6.1: Cos'è la segnalazione cellulare?

Nonostante la membrana protettiva che separa una cellula dall'ambiente, le cellule hanno bisogno della capacità di rilevare e rispondere ai cambiamenti ambientali. Inoltre, le celle spesso hanno bisogno di comunicare tra loro. Gli organismi unicellulari e multicellulari utilizzano una varietà di meccanismi di segnalazione cellulare per comunicare per rispondere all'ambiente.

Le cellule rispondono a molti tipi di informazioni, spesso attraverso proteine recettoriali posizionate sulla membrana. Ad esempio, le cellule della pelle rispondono e trasmettono informazioni di tocco, mentre i fotorecettori nella retina possono rilevare la luce. La maggior parte delle cellule, tuttavia, si sono evoluti per rispondere ai segnali chimici, tra cui ormoni, neurotrasmettitori, e molti altri tipi di molecole di segnalazione. Le cellule possono anche coordinare diverse risposte suscitate dalla stessa molecola di segnalazione.

In genere, la segnalazione cellulare comporta tre passaggi: (1) la ricezione del segnale, (2) la trasduzione del segnale e (3) una risposta. Nella maggior parte dei segnali, una molecola impermeabile a membrana, o ligando, provoca un cambiamento in un recettore della membrana; tuttavia, alcune molecole di segnalazione, come gli ormoni, possono attraversare la membrana per raggiungere i loro recettori interni. Il recettore della membrana può quindi inviare questo segnale ai messaggeri intracellulari, che traducono il messaggio in una risposta cellulare. Questa risposta intracellulare può includere una trascrizione di cambiamento, traduzione, attivazione di proteine, o molti altri.

Gli organismi unicellulari come i batteri possono utilizzare un tipo di segnalazione cellulare chiamata quorum sensing per rilevare la loro concentrazione in una colonia e generare risposte coordinate. Le cellule eucariotiche possono rilasciare ligandi che colpiscono la stessa cellula che ha prodotto il segnale (segnalazione automatica) o le cellule vicine (segnalazione paracrina). I segnali possono anche essere inviati su lunghe distanze, come nel caso di alcuni ormoni, e produrre risposte in cellule lontane, chiamate segnalazione endocrina. La segnalazione dipendente dal contatto descrive i percorsi fisici creati tra le cellule vicine attraverso le quali i segnali citoplasmici possono passare rapidamente. Le cellule del sistema nervoso possono generare risposte rapide attraverso una specializzazione della segnalazione cellulare chiamata segnalazione sinaptica.

- [Istruttore] Le celle utilizzano una varietà di meccanismi

di segnalazione per coordinare azioni specifiche all'interno

e tra le cellule.

La segnalazione intercellulare

si riferisce alla comunicazione

tra le cellule.

Qui, una cellula

secerne una molecola di segnalazione iniziale

chiamata legante per indurre risposte in cellule mirate.

Una volta che il legante si lega,

avviene la segnalazione intracellulare,

riferendosi a come un segnale

viene elaborato all'interno della cellula.

In alcune comunità batteriche, si verifica una sorta di

segnalazione intercellulare chiamata quorum sensing,

in cui le cellule di una comunità reagiscono di concerto,

quando la concentrazione di un legante di segnalazione

raggiunge una soglia critica.

Negli eucarioti, a volte il legante colpisce la cellula

che lo ha rilasciato,

ciò viene chiamato segnalazione autocrina.

Il fenomeno in cui il legante colpisce le cellule vicine,

è noto come segnalazione paracrina.

Un'altra forma di comunicazione,

la segnalazione dipendente dal contatto,

si verifica tra due cellule

che sono fisicamente in contatto.

Il segnale passa direttamente da una cellula all'altra

attraverso giunzioni gap in cellule animali

o in cellule vegetali collegate da plasmodesmata.

Gli organismi multicellulari

spesso hanno bisogno di cellule in una parte

del corpo per comunicare con le cellule in una parte

diversa del corpo.

Per farlo, rilasciano i leganti nel flusso sanguigno

in un processo chiamato segnalazione endocrina.

Nel sistema nervoso, i neuroni usano una forma specifica

di segnalazione che si basa su strutture specializzate

chiamate sinapsi.

Qui, le cellule non entrano realmente in contatto,

ma rilasciano neurotrasmettitori e altre molecole

per comunicare con le cellule bersaglio.

All'interno della cellula,

il segnale originale viene spesso convertito

o trasdotto quando l'attivazione dei recettori

innesca una catena di eventi

chiamata cascata di segnalazione.

Pertanto, la segnalazione implica spesso il rilevamento

del segnale, i passaggi intermedi che trasducono il segnale

e un bersaglio finale

che sollecita una risposta da una cellula,

come la regolazione dell'espressione genica.