Inhoud
- Cellen communiceren met vier soorten signalen
- Paracrine signalen houden orde in de celomgeving
- Autocriene signalering kan de groei bevorderen
- Endocriene signalering beïnvloedt het hele organisme
- Synaptische signaalverbindingen Twee cellen
- Het signaalontvangstproces is vergelijkbaar voor alle soorten mobiele communicatie
- Genexpressie is een mechanisme voor veranderingen in celgedrag
Cellen in meercellige organismen moeten gespecialiseerde rollen aannemen en moeten weten wanneer ze specifieke activiteiten moeten uitvoeren. Cellen coördineren hun acties via verschillende soorten mobiele communicatie, ook wel genoemd cel signalering. Typische celsignalen zijn chemisch van aard en kunnen lokaal of voor het organisme in het algemeen worden gericht.
Mobiele communicatie is een meertrapsproces dat het volgende omvat:
De verschillende soorten mobiele communicatie volgen allemaal dezelfde stappen, maar onderscheiden zich door de snelheid van het signaalproces en de afstand waarop het werkt. Zenuwcellen signaleren snel maar lokaal, terwijl klieren die hormonen afgeven langzamer werken, maar door het hele organisme.
De verschillende soorten cellulaire signalering zijn geëvolueerd om rekening te houden met de vereisten voor snelheid en afstand voor verschillende celfuncties.
Cellen communiceren met vier soorten signalen
Cellen gebruiken verschillende soorten signalering, afhankelijk van welke andere cellen ze willen bereiken. De vier soorten celcommunicatie zijn:
Cellen geven chemische signalen af om andere cellen te laten weten welke acties ze ondernemen, en ze ontvangen signalen die hen informeren over de activiteiten van andere organisme cellen. Acties zoals celdeling, celgroei, celdood en de productie van eiwitten worden gecoördineerd door de verschillende soorten celsignalering.
Paracrine signalen houden orde in de celomgeving
Tijdens paracriene signalering scheidt een cel een chemische stof af die uiteindelijk specifieke veranderingen in het gedrag van aangrenzende cellen veroorzaakt. De oorspronkelijke cel produceert het chemische signaal dat door het nabijgelegen weefsel diffundeert. De chemische stof is niet stabiel en verslechtert als deze lange afstanden moet afleggen.
Als gevolg hiervan wordt paracriene signalering gebruikt lokale mobiele communicatie.
De chemische stof die de cel produceert, is gericht op andere specifieke cellen. De beoogde cellen hebben receptoren op hun celmembranen voor de afgescheiden chemische stof. Niet-gerichte cellen hebben niet de vereiste receptoren en worden niet beïnvloed. De afgescheiden chemische stof hecht zich aan de receptoren van gerichte cellen en veroorzaakt een reactie in de cel. De reactie beïnvloedt op zijn beurt het gerichte celgedrag.
Huidcellen groeien bijvoorbeeld in lagen waarbij de bovenste laag bestaat uit dode cellen. Cellen van een ander weefsel liggen onder de onderste laag huidcellen. Lokale celsignalering zorgt ervoor dat de huidcellen weten in welke laag ze zich bevinden en of ze moeten delen om dode cellen te vervangen.
Paracrine-signalering wordt ook gebruikt om in spierweefsel te communiceren. Een paracrien chemisch signaal van de zenuwcellen in de spier zorgt ervoor dat de spiercellen samentrekken, waardoor spierbewegingen in het grotere organisme mogelijk worden.
Autocriene signalering kan de groei bevorderen
Autocriene signalering is vergelijkbaar met paracriene signalering, maar werkt op de cel die het signaal aanvankelijk uitscheidt. De oorspronkelijke cel produceert een chemisch signaal, maar de receptoren voor het signaal bevinden zich in dezelfde cel. Als gevolg hiervan stimuleert de cel zichzelf om zijn gedrag te veranderen.
Een cel kan bijvoorbeeld een chemische stof afscheiden die celgroei bevordert. Het signaal diffundeert door het lokale weefsel maar wordt gevangen door receptoren op de oorspronkelijke cel. De cel die het signaal afscheidde, wordt vervolgens gestimuleerd om meer groei te bewerkstelligen.
Deze functie is nuttig in embryo's waar groei belangrijk is en bevordert ook effectieve celdifferentiatie, wanneer autocriene signalering een celidentiteit versterkt. Autocriene zelfstimulatie is zeldzaam in gezond weefsel voor volwassenen, maar kan bij sommige vormen van kanker worden gevonden.
