambiano il loro comportamento quando i recettori sono attivati.
Ad esempio, le cellule della ghiandola surrenale producono l'ormone adrenalina, che induce il corpo a entrare in modalità "lotta o fuga". L'ormone si diffonde in tutto il corpo nel sangue e provoca reazioni nelle cellule bersaglio. I vasi sanguigni si restringono per aumentare la pressione sanguigna per i muscoli, il cuore pompa più rapidamente e si attivano alcune ghiandole sudoripare. L'intero organismo è messo in uno stato di prontezza per uno sforzo extra.
L'ormone è lo stesso ovunque, ma quando innesca i recettori sulle cellule, le cellule cambiano i loro comportamenti in modi diversi.
La segnalazione sinaptica collega due celle
Quando due celle devono scambiarsi continuamente segnali estesi, ha senso costruire speciali strutture di comunicazione per facilitare lo scambio di segnali chimici. Il sinapsi è un'estensione cellulare che avvicina le membrane cellulari esterne di due cellule. La segnalazione attraverso una sinapsi collega sempre solo due celle, ma una cella può avere associazioni così strette con più celle contemporaneamente.
Segnali chimici rilasciati nel gap sinaptico vengono immediatamente assorbiti dai recettori delle cellule partner. Per alcune cellule, il divario è così piccolo che le cellule si toccano efficacemente. In tal caso, i segnali chimici sulla membrana cellulare esterna di una cellula possono impegnare direttamente i recettori sulla membrana dell'altra cellula e la comunicazione è particolarmente veloce.
La tipica comunicazione sinaptica avviene tra neuroni nel cervello. Le cellule cerebrali costruiscono sinapsi per stabilire canali di comunicazione preferiti con alcune cellule vicine. Le cellule possono quindi comunicare particolarmente bene con i loro partner di comunicazione sinaptica, scambiando segnali chimici rapidamente e frequentemente.
Il processo di ricezione del segnale è simile per tutti i tipi di comunicazione cellulare
un segnale di comunicazione cellulare è relativamente semplice poiché la cellula secerne la sostanza chimica e il segnale viene distribuito in base al suo tipo. La ricezione di un segnale è più complicata perché la sostanza chimica del segnale rimane all'esterno della cellula bersaglio. Prima che il segnale possa cambiare il comportamento della cella, deve entrare nella cella e innescare la modifica.
Innanzitutto, la cellula bersaglio deve avere recettori corrispondenti al segnale chimico. I recettori sono sostanze chimiche sulla superficie della cellula che possono legarsi a determinati segnali chimici. Quando un recettore si lega a un segnale chimico, rilascia un grilletto all'interno della membrana cellulare.
Il trigger attiva quindi un processo di trasduzione del segnale in cui la sostanza chimica innescata prende di mira una parte della cellula in cui il comportamento delle cellule dovrebbe cambiare.
L'espressione genica è un meccanismo per i cambiamenti nel comportamento cellulare
Le cellule crescono e si dividono a seguito della segnalazione da altre cellule. Tale segnale di crescita si lega ai recettori della cellula bersaglio e innesca una trasduzione del segnale all'interno della cellula. La sostanza chimica di trasduzione entra nel nucleo cellulare e induce la cellula ad iniziare la crescita e la successiva divisione cellulare.
La sostanza chimica di trasduzione realizza questo influenzando espressione genica. Attiva i geni responsabili della produzione di ulteriori proteine cellulari che fanno crescere e dividere le cellule. La cellula esprime un nuovo set di geni e cambia il suo comportamento in base al segnale ricevuto.
Le cellule possono anche cambiare il loro comportamento in base ai segnali cellulari modificando la quantità di energia che producono, cambiando la quantità di sostanze chimiche che secernono o interagendo con le cellule apoptosi o morte cellulare controllata. Il ciclo di comunicazione cellulare rimane lo stesso, con cellule che originano segnali, cellule bersaglio che le ricevono e cellule bersaglio che poi cambiano il loro comportamento in base al segnale ricevuto.