Какие сигнализации используют коммуниканты: Коммуникация

Коммуникация

(лат. communicatio, от communico — делаю общим, связываю, общаюсь) — общение, обмен мыслями, сведениями, идеями и т. д. — специфическая форма взаимо­дей­ствия людей в процес­се их познава­тель­но-трудовой деятельности. В отличие от комму­ни­ка­ции животных (биологически целесообразного совмест­но­го поведения, направленного на адаптацию к среде и регулируемого, в частности, сигнали­за­ци­ей), человеческие формы комму­ни­ка­ции характе­ри­зу­ют­ся главным образом функцио­ни­ро­ва­ни­ем языка — «важнейшего средства челове­че­ско­го общения» (В. И. Ленин). В коммуникативной функции язык проявляет свою орудийно-знаковую сущность, благодаря чему комму­ни­ка­ция становится важней­шим механизмом станов­ле­ния индивида как социальной личности, проводником установок данного социума, формирующих индивидуальные и групповые установки. Индивидуальные мотивации и формы поведения могут быть приняты социумом, если они представляют собой вариации в опреде­лён­ных границах; комму­ни­ка­ция является средством коррекции асоциального прояв­ле­ния индивида или группы.

Будучи социальным процессом, комму­ни­ка­ция служит формированию общества в целом, выпол­няя в нём связующую функцию.

Коммуникация складывается из коммуникативных актов (единица комму­ни­ка­ции), в кото­рых участвуют коммуниканты, порождающие высказывания (тексты) и интер­пре­ти­ру­ю­щие их. Начальный и заключительный этапы комму­ни­ка­ции средствами национального языка (порождение и интерпретация текста, понимание) восходят к механизмам внутренней речи, её глубинным структу­рам на уровне УПК (универсально-предметный код мышления, по Н. И. Жинкину), где нацио­наль­но-языковая специфика нейтрализована общечеловеческими схемами смыслообразования. Напро­тив, в поверх­ност­ных структурах собственно комму­ни­ка­ции эксплицируется высказывание (текст), где все составляющие образу­ют национально-языковой вербализованный продукт, призванный информировать о каких-либо идеях, интере­сах, эмоциях коммуникантов. В комму­ни­ка­цию при непосред­ст­вен­ном общении коммуни­кан­тов входят и невербальные компоненты, например жесты, мимика и т.

 п. (см. Кинесика). Комму­ни­ка­ция в любом случае обусловлена экстра­лингви­сти­че­ски­ми факто­ра­ми (ситуатив­ная конкретность, пресуппозиция, национально-культурная традиция). Комму­ни­ка­ция может осуще­ствлять­ся средствами вторичных семиотических систем («языки наук», музыкаль­ная нотация, правила игр, азбука Морзе, языки программирования в диалоге с ЭВМ) или же средст­ва­ми «первичных языков» (пантомима, система жестов). Понятие комму­ни­ка­ции используется также в теории информации, в исследованиях, разрабатывающих проблему «искусствен­но­го интел­лек­та», задачи создания диалого­вых систем «человек — компьютер». При этом комму­ни­ка­ция понима­ет­ся как синоним «общения». Математический и технический подход к проблематике комму­ни­ка­ции, наблюда­е­мый в концепциях К. Э. Шеннона, К. Черри и большинства зарубежных кибернетиков, создавав­ших компьютеры 1—3‑го поколений, ограничивал содержание комму­ни­ка­ции машинными возможностями, условиями функцио­ни­ро­ва­ния технических систем. После­ду­ю­щие проекты и реализа­ции компьютеров 4—5‑го поколе­ний показали в ходе их теоретических обсуждений (Н. Нильсон, Д. А. Поспелов, А. Эндрю, Дж. Симонс и другие), что при любой форме комму­ни­ка­ции человеческого типа или даже её машин­ной имитации невозможно ограничиваться пониманием комму­ни­ка­ции в связи с «кодом», «шумом» (помехами в «каналах связи»), «информацией» и её «трансляцией». При таком понимании игнорируются и факт включённости любого коммуникативного акта в совместную деятельность (речевая деятельность, таким образом, представляется само­до­вле­ю­щей), и все существенные состав­ля­ю­щие комму­ни­ка­ции, влияющие на выбор конкретных средств «кода», на порождение самой «информа­ции» и на способы и результаты её интер­пре­та­ции, на процесс коллектив­ной деятель­но­сти и на функции когнитивных структур.

