תקשורת סלולרית: סוגים, חשיבות, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

התקשורת הסלולרית , המכונית גם תקשורת בין-תאית, היא ההעברה של מולקולות איתות תאיות. מולקולות אלה מתחילות מתא שיוצר אות ומתקשרות לקולטנים בתא המטרה, ומייצרות תגובה ספציפית.

מולקולת האות יכולה להיות מולקולה קטנה (דוגמה: חומצת אמינו), פפטיד או חלבון. לכן תקשורת, שהיא כימית, היא מאפיין של אורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים.

מקור: pixabay.com

בחיידקים, מולקולות האות הן פרומונים חיידקיים. אלה נחוצים לפונקציות כמו העברת גן אופקי, ביומילינצנציה, היווצרות ביו-פילם, וייצור אנטיביוטיקה וגורמים פתוגניים.

באורגניזמים רב-תאיים תקשורת סלולרית יכולה להתקיים בין תאים הסמוכים, או בין תאים הנפרדים. במקרה האחרון, מולקולות האות חייבות להתפזר ולנסוע למרחקים ארוכים. בין תפקידי האותות ניתן למנות שינויים בביטוי גנים, מורפולוגיה ותנועת תאים.

תקשורת תאים יכולה להתבצע גם על ידי שלפוחיות חוץ תאיות (EV), המכונות אקטוזומים ואקסוזומים. פונקציות מסוימות של EVS הן: אפנון לימפוציטים ומקרופאגים; שליטה בתפקוד הסינפטי; בכלי הדם והלב, קרישה ואנגיוגנזה; והחלפת RNA.

סוגים (מערכות / מנגנונים)

בחיידקים קיים סוג של תקשורת סלולרית הנקראת חישת קוורום, המורכבת מהתנהגויות המתרחשות רק כאשר צפיפות אוכלוסיית החיידקים גבוהה. חישת המניין כוללת ייצור, שחרור וגילוי עוקב של ריכוזים גבוהים של מולקולות איתות, המכונות אוטו-אינדוקרים.

באוקריוטות חד-תאיות, כמו T. brucei, קיימת גם חישה של המניין. בשמרים, התנהגות מינית והבדלת תאים מתרחשת כתגובה לתקשורת פרומון ולשינויים סביבתיים.

בצמחים ובעלי חיים השימוש במולקולות אות חיצוניות, כגון הורמונים, מעבירים עצביים, גורמי גדילה או גזים, הוא סוג חשוב של תקשורת המערבת סינתזה של מולקולת האות, שחרורו, הובלתו לתא המטרה, איתור אות ותגובה ספציפית.

ביחס להובלת מולקולת האות בבעלי חיים, מרחק הפעולה של המולקולה קובע שני סוגים של אותות: 1) אוטוקרין ופרצרין, הפועלים בהתאמה על אותו תא ועל תאים סמוכים; ו- 2) אנדוקרינית, הפועלת על תא מטרה רחוק, המועבר על ידי זרם הדם.

תקשורת סלולרית על ידי שלפוחית ​​חוץ תאית היא סוג חשוב של תקשורת סלולרית באורגניזמים אוקיארוטיים וב- Archaea.

ככל שאוכלוסיית האוקריוטים החד-תאיים או החיידקיים גדלה, היא מגיעה למספר מספיק של תאים, או המניין, המייצרים את ריכוז המשרה המסוגלת לייצר השפעה בתאים. זה מהווה מנגנון לקיחת מפקד.

שלושה סוגים של מערכות חישת קוורום ידועות בחיידקים: האחד שלילי בגרם; אחר בגרם חיובי; ועוד על Vibrio harveyi השלילי.

בחיידקים גריל-שליליים, החומר האוטואוטואיד הוא לקטון הומוזרין מצטומם. חומר זה מסונתז על ידי האנזים מסוג LuxI ומתפשט באופן פסיבי דרך הממברנה, ומצטבר במרחב החוץ תאי והתא. כשמגיעים לריכוז המגרה, מופעל תעתיק הגנים המווסתים על ידי QS.

בחיידקים גריל-שליליים, מחומרים אוטומטיים הם פפטידים שהשתנו, המיוצאים לחלל החוץ תאי, שם הם מתקשרים יחד עם חלבוני ממברנה. מפל זרחן מתרחש המפעיל חלבונים, הנקשרים ל- DNA ושולטים בתעתיק של גני מטרה.

