KOMUNIKASI SEL: JENIS, KEPENTINGAN, CONTOH - BIOLOGI - 2026

The komunikasi selular , juga dikenali sebagai komunikasi intercellular, adalah penghantaran molekul isyarat extracellular. Molekul-molekul ini bermula dari sel penghasil isyarat dan mengikat reseptor pada sel sasaran, menghasilkan tindak balas tertentu.

Molekul isyarat boleh berupa molekul kecil (contoh: asid amino), peptida, atau protein. Oleh itu, komunikasi, yang bersifat kimia, adalah ciri organisma unisel dan multisel.

Sumber: pixabay.com

Pada bakteria, molekul isyarat adalah feromon bakteria. Ini diperlukan untuk fungsi seperti pemindahan gen mendatar, bioluminescence, pembentukan biofilm, dan penghasilan antibiotik dan faktor patogen.

Dalam organisma multiselular, komunikasi selular boleh berlaku antara sel yang berdekatan, atau antara sel yang terpisah. Dalam kes terakhir, molekul isyarat mesti meresap dan menempuh jarak jauh. Antara fungsi isyarat adalah perubahan ekspresi gen, morfologi dan pergerakan sel.

Komunikasi sel juga dapat dilakukan oleh vesikel ekstraselular (EV), yang disebut ektosom dan eksosom. Beberapa fungsi EV adalah: modulasi limfosit dan makrofag; kawalan fungsi sinaptik; di saluran darah dan jantung, pembekuan dan angiogenesis; dan pertukaran RNA.

Jenis (sistem / mekanisme)

Pada bakteria, ada jenis komunikasi selular yang disebut penginderaan kuorum, yang terdiri dari tingkah laku yang terjadi hanya ketika kepadatan populasi bakteria tinggi. Penginderaan kuorum melibatkan pengeluaran, pelepasan, dan pengesanan molekul isyarat kepekatan tinggi yang seterusnya, yang disebut autoinducer.

Dalam eukariota uniselular, seperti T. brucei, terdapat juga penginderaan kuorum. Dalam ragi, tingkah laku seksual dan pembezaan sel berlaku sebagai tindak balas terhadap komunikasi feromon dan perubahan persekitaran.

Pada tumbuhan dan haiwan, penggunaan molekul isyarat ekstraselular, seperti hormon, neurotransmitter, faktor pertumbuhan atau gas, adalah jenis komunikasi penting yang melibatkan sintesis molekul isyarat, pembebasannya, pengangkutannya ke sel sasaran, pengesanan isyarat dan tindak balas khusus.

Berkaitan dengan pengangkutan molekul isyarat pada haiwan, jarak tindakan molekul menentukan dua jenis isyarat: 1) autokrin dan parakrin, yang bertindak, masing-masing, pada sel yang sama dan pada sel yang berdekatan; dan 2) endokrin, yang bertindak pada sel sasaran yang jauh, diangkut oleh aliran darah.

Komunikasi selular oleh vesikel ekstraselular adalah jenis komunikasi selular yang penting dalam organisma eukariotik dan Archaea.

Apabila populasi eukariotik atau bakteria bersel tunggal tumbuh, jumlah sel atau korum yang mencukupi dapat menghasilkan kepekatan inducer yang mampu menghasilkan kesan dalam sel. Ini merupakan mekanisme pengambilan banci.

Tiga jenis sistem penginderaan korum diketahui dalam bakteria: satu adalah gram negatif; lain dalam gram positif; dan yang lain pada gram negatif Vibrio harveyi.

Dalam bakteria gram-negatif, autoinducer adalah lakton homoserin asilasi. Bahan ini disintesis oleh enzim jenis LuxI dan menyebar secara pasif melalui membran, terkumpul di ruang ekstraselular dan intraselular. Apabila kepekatan merangsang dicapai, transkripsi gen yang diatur oleh QS diaktifkan.