• Бодуэн де Куртенэ И. А., Введение в языковедение, 5 изд., [П.], 1917;
• Поливанов Е. Д., Лекции по введению в языкознание и общей фонетике, Берлин, 1923;
• А.  А. Шахматов. 1864—1920. Сборник статей и материалов, М. — Л., 1947;
• Шеннон К., Работы по теории информации и кибернетике, пер. с англ., М., 1963;
• Шубин Э. П., Языковая коммуникация и обучение иностранным языкам, [М., 1972];
• Черри К., Человек и информация, пер. с англ., М., 1972;
• Основы теории речевой деятельности, М., 1974;
• Леонтьев А. А., Психология общения, Тарту, 1974;
• Попов Э. В., Общение с ЭВМ на естественном языке, М., 1982;
• Нильсон Н., Принципы искусственного интеллекта, М., 1985;
• Поспелов Д. А., Предисловие редактора к кн.: Эндрю А., Искусственный интеллект, пер. с англ., М., 1985;
• Симонс Дж., ЭВМ пятого поколения: компьютеры 90‑х годов, пер. с англ., М,, 1985;
• Skinner B., Verbal behavior, N. Y., [1957];
• Slama-Casacu T., Comunicarea în procesul muncii, Buc., 1964;
• Ritchie M. [e. d.], The relationship of verbal and nonverbal communication, The Hague — P. — N. Y., 1981.

И. Н. Горелов.

Сигнализация клеток: как ваши клетки разговаривают друг с другом

Каждую минуту дня ваше тело выполняет сложные задачи. Поддерживаете ли вы температуру тела или держите руку подальше от горячей плиты, ваши триллионы клеток говорят все, что нужно, чтобы помочь вам функционировать. Эта эффективная, действенная форма связи представляет собой процесс, называемый сотовой сигнализацией.

Сеть, необходимая для отправки и получения этих сообщений, сложна. Он состоит из армии молекул-мессенджеров для распространения сигнала между клетками и между ними (сигнальные молекулы). Они ищут цели, которые получают первоначальный сигнал (рецепторы). И, наконец, взаимодействие мессенджеров и рецепторов создает конечный клеточный результат (клетка, отвечающая на исходный сигнал).

Сигнальные молекулы клетки бывают разных форм. Иногда передача сигналов происходит внутри самой клетки. В других случаях клетки отправляют сообщения соседям или другим ячейкам, находящимся на большом расстоянии. Этими сигналами могут быть:

• Химические соединения (пример: питательные вещества и токсины)
• Электрические импульсы (пример: нейротрансмиттеры, индуцирующие электрические сигналы вдоль нервов)
• Механические раздражители (например, растяжение желудка, сигнализирующее о насыщении)

Химическая сигнализация

Существует четыре основных метода химической сигнализации. Они разбиты по расстоянию, которое проходит каждый сигнал между отправляющей и принимающей ячейками.

