الاتصال الخلوي: الأنواع ، الأهمية ، الأمثلة - مادة الاحياء - 2025

على الاتصالات الخلوية ، وتسمى أيضا الاتصالات بين الخلايا، هو انتقال الجزيئات إشارة خارج الخلية. تبدأ هذه الجزيئات من خلية مولدة للإشارة وترتبط بمستقبلات على الخلية المستهدفة ، مما ينتج عنه استجابة محددة.

يمكن أن يكون جزيء الإشارة جزيءًا صغيرًا (مثال: حمض أميني) أو ببتيد أو بروتين. لذلك ، فإن الاتصال ، وهو مادة كيميائية ، هو سمة من سمات الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا.

المصدر: pixabay.com

في البكتيريا ، جزيئات الإشارة هي فرمونات بكتيرية. هذه ضرورية لوظائف مثل نقل الجينات الأفقي ، والتلألؤ البيولوجي ، وتشكيل الأغشية الحيوية ، وإنتاج المضادات الحيوية والعوامل المسببة للأمراض.

في الكائنات متعددة الخلايا ، يمكن أن يحدث الاتصال الخلوي بين الخلايا المجاورة ، أو بين الخلايا المنفصلة. في الحالة الأخيرة ، يجب أن تنتشر جزيئات الإشارة وتقطع مسافات طويلة. من بين وظائف الإشارات التغييرات في التعبير الجيني والتشكل وحركة الخلية.

يمكن أيضًا إجراء الاتصال الخلوي عن طريق الحويصلات خارج الخلية (EV) ، والتي تسمى ectosomes و exosomes. بعض وظائف المركبات الكهربائية هي: تعديل الخلايا الليمفاوية والضامة. السيطرة على وظيفة متشابك. في الأوعية الدموية والقلب ، التخثر وتكوين الأوعية. وتبادل الحمض النووي الريبي.

أنواع (أنظمة / آليات)

في البكتيريا ، هناك نوع من الاتصال الخلوي يسمى استشعار النصاب ، والذي يتكون من سلوكيات تحدث فقط عندما تكون كثافة البكتيريا عالية. يتضمن استشعار النصاب إنتاج ، وإطلاق ، والكشف اللاحق عن تركيزات عالية من جزيئات الإشارة ، تسمى المحرضات التلقائية.

في حقيقيات النوى أحادية الخلية ، مثل T. brucei ، هناك أيضًا استشعار للنصاب. في الخميرة ، يحدث السلوك الجنسي وتمايز الخلايا استجابة للتواصل الفرمون والتغيرات البيئية.

في النباتات والحيوانات ، يعد استخدام جزيئات الإشارة خارج الخلية ، مثل الهرمونات أو الناقلات العصبية أو عوامل النمو أو الغازات ، نوعًا مهمًا من الاتصالات التي تتضمن تركيب جزيء الإشارة وإطلاقه ونقله إلى الخلية المستهدفة والكشف إشارة واستجابة محددة.

فيما يتعلق بنقل جزيء الإشارة في الحيوانات ، تحدد مسافة عمل الجزيء نوعين من الإشارات: 1) autocrine و paracrine ، اللذان يعملان ، على التوالي ، على نفس الخلية وعلى الخلايا المجاورة ؛ و 2) الغدد الصماء ، التي تعمل على خلية مستهدفة بعيدة ، يتم نقلها عن طريق مجرى الدم.

يعد الاتصال الخلوي عن طريق الحويصلات خارج الخلية نوعًا مهمًا من الاتصالات الخلوية في الكائنات حقيقية النواة والعتائق.

مع نمو مجموعة حقيقية النواة أو البكتيريا أحادية الخلية ، فإنها تصل إلى عدد كافٍ من الخلايا ، أو النصاب القانوني ، الذي ينتج تركيز المحفز القادر على إحداث تأثير في الخلايا. وهذا يشكل آلية لإجراء التعداد.

تُعرف ثلاثة أنواع من أنظمة استشعار النصاب في البكتيريا: أحدها سالب الجرام ؛ آخر إيجابي الجرام ؛ وأخرى على الجرام السالب Vibrio harveyi.

في البكتيريا سالبة الجرام ، المحرض الذاتي هو لاكتون هوموسيرين. يتم تصنيع هذه المادة بواسطة إنزيم من نوع LuxI وتنتشر بشكل سلبي عبر الغشاء ، وتتراكم في الفضاء خارج الخلية وداخل الخلايا. عندما يتم الوصول إلى التركيز المحفز ، يتم تنشيط نسخ الجينات التي تنظمها QS.

في البكتيريا سالبة الجرام ، المحرضات الذاتية عبارة عن ببتيدات معدلة ، يتم تصديرها إلى الفضاء خارج الخلية ، حيث تتفاعل مع بروتينات الغشاء. يحدث شلال الفسفرة الذي ينشط البروتينات التي ترتبط بالحمض النووي وتتحكم في نسخ الجينات المستهدفة.

