STANIČNA KOMUNIKACIJA: VRSTE, VAŽNOST, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

Staničnu komunikaciju, koji se nazivaju i međustanična komunikacija, je prijenos ekstracelularne signalne molekule. Te molekule počinju od stanice koja generira signal i vežu se za receptore u ciljanoj stanici, proizvodeći specifičan odgovor.

Signalna molekula može biti mala molekula (primjer: aminokiselina), peptid ili protein. Stoga je komunikacija, koja je kemijska, karakteristika za jednostanične i višećelijske organizme.

Izvor: pixabay.com

U bakterijama signalne molekule su bakterijski feromoni. Oni su potrebni za funkcije kao što su vodoravni prijenos gena, bioluminescencija, stvaranje biofilma i proizvodnja antibiotika i patogenih čimbenika.

U višećelijskim organizmima stanična komunikacija može se odvijati između susjednih stanica ili između zasebnih stanica. U posljednjem slučaju, signalne molekule moraju difuzno i ​​prijeći velike udaljenosti. Među funkcijama signala su promjene u ekspresiji gena, morfologiji i kretanju stanica.

Komunikacija stanica također se može izvesti vanćelijskim vezikulama (EV), nazvanim ektosomi i egzosomi. Neke funkcije EV-a su: modulacija limfocita i makrofaga; kontrola sinaptičke funkcije; u krvnim žilama i srcu, koagulacija i angiogeneza; i RNA razmjena.

Vrste (sustavi / mehanizmi)

U bakterijama postoji vrsta stanične komunikacije koja se naziva kvorumov senzor, a sastoji se od ponašanja koja se javljaju samo kad je gustoća populacije bakterija velika. Senzor kvoruma uključuje proizvodnju, oslobađanje i naknadno otkrivanje visokih koncentracija signalnih molekula, nazvanih autoinduktori.

U jednoćelijskih eukariota, kao što je T. brucei, postoji i kvorumotizacija. U kvascima se seksualno ponašanje i diferencijacija stanica pojavljuju kao odgovor na komunikaciju feromonima i promjene okoline.

U biljkama i životinjama uporaba vanćelijskih signalnih molekula, poput hormona, neurotransmitera, faktora rasta ili plinova, važna je vrsta komunikacije koja uključuje sintezu signalne molekule, njeno otpuštanje, njezin transport do ciljane stanice, detekciju signal i specifičan odgovor.

U odnosu na transport signalne molekule u životinjama, udaljenost djelovanja molekule određuje dvije vrste signala: 1) autokrini i parakrini koji djeluju na istu ćeliju i na obližnje stanice; i 2) endokrina, koja djeluje na udaljenu ciljnu stanicu, koja se prenosi krvotokom.

Stanična komunikacija izvanstaničnim vezikulama važan je tip stanične komunikacije u eukariotskim organizmima i Arheama.

Kako jedna populacija eukariotske ili bakterijske populacije raste, dostiže dovoljan broj stanica, ili kvoruma, koji proizvode koncentraciju induktora koja može stvoriti učinak u stanicama. To predstavlja mehanizam za popis stanovništva.

U bakterijama su poznate tri vrste sustava za utvrđivanje kvoruma: jedan je gram-negativan; drugi u gram-pozitivnom; i još jedan na gram negativan Vibrio harveyi.

U gram-negativnim bakterijama autoinduktor je acilirani homoserin lakton. Ova tvar sintetizira se enzimom tipa LuxI i pasivno se difundira kroz membranu, nakupljajući se u izvanćelijskom i unutarćelijskom prostoru. Kad se postigne stimulativna koncentracija, aktivira se transkripcija gena reguliranih QS-om.

U gram-negativnim bakterijama autoinduktori su modificirani peptidi koji se izvoze u izvanćelijski prostor, gdje međusobno djeluju zajedno s membranskim proteinima. Nastaje kaskada fosforilacije koja aktivira proteine, koji se vežu na DNK i kontroliraju transkripciju ciljnih gena.

Vibrio harveyi proizvodi dva autoinduktora, označena HAI-1 i A1-2. HAI-1 je acilirani laktonski homoserin, ali njegova sinteza ne ovisi o LuxI. A1-2 je dieter furanozil borat. Obje tvari djeluju kroz kaskadu fosforilacije slično kao kod ostalih gram-negativnih bakterija. Ova vrsta QS kontrolira bioluminiscenciju.

Kemijska komunikacija

Specifično vezanje signalne molekule, ili liganda, na protein receptora, daje specifičan stanični odgovor. Svaka vrsta stanica ima određene vrste receptora. Iako se određena vrsta receptora može naći i u različitim tipovima stanica, te proizvode različite reakcije na isti ligand.

Priroda signalne molekule određuje put koji će se koristiti za ulazak u ćeliju. Primjerice, hidrofobni hormoni, poput steroida, difundiraju kroz lipidni dvosloj i vežu se na receptore kako bi formirali komplekse koji reguliraju ekspresiju specifičnih gena.