1. Аутокринная передача сигналов: Когда клетки посылают сигналы сами себе, они делают это следующим образом. При аутокринной передаче сигналов клетка высвобождает химический сигнал, который связывается с рецептором на ее собственной поверхности. Этот метод может показаться странным, но аутокринная передача сигналов важна. Это помогает клеткам сохранять целостность и правильно делиться. Это имеет решающее значение во время развития и помогает клеткам укреплять свою идентичность.
2. Паракринная сигнализация: Это происходит на коротких расстояниях между двумя клетками. Этот способ общения позволяет клеткам координировать движение и активность со своими соседями. Пример этого называется синаптической сигнализацией. Именно тогда передача сигналов происходит через крошечную щель между двумя нейронами. Этот промежуток также известен как синапс. Вы также можете назвать эти нейротрансмиттеры. Они посылают сообщения от нейрона к нейрону, чтобы помочь нашему мозгу и центральной нервной системе работать вместе.
3. Эндокринная передача сигналов: Для отправки сообщений на большие расстояния клетки используют этот метод. Эндокринные сигналы проходят через кровоток, чтобы достичь тканей и клеток-мишеней. Сигналы, возникающие в одной части тела и направляющиеся к цели через кровоток, называются гормонами. Гормон роста (GH) является отличным примером. Гипофиз выделяет этот гормон, который стимулирует рост клеток, хрящей и костей. В этом примере эндокринной передачи сигналов ГР покидает гипофиз и с кровотоком перемещается к клеткам по всему телу. Затем гормон дает команду клеткам костей и хрящей делиться, помогая вам стать выше и сильнее.
4. Передача сигналов прямого контакта : Щелевые соединения — крошечные каналы, соединяющие соседние клетки — встречаются у растений и животных. Эти щелевые контакты заполнены водой и позволяют небольшим сигнальным молекулам проходить через канал. Это сигнализация клетки посредством прямого контакта. Это позволяет целым группам ячеек реагировать на сигнал, полученный только одной ячейкой.

Электрические и механические сигналы

Химические сигналы — не единственная форма связи вашего тела. Многие клетки также реагируют на электрические или механические сигналы. Двумя хорошо известными примерами этого могут быть регуляция сердцебиения (электрическая) или сигнализация о росте мышц после тренировки (механическая).

Ваше сердце состоит из четырех камер. Два снабжают кровью легкие, а два других направляют кровь к остальным частям тела. Разделение работы означает, что ваше сердце не бьется одновременно. Это не похоже на сгибание бицепса. Сердце бьется больше, как волна, движущаяся по океану. Этот очень определенный образец биения инициируется и синхронизируется электрическими сигналами.

Механические сигналы (представьте себе физическое изменение формы) в мышечных клетках могут привести к их росту и увеличению силы. Когда мышечные клетки растягиваются (иначе деформируются или повреждаются), ионы кальция проникают в мышечную клетку. Этот поток ионов кальция является посредником, меняющим механический сигнал на химический. Присутствие ионов кальция сигнализирует о ряде клеточных сигнальных путей внутри мышц, включая гормоны, ответственные за рост мышц.

Два ваших чувства — осязание и слух — являются дополнительными примерами механической сигнализации. Сенсорные клетки вашей кожи реагируют на давление прикосновения. А сенсорные клетки внутреннего уха и мозга реагируют на движение звуковых волн.

Будь то химический, электрический или механический, эти процессы преследуют одну и ту же цель. Человеческое тело разработало ряд механизмов для восприятия, реагирования и адаптации к окружающей среде — внутри и снаружи.

Как клетки распознают сигналы и реагируют на них

Крупные белки, называемые рецепторами, помогают клеткам распознавать посылаемые им сигналы. Рецепторы могут быть расположены как внутри, так и снаружи клетки или закреплены на клеточной мембране. Передача сигналов происходит, когда определенные молекулы связываются со своими конкретными рецепторами. Видите ли, это очень специфический процесс — точно так же, как работают замок и ключ.

Существует два класса рецепторов: внутриклеточные и клеточно-поверхностные. Местоположение важно, поэтому вы, вероятно, можете догадаться, как они получили свои имена.

Внутриклеточные рецепторы расположены внутри клетки. Сигнальные молекулы должны пройти через поры в клеточной мембране, чтобы достичь этого типа рецептора и вызвать реакцию.

Добраться до рецепторов клеточной поверхности легче. Эти рецепторные белки встроены в клеточную мембрану. Они связываются с сигнальными молекулами снаружи клетки, но в конечном итоге передают сообщение внутрь.

Принят ли сигнал внутри или снаружи клетки, не имеет значения. Как только сигнальная молекула надлежащим образом связывается с правильным белком-рецептором, она инициирует клеточную передачу сигналов внутри клетки.

Эти внутриклеточные сигнальные пути усиливают сообщение, производя множественные внутриклеточные сигналы для каждого связанного рецептора. Затем усиленный сигнал распространяется по всей клетке и вызывает реакцию. Это происходит не по одному. Клетки получают и реагируют на несколько сигналов одновременно.

