Zelluläre Kommunikationstypen, Wichtigkeit, Beispiele

Der Zelluläre Kommunikation, Auch als interzelluläre Kommunikation bezeichnet und besteht aus der Übertragung extrazellulärer Signalmoleküle. Diese Moleküle beginnen von einem Signal, das Zelle erzeugt und an weiße Zellrezeptoren binden, wodurch eine spezifische Reaktion erzeugt wird.

Das Signalmolekül kann ein kleines Molekül sein (Beispiel: eine Aminosäure), ein Peptid oder ein Protein. Daher ist die Kommunikation, die Chemie ist, ein Merkmal der einzelligen und mehrzelligen Organismen.

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In Bakterien sind Signalmoleküle Bakterienpheromone. Diese sind für Funktionen wie den horizontalen Transfer von Genen, Biolumineszenz, Biofilmenbildung und die Produktion von Antibiotika und pathogenen Faktoren erforderlich.

In mehrzelligen Organismen kann die zelluläre Kommunikation zwischen den angrenzenden Zellen oder zwischen den getrennten Zellen stattfinden. Im letzteren Fall müssen die Signalmoleküle für lange Strecken verbreitet und transportiert werden. Unter den Funktionen der Signale sind Veränderungen in der Genexpression, der Morphologie und der Zellbewegung.

Die zelluläre Kommunikation kann auch über extrazelluläre Vesikel (VE) durchgeführt werden, die als Ektosomen und Exosomen bezeichnet werden. Einige VE -Funktionen sind: Lymphozyten- und Makrophagenmodulation; Kontrolle der synaptischen Funktion; in Blutgefäßen und Herz, Koagulation und Angiogenese; und RNA -Austausch.

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Typen (Systeme/Mechanismen)

In Bakterien gibt es eine Art zellulärer Kommunikation, die genannt wird Quorumerkennung, Das besteht aus Verhaltensweisen, die nur dann auftreten, wenn die Dichte der Bakterienpopulation hoch ist. Er Quorumerkennung Dies impliziert die Produktion, Freisetzung und den anschließenden Nachweis hoher Konzentrationen von Signalmolekülen, die als Selbstinduktoren bezeichnet werden.

In einzelligen Eukaryoten, wie z T. Brucei, es gibt auch Quorumerkennung. In Hefen treten sexuelles Verhalten und Zelldifferenzierung als Reaktion auf die Kommunikation durch Pheromone und Umweltveränderungen auf.

Bei Pflanzen und Tieren ist die Verwendung extrazellulärer Signalmoleküle wie Hormonen, Neurotransmitter, Wachstumsfaktoren oder Gase eine wichtige Art der Kommunikation, die die Synthese des Signalmoleküls, seine Freisetzung, seinen Transport zur weißen Zelle, den Nachweis von impliziert das spezifische Signal und die Reaktion.

In Bezug auf den Transport des Molekülsignals bei Tieren bestimmt der Wirkungsabstand des Moleküls zwei Arten von Signalen: 1) autokrine und Paracrine, die auf derselben Zelle und in den nahe gelegenen Zellen wirken; und 2) endokrin, das auf eine entfernte weiße Zelle wirkt und vom Blutkreislauf transportiert wird.

Die zelluläre Kommunikation durch extrazelluläre Vesikel ist eine wichtige Art der zellulären Kommunikation in eukaryotischen Organismen und Archaea.

Quorumerkennung (QS)

Wenn die bakterielle oder einzelluläre eukaryotische Population wächst, erreicht sie die Anzahl der ausreichenden Zellen oder Quorumzellen, was die Induktorkonzentration erzeugt, die eine Wirkung auf Zellen erzeugen können. Dies stellt einen Mechanismus für die Trage der Volkszählung dar.

Drei Arten von Systemen sind bekannt Quorumerkennung in Bakterien: eine im gramnegativen; ein anderer in grampositiv; und ein anderer im Gramm negativ Vibrio Harveyi.