تنتج Vibrio harveyi محردين ذاتيين ، معينين HAI-1 و A1-2. HAI-1 هو حمض الهوموسرين اللاكتوني المؤكسد ، لكن تركيبه لا يعتمد على LuxI. A1-2 عبارة عن ديستر فورانوسيل بورات. تعمل كلتا المادتين من خلال سلسلة فسفرة مماثلة لتلك الموجودة في البكتيريا سالبة الجرام الأخرى. هذا النوع من QS يتحكم في التلألؤ البيولوجي.

الاتصالات الكيميائية

ينتج الارتباط المحدد لجزيء الإشارة ، أو الترابط ، ببروتين المستقبل استجابة خلوية محددة. يحتوي كل نوع من الخلايا على أنواع معينة من المستقبلات. على الرغم من أنه يمكن أيضًا العثور على نوع معين من المستقبلات في أنواع مختلفة من الخلايا ، وتنتج استجابات مختلفة لنفس الرابط.

تحدد طبيعة جزيء الإشارة المسار الذي سيتم استخدامه لدخول الخلية. على سبيل المثال ، تنتشر الهرمونات الكارهة للماء ، مثل الستيرويدات ، من خلال طبقة ثنائية الدهون وترتبط بالمستقبلات لتشكيل معقدات تنظم التعبير عن جينات معينة.

تنتشر الغازات ، مثل أكسيد النيتريك وأول أكسيد الكربون ، عبر الغشاء وتنشط عمومًا محلقة غوانيليل المنتجة لممارسات التصنيع الجيدة. معظم جزيئات الإشارة محبة للماء.

تم العثور على مستقبلاته على سطح الخلية. تعمل المستقبلات كمترجمين للإشارات يغيرون سلوك الخلية المستهدفة.

تنقسم مستقبلات سطح الخلية إلى: أ) مستقبلات البروتين G ؛ ب) مستقبلات ذات نشاط إنزيم ، مثل التيروزين كيناز ؛ و ج) مستقبلات القناة الأيونية.

خصائص مستقبلات البروتين G

تم العثور على مستقبلات البروتين G في جميع حقيقيات النوى. بشكل عام ، هي مستقبلات لها سبعة مجالات تعبر الغشاء ، مع المنطقة الطرفية N باتجاه خارج الخلية والطرف C باتجاه داخل الخلية. ترتبط هذه المستقبلات ببروتين G الذي يترجم الإشارات.

عندما يرتبط اللاجند بالمستقبل ، ينشط بروتين G. وهذا بدوره ينشط إنزيم مستجيب ينتج مرسالًا ثانيًا داخل الخلايا ، والذي يمكن أن يكون أدينوزين أحادي الفوسفات (cAMP) ، أو حمض الأراكيدونيك ، أو دياسيل جلسرين ، أو إينوزيتول 3-فوسفات ، والذي يعمل كمضخم إشارة. مبدئي.

يحتوي البروتين G على ثلاث وحدات فرعية: alpha و beta و gamma. تنشيط البروتين G ينطوي على تفكك الناتج المحلي الإجمالي من البروتين G وربط GTP بوحدة ألفا الفرعية. في مركب G _alpha -GTP ينفصلون عن وحدات بيتا وغاما الفرعية ، ويتفاعلون بشكل خاص مع بروتينات المستجيب ، وينشطونها.

يمكن تنشيط مسار cAMP بواسطة مستقبلات بيتا الأدرينالية. يتم إنتاج CAMP بواسطة adenylyl cyclase. يتم تنشيط مسار الفوسفوينوزيتول عن طريق مستقبلات الأسيتيل كولين المسكارينية. أنها تنشط phospholipase C. يتم تنشيط مسار حمض الأراكيدونيك بواسطة مستقبلات الهيستامين. ينشط فسفوليباز A2.

مسار CAMP

يؤدي ارتباط ligand بالمستقبل ، وهو البروتين التحفيزي G (G _s) ، المرتبط بالناتج المحلي الإجمالي ، إلى تبادل الناتج المحلي الإجمالي لـ GTP ، وتفكك وحدة ألفا الفرعية لـ G _s من وحدتي بيتا وغاما. يرتبط مركب G _alpha -GTP بمجال من adenyl cyclase ، وينشط الإنزيم ، وينتج cAMP من ATP.

يرتبط CAMP بالوحدات الفرعية التنظيمية لبروتين كيناز المعتمد على cAMP. يطلق الوحدات الفرعية التحفيزية ، التي تفسفر البروتينات التي تنظم الاستجابات الخلوية. يتم تنظيم هذا المسار من خلال نوعين من الإنزيمات ، وهما فسفودايستيراز ، وفوسفاتازات البروتين.