Роль клеточной сигнализации в поддержании здоровья

Целью клеточной сигнализации является реагирование и адаптация к вашей внутренней и внешней среде. Поскольку они помогают вашему телу приспосабливаться, правильно функционирующие клеточные сигнальные пути необходимы для поддержания и укрепления здоровья. Поэтому, когда сигнальные пути клеток работают хорошо, ваше тело работает гладко.

Окружающая среда — внутренняя и внешняя — может воздействовать на ваши клетки. Это потому, что ваши клетки на самом деле просто «мешки» химических реакций. Они требуют определенных условий, чтобы заставить реакции работать.

Это включает правильную температуру, pH и энергетический статус. Ваши клетки должны ощущать эти условия. Если какой-либо из этих трех факторов изменяется за пределами очень небольшого диапазона толерантности, вся эта биохимия останавливается. Вот тогда могут возникнуть серьезные проблемы.

Например, нормальная температура нашего тела составляет 37°C (98,6°F). Разница всего в +/- 3°C (+/- 5°F) может быть опасна для жизни. Гипотермия может начаться при 35°C (95°F). Если наша температура поднимается всего до 40 ° C (104 ° F) из-за обезвоживания, воздействия сильной жары или лихорадки, это не менее опасная для жизни ситуация.

Точно так же жестко регулируется рН вашего тела. Наш нормальный рН 7,4. Если он падает ниже 6,8 или поднимается выше 7,8, происходит необратимое повреждение клеток.

Вам нужно огромное количество энергии, чтобы управлять своим телом. Вот почему важно регулировать энергию. Как и в приведенных выше примерах температуры и pH, ваше тело жестко регулирует свой энергетический баланс. Благодаря клеточным сигнальным путям (некоторые из которых напрямую связаны с глутатионом) наши клетки имеют возможность увеличивать или уменьшать выработку энергии по мере необходимости. Если энергетический баланс выходит за пределы очень строго регулируемого нормального диапазона, клеточная функция серьезно нарушается.

Детоксикация — еще один пример передачи сигналов, помогающих поддерживать работу клеток. Вы постоянно подвергаетесь воздействию токсинов, либо непреднамеренно через нашу диету и окружающую среду, либо непосредственно из-за употребления алкоголя или лекарств. Через обширную сигнальную сеть ваши клетки могут чувствовать, когда они подвергаются воздействию токсинов.

Распознавание присутствия токсина запускает процесс, связанный с ним. Это начинается с активизации соответствующих клеточных сигнальных путей. Это в конечном итоге улучшит ваши механизмы детоксикации. Если бы ваше тело не имело врожденного механизма, буквально встроенного в его ДНК, каждый день был бы испытанием.

Способность организма постоянно ощущать, адаптироваться и исправлять изменения pH, температуры, энергетического статуса и воздействия токсинов крайне важна для общего состояния здоровья. И за это мы должны благодарить сотовую сигнализацию.

Влияние основных питательных веществ на клеточную передачу сигналов

Некоторые факторы могут негативно повлиять на надлежащую клеточную передачу сигналов. К ним относятся нездоровое питание, отсутствие физических упражнений, факторы окружающей среды, воздействие токсинов и нормальный процесс старения. Однако недавние исследования показали, что здоровый образ жизни наряду с рядом витаминов, минералов и фитонутриентов может поддерживать сигнальные пути клеток.

Ваши клетки используют несколько витаминов и минералов для эффективного общения. Витамин D, натрий, калий, магний и ряд других играют важную роль в передаче клеточных сигналов. Ваше тело должно поддерживать здоровый баланс этих ключевых питательных веществ, чтобы продолжать правильно общаться.

Некоторые витамины и минералы даже непосредственно участвуют в передаче клеточных сигналов. Они могут инициировать клеточную передачу сигналов или действовать как промежуточные звенья передачи сигналов. Они также часто необходимы для правильной работы рецепторов или для правильной работы фермента после того, как клеточная сигнализация «включила его».