In gramnegativen Bakterien ist der Selbstinduktor der akylierte Lacton-Homoserin. Diese Substanz wird vom Luxxi -Enzym synthetisiert und breitet sich passiv durch die Membran aus, wobei sich im extrazellulären und intrazellulären Raum akkumulieren. Wenn die stimulierende Konzentration erreicht ist, wird die Transkription von durch QS regulierten Genen aktiviert.

In gramnegativen Bakterien sind Selbstinduktoren modifizierte Peptide, die in den extrazellulären Raum exportiert werden, wo sie zusammen mit Membranproteinen interagieren. Es gibt einen Phosphorylierungswasserfall, der Proteine ​​aktiviert, die an DNA binden und die Transkription weißer Gene steuern.

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Vibrio Harveyi produziert zwei Autoinduktoren, genannt Hai-1 und A1-2. Hai-1 ist Acyled Lacton-Homoserin, aber seine Synthese hängt nicht von Luxi ab. A1-2 ist Furanosil Boraato Dieter. Beide Substanzen wirken durch einen Phosphorylierungswasserfall, der dem anderer gramnegativer Bakterien ähnelt. Diese Art von QS kontrolliert Biolumineszenz.

Chemische Kommunikation

Die spezifische Vereinigung des Signalmoleküls oder Ligation zum empfangenden Protein erzeugt eine spezifische zelluläre Reaktion. Jede Art von Zelle hat bestimmte Arten von Rezeptoren. Obwohl ein bestimmter Empfängertyp auch in verschiedenen Zellenarten gefunden werden kann und unterschiedliche Reaktionen auf die gleiche Verknüpfung erzeugen.

Die Art des Signalmoleküls bestimmt den Pfad, der zum Betreten der Zelle verwendet wird. Zum Beispiel hydrophobe Hormone wie Steroide, die sich durch Lipiddoppelschicht ausbreiten und an Rezeptoren binden, um Komplexe zu bilden, die die Expression spezifischer Gene regulieren.

Gase wie Stickoxid und Kohlenmonoxid, die sich durch die Membran ausbreiten und normalerweise den Cyclas Guanylil, Cyclic GMP -Produzenten, aktivieren. Die meisten Signalmoleküle sind hydrophil.

Seine Rezeptoren befinden sich auf der Zelloberfläche. Rezeptoren wirken als Signalübersetzer, die das Verhalten der weißen Zelle verändern.

Die zellulären Oberflächenrezeptoren sind unterteilt in: a) GF -Protein gekoppelte Rezeptoren; b) Rezeptoren mit Enzymaktivität wie das Kinase -Drehmoment; und c) Ionenkanalrezeptoren.

Merkmale von Empfängern zu Protein Abschluss g G

Protein -gekoppelte Rezeptoren werden in allen Eukaryoten gefunden. Im Allgemeinen sind sie Empfänger mit sieben Domänen, die die Membran überqueren, wobei die N-terminale Region bis zum Zell-Außenbereich. Diese Rezeptoren sind mit einem G -Protein assoziiert, das die Signale übersetzt.

Wenn der Ligand an den Empfänger bindet, wird das G -Protein aktiviert. Es ist wiederum ein Effektorenzym aktiv.

Protein G besitzt drei Untereinheiten: Alpha, Beta und Gamma. Proteinaktivierung G impliziert die Dissoziation des BIP des G -Proteins und die Vereinigung des GTP zur Alpha -Untereinheit. In der g_Alpha-GTP -Dissozieren von Beta- und Gamma -Untereinheiten, die speziell mit Effektorproteinen interagieren, sie aktivieren, sie aktivieren.

Die AMPC-Route kann durch Beta-adrenerge Rezeptoren aktiviert werden. AMPC wird von der Adenylil -Cyclase produziert. Die Phosphoosytol -Route wird durch Acetylcholin -Muskarinrezeptoren aktiviert. Aktivieren Sie Phospholipase c. Der Arachidonsäurerweg wird durch den Histaminrezeptor aktiviert. Aktivieren Sie die Phospholipase A2.

