Inhalt
- Zellen kommunizieren mit vier Arten von Signalen
- Parakrine Signale sorgen für Ordnung in der Zellumgebung
- Autokrine Signale können das Wachstum fördern
- Das endokrine Signal wirkt sich auf den gesamten Organismus aus
- Synaptic Signaling verbindet zwei Zellen
- Der Signalempfangsprozess ist für alle Arten der zellularen Kommunikation ähnlich
- Die Genexpression ist ein Mechanismus für Veränderungen im Zellverhalten
Zellen in mehrzelligen Organismen müssen eine spezielle Rolle übernehmen und wissen, wann sie bestimmte Aktivitäten ausführen müssen. Zellen koordinieren ihre Aktionen durch verschiedene Arten der zellularen Kommunikation, auch genannt Zellensignalisierung. Typische Zellsignale sind chemischer Natur und können lokal oder allgemein auf den Organismus abzielen.
Zelluläre Kommunikation ist ein mehrstufiger Prozess, der Folgendes umfasst:
Die verschiedenen Arten der zellularen Kommunikation folgen alle den gleichen Schritten, unterscheiden sich jedoch durch die Geschwindigkeit des Signalisierungsprozesses und die Entfernung, in der sie wirkt. Nervenzellen signalisieren schnell, aber lokal, während Drüsen, die Hormone freisetzen, langsamer arbeiten, jedoch im gesamten Organismus.
Die verschiedenen Arten der zellularen Signalübertragung wurden entwickelt, um die Geschwindigkeits- und Entfernungsanforderungen für verschiedene Zellfunktionen zu berücksichtigen.
Zellen kommunizieren mit vier Arten von Signalen
Zellen verwenden unterschiedliche Arten von Signalen, je nachdem, welche anderen Zellen sie erreichen möchten. Die vier Arten der Zellkommunikation sind:
Zellen setzen chemische Signale frei, um anderen Zellen mitzuteilen, welche Maßnahmen sie ergreifen, und sie erhalten Signale, die sie über die Aktivitäten anderer Organismuszellen informieren. Aktionen wie Zellteilung, Zellwachstum, Zelltod und die Produktion von Proteinen werden durch die verschiedenen Arten von Zellsignalen koordiniert.
Parakrine Signale sorgen für Ordnung in der Zellumgebung
Während der parakrinen Signalübertragung scheidet eine Zelle eine Chemikalie aus, die schließlich zu spezifischen Änderungen im Verhalten benachbarter Zellen führt. Die Ursprungszelle erzeugt das chemische Signal, das im Gewebe in der Nähe diffundiert. Die Chemikalie ist nicht stabil und verschlechtert sich, wenn sie lange Strecken zurücklegen muss.
Infolgedessen wird eine parakrine Signalisierung für verwendet lokale Zellkommunikation.
Die Chemikalie, die die Zelle produziert, zielt auf andere spezifische Zellen ab. Die Zielzellen haben Rezeptoren auf ihren Zellmembranen für die sekretierte Chemikalie. Nicht zielgerichtete Zellen haben nicht die erforderlichen Rezeptoren und sind nicht betroffen. Die abgesonderte Chemikalie bindet sich an die Rezeptoren der Zielzellen und löst eine Reaktion innerhalb der Zelle aus. Die Reaktion beeinflusst wiederum das gezielte Zellverhalten.
Beispielsweise wachsen Hautzellen in Schichten, wobei die oberste Schicht aus toten Zellen besteht. Zellen eines anderen Gewebes liegen unter der unteren Schicht der Hautzellen. Lokale Zellsignale sorgen dafür, dass die Hautzellen wissen, in welcher Schicht sie sich befinden und ob sie sich teilen müssen, um tote Zellen zu ersetzen.
Parakrine Signale werden auch zur Kommunikation im Muskelgewebe verwendet. Ein parakrines chemisches Signal von den Nervenzellen im Muskel bewirkt, dass sich die Muskelzellen zusammenziehen, was Muskelbewegungen im größeren Organismus ermöglicht.
Autokrine Signale können das Wachstum fördern
Die autokrine Signalübertragung ähnelt der parakrinen Signalübertragung, wirkt jedoch auf die Zelle, die das Signal anfänglich ausschüttet. Die ursprüngliche Zelle erzeugt ein chemisches Signal, aber die Rezeptoren für das Signal befinden sich in derselben Zelle. Infolgedessen regt sich die Zelle an, ihr Verhalten zu ändern.
Beispielsweise könnte eine Zelle eine Chemikalie absondern, die das Zellwachstum fördert. Das Signal diffundiert durch das lokale Gewebe, wird jedoch von Rezeptoren auf der Ursprungszelle eingefangen. Die Zelle, die das Signal sezerniert hat, wird dann zu mehr Wachstum angeregt.
Diese Funktion ist in Embryonen nützlich, in denen Wachstum wichtig ist, und fördert auch die effektive Zelldifferenzierung, wenn durch autokrine Signale die Identität der Zellen gestärkt wird. Autokrine Selbststimulation ist im gesunden Gewebe von Erwachsenen selten, kann aber bei einigen Krebsarten auftreten.