Vibrio harveyi מייצר שני מחזורי רכב, המיועדים ל- HAI-1 ו- A1-2. HAI-1 הוא הומוסרין לקטון מצופה acylated, אך הסינתזה שלו אינה תלויה ב- LuxI. A1-2 הוא דיסטר furanosyl borate. שני החומרים פועלים באמצעות מפל זרחן, הדומה לזה של חיידקים אחרים השליליים גרם. סוג זה של QS שולט בביומלומינצנציה.

תקשורת כימית

קישור ספציפי של מולקולת האות, או ליגנד, לחלבון הקולט מייצר תגובה תאית ספציפית. לכל סוג של תא יש סוגים מסוימים של קולטנים. אם כי ניתן למצוא סוג מסוים של קולטן גם בסוגים שונים של תאים, ולייצר תגובות שונות לאותה ליגנד.

אופי מולקולת האות קובע את המסלול שישמש לכניסה לתא. לדוגמא, הורמונים הידרופוביים, כמו סטרואידים, מתפשטים דרך הדו-שיח השומני ונקשרים לקולטנים ויוצרים קומפלקסים המווסתים את הביטוי של גנים ספציפיים.

גזים כמו תחמוצת החנקן ופחמן חד-חמצני מתפזרים דרך הממברנה ומפעילים בדרך כלל מחזוריות גנליולית המיוצרת GMP. מרבית מולקולות האות הן הידרופיליות.

הקולטנים שלו נמצאים על פני התא. הקולטנים פועלים כמתרגמי אות המשנים את התנהגות תא המטרה.

קולטני שטח התא מחולקים ל: א) קולטנים צמודי חלבון G; ב) קולטנים עם פעילות אנזים, כגון טירוזין קינאז; ו- ג) קולטני תעלות יונים.

מאפיינים של קולטנים צמודי חלבון G

קולטנים צמודי חלבון G נמצאים בכל האוקריוטות. באופן כללי, הם קולטנים עם שבעה תחומים החוצים את הממברנה, כאשר האזור הטרמינלי N מוצב כלפי חוץ התא וטרמינל C לכיוון פנים התא. קולטנים אלה מקשרים לחלבון G המתרגם את האותות.

כאשר הליגנד נקשר לקולטן, חלבון ה- G מופעל. זה בתורו מפעיל אנזים אפקטור המייצר מסנג 'תוך-תאי שני, שיכול להיות מונופוספט אדנוזין מחזורי (cAMP), חומצה ארכידונית, דיאצילגלייזרול או אינositול-3-פוספט, המשמש כמגבר אות. התחלתי.

לחלבון G יש שלוש יחידות משנה: אלפא, בטא וגמא. הפעלת חלבון ה- G כרוכה בניתוק התוצר מחלבון ה- G וקשירת GTP לתת-היחידה האלפאית. במתחם ה- G _alpha- GTP הם מתנתקים מתת יחידות הבטא והגמא, מקיימים אינטראקציה ספציפית עם חלבוני אפקטור, ומפעילים אותם.

ניתן להפעיל את מסלול ה- cAMP על ידי קולטנים בטא-אדרנרגיים. CAMP מיוצר על ידי adenylyl cyclase. מסלול הפוספוינוזיטול מופעל על ידי קולטני אצטילכולין מוסקריניים. הם מפעילים פוספוליפאז C. מסלול החומצה הערכידונית מופעל על ידי קולטן ההיסטמין. מפעיל זרחן A2.

מסלול CAMP

כריכה של ליגנד לרצפטור, חלבון הגירוי G (G _s ), כבול לתוצר, גורם חילופי מתמ"ג עבור GTP, ואת הניתוק של למקטע אלפא של G _ים מן יחידות המשנה בטא וגמא. מתחם ה- G _alpha- GTP מקשר לתחום של אדניל ציקלאז, מפעיל את האנזים, ומייצר cAMP מ- ATP.

CAMP נקשר לתת-היחידות הרגולטוריות של קינאז חלבון תלוי cAMP. משחרר יחידות תת קטליטיות, המזרקות חלבונים המווסתים את התאים הסלולריים. מסלול זה מוסדר על ידי שני סוגים של אנזימים, כלומר פוספודיאסטרז, ופוספטאזים חלבונים.