Dalam bakteria gram negatif, autoinducer adalah peptida yang diubah, yang dieksport ke ruang ekstraselular, di mana mereka berinteraksi bersama dengan protein membran. Terjun fosforilasi berlaku yang mengaktifkan protein, yang mengikat DNA dan mengawal transkripsi gen sasaran.

Vibrio harveyi menghasilkan dua autoinducer, yang ditetapkan HAI-1 dan A1-2. HAI-1 adalah homoserin lakton asilasi, tetapi sintesisnya tidak bergantung pada LuxI. A1-2 adalah diester furanosil borat. Kedua-dua zat bertindak melalui lata fosforilasi yang serupa dengan bakteria gram-negatif yang lain. Jenis QS ini mengawal bioluminescence.

Komunikasi kimia

Pengikatan spesifik molekul isyarat, atau ligan, ke protein reseptor menghasilkan tindak balas sel tertentu. Setiap jenis sel mempunyai jenis reseptor tertentu. Walaupun jenis reseptor tertentu juga boleh didapati dalam pelbagai jenis sel, dan menghasilkan tindak balas yang berbeza terhadap ligan yang sama.

Sifat molekul isyarat menentukan laluan yang akan digunakan untuk memasuki sel. Contohnya, hormon hidrofobik, seperti steroid, meresap melalui lapisan ganda lipid dan mengikat reseptor untuk membentuk kompleks yang mengatur ekspresi gen tertentu.

Gas seperti oksida nitrat dan karbon monoksida meresap melalui membran dan secara amnya mengaktifkan guanylyl cyclase yang menghasilkan GMP siklik. Sebilangan besar molekul isyarat adalah hidrofilik.

Reseptornya terdapat di permukaan sel. Reseptor bertindak sebagai penerjemah isyarat yang mengubah tingkah laku sel sasaran.

Reseptor permukaan sel dibahagikan kepada: a) Reseptor bergandingan protein G; b) reseptor dengan aktiviti enzim, seperti tirosin kinase; dan c) reseptor saluran ion.

Ciri-ciri reseptor berpasangan protein G

Reseptor berpasangan protein G terdapat di semua eukariota. Secara umum, mereka adalah reseptor dengan tujuh domain yang melintasi membran, dengan kawasan terminal-N ke arah luar sel dan terminal-C ke arah dalam sel. Reseptor ini dikaitkan dengan protein G yang menerjemahkan isyarat.

Apabila ligan mengikat reseptor, protein G menjadi aktif. Ini seterusnya mengaktifkan enzim efektor yang menghasilkan utusan intraselular kedua, yang boleh menjadi adenosin monofosfat siklik (cAMP), asid arakidonat, diasilgliserol, atau inositol-3-fosfat, yang bertindak sebagai penguat isyarat. awal.

Protein G mempunyai tiga subunit: alpha, beta dan gamma. Pengaktifan protein G melibatkan pemisahan GDP dari protein G dan pengikatan GTP ke subunit alpha. Dalam kompleks G _alpha -GTP mereka berpisah dari subunit beta dan gamma, berinteraksi secara khusus dengan protein efektor, mengaktifkannya.

Laluan cAMP dapat diaktifkan oleh reseptor beta-adrenergik. CAMP dihasilkan oleh adenylyl cyclase. Jalur fosfoinositol diaktifkan oleh reseptor asetilkolin muskarinik. Mereka mengaktifkan fosfolipase C. Jalur asid arakidonat diaktifkan oleh reseptor histamin. Mengaktifkan fosfolipase A2.

Laluan CAMP

Mengikat ligan untuk reseptor, protein perangsangan G (G _s ), terikat kepada KDNK, menyebabkan pertukaran daripada KDNK bagi GTP, dan penceraian subunit alfa G _s dari beta dan gamma subunit. Kompleks G _alpha -GTP dikaitkan dengan domain adenyl cyclase, mengaktifkan enzim, dan menghasilkan cAMP dari ATP.