Недавние исследования также показали , что некоторые питательные вещества из растений (фитонутриенты) также оказывают прямое благотворное влияние на передачу сигналов клетками. Вот лишь несколько примеров:

• Было доказано, что эпикатехин, содержащийся в шоколаде и косточках винограда , ​​поддерживает здоровье сердечно-сосудистой системы.
Было показано, что
• Сульфорафан и ECGC, обнаруженные в брокколи и зеленом чае соответственно, включают пути детоксикации.
• Липоевая кислота, содержащаяся в шпинате и других овощах, способствует детоксикации, а также помогает поддерживать здоровый вес.
• Доказано, что куркумины, содержащиеся в корне куркумы, помогают поддерживать сбалансированную и здоровую иммунную систему.

Соблюдение диеты, богатой белками и полезными жирами, может помочь клеточным сигнальным путям вашего тела. Это связано с тем, что жирные кислоты омега-3 и другие полезные жиры необходимы для поддержания формы ваших клеток.

Мембрана, окружающая каждую из ваших клеток, состоит в основном из жиров, называемых фосфолипидами. Это позволяет мембране оставаться жидкой, а не ребристой. Они также облегчают свободный поток молекул через клеточную мембрану, что в конечном итоге способствует клеточной коммуникации.

Последнее, что вы можете сделать для поддержания здоровой сотовой связи с помощью питания, — это есть продукты, защищающие от повреждений. Свободные радикалы и другие опасные формы кислорода разрушают здоровые клетки и повреждают ДНК, сигнальные молекулы и белки. А после повреждения работать они тоже не будут. Таким образом, прием антиоксидантов может защитить ваши клетки от такого повреждения.

Продолжайте разговор

Много говорят о сотовой сигнализации. Это сложный процесс, когда ваши клетки могут разговаривать сами с собой, со своими соседями или другими клетками, находящимися далеко. Но он распадается на следующие части:

• Ваши клетки получают сигналы с помощью различных способов передачи сигналов (химические соединения, механические раздражители и электрические импульсы).
• Сигнальные молекулы присоединяются к соответствующему рецептору либо на клетке, либо внутри нее.
• Это запускает цепочку событий, которая включает сигнал и усиливает его в клетке.
• Наконец, результатом является своего рода сотовое последствие, которое, очевидно, зависит от отправленного сигнала.

И не забывайте о важности этого процесса в деталях того, как он работает. Все эти разговоры между вашими клетками позволяют им адаптироваться к внутренней и внешней среде. Эта способность ощущать, реагировать и адаптироваться делает передачу сигналов клетками необходимой для поддержания вашего здоровья.

Надеюсь, вы немного понимаете, как происходит передача клеточных сигналов и почему это важно. Теперь помогите своим клеткам поддерживать разговор. Это означает защиту и поддержку ваших клеток с помощью здорового образа жизни и диеты, богатой витаминами, минералами, фитонутриентами, антиоксидантами, белками и полезными жирами.

 

Берридж М.Дж. Раскрытие секретов клеточной сигнализации. Annu Rev Physiol. 2005;67:1-21.

«Сотовая сигнализация». Новости природы , издательская группа Nature, 2014 г., www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077. Доступ 19Сентябрь 2017 г.

Купер, Джеффри М. «Сигнальные молекулы и их рецепторы». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. , Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9924/.

Ермак Г., Дэвис К.Дж. Кальций и окислительный стресс: от клеточной сигнализации до гибели клеток. Мол Иммунол. 2002;38(10):713-21.

Эвелет, Роуз. «В вашем теле 37,2 триллиона клеток». Smithsonian.com , Смитсоновский институт, 24 октября 2013 г., www.smithsonianmag.com/smart-news/there-are-372-trillion-cells-in-your-body-4941473/. По состоянию на 20 сентября 2017 г.

«Введение в клеточную передачу сигналов (статья)». Академия Хана , https://khanacademy.org/science/biology/cell-signaling/mechanisms-of-cell-signaling/a/introduction-to-cell-signaling. По состоянию на 24 сентября 2017 г.

Мартин Г.С. Клеточная сигнализация и рак. Раковая клетка. 2003;4(3):167-74.