AMPC -Route

Die Bindung des Liganden an den Empfänger das stimulierende Protein G (G. G (G)_S) verursacht zusammen mit dem BIP den Austausch von BIP durch GTP und die Dissoziation der Alpha -Untereinheit von G_S der Beta- und Gamma -Untereinheiten. Der komplexe g_Alpha-GTP ist mit einer Domäne der Adenylcyclasa verbunden, die das Enzym aktiviert und AMPC von ATP produziert.

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Das AMPC verbindet sich den regulatorischen Untereinheiten des AMPC -abhängigen Kinaseproteins. Freisetzt katalytische Untereinheiten, die Proteine ​​phosphorylieren, die die zellulären Reaktionen regulieren. Diese Route wird durch zwei Arten von Enzymen reguliert, nämlich Phosphodien und Phosphataseproteine.

Fosfoinitol -Route

Die Bindung des Liganden an den Empfänger aktiviert das Protein g (G. G_Q), die Phospholipase C (PLC) aktiviert. Dieses Enzym bricht das Phosphatidylinosit 1,4,5-Biphosphat (PIP₂) In zwei zweiten Boten, Inositol 1,4,5-Trifosphat (IP₃) und dicilglycerin (DAG).

Die IP₃ Verbreitet sich im Zytoplasma und verbindet Rezeptoren des endoplasmatischen Retikulums, wodurch die Freisetzung von CA verursacht wird⁺² von innen. Die DAG bleibt in der Membran und aktiviert das Cinase C (PKC) -Protein. Einige PKC -Isoformen brauchen ca⁺².

Araquidonsäureweg

Die Bindung des Liganden an den Empfänger führt dazu₂ (Pla₂). Dieses Enzym hydrolysiert Phosphatidylinositol (PI) in der Plasmamembran, wobei Arachidonsäure freigesetzt wird, das durch verschiedene Wege wie 5 und 12-Lipxigenase und Cycloxigenase metabolisiert wird.

Tyrosinkinase -Rezeptoreigenschaften

Tyrosinkinase (RTK) -Rezeptoren haben extrazelluläre regulatorische Domänen und intrazelluläre katalytische Domänen. Im Gegensatz zum GF -Protein -gekoppelten Empfänger kreuzt die Polypeptidkette der Tyrosinkinase -Rezeptoren nur einmal die Plasmamembran.

Die Ligand Union, die ein Hormon- oder Wachstumsfaktor ist, zum regulatorischen Bereich führt dazu, dass die beiden Untereinheiten des Empfängers assoziiert sind. Dies ermöglicht das Autophosphat des Empfängers in einem Tyrosinrest und die Aktivierung von Proteinphosphorylierungswasserfällen.

Phosphorylierte Tyrosinreste des Drehmqueinase -Rezeptors (RTK) interagieren mit Adapterproteinen, die den mit Komponenten des Signaltransduktionswegs aktivierten Rezeptors verbinden. Die Anpassung von Proteinen dient dazu, multiprotische Signalkomplexe zu bilden.

Das RTK verbindet verschiedene Peptide, wie z. B. der epidermale Wachstumsfaktor; Fibroblastenwachstumsfaktoren; Gehirnwachstumsfaktoren; Nervenwachstumsfaktor; und Insulin.

Allgemeine Merkmale der Empfänger

Die Aktivierung von Oberflächenrezeptoren erzeugt Veränderungen der Proteinphosphorylierung durch Aktivierung von zwei Arten von Kinase -Proteinen: Bustle und Serum und Treoninkinasen .

Serin- und Treonin -Kinasen sind: AMPC -abhängige Kinaseprotein; GMPC -abhängiges Kinaseprotein; Das Kinase -Protein C; und CA -abhängiges Protein⁺²/Calmodulin. In diesen Kinase -Proteinen, mit Ausnahme der AMPC -abhängigen Kinase, befindet sich die katalytische und Regulatordomäne.

