GIAO TIẾP TẾ BÀO: LOẠI, TẦM QUAN TRỌNG, VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Giao tiếp tế bào , còn được gọi là giao tiếp giữa các tế bào, là sự truyền tải các phân tử tín hiệu ngoại bào. Các phân tử này bắt đầu từ một tế bào tạo tín hiệu và liên kết với các thụ thể trên tế bào đích, tạo ra một phản ứng cụ thể.

Phân tử tín hiệu có thể là một phân tử nhỏ (ví dụ: axit amin), peptit hoặc protein. Do đó, giao tiếp, mang tính chất hóa học, là đặc điểm của sinh vật đơn bào và đa bào.

Nguồn: pixabay.com

Ở vi khuẩn, các phân tử tín hiệu là pheromone của vi khuẩn. Chúng cần thiết cho các chức năng như chuyển gen ngang, phát quang sinh học, hình thành màng sinh học, sản xuất kháng sinh và các yếu tố gây bệnh.

Ở các sinh vật đa bào, quá trình giao tiếp tế bào có thể diễn ra giữa các tế bào liền kề hoặc giữa các tế bào riêng biệt. Trong trường hợp sau, các phân tử tín hiệu phải khuếch tán và truyền đi một quãng đường dài. Trong số các chức năng của tín hiệu là những thay đổi trong biểu hiện gen, hình thái và chuyển động của tế bào.

Giao tiếp tế bào cũng có thể được thực hiện bởi các túi ngoại bào (EV), được gọi là ectosomes và exosomes. Một số chức năng của EVs là: điều chế tế bào lympho và đại thực bào; kiểm soát chức năng tiếp hợp; trong các mạch máu và tim, đông máu và hình thành mạch; và trao đổi RNA.

Các loại (hệ thống / cơ chế)

Ở vi khuẩn, có một loại giao tiếp tế bào được gọi là cảm nhận đại biểu, bao gồm các hành vi chỉ xảy ra khi mật độ của quần thể vi khuẩn cao. Cảm biến số lượng liên quan đến việc sản xuất, giải phóng và phát hiện sau đó các phân tử tín hiệu có nồng độ cao, được gọi là đầu dò tự động.

Ở các sinh vật nhân chuẩn đơn bào, chẳng hạn như T. brucei, cũng có khả năng cảm nhận đại số. Ở nấm men, hành vi tình dục và sự phân hóa tế bào xảy ra để đáp ứng với giao tiếp pheromone và những thay đổi của môi trường.

Ở thực vật và động vật, việc sử dụng các phân tử tín hiệu ngoại bào, chẳng hạn như hormone, chất dẫn truyền thần kinh, yếu tố tăng trưởng hoặc khí, là một loại truyền thông quan trọng liên quan đến việc tổng hợp phân tử tín hiệu, giải phóng, vận chuyển đến tế bào đích, phát hiện tín hiệu và phản ứng cụ thể.

Liên quan đến sự vận chuyển của phân tử tín hiệu ở động vật, khoảng cách hoạt động của phân tử xác định hai loại tín hiệu: 1) autocrine và paracrine, hoạt động tương ứng trên cùng một tế bào và trên các tế bào lân cận; và 2) nội tiết, hoạt động trên một tế bào đích ở xa, được vận chuyển theo dòng máu.

Giao tiếp tế bào bằng các túi ngoại bào là một kiểu giao tiếp tế bào quan trọng ở sinh vật nhân chuẩn và vi khuẩn cổ.

Khi quần thể vi khuẩn hoặc sinh vật nhân thực đơn bào phát triển, nó đạt đến đủ số lượng tế bào, hoặc số lượng tế bào, tạo ra nồng độ chất cảm ứng có khả năng tạo ra hiệu ứng trong tế bào. Điều này tạo thành một cơ chế điều tra dân số.

Ba loại hệ thống cảm nhận đại biểu được biết đến ở vi khuẩn: một loại là gram âm; khác ở gam dương; và một loại khác trên vi khuẩn Vibrio harveyi gram âm.

Ở vi khuẩn gram âm, autoinducer là acylated homoserine lactone. Chất này được tổng hợp bởi enzim loại LuxI và khuếch tán thụ động qua màng, tích tụ ở không gian ngoại bào và nội bào. Khi đạt đến nồng độ kích thích, quá trình phiên mã của các gen do QS quy định được kích hoạt.