CAMP mengikat subunit pengatur protein kinase yang bergantung pada cAMP. Membebaskan subunit katalitik, yang fosforilasi protein yang mengatur tindak balas sel. Jalur ini diatur oleh dua jenis enzim, yaitu fosfodiesterase, dan fosfatase protein.

Laluan fosfoinositol

Pengikatan ligan ke reseptor mengaktifkan protein G (G _q ), yang mengaktifkan fosfolipase C (PLC). Enzim ini memecah fosfatidil inositol 1,4,5-bifosfat (PIP ₂ ) menjadi dua utusan kedua, inositol 1,4,5-trifosfat (IP ₃ ) dan diacylglycerol (DAG).

IP ₃ meresap ke sitoplasma dan mengikat reseptor dalam retikulum endoplasma, menyebabkan pelepasan Ca ⁺² dari dalam. DAG kekal di membran dan mengaktifkan protein kinase C (PKC). Beberapa isoform PKC memerlukan Ca ⁺² .

Laluan asid arakidonik

Pengikatan ligan ke reseptor menyebabkan subunit beta dan gamma protein G mengaktifkan fosfolipase A ₂ (PLA ₂ ). Enzim ini menghidrolisis fosfatidilinositol (PI) dalam membran plasma, melepaskan asid arakidonat, yang dimetabolisme oleh jalur yang berbeza, seperti 5 dan 12-lipoxygenase dan cyclooxygenase.

Ciri-ciri reseptor tirosin kinase

Reseptor tirosin kinase (RTK) mempunyai domain pengawalan ekstraselular dan domain pemangkin intraselular. Tidak seperti reseptor yang digabungkan protein G, rantai polipeptida reseptor tirosin kinase melintasi membran plasma hanya sekali.

Pengikatan ligan, yang merupakan hormon atau faktor pertumbuhan, ke domain pengawalseliaan menyebabkan kedua-dua subunit reseptor tersebut bersekutu. Ini memungkinkan autofosforilasi reseptor pada residu tirosin, dan pengaktifan lata fosforilasi protein.

Residu tirosin fosforilasi reseptor tirosin kinase (RTK) berinteraksi dengan protein penyesuai, yang menghubungkan reseptor yang diaktifkan dengan komponen jalur transduksi isyarat. Protein penyesuai berfungsi untuk membentuk kompleks isyarat multiprotein.

RTK mengikat peptida yang berlainan, seperti: faktor pertumbuhan epidermis; faktor pertumbuhan fibroblas; faktor pertumbuhan otak; faktor pertumbuhan saraf; dan insulin.

Ciri umum penerima

Pengaktifan reseptor permukaan menghasilkan perubahan dalam fosforilasi protein dengan mengaktifkan dua jenis protein kinase: tirosin kinase dan serine dan threonine kinases.

Serin dan threonine kinase adalah: protein kinase yang bergantung pada cAMP; protein kinase yang bergantung kepada cGMP; protein kinase C; dan protein yang bergantung kepada Ca ⁺² / Calmodulin. Dalam protein kinase ini, kecuali kinase yang bergantung pada cAMP, domain pemangkin dan peraturan terdapat pada rantai polipeptida yang sama.

Utusan kedua mengikat kinase serine dan threonine ini, mengaktifkannya.

Ciri-ciri reseptor yang merupakan saluran ion

Reseptor saluran ion mempunyai ciri-ciri berikut: a) mereka menjalankan ion; b) mengenali dan memilih ion tertentu; c) buka dan tutup sebagai tindak balas kepada isyarat kimia, elektrik atau mekanikal.

Reseptor saluran ion boleh menjadi monomer, atau mereka boleh menjadi heteroligomer atau homoligomer, yang rantai polipeptida melintasi membran plasma. Terdapat tiga keluarga saluran ion: a) saluran gerbang ligan; b) saluran simpang jurang; dan c) Saluran voltan yang bergantung pada Na ⁺ .