Мэтсон, член парламента. Гормезис и устойчивость к болезням: активация путей клеточного ответа на стресс. Hum Exp Toxicol. 2008;27(2):155-62.

Von essen MR, Kongsbak M, Schjerling P, Olgaard K, Odum N, Geisler C. Витамин D контролирует передачу сигналов Т-клеточного антигенного рецептора и активацию Т-клеток человека. Нат Иммунол. 2010;11(4):344-9.

Не можете найти то, что ищете? Повторите поиск или задайте вопрос здесь

Введение в химические сигналы и коммуникацию микробов

Цели обучения

1. Различать типы клеточных сигналов (аутокринные, эндокринные и т. д.) и классы гормонов (полипептиды, аминогруппы). кислоты и стероиды)
2. Дайте определение передаче сигнала и опишите общие пути передачи и усиления сигнала для стероидных и нестероидных гормонов
3. Определение и распознавание перекрестных помех и других источников сложности в сигнальных путях
4. Определение и различие между положительной и отрицательной обратной связью в гормональном контроле
5. Дайте определение «чувству кворума» и опишите роль клеточной сигнализации в жизненном цикле и патогенности микробов

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 9. 1 и Khan Academy Introduction to Cell Signal. Все материалы Академии Хана доступны бесплатно на www.khanacademy.org

Связь между клетками и внутри них

Клетки могут обнаруживать, что происходит вокруг них, и они могут реагировать в режиме реального времени на сигналы от своих соседей и окружающей среды. В этот самый момент ваши клетки отправляют и получают миллионы сообщений в виде химических сигнальных молекул.

Существует два вида сотовой связи: связь между ячейками называется между сотовой сигнализацией, а связь внутри клетки называется внутри сотовая сигнализация. Легко запомнить разницу, зная латинское происхождение префиксов: inter- означает «между» (например, interstate позволяет быстро перемещаться между штатами), а intra- означает «внутри» (например, внутривенно).

Химические сигналы между клетками называются лигандами. Лиганд — это молекула, которая связывает другую конкретную молекулу. В случае клеточной передачи сигналов лиганд связывается с рецептором , белком в клетке-мишени или на ней. Примеры лигандов включают гормоны и нейротрансмиттеры. Специфичность передачи клеточных сигналов проявляется несколькими способами:

1. Лиганды и рецепторы обладают высокой специфичностью; специфический лиганд будет иметь специфический рецептор, который обычно связывает только этот лиганд.
2. Не все клетки имеют рецепторы для каждого лиганда, поэтому только клетки, имеющие рецептор, способны обнаруживать сигнал и реагировать на него.

Не все клетки могут «услышать» определенное химическое сообщение. Чтобы обнаружить сигнал (то есть стать клеткой-мишенью), соседняя ячейка должна иметь правильный рецептор для этого сигнала. Когда сигнальная молекула связывается со своим рецептором, она изменяет форму или активность рецептора, вызывая изменения внутри клетки. Сигнальные молекулы часто называют лигандами, общим термином для молекул, которые специфически связываются с другими молекулами (такими как рецепторы). Изображение предоставлено: Академия Хана.

Как конкретный лиганд достигает конкретной клетки? Существует пять категорий химических сигналов, обнаруженных у многоклеточных организмов: прямые , аутоциновые , паракринные, эндокринные, и феромонные. Каждый из этих типов сигнализации кратко описан ниже.

При химической передаче сигналов клетка может нацеливаться на себя (аутокринная передача сигналов), на клетку, соединенную щелевыми контактами или плазмодесмами (прямая передача сигналов), на соседнюю клетку (паракринная передача сигналов) или на отдаленную клетку (эндокринная передача сигналов). Паракринная передача сигналов действует на близлежащие клетки, эндокринная передача сигналов использует кровеносную систему для транспорта лигандов, а аутокринная передача сигналов действует на сигнальную клетку. Передача сигналов через щелевые контакты включает сигнальные молекулы, перемещающиеся непосредственно между соседними клетками. Другие не показанные формы передачи сигналов включают нервную, нейроэндокринную и феромонную. Изображение предоставлено: OpenStax Biology