Ở vi khuẩn gram âm, đầu dò tự động là các peptit đã được biến đổi, được xuất ra không gian ngoại bào, nơi chúng tương tác với nhau với các protein màng. Một dòng thác phosphoryl hóa xảy ra kích hoạt các protein, liên kết với DNA và kiểm soát quá trình phiên mã của các gen đích.

Vibrio harveyi sản xuất hai đầu dò tự động, được chỉ định HAI-1 và A1-2. HAI-1 là homoserine lactone được acyl hóa, nhưng sự tổng hợp của nó không phụ thuộc vào LuxI. A1-2 là diester furanosyl borat. Cả hai chất đều hoạt động thông qua một dòng phosphoryl hóa tương tự như của các vi khuẩn gram âm khác. Loại QS này kiểm soát sự phát quang sinh học.

Giao tiếp hóa học

Liên kết đặc hiệu của phân tử tín hiệu, hoặc phối tử, với protein thụ thể tạo ra một phản ứng tế bào cụ thể. Mỗi loại tế bào có một số loại thụ thể nhất định. Mặc dù một loại thụ thể nhất định cũng có thể được tìm thấy trong các loại tế bào khác nhau và tạo ra các phản ứng khác nhau đối với cùng một phối tử.

Bản chất của phân tử tín hiệu xác định con đường sẽ được sử dụng để đi vào tế bào. Ví dụ, các hormone kỵ nước, chẳng hạn như steroid, khuếch tán qua lớp kép lipid và liên kết với các thụ thể để tạo thành phức hợp điều chỉnh sự biểu hiện của các gen cụ thể.

Các khí như nitric oxide và carbon monoxide khuếch tán qua màng và thường kích hoạt guanylyl cyclase sản xuất theo chu kỳ theo chu kỳ. Hầu hết các phân tử tín hiệu đều ưa nước.

Các thụ thể của nó được tìm thấy trên bề mặt tế bào. Các thụ thể hoạt động như những bộ dịch tín hiệu làm thay đổi hành vi của tế bào đích.

Các thụ thể trên bề mặt tế bào được chia thành: a) Thụ thể kết hợp với protein G; b) các thụ thể có hoạt tính enzym, chẳng hạn như tyrosine kinase; và c) các thụ thể kênh ion.

Đặc điểm của các thụ thể kết hợp với protein G

Các thụ thể kết hợp với protein G được tìm thấy ở tất cả các sinh vật nhân chuẩn. Nói chung, chúng là các thụ thể có bảy vùng xuyên qua màng, với vùng tận cùng N hướng ra bên ngoài tế bào và đầu cuối C hướng vào bên trong tế bào. Các thụ thể này liên kết với protein G để dịch các tín hiệu.

Khi phối tử liên kết với thụ thể, protein G sẽ được kích hoạt. Điều này lần lượt kích hoạt một enzym hiệu ứng tạo ra chất truyền tin nội bào thứ hai, có thể là adenosine monophosphate vòng (cAMP), axit arachidonic, diacylglycerol hoặc inositol-3-phosphate, hoạt động như một bộ khuếch đại tín hiệu. ban đầu.

Protein G có ba tiểu đơn vị: alpha, beta và gamma. Sự hoạt hóa của protein G liên quan đến sự phân ly GDP khỏi protein G và sự liên kết của GTP với tiểu đơn vị alpha. Trong phức hợp G _alpha -GTP, chúng phân tách khỏi các tiểu đơn vị beta và gamma, tương tác đặc biệt với các protein hiệu ứng, kích hoạt chúng.

Con đường cAMP có thể được kích hoạt bởi các thụ thể beta-adrenergic. CAMP được sản xuất bởi adenylyl cyclase. Con đường phosphoinositol được kích hoạt bởi các thụ thể acetylcholine muscarinic. Chúng hoạt hóa phospholipase C. Con đường axit arachidonic được kích hoạt bởi thụ thể histamine. Kích hoạt phospholipase A2.

Con đường CAMP

Liên kết của phối tử với thụ thể, protein kích thích G (G _s ), liên kết với GDP, gây ra sự trao đổi GDP lấy GTP và sự phân ly của tiểu đơn vị alpha của G _s khỏi tiểu đơn vị beta và gamma. Phức hợp G _alpha -GTP liên kết với miền adenyl cyclase, kích hoạt enzym và sản xuất cAMP từ ATP.