מסלול פוספוינוזיטול

כריכת הליגנד לקולטן מפעילה את חלבון ה- G (G _q ), המפעיל את הפוספוליפזה C (PLC). אנזים זה מפרק פוספטידיל אינזיטול 1,4,5-ביספוספט (PIP ₂ ) לשני מסרים שניים, אינזיטול 1,4,5-טריפוספט (IP ₃ ) ודיאקיל-גליצרול (DAG).

ה- IP ₃ מתפזר לציטופלזמה ונקשר לקולטנים בתכנית האנדופלסמה, וגורם לשחרור Ca ⁺² מבפנים. DAG נשאר בקרום ומפעיל חלבון קינאז C (PKC). כמה איזופורמות של PKC דורשות Ca ⁺² .

מסלול חומצה ארכידונית

כריכת הליגנד לקולטן גורמת לתתי יחידות הבטא והגמא של חלבון ה- G להפעיל את הפוספוליפאז A ₂ (PLA ₂ ). אנזים זה מעורר הידרוליזה של פוספטידילינוזיטול (PI) בקרום הפלזמה, ומשחרר חומצה ארכידונית, אשר עוברת חילוף חומרים בדרכים שונות, כגון 5 ו 12-lipoxygenase ו- cyclooxygenase.

מאפייני טירוזין קינאז לקולטנים

קולטנים טירוזין קינאז (RTK) הם בעלי תחומים רגולטוריים חוץ תאיים ותחומים קטליטיים תאיים. שלא כמו הקולטן המשודך לחלבון G, שרשרת הפוליפפטיד של טירוזין קינאז הקולט חוצה את קרום הפלזמה פעם אחת בלבד.

קשירת הליגנד שהוא הורמון או גורם גדילה לתחום הרגולטורי גורמת לשתי יחידות המשנה של הקולטן להתקשר. זה מאפשר autophosphorylation של הקולטן על שאריות טירוזין, והפעלת מפל זרחן חלבון.

שאריות טירוזין זרחניים של הקולטן טירוזין קינאז (RTK) מקיימים אינטראקציה עם חלבוני מתאם, המקשרים בין הקולטן המופעל לרכיבים במסלול הולכת האות. חלבוני מתאם משמשים ליצירת מתחמי איתות מולטי-חלבון.

RTK נקשר לפפטידים שונים, כמו: גורם צמיחת אפידרמיס; גורמי גידול פיברובלסטים; גורמי צמיחת מוח; גורם צמיחת עצבים; ואינסולין.

מאפיינים כלליים של המקלטים

הפעלת קולטני משטח מייצרת שינויים בזרחן חלבוני על ידי הפעלת שני סוגים של קינאזות חלבון: טירוזין קינאז וסרין ותראונין קינאזות.

הקינאזות הסרין והתראונין הם: קינאז חלבון תלוי cAMP; קינאז חלבון תלוי cGMP; חלבון קינאז C; והחלבון Ca ⁺² / קלמודולין. בקינאזות חלבון אלה, למעט הקינאז התלוי ב- cAMP, התחום הקטליטי והרגולטורי נמצא באותה שרשרת פוליפפטיד.

המסנג'ר השני נקשר לקינאזים סרניים ותראונינים אלה, ומפעיל אותם.

מאפיינים של קולטנים שהם תעלות יונים

לקולטני ערוץ יונים יש את המאפיינים הבאים: א) הם מוליכים יונים; ב) לזהות ולבחור יונים ספציפיים; ג) לפתוח ולסגור בתגובה לאותות כימיים, חשמליים או מכניים.

קולטני תעלות יונים יכולים להיות מונומר, או שהם יכולים להיות הטרוליגומרים או הומוליגומרים, אשר אזורי שרשרת הפוליפפטיד חוצים את קרום הפלזמה. ישנן שלוש משפחות של ערוצי יונים: א) ערוצי שער ליגנד; ב) תעלות צומת פער; ו ג) תעלות מתח תלויות Na ⁺ .

כמה דוגמאות לקולטני תעלות יונים הם קולטני האצטילכולין בצומת העצב-שרירית וקולטני הגלוטמט היונוטרופיים, NMDA ו- non-NMDA, במערכת העצבים המרכזית.