• Прямая передача сигналов (также называемая юкстакринной передачей сигналов) включает связь между клетками, которые находятся в прямом контакте друг с другом. Эта связь часто опосредована щелевыми контактами в клетках животных и плазмодесмами в клетках растений.
• Аутокринный пение происходит, когда лиганд действует на ту же клетку, которая его высвобождает.
• Паракринная передача сигналов происходит, когда лиганд диффундирует на небольшую площадь и действует только на соседние клетки. Нейронные сигналы представляют собой специализированное подмножество парациновых сигналов, распространяющихся на очень короткое расстояние в пределах синаптической щели между соседними нейронами (подробнее о нейронной коммуникации на следующем занятии).
• Эндокринные сигналы представляют собой гормоны , которые переносятся по всему телу организма через сосудистую систему (как у растений, так и у животных!) и гормоны животных на будущих занятиях). Нейроэндокринные сигналы представляют собой специализированную подкатегорию эндокринных сигналов, которые высвобождаются нейронами, но проходят через сосудистую систему, воздействуя на клетки, находящиеся далеко.
• Феромоны высвобождаются в окружающую среду для воздействия на клетки другого человека.

В видео ниже представлен краткий обзор некоторых из перечисленных выше процессов:

 

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 37.2 и OpenStax Biology 9..2

Остальная часть этого чтения посвящена химической передаче сигналов через гормонов (эндокринная передача сигналов). Хотя мы склонны думать о них как о животных, гормоны участвуют в передаче клеточных сигналов у всех многоклеточных организмов и, возможно, даже у одноклеточных микробов (подробнее об этом в конце этого чтения). Гормоны определяются общей функцией , а не общей структурой. Молекула является гормоном, если она:

• выделяется из клетки или железы в сосудистую систему (или в окружающую среду, в случае микробов)
• действует на удаленные клетки в других местах тела (или сообщества, в случае микробов)
• вызывает сильные эффекты даже при небольшом количестве молекулы
.
• вызывает ответ только в определенных клетках-мишенях
• вызывает характерную реакцию (всегда одну и ту же реакцию при данном стечении обстоятельств)
• является частью контура обратной связи (положительной или отрицательной)

Гормоны регулируют множество различных функций, включая гомеостаз, развитие, размножение и стресс. Они вызывают ответ несколькими путями, включая изменения экспрессии генов и/или уровней активности белков, уже присутствующих в клетке. Гормоны также очень специфичны: хотя гормоны циркулируют по всему телу и вступают в контакт со многими различными типами клеток, они воздействуют только на те клетки, которые обладают необходимыми рецепторами. Рецепторы для определенного гормона могут быть обнаружены во многих различных клетках или могут быть ограничены небольшим числом специализированных клеток. Клетки могут иметь много рецепторов для одного и того же гормона, но часто также обладают рецепторами для разных типов гормонов. Количество рецепторов, которые реагируют на гормон, определяет чувствительность клетки к этому гормону и результирующий клеточный ответ. Кроме того, количество рецепторов, которые реагируют на гормон, может меняться со временем, что приводит к повышению или снижению чувствительности клеток.

Как отмечалось выше, гормоны определяются общей функцией, а не общей структурой, и существует четыре основных структурных класса гормонов:

• пептидные гормоны малые белки
• гормоны, полученные из аминокислот , представляют собой модифицированные аминокислоты (строительные блоки белков)
• стероидные гормоны представляют собой небольшие органические соединения с характерными структурами углеродных колец
• газ   гормоны — это газы, способные действовать как лиганды

Почему эти категории важны? Это связано с тем, как и где гормон взаимодействует с клеточным рецептором. Гормоны, производные пептидов и аминокислот, имеют тенденцию быть гидрофильными (растворимыми в воде) и, таким образом, не могут проникать через гидрофобную плазматическую мембрану клетки. Таким образом, эти гормоны связываются с рецепторами на поверхности клетки. Напротив, стероидные и газовые гормоны способны проникать через плазматическую мембрану, потому что они маленький и неполярный ; их рецепторы расположены внутри клетки.