Das endokrine Signal wirkt sich auf den gesamten Organismus aus
Bei der endokrinen Signalübertragung scheidet die Ursprungszelle ein über große Entfernungen stabiles Hormon aus. Das Hormon diffundiert durch das Zellgewebe in Kapillaren und wandert durch das Kreislaufsystem des Organismus.
Endokrine Hormone breiten sich im ganzen Körper und in den Zielzellen an Orten aus, die von der Signalzelle entfernt sind. Die Zielzellen haben Rezeptoren für das Hormon und ändern ihr Verhalten, wenn die Rezeptoren aktiviert werden.
Beispielsweise produzieren Zellen in der Nebenniere das Hormon Adrenalin, das den Körper veranlasst, in den "Kampf- oder Fluchtmodus" überzugehen. Das Hormon breitet sich im Blut im ganzen Körper aus und löst in den Zielzellen Reaktionen aus. Blutgefäße verengen sich, um den Blutdruck für die Muskeln zu erhöhen, das Herz pumpt schneller und einige Schweißdrüsen werden aktiviert. Der gesamte Organismus wird in einen Zustand der Bereitschaft zur zusätzlichen Anstrengung versetzt.
Das Hormon ist überall gleich, aber wenn es Rezeptoren auf Zellen auslöst, ändern die Zellen ihr Verhalten auf unterschiedliche Weise.
Synaptic Signaling verbindet zwei Zellen
Wenn zwei Zellen ständig umfangreiche Signale austauschen müssen, ist es sinnvoll, spezielle Kommunikationsstrukturen aufzubauen, um den Austausch chemischer Signale zu erleichtern. Das Synapse ist eine Zellextension, die die äußeren Zellmembranen zweier Zellen in unmittelbare Nähe bringt. Die Signalisierung über eine Synapse verbindet immer nur zwei Zellen, aber eine Zelle kann gleichzeitig so enge Assoziationen mit mehreren Zellen haben.
Chemische Signale in die freigesetzt synaptische Lücke werden sofort von den Partnerzellrezeptoren aufgenommen. Bei einigen Zellen ist der Abstand so gering, dass sich die Zellen tatsächlich berühren. In diesem Fall können chemische Signale an der äußeren Zellmembran einer Zelle Rezeptoren direkt an der Membran der anderen Zelle angreifen, und die Kommunikation ist besonders schnell.
Typische synaptische Kommunikation findet zwischen statt Neuronen im Gehirn. Die Gehirnzellen konstruieren Synapsen, um bevorzugte Kommunikationskanäle mit einigen benachbarten Zellen herzustellen. Die Zellen können dann besonders gut mit ihren synaptischen Kommunikationspartnern kommunizieren und schnell und häufig chemische Signale austauschen.
Der Signalempfangsprozess ist für alle Arten der zellularen Kommunikation ähnlich
Das Senden eines zellularen Kommunikationssignals ist relativ einfach, da die Zelle die Chemikalie absondert und das Signal entsprechend seiner Art verteilt. Das Empfangen eines Signals ist komplizierter, da die Signalchemikalie außerhalb der Zielzelle verbleibt. Bevor das Signal das Zellverhalten ändern kann, muss es in die Zelle eintreten und die Änderung auslösen.
Erstens muss die Zielzelle Rezeptoren aufweisen, die dem chemischen Signal entsprechen. Die Rezeptoren sind Chemikalien auf der Oberfläche der Zelle, die an bestimmte chemische Signale binden können. Wenn ein Rezeptor an ein chemisches Signal bindet, löst er einen Auslöser im Inneren der Zellmembran aus.
Der Auslöser löst dann einen Vorgang aus Signaltransduktion Dabei zielt die ausgelöste Chemikalie auf einen Teil der Zelle, in dem sich das Verhalten der Zellen ändern soll.
Die Genexpression ist ein Mechanismus für Veränderungen im Zellverhalten
Zellen wachsen und teilen sich als Ergebnis der Signalübertragung von anderen Zellen. Ein solches Wachstumssignal bindet an die Rezeptoren der Zielzellen und löst eine Signalübertragung innerhalb der Zelle aus. Die Transduktionschemikalie dringt in den Zellkern ein und veranlasst die Zelle, das Wachstum und die anschließende Zellteilung einzuleiten.
Die Transduktionschemikalie erreicht dies durch Beeinflussung Genexpression. Es aktiviert die Gene, die für die Produktion zusätzlicher Zellproteine verantwortlich sind, die die Zelle wachsen lassen und sich teilen. Die Zelle exprimiert einen neuen Satz von Genen und ändert ihr Verhalten entsprechend dem empfangenen Signal.
Zellen können ihr Verhalten auch entsprechend den Zellsignalen ändern, indem sie die Menge an Energie ändern, die sie produzieren, die Menge an Chemikalien, die sie absondern oder in die Zelle eingreifen Apoptose oder kontrollierter Zelltod. Der zellulare Kommunikationszyklus bleibt derselbe, wobei Zellen Signale auslösen, Zielzellen diese empfangen und Zielzellen ihr Verhalten entsprechend dem empfangenen Signal ändern.