תקשורת באמצעות שלפוחית ​​חוץ תאית

שלפוחיות חוץ תאיות (EV) הן תערובת של אקטוזומים ואקסוזומים, האחראים על העברת מידע ביולוגי (RNA, אנזימים, מיני חמצן תגובתי וכו ') בין תא לתא. מקורם של שתי השלפוחיות שונה.

האקטוזומים הם שלפוחיות המיוצרות על ידי הנבטה מממברנה הפלזמה, ואחריה הפרדתם ושחרורם לחלל החוץ תאי.

ראשית, התרחשות אשכול חלבוני הממברנה לתחומים נפרדים. אז עוגני השומנים בחלבון צוברים חלבונים ציטוזוליים ו- RNA בלומן, ובכך מגדלים את הניצן.

אקסוזומים הם שלפוחיות המתרחשות מגופים רב-סיבוכים (MVB) ומשתחררים על ידי אקסוציטוזה לחלל החוץ תאי. MVBs הם אנדוזומים מאוחרים, בהם יש שלפוחיות תוך שריריות (ILVs). MVBs יכולים להתמזג לליזוזומים ולהמשיך במסלול השפלה, או לשחרר ILVS כאקסוזומים באמצעות exocytosis.

EVs מקיימים אינטראקציה עם תא המטרה בדרכים שונות: 1) היעלמות מממברנה EV ושחרור הגורמים הפעילים בתוכה; 2) מכשירי EVV יוצרים קשר עם פני השטח של תא היעד, אותו הם ממזגים, ומשחררים את תוכנם בציטוזול; ו- 3) EVs נלכדים לחלוטין על ידי מקרופינוציטוזיס ופגוציטוזיס.

חֲשִׁיבוּת

המגוון הרחב של הפונקציות של תקשורת בין-תאי בלבד מעיד על חשיבותו. כמה דוגמאות ממחישות את החשיבות של סוגים שונים של תקשורת סלולרית.

חשיבות חישת המניין. QS מווסת תהליכים שונים כמו נגיפות בתוך מין, או מיקרואורגניזמים מינים או סוגים שונים. לדוגמה, זן אחד של Staphylococcus aureus משתמש במולקולת איתות במניין החישה כדי להדביק את המארח, ומעכב זנים אחרים של S. aureus מלעשות זאת.

חשיבותה של תקשורת כימית. סימון כימי נחוץ להישרדותם ולהצלחת הרבייה של אורגניזמים רב-תאיים.

לדוגמא, מוות תאים מתוכנת, המסדיר את ההתפתחות הרב-תאית, מסיר מבנים שלמים ומאפשר התפתחות של רקמות ספציפיות. כל זה מתווך על ידי גורמים טרופיים.

חשיבותם של מכשירי EV. הם ממלאים תפקיד חשוב במחלת הסוכרת, דלקת, ומחלות ניווניות וקרדיווסקולריות. רמת ה- EV של תאים תקינים ותאי סרטן שונים מאוד. EVS יכולים לשאת גורמים המקדמים או מדכאים את פנוטיפ הסרטן בתאי יעד.

הפניות

1. אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, ואח '. 2007. ביולוגיה מולקולרית של התא. גרלנד מדע, ניו יורק.
2. בסלר, BL 2002. שיחה קטנה: תקשורת בין תא לתא בחיידקים. תא, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. ו- Meldolesi, J. 2015. אקטוזומים ואקסוזומים: שופכים את הבלבול בין שלפוחית ​​חוץ תאית. מגמות בביולוגיה של התא, xx: 1–9.
4. קנדל, א., שוורץ, ג'יי. וג'סל, ט, 2000. עקרונות מדעי העצב. מקגרו היל ארה"ב.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. ביולוגיה תאית ומולקולרית. העריכה Medica Panamericana, בואנוס איירס, בוגוטה, קראקס, מדריד, מקסיקו, סאו פאולו.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. תקשורת כימית בפרוטאובקטריה: מחקרים ביוכימיים ומבניים של סינתזות וקולטנים לאותות הנדרשים לאיתות בין-תאי. מיקרוביולוגיה מולקולרית, 53: 755–769.
7. פרבל, ב. 2003. תקשורת היא המפתח. תקשורת סלולרית ואיתות. עריכה, 1-4.