Гормональные сигнальные пути и этапы

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 9.2 и Лиганды и рецепторы Академии Хана. Все материалы Академии Хана доступны бесплатно на www.khanacademy.org

.

Шаг 1: прием сигнала . Первым шагом в передаче сигналов гормона является связывание гормона с рецептором. Это может происходить либо внутри клетки, либо на поверхности клетки, в зависимости от класса гормона.

Неполярные гидрофобные лиганды (такие как стероидные и газовые гормоны), способные проходить через плазматическую мембрану, связываются с внутренними рецепторами , также известными как внутриклеточные или цитоплазматические рецепторы, находящиеся в цитоплазме клетки. Как только гормон связывается, рецептор меняет форму, позволяя комплексу рецептор-гормон проникать в ядро ​​(если его там еще не было) и вызывать изменения в экспрессии генов . Связывание гормонов обнажает области рецептора, обладающие ДНК-связывающей активностью, что означает, что они могут присоединяться к определенным последовательностям ДНК. Эти последовательности находятся рядом с определенными генами в ДНК клетки, и когда рецептор связывается рядом с этими генами, он изменяет уровень их транскрипции.

Гидрофобные сигнальные молекулы обычно диффундируют через плазматическую мембрану и взаимодействуют с внутриклеточными рецепторами в цитоплазме. Многие внутриклеточные рецепторы являются факторами транскрипции, которые взаимодействуют с ДНК в ядре и регулируют экспрессию генов. Изображение предоставлено: OpenStax Biology

.

Многие сигнальные пути, вовлекающие как внутриклеточные рецепторы, так и рецепторы клеточной поверхности, вызывают изменения в транскрипции генов. Однако внутриклеточные рецепторы уникальны, потому что они вызывают эти изменения напрямую, связываясь с ДНК и сами изменяя транскрипцию.

Напротив, гидрофильные лиганды (такие как пептид и производные аминокислоты гормоны ), которые не могут пересекать плазматическую мембрану клетки, должны связываться с рецепторами клеточной поверхности , также известными как трансмембранные рецепторы, на клеточной поверхности. Вместо того, чтобы напрямую изменять поведение или экспрессию генов в клетке, рецепторы клеточной поверхности выполняют передачу сигнала или процесс преобразования внеклеточного сигнала в межклеточный сигнал. Таким образом, рецептор не изменяет экспрессию генов напрямую, а должен активировать химические или белковые «мессенджеры», чтобы передать сигнал от снаружи до внутри ячейки.

Цепочки молекул, которые передают сигналы внутри клетки, известны как внутриклеточные пути передачи сигналов. Изображение предоставлено: Академия Хана.

 

Этап 2: преобразование сигнала . Трансдукция сигнала или изменение внеклеточного сигнала во внутриклеточный необходим только для гидрофильных лигандов, которые не могут пересекать плазматическую мембрану.

Как только гормон связывается с внеклеточной частью рецептора клеточной поверхности, внутриклеточная часть рецептора меняет форму, что приводит к активации цепочки событий, называемой сигнальный путь или сигнальный каскад . События в каскаде происходят в определенной серии событий. Многие различные ферменты активируются различными специфическими рецепторами, но обычно этот активированный фермент затем активирует другие белки, которые передают сигнал в клетку, чтобы вызвать реакцию. Пути, активируемые рецепторами клеточной поверхности, включают синтез вторичных мессенджеров (небелковых сигнальных молекул), таких как кальций или циклический АМФ, которые распространяются по клетке для распространения сигнала, или инициацию каскад фосфорилирования , где ряд белков активируется добавлением к ним фосфатной группы, что изменяет их активность. В конечном итоге активация пути приводит к некоторому типу клеточного ответа, который может включать изменения в экспрессии генов.

Этап 3: усиление сигнала: Одной из особенностей гормонов является то, что очень небольшое количество гормона может вызвать очень сильную физиологическую реакцию. Это явление опосредовано процессом, называемым усиление сигнала , где сигнал от гормона «усиливается» или усиливается с помощью одного из нескольких механизмов:

• Для гидрофильных гормонов, которые связываются с рецепторами клеточной поверхности, амплификация может происходить через вторичных мессенджеров, где в ответ на