مسار الفوسفوينوزيتول

يؤدي ارتباط الليجند بالمستقبل إلى تنشيط البروتين G (G _q) ، الذي ينشط فسفوليباز C (PLC). هذا الإنزيم يكسر فوسفاتيديل إينوزيتول 1،4،5-بيسفوسفات (PIP ₂) إلى رسولين ثانويين ، إينوزيتول 1،4،5-ثلاثي الفوسفات (IP ₃) و diacylglycerol (DAG).

ينتشر IP ₃ في السيتوبلازم ويرتبط بالمستقبلات في الشبكة الإندوبلازمية ، مما يتسبب في إطلاق Ca ⁺² من الداخل. يبقى DAG في الغشاء وينشط بروتين كيناز سي (PKC). تتطلب بعض الأشكال الإسوية لـ PKC Ca ⁺².

مسار حمض الأراكيدونيك

ملزمة ليجند لمستقبلات يسبب بيتا وغاما مفارز من البروتين G لتفعيل فسفوليباز A ₂ (PLA ₂). هذا الإنزيم يحلل الفوسفاتيديلينوسيتول (PI) في غشاء البلازما ، ويطلق حمض الأراكيدونيك ، الذي يتم استقلابه عن طريق مسارات مختلفة ، مثل 5 و 12 ليبوكسجيناز وانزيمات الأكسدة الحلقية.

خصائص مستقبلات التيروزين كيناز

مستقبلات التيروزين كيناز (RTK) لها مجالات تنظيمية خارج الخلية ومجالات تحفيزية داخل الخلايا. على عكس المستقبل المقترن بالبروتين G ، فإن سلسلة البولي ببتيد لمستقبلات التيروزين كيناز تعبر غشاء البلازما مرة واحدة فقط.

يؤدي ارتباط ligand ، وهو هرمون أو عامل نمو ، بالمجال التنظيمي إلى ارتباط وحدتي المستقبل. هذا يسمح للفسفرة الذاتية للمستقبل على بقايا التيروزين ، وتفعيل شلالات البروتين الفسفرة.

تتفاعل بقايا التيروزين المفسفرة لمستقبل التيروزين كيناز (RTK) مع بروتينات المحول ، والتي تربط المستقبل المنشط بمكونات مسار تحويل الإشارة. تعمل بروتينات المحول على تكوين مجمعات إشارات متعددة البروتينات.

RTK يرتبط ببتيدات مختلفة ، مثل: عامل نمو البشرة ؛ عوامل نمو الأرومة الليفية. عوامل نمو الدماغ عامل نمو الأعصاب؛ والأنسولين.

الخصائص العامة لأجهزة الاستقبال

يؤدي تنشيط المستقبلات السطحية إلى إحداث تغييرات في فسفرة البروتين عن طريق تنشيط نوعين من كينازات البروتين: التيروزين كيناز وسيرين وثريونين كينازات.

إن كينازات سيرين وثريونين هي: بروتين كيناز المعتمد على cAMP. كيناز البروتين المعتمد على cGMP ؛ بروتين كيناز سي ؛ والبروتين المعتمد على Ca ⁺² / Calmodulin. في كينازات البروتين هذه ، باستثناء كيناز المعتمد على cAMP ، يوجد المجال التحفيزي والتنظيمي في نفس سلسلة البولي ببتيد.

يرتبط الرسول الثاني بكينازات السيرين والثريونين ، وينشطها.

خصائص المستقبلات التي هي قنوات أيونية

تتمتع مستقبلات القناة الأيونية بالخصائص التالية: أ) توصيل الأيونات ؛ ب) التعرف على أيونات معينة واختيارها ؛ ج) الفتح والغلق استجابة للإشارات الكيميائية أو الكهربائية أو الميكانيكية.

يمكن أن تكون مستقبلات القناة الأيونية أحادية ، أو يمكن أن تكون متجانسة أو متجانسة ، والتي تعبر مناطقها من سلسلة عديد الببتيد غشاء البلازما. توجد ثلاث عائلات من القنوات الأيونية: أ) قنوات بوابة الترابط. ب) فجوة قنوات الوصل ؛ ج) قنوات الجهد المعتمدة على Na ⁺.

بعض الأمثلة على مستقبلات القنوات الأيونية هي مستقبلات الأسيتيل كولين الوصلة العصبية العضلية ومستقبلات الغلوتامات المتضاربة للتأين ، NMDA وغير NMDA ، في الجهاز العصبي المركزي.