Plinovi poput dušičnog oksida i ugljičnog monoksida difundiraju kroz membranu i općenito aktiviraju cikličku gvanil-ciklozu koja proizvodi GMP. Većina signalnih molekula je hidrofilna.

Njegovi receptori nalaze se na staničnoj površini. Receptori djeluju kao prevoditelji signala koji mijenjaju ponašanje ciljne stanice.

Receptori stanične površine dijele se na: a) receptore vezane na G protein; b) receptore s enzimskom aktivnošću, kao što je tirozin kinaza; i c) receptore ionskih kanala.

Karakteristike receptora povezanih u g proteinima

G-receptori povezani u proteinima nalaze se u svim eukariotama. Općenito, riječ je o receptorima sa sedam domena koji prelaze membranu, s N-terminalnim područjem prema staničnoj unutrašnjosti i C-terminalnim područjem prema staničnoj unutrašnjosti. Ovi receptori se povezuju s G proteinom koji prevodi signale.

Kad se ligand veže na receptor, G protein se aktivira. To zauzvrat aktivira enzim efektor koji stvara drugi unutarćelijski glasnik, koji može biti ciklički adenozin monofosfat (cAMP), arahidonska kiselina, diacilglicerol ili inozitol-3-fosfat, koji djeluje kao pojačalo signala. početni.

Protein G ima tri podjedinice: alfa, beta i gama. Aktivacija G proteina uključuje disocijaciju BDP-a od G proteina i vezanje GTP-a na alfa podjedinicu. U kompleksu G _alfa -GTP oni se odvajaju od beta i gama podjedinica, posebno komunicirajući s efektorskim proteinima, aktivirajući ih.

CAMP put može biti aktiviran beta-adrenergičkim receptorima. CAMP se proizvodi adenilil ciklazom. Put fosfoinozitola aktivira se muskarinskim acetilholinskim receptorima. Aktiviraju fosfolipazu C. Put arahidonske kiseline aktivira se receptor histamina. Aktivira fosfolipazu A2.

CAMP put

Vezanje liganda na receptor, stimulirajući protein G (G _s), vezan za BDP, uzrokuje razmjenu BDP-a za GTP i disocijaciju alfa podjedinice G _s iz beta i gama podjedinica. Kompleks G _alfa -GTP povezuje se s domenom adenil ciklaze, aktivirajući enzim i stvarajući cAMP iz ATP.

CAMP se veže na regulatorne podjedinice protein kinaze ovisne o cAMP. Oslobađa katalitičku podjedinicu, koja fosforilira proteine ​​koji reguliraju stanične reakcije. Taj put reguliraju dvije vrste enzima, naime fosfodiesteraze i proteinske fosfataze.

Put fosfoinozitola

Vezanje liganda na receptor aktivira G protein (G _q), koji aktivira fosfolipazu C (PLC). Ovaj enzim razbija fosfatidil inozitol 1,4,5-bisfosfat (PIP ₂) u dva sekundarna glasnika, inozitol 1,4,5-trifosfat (IP ₃) i diacilglicerol (DAG).

IP ₃ difundira u citoplazmi i veže se za receptore u endoplazmatskom retikuluu, izazivajući oslobađanje Ca ⁺² iznutra. DAG ostaje u membrani i aktivira protein kinazu C (PKC). Neki izoformi PKC-a zahtijevaju Ca ⁺².

Put arahidonske kiseline

Vezanje liganda za receptor dovodi beta i gama podjedinice G proteina koje aktiviraju za fosfolipaze A ₂ (PLA ₂). Ovaj enzim hidrolizira fosfatidilinozitol (PI) u plazma membrani, oslobađajući arahidonsku kiselinu, koja se metabolizira različitim putevima, poput 5 i 12-lipoksigenaze i ciklooksigenaze.

Karakteristike recepcijske tirozin kinaze

Receptorska tirozin kinaza (RTK) ima izvanćelijske regulatorne domene i unutarćelijske katalitičke domene. Za razliku od receptora vezanog za protein, polipeptidni lanac receptora tirozin kinaza prelazi plazma membranu samo jednom.

Vezanje liganda, koji je hormon ili faktor rasta, na regulatorno područje uzrokuje pridruživanje dviju receptorskih podjedinica. To omogućava autofosforilaciju receptora na tirozinskom ostatku i aktiviranje kaskade fosforilacije proteina.

Ostaci fosforiliranog tirozina receptora tirozin kinaze (RTK) stupaju u interakciju s adapterskim proteinima koji povezuju aktivirani receptor s komponentama prijenosa signala. Adapterski proteini služe za stvaranje višeproteinskih signalnih kompleksa.

RTK se veže na različite peptide, kao što su: epidermalni faktor rasta; faktori rasta fibroblasta; faktori rasta mozga; faktor rasta živaca; i inzulina.

