6.1:

6.1: Что такое клеточная сигнализация?

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Biology

What is Cell Signaling?

Next Video

6.2: Bacterial Signaling

109,395 Views

•

02:03 min

•

August 01, 2019

Несмотря на защитную мембрану, отделяющую клетку от окружающей среды, клеткам необходима способность обнаруживать изменения окружающей среды и реагировать на них. Кроме того, клеткам часто необходимо общаться друг с другом. Одноклеточные и многоклеточные организмы используют различные клеточные сигнальные механизмы, чтобы взаимодействовать с окружающей средой.

Клетки реагируют на многие типы информации, часто через рецепторные белки, расположенные на мембране. Например, клетки кожи реагируют на прикосновения и передают информацию о них, а фоторецепторы сетчатки могут обнаруживать свет. Однако большинство клеток эволюционировали, чтобы реагировать на химические сигналы, включая гормоны, нейротрансмиттеры и многие другие типы сигнальных молекул. Клетки могут даже координировать разные ответы, вызываемые одной и той же сигнальной молекулой.

Как правило, передача сигналов клетки включает три этапа: (1) прием сигнала, (2) передача сигнала и (3) ответ. В большинстве случаев приема сигнала непроницаемая для мембраны молекула или лиганд вызывает изменение мембранного рецептора; однако некоторые сигнальные молекулы, такие как гормоны, могут проходить через мембрану, чтобы достичь своих внутренних рецепторов. Затем мембранный рецептор может послать этот сигнал внутриклеточным мессенджерам, которые преобразуют сообщение в клеточный ответ. Этот внутриклеточный ответ может включать изменение транскрипции, трансляции, активации белка и многие другие.

Одноклеточные организмы, такие как бактерии, могут использовать тип клеточной сигнализации, называемый кворум-зондированием, для определения их концентрации в колонии и выработки скоординированных ответов. Эукариотические клетки могут высвобождать лиганды, которые нацелены на ту же клетку, которая продуцирует сигнал (аутокринная передача сигналов) или соседние клетки (паракринная передача сигналов). Сигналы могут даже передаваться на большие расстояния, как в случае некоторых гормонов, и вызывать ответные реакции в отдаленных клетках, называемые эндокринными сигналами. Контактно-зависимая передача сигналов описывает физические пути, созданные между соседними клетками, через которые могут быстро проходить цитоплазматические сигналы. Клетки нервной системы могут генерировать быстрые ответы благодаря специализации передачи сигналов клеток, называемой синаптической передачей сигналов.

Transcript

Клетки используют разнообразные сигнальные механизмы для координации специфических действий внутри и между клетками. Межклеточная сигнализация относится к коммуникации между клетками. Здесь одна клетка секретирует начальную сигнальную молекулу, называемую лигандом, чтобы индуцировать ответы в целевых клетках.

После того как лиганд связывается, происходит внутриклеточная сигнализация, и сигнал обрабатывается внутри клетки. В некоторых бактериальных сообществах происходит своего рода определение кворума, вызванное межклеточной сигнализацией, где клетки как сообщество согласованно реагируют, как только концентрация сигнального лиганда достигает критического порога. В эукариотах, иногда лиганд нацелен на клетку, которая высвобождает его, процесс, называемый автокринной сигнализацией.

Когда лиганд выбирает целью соседние клетки, это известно, как паракринная сигнализация. Другая форма коммуникации, сигнализация, зависящая от контакта, происходит между двумя клетками, которые физически соприкасаются. Сигнал проходит напрямую от одной клетки к другой через щелевые контакты в животных клетках, или в клетках растений, подключённых через плазмодесматы.

Многоклеточным организмам часто требуется, чтобы клетки в одной части тела общались с клетками в другой части тела. Для этого они отпускают лиганды в кровоток в процессе, называемом эндокринной сигнализацией. В нервной системе, нейроны используют специфическую форму сигнализации, которая опирается на специализированные структуры, называемые синапсами.

В данном случае клетки на самом деле не устанавливают контакт, но высвобождают нейротрансмиттеры и другие молекулы, чтобы связаться с нашими целевыми клетками. Внутри клетки, исходный сигнал часто преобразуется или трансдуцируется, когда активация рецепторов запускает цепочку событий, которая называется сигнальным каскадом. Поэтому сигнализация часто включает в себя обнаружение сигнала, промежуточное трансдуцирование сигнала, и окончательное выявление ответа от клетки, такого как регулирование экспрессии генов.