التواصل عبر الحويصلات خارج الخلية

الحويصلات خارج الخلية (EV) عبارة عن مزيج من الجسيمات الخارجية والإكسوسومات المسؤولة عن نقل المعلومات البيولوجية (الحمض النووي الريبي ، والإنزيمات ، وأنواع الأكسجين التفاعلية ، وما إلى ذلك) بين الخلية والخلية. أصل كلتا الحويقتين مختلف.

الإكتوسومات هي حويصلات تنتج عن نبتة من غشاء البلازما ، يليها فصلها وإطلاقها في الفضاء خارج الخلية.

أولاً ، يحدث تجمع بروتينات الغشاء في مجالات منفصلة. ثم تقوم مراسي البروتين الدهنية بتجميع البروتينات الخلوية والحمض النووي الريبي في التجويف ، وبالتالي تنمو البرعم.

Exosomes عبارة عن حويصلات تتشكل من أجسام متعددة الخلايا (MVB) ويتم إطلاقها عن طريق خروج الخلايا في الفضاء خارج الخلية. MVBs هي جسيمات داخلية متأخرة ، حيث توجد حويصلات داخل اللمعة (ILVs). يمكن أن تندمج MVBs في الجسيمات الحالة وتستمر في المسار التدريجي ، أو تطلق ILVS كإكسوسومات من خلال خروج الخلايا.

تتفاعل المركبات الكهربائية مع الخلية المستهدفة بطرق مختلفة: 1) تلاشي غشاء المركبات الكهربائية وإطلاق العوامل النشطة داخله ؛ 2) تتلامس المركبات الكهربائية مع سطح الخلية المستهدفة ، التي تندمج ، وتطلق محتواها في العصارة الخلوية ؛ و 3) يتم التقاط المركبات الكهربائية بالكامل من خلال كثرة الخلايا الكبرية والبلعمة.

أهمية

تشير مجموعة متنوعة من وظائف الاتصال بين الخلايا وحدها إلى أهميتها. توضح بعض الأمثلة أهمية الأنواع المختلفة للاتصالات الخلوية.

- أهمية استشعار النصاب. تنظم QS عمليات مختلفة مثل الفوعة داخل الأنواع أو الكائنات الحية الدقيقة من الأنواع أو الأجناس المختلفة. على سبيل المثال ، تستخدم إحدى سلالات Staphylococcus aureus جزيء إشارة في استشعار النصاب لإصابة المضيف ، وتمنع سلالات أخرى من S. aureus من القيام بذلك.

- أهمية الاتصال الكيميائي. الوسم الكيميائي ضروري للبقاء والنجاح التناسلي للكائنات متعددة الخلايا.

على سبيل المثال ، موت الخلايا المبرمج ، الذي ينظم التطور متعدد الخلايا ، يزيل الهياكل بأكملها ويسمح بتطور أنسجة معينة. كل هذا يتم بوساطة العوامل الغذائية.

- أهمية المركبات الكهربائية. يلعبون دورًا مهمًا في مرض السكري والالتهابات والأمراض التنكسية العصبية وأمراض القلب والأوعية الدموية. تختلف المركبات الكهربائية للخلايا الطبيعية والخلايا السرطانية اختلافًا كبيرًا. يمكن أن تحمل المركبات الكهربائية العوامل التي تعزز أو تثبط النمط الظاهري للسرطان في الخلايا المستهدفة.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، ج ، وآخرون. 2007. البيولوجيا الجزيئية للخلية. جارلاند ساينس ، نيويورك.
2. باسلر ، بي إل 2002. نقاش صغير: التواصل من خلية إلى خلية في البكتيريا. الخلية ، 109: 421-424.
3. Cocucci، E. and Meldolesi، J. 2015. Ectosomes و exosomes: التخلص من الالتباس بين الحويصلات خارج الخلية. الاتجاهات في بيولوجيا الخلية ، xx: 1-9.
4. Kandel، E.، Schwarts، JH، and Jessell، T.، 2000. مبادئ العلوم العصبية. ماكجرو هيل الولايات المتحدة الأمريكية.
5. لوديش ، إتش ، بيرك ، أ. ، زيبورسكي ، إس إل ، ماتسوداريا ، بي ، بالتيمور ، دي ، دارنيل ، ج. 2003. البيولوجيا الخلوية والجزيئية. افتتاحية Medica Panamericana ، بوينس آيرس ، بوغوتا ، كاراكاس ، مدريد ، المكسيك ، ساو باولو.
6. Pappas، KM، Weingart، CL، Winans، SC 2004. الاتصالات الكيميائية في البكتيريا البروتينية: الدراسات البيوكيميائية والهيكلية لتركيبات الإشارة والمستقبلات المطلوبة للإشارات بين الخلايا. علم الأحياء الدقيقة الجزيئي ، 53: 755-769.
7. بيربال ، ب. 2003. الاتصال هو المفتاح. الاتصالات الخلوية والتشوير. الافتتاحية ، 1-4.