Der zweite Messenger schließt sich diesen Kinasen Serin und Treonin an, um sie zu aktivieren.

Eigenschaften von Rezeptoren, die ionische Kanäle sind

Ionenkanalrezeptoren haben die folgenden Eigenschaften: a) Sie leiten Ionen; b) bestimmte Ionen erkennen und auswählen; c) Sie öffnen und schließen sich als Reaktion auf chemische, elektrische oder mechanische Signale.

Ionenkanalrezeptoren können ein Monomer oder Heteroligomere oder Homoligomere sein, deren Polypeptidkettenregionen die Plasmamembran überschreiten. Es gibt drei Familien von Ionenkanälen: a) Puerta del Ligando -Kanäle; b) Gap Unions -Kanäle; und c) na -abhängige Spannungskanäle⁺.

Einige Beispiele für Ionenkanalrezeptoren sind die Acetylcholinrezeptoren der neuromuskulären Übergang und die ionotropen Rezeptoren von Glutamat, NMDA und NO NMDA im Zentralnervensystem.

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Kommunikation durch extrazelluläre Vesikel

Extrazelluläre Vesikel (VE) sind eine Mischung aus Ektosomen und Exosomen, die für die Übertragung biologischer Informationen verantwortlich sind (RNA, Enzyme, reaktive Sauerstoffspezies usw.) Zwischen Zelle und Zelle. Der Ursprung beider Vesikel ist anders.

Ektosomen sind Vesikel, die von Plasmamembransprossen erzeugt werden, gefolgt von der Trennung und Freisetzung in Richtung extrazellulärer Raum.

Erstens tritt eine Membranproteingruppierung in diskreten Domänen auf. Dann akkumulieren Proteinlipidanker zytosolische Proteine ​​und RNA in Lumen, sodass der Ausbruch wächst.

Bei den Exosomen handelt. MVB sind späte Endosomen, in denen es intraluminale Vesikel gibt (ILVs). MVB kann Lysosomen verschmelzen und den abbauenden Pfad fortsetzen oder ISS als Exozytose als Exosomen freigeben.

Sie interagieren sie auf unterschiedliche Weise mit der weißen Zelle: 1) Ablehnung der VE -Membran und Freisetzung der aktiven Faktoren ihres Innenraums; 2) Sie bilden den Kontakt mit der Oberfläche der weißen Zelle, die sich verschmelzen und ihren Inhalt im Cytosol freisetzen; und 3) werden ausschließlich von Makropinozytose und Phagozytose erfasst.

Bedeutung

Die große Vielfalt an interzellulären Kommunikationsfunktionen zeigt ihre Bedeutung für sich selbst an. In einigen Beispielen wird die Bedeutung verschiedener Arten der zellulären Kommunikation veranschaulicht.

- Wichtigkeit von Quorumerkennung. QS reguliert verschiedene Prozesse wie Virulenz innerhalb einer Art oder Mikroorganismen verschiedener Arten oder Gattungen. Zum Beispiel ein Stamm von Staphylococcus aureus Verwenden Sie ein Signalmolekül in der Quorumerkennung Den Wirt infizieren und andere Stämme von hemmt S. aureus Es zu tun.

- Bedeutung der chemischen Kommunikation. Chemische Indikation ist für das Überleben und den Fortpflanzungserfolg von mehrzelligen Organismen notwendig.

Zum Beispiel wird der programmierte Zelltod, der die mehrzellige Entwicklung reguliert, vollständige Strukturen beseitigt und die Entwicklung spezifischer Gewebe ermöglicht. All dies wird durch trophische Faktoren vermittelt.

- Bedeutung der Sees. Sie spielen eine wichtige Rolle bei Diabetes, Entzündungen sowie neurodegenerativen und kardiovaskulären Erkrankungen. Sie sehen, dass normale Zellen und Krebszellen ziemlich unterschiedlich sind. Ve kann Faktoren transportieren, die den Krebsphänotyp in weißen Zellen fördern oder unterdrücken.

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