CAMP liên kết với các tiểu đơn vị điều hòa của protein kinase phụ thuộc cAMP. Giải phóng các tiểu đơn vị xúc tác, giúp phosphoryl hóa các protein điều chỉnh các phản ứng của tế bào. Con đường này được điều chỉnh bởi hai loại enzym, cụ thể là phosphodiesterase và phosphatase protein.

Con đường photphoinositol

Liên kết của phối tử với thụ thể sẽ kích hoạt protein G (G _q ), kích hoạt phospholipase C (PLC). Enzyme này phá vỡ phosphatidyl inositol 1,4,5-bisphosphat (PIP ₂ ) thành hai sứ giả thứ hai, inositol 1,4,5-triphosphat (IP ₃ ) và diacylglycerol (DAG).

IP ₃ khuếch tán vào tế bào chất và liên kết với các thụ thể trong lưới nội chất, gây giải phóng Ca ⁺² từ bên trong. DAG vẫn còn trong màng và kích hoạt protein kinase C (PKC). Một số dạng đồng dạng của PKC yêu cầu Ca ⁺² .

Con đường axit arachidonic

Liên kết của phối tử với thụ thể làm cho các tiểu đơn vị beta và gamma của protein G hoạt hóa phospholipase A ₂ (PLA ₂ ). Enzyme này thủy phân phosphatidylinositol (PI) trong màng sinh chất, giải phóng axit arachidonic, được chuyển hóa theo các con đường khác nhau, chẳng hạn như 5 và 12-lipoxygenase và cyclooxygenase.

Đặc điểm của thụ thể tyrosine kinase

Receptor tyrosine kinase (RTK) có miền điều hòa ngoại bào và miền xúc tác nội bào. Không giống như thụ thể kết hợp với protein G, chuỗi polypeptide của thụ thể tyrosine kinase chỉ đi qua màng sinh chất một lần.

Sự liên kết của phối tử, là một hormone hoặc yếu tố tăng trưởng, với vùng điều hòa làm cho hai tiểu đơn vị thụ thể liên kết với nhau. Điều này cho phép tự động phosphoryl hóa thụ thể trên một phần dư tyrosine và kích hoạt các tầng phosphoryl hóa protein.

Các gốc tyrosine được phosphoryl hóa của thụ thể tyrosine kinase (RTK) tương tác với các protein tiếp hợp, liên kết thụ thể đã hoạt hóa với các thành phần của con đường dẫn truyền tín hiệu. Các protein tiếp hợp phục vụ để hình thành các phức hợp tín hiệu đa protein.

RTK liên kết với các peptide khác nhau, chẳng hạn như: yếu tố tăng trưởng biểu bì; các yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi; các yếu tố tăng trưởng não bộ; yếu tố tăng trưởng thần kinh; và insulin.

Đặc điểm chung của máy thu

Việc kích hoạt các thụ thể bề mặt tạo ra những thay đổi trong quá trình phosphoryl hóa protein bằng cách kích hoạt hai loại protein kinase: tyrosine kinase và serine và threonine kinase.

Các kinase serine và threonine là: kinase protein phụ thuộc cAMP; protein kinase phụ thuộc cGMP; protein kinase C; và protein phụ thuộc Ca ⁺² / Calmodulin. Trong các kinase protein này, ngoại trừ kinase phụ thuộc cAMP, miền điều hòa và xúc tác được tìm thấy trên cùng một chuỗi polypeptide.

Chất truyền tin thứ hai liên kết với các kinase serine và threonine này, kích hoạt chúng.

Đặc điểm của thụ thể là kênh ion

Các thụ thể kênh ion có các đặc điểm sau: a) chúng dẫn các ion; b) nhận biết và chọn các ion cụ thể; c) mở và đóng theo tín hiệu hóa học, điện hoặc cơ học.

Các thụ thể kênh ion có thể là một đơn phân, hoặc chúng có thể là đồng phân dị thể hoặc đồng phân, mà các vùng của chuỗi polypeptit đi qua màng sinh chất. Có ba họ kênh ion: a) kênh cổng phối tử; b) các kênh nối khe hở; và c) Các kênh điện áp phụ thuộc Na ⁺ .