Beberapa contoh reseptor saluran ion adalah reseptor asetilkolin persimpangan neuromuskular dan reseptor glutamat ionotropik, NMDA dan bukan NMDA, dalam sistem saraf pusat.

Komunikasi melalui vesikel ekstraselular

Vesikel ekstraselular (EV) adalah campuran ektosom dan eksosom, yang bertanggungjawab untuk menghantar maklumat biologi (RNA, enzim, spesies oksigen reaktif, dll.) Antara sel dan sel. Asal kedua vesikel berbeza.

Ektosom adalah vesikel yang dihasilkan dengan tumbuh dari membran plasma, diikuti oleh pemisahannya dan dibebaskan ke ruang ekstraselular.

Pertama, pengelompokan protein membran menjadi domain diskrit berlaku. Kemudian sauh lipid protein mengumpul protein sitosolik dan RNA di lumen, sehingga tumbuh tunas.

Exosom adalah vesikel yang terbentuk dari badan multivesikular (MVB) dan dilepaskan oleh eksositosis ke ruang ekstraselular. MVBs adalah endosom akhir, di mana terdapat vesikel intraluminal (ILV). MVB dapat menyatu ke lisosom dan meneruskan jalan degradatif, atau melepaskan ILVS sebagai eksosom melalui eksositosis.

EV berinteraksi dengan sel sasaran dengan cara yang berbeza: 1) lenyapnya membran EV dan pembebasan faktor aktif di dalamnya; 2) EV menjalin hubungan dengan permukaan sel sasaran, yang mereka gabungkan, melepaskan kandungannya dalam sitosol; dan 3) EV ditangkap sepenuhnya oleh makropinositosis dan fagositosis.

Kepentingan

Pelbagai fungsi komunikasi antara selular menunjukkan kepentingannya. Beberapa contoh menggambarkan kepentingan pelbagai jenis komunikasi selular.

- Kepentingan penginderaan korum. QS mengatur pelbagai proses seperti virulensi dalam spesies, atau mikroorganisma dari pelbagai spesies atau genera. Sebagai contoh, satu strain Staphylococcus aureus menggunakan molekul isyarat dalam penginderaan korum untuk menjangkiti tuan rumah, dan menghalang strain S. aureus yang lain daripada melakukannya.

- Kepentingan komunikasi kimia. Penandaan kimia diperlukan untuk kelangsungan hidup dan kejayaan pembiakan organisma multisel.

Sebagai contoh, kematian sel yang diprogramkan, yang mengatur perkembangan multiselular, membuang keseluruhan struktur dan memungkinkan pengembangan tisu tertentu. Semua ini dimediasi oleh faktor trofik.

- Kepentingan EV. Mereka memainkan peranan penting dalam diabetes, keradangan, dan penyakit neurodegeneratif dan kardiovaskular. EV sel normal dan sel barah sangat berbeza. EV boleh membawa faktor yang mendorong atau menekan fenotip kanser pada sel sasaran.

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Biologi Molekul Sel. Garland Science, New York.
2. Bassler, BL 2002. Ceramah Kecil: Komunikasi Sel ke Sel di Bakteria. Sel, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. dan Meldolesi, J. 2015. Ectosomes dan exosomes: menumpahkan kekeliruan antara vesikel ekstraselular. Trend Biologi Sel, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH, dan Jessell, T., 2000. Prinsip Sains Neural. McGraw-Hill Amerika Syarikat.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologi selular dan molekul. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Komunikasi kimia dalam proteobakteria: kajian biokimia dan struktur sintase isyarat dan reseptor yang diperlukan untuk isyarat antara sel. Mikrobiologi Molekul, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Komunikasi adalah kunci. Komunikasi dan Pemberitahuan Sel. Pengarang, 1-4.