Opće karakteristike prijemnika

Aktivacija površinskih receptora uzrokuje promjene u fosforilaciji proteina aktiviranjem dvije vrste protein kinaza: tirozin kinaza te serin i treonin kinaza.

Serinske i treonin kinaze su: cAMP-ovisna protein kinaza; cGMP-ovisna protein kinaza; protein kinaza C; i protein ⁺ ovisan o kalmodulinu. Kod ovih protein kinaza, s izuzetkom o kAMP-ovisnoj kinazi, katalitička i regulatorna domena nalazi se u istom polipeptidnom lancu.

Drugi glasnik veže se na ove serinske i treonin kinaze, aktivirajući ih.

Karakteristike receptora koji su ionski kanali

Receptori ionskog kanala imaju sljedeće karakteristike: a) provode ione; b) prepoznati i odabrati određene ione; c) otvaranje i zatvaranje kao odgovor na kemijske, električne ili mehaničke signale.

Receptori ionskog kanala mogu biti monomer, ili biti heteroligomeri ili homoligomeri, čija područja polipeptidnog lanca prolaze kroz plazma membranu. Postoje tri obitelji ionskih kanala: a) kanali liganskih vrata; b) kanali za spajanje praznina; i c) Na ⁺ -ovisni naponski kanali.

Neki primjeri receptora ionskog kanala su neuromuskularni spoj acetilkolinskih receptora i iotropni receptori glutamata, NMDA i ne-NMDA, u središnjem živčanom sustavu.

Komunikacija preko izvanstaničnih vezikula

Izvanstanični vezikuli (EV) mješavina su ektosoma i egzozoma koji su odgovorni za prijenos bioloških informacija (RNA, enzima, reaktivnih kisikovih vrsta itd.) Između stanice i stanice. Podrijetlo obje vezikule je različito.

Ektosomi su vezikule koje nastaju klijanjem iz plazma membrane, nakon čega slijedi njihovo odvajanje i oslobađanje u izvanstanični prostor.

Prvo, dolazi do grupiranja membranskih proteina u diskretne domene. Tada sidro proteina lipida akumulira citosolne proteine ​​i RNA u lumenu i na taj način raste pupoljak.

Egzozomi su vezikule koje nastaju iz multivakularnih tijela (MVB) i oslobađaju se egzocitozom u vanćelijski prostor. MVB-ovi su kasni endosomi u kojima postoje intraluminalni vezikuli (ILV). MVB-ovi se mogu stopiti s lizosomima i nastaviti put razgradnje ili osloboditi ILVS kao egzosome putem egzocitoze.

EV-ji djeluju na ciljne stanice na različite načine: 1) nestajanje EV membrane i oslobađanje aktivnih čimbenika unutar nje; 2) EV uspostavljaju kontakt s površinom ciljne ćelije, koju spajaju, oslobađajući njihov sadržaj u citosolu; i 3) EV-ei su potpuno zarobljeni makropinocitozom i fagocitozom.

Važnost

Veliki izbor funkcija međućelijske komunikacije ukazuje na njenu važnost. Neki primjeri ilustriraju važnost različitih vrsta stanične komunikacije.

- Važnost senzibiliteta kvoruma. QS regulira različite procese poput virulencije unutar vrste ili mikroorganizama različitih vrsta ili rodova. Na primjer, jedan soj Staphylococcus aureus koristi signalnu molekulu u kvorumu koji inficira domaćina i inhibira druge sojeve S. aureusa da to čine.

- Važnost kemijske komunikacije. Kemijsko obilježavanje potrebno je za opstanak i reproduktivni uspjeh višećelijskih organizama.

Na primjer, programirana stanična smrt, koja regulira višećelijski razvoj, uklanja cijele strukture i omogućava razvoj specifičnih tkiva. Sve to posreduju trofičkim čimbenicima.

- Važnost EV-a. Oni igraju važnu ulogu kod dijabetesa, upala te neurodegenerativnih i kardiovaskularnih bolesti. EV normalnih stanica i stanica raka se uvelike razlikuju. EV-ovi faktori mogu nositi čimbenike koji potiču ili suzbijaju fenotip raka u ciljanim stanicama.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J. i sur. 2007. Molekularna biologija stanice. Garland Science, New York.
2. Bassler, BL 2002. Mali razgovor: Komunikacija između stanica i stanica u bakterijama. Cell, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. i Meldolesi, J. 2015. Ektosomi i egzosomi: prolijevanje zbrke između izvanstaničnih vezikula. Trendovi u staničnoj biologiji, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH i Jessell, T., 2000. Principi neurološke znanosti. McGraw-Hill SAD.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Stanična i molekularna biologija. Uredništvo Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogota, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Kemijska komunikacija u proteobakterijama: biokemijska i strukturna ispitivanja signalnih sintaza i receptora potrebnih za međućelijsku signalizaciju. Molekularna mikrobiologija, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Komunikacija je ključna. Stanična komunikacija i signalizacija. Uredništvo, 1-4.