Một số ví dụ về thụ thể kênh ion là thụ thể acetylcholine tiếp giáp thần kinh cơ và thụ thể glutamate ionotropic, NMDA và không phải NMDA, trong hệ thần kinh trung ương.

Giao tiếp qua các túi ngoại bào

Túi ngoại bào (EV) là một hỗn hợp của ectosomes và exosomes, có nhiệm vụ truyền thông tin sinh học (RNA, enzym, các loại oxy phản ứng, v.v.) giữa tế bào và tế bào. Nguồn gốc của cả hai mụn nước là khác nhau.

Ectosomes là những túi được tạo ra bằng cách nảy mầm từ màng sinh chất, sau đó chúng tách ra và giải phóng ra không gian ngoại bào.

Đầu tiên, sự tập hợp của các protein màng thành các vùng rời rạc xảy ra. Sau đó, các neo protein protein tích tụ các protein tế bào và RNA trong lòng ống, do đó phát triển chồi.

Các exposome là các túi hình thành từ các cơ thể nhiều thấu kính (MVB) và được giải phóng bằng quá trình xuất bào ra ngoài tế bào. MVB là những ống nội soi muộn, trong đó có các túi nội tủy (ILVs). MVB có thể kết hợp với lysosome và tiếp tục con đường phân hủy, hoặc giải phóng ILVS dưới dạng exosomes thông qua quá trình xuất bào.

EVs tương tác với tế bào đích theo những cách khác nhau: 1) làm biến mất màng EV và giải phóng các yếu tố hoạt động bên trong nó; 2) EVs thiết lập tiếp xúc với bề mặt của tế bào đích mà chúng hợp nhất, giải phóng nội dung của chúng trong tế bào; và 3) EV được bắt hoàn toàn bằng quá trình đại thực bào và thực bào.

Tầm quan trọng

Chỉ riêng sự đa dạng các chức năng của giao tiếp giữa các tế bào đã cho thấy tầm quan trọng của nó. Một số ví dụ minh họa tầm quan trọng của các kiểu truyền thông di động khác nhau.

- Tầm quan trọng của cảm nhận túc số. QS điều chỉnh các quá trình khác nhau như độc lực trong một loài hoặc vi sinh vật thuộc các loài hoặc chi khác nhau. Ví dụ, một chủng Staphylococcus aureus sử dụng một phân tử tín hiệu trong số đại biểu cảm nhận để lây nhiễm cho vật chủ và ức chế các chủng S. aureus khác làm như vậy.

- Tầm quan trọng của giao tiếp hóa học. Đánh dấu hóa học là cần thiết cho sự tồn tại và thành công sinh sản của các sinh vật đa bào.

Ví dụ, chết tế bào theo chương trình, điều chỉnh sự phát triển đa bào, loại bỏ toàn bộ cấu trúc và cho phép phát triển các mô cụ thể. Tất cả điều này là trung gian của các yếu tố dinh dưỡng.

- Tầm quan trọng của EVs. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong bệnh tiểu đường, viêm và các bệnh thoái hóa thần kinh và tim mạch. EV của tế bào bình thường và tế bào ung thư khác nhau rất nhiều. EV có thể mang các yếu tố thúc đẩy hoặc ngăn chặn kiểu hình ung thư trong các tế bào đích.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Sinh học phân tử của tế bào. Khoa học Garland, New York.
2. Bassler, BL 2002. Cuộc nói chuyện nhỏ: Giao tiếp giữa tế bào với tế bào ở vi khuẩn. Ô, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. and Meldolesi, J. 2015. Ectosomes và exosomes: làm sáng tỏ sự nhầm lẫn giữa các túi ngoại bào. Xu hướng Sinh học Tế bào, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH, và Jessell, T., 2000. Nguyên tắc Khoa học Thần kinh. McGraw-Hill Hoa Kỳ.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Sinh học tế bào và phân tử. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Giao tiếp hóa học ở vi khuẩn proteobacteria: nghiên cứu cấu trúc và sinh hóa của các tổng hợp tín hiệu và các thụ thể cần thiết cho tín hiệu gian bào. Vi sinh phân tử, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Giao tiếp là chìa khóa. Giao tiếp Tế bào và Tín hiệu. Biên tập, 1-4.