Endocriene signalering beïnvloedt het hele organisme
Bij endocriene signalering scheidt de oorspronkelijke cel een hormoon af dat over lange afstanden stabiel is. Het hormoon diffundeert door het celweefsel in haarvaten en reist door de bloedsomloop van het organisme.
Endocriene hormonen verspreiden zich door het lichaam en doelcellen op locaties die ver van de signaalcel liggen. De beoogde cellen hebben receptoren voor het hormoon en veranderen hun gedrag wanneer de receptoren worden geactiveerd.
Cellen in de bijnier produceren bijvoorbeeld het hormoon adrenaline, waardoor het lichaam in de "vecht- of vluchtmodus" komt. Het hormoon verspreidt zich door het lichaam in het bloed en veroorzaakt reacties in gerichte cellen. Bloedvaten samentrekken om de bloeddruk voor de spieren te verhogen, het hart pompt sneller en sommige zweetklieren worden geactiveerd. Het hele organisme wordt in een staat van gereedheid gebracht voor extra inspanning.
Het hormoon is overal hetzelfde, maar wanneer het receptoren op cellen activeert, veranderen de cellen hun gedrag op verschillende manieren.
Synaptische signaalverbindingen Twee cellen
Wanneer twee cellen continu uitgebreide signalering moeten uitwisselen, is het zinvol om speciale communicatiestructuren te bouwen om de uitwisseling van chemische signalen te vergemakkelijken. De synaps is een celextensie die de buitenste celmembranen van twee cellen dicht bij elkaar brengt. De signalering over een synaps verbindt altijd slechts twee cellen, maar een cel kan zulke nauwe associaties met meerdere cellen tegelijkertijd hebben.
Chemische signalen afgegeven in de synaptische kloof worden onmiddellijk opgenomen door de partnercelreceptoren. Voor sommige cellen is de opening zo klein dat de cellen elkaar effectief raken. In dat geval kunnen chemische signalen op het buitenste celmembraan van de ene cel rechtstreeks in contact komen met receptoren op het membraan van de andere cel en is de communicatie bijzonder snel.
Typische synaptische communicatie vindt plaats tussen neuronen in de hersenen. De hersencellen construeren synapsen om voorkeurscommunicatiekanalen met sommige aangrenzende cellen tot stand te brengen. De cellen kunnen dan bijzonder goed communiceren met hun synaptische communicatiepartners, waarbij chemische signalen snel en frequent worden uitgewisseld.
Het signaalontvangstproces is vergelijkbaar voor alle soorten mobiele communicatie
Een cellulair communicatiesignaal is relatief eenvoudig omdat de cel de chemische stof uitscheidt en het signaal wordt verdeeld volgens het type. Een signaal ontvangen is ingewikkelder omdat de chemische signaalstof buiten de doelcel blijft. Voordat het signaal het celgedrag kan veranderen, moet het de cel binnenkomen en de verandering activeren.
Eerst moet de doelcel receptoren hebben die overeenkomen met het chemische signaal. De receptoren zijn chemicaliën op het oppervlak van de cel die kunnen binden aan bepaalde chemische signalen. Wanneer een receptor bindt aan een chemisch signaal, geeft deze een trigger aan de binnenkant van het celmembraan vrij.
De trigger activeert vervolgens een proces van signaaltransductie waarin de getriggerde chemische stof een deel van de cel target waar het gedrag van cellen zou moeten veranderen.
Genexpressie is een mechanisme voor veranderingen in celgedrag
Cellen groeien en delen als gevolg van signalering van andere cellen. Een dergelijk groeisignaal bindt aan de doelcelreceptoren en veroorzaakt een signaaltransductie in de cel. De transductiechemicalie komt de celkern binnen en zorgt ervoor dat de cel groei en daaropvolgende celdeling initieert.
De transductie chemische stof bereikt dit door te beïnvloeden genexpressie. Het activeert de genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van extra celeiwitten die de cel laten groeien en delen. De cel brengt een nieuwe reeks genen tot expressie en verandert zijn gedrag volgens het ontvangen signaal.
Cellen kunnen hun gedrag ook veranderen op basis van celsignalen door de hoeveelheid energie die ze produceren te veranderen, de hoeveelheden chemicaliën die ze afscheiden te veranderen of door cellen in te schakelen apoptose of gecontroleerde celdood. De cellulaire communicatiecyclus blijft hetzelfde, met cellen die signalen voortbrengen, doelcellen die ze ontvangen en doelcellen die vervolgens hun gedrag veranderen volgens het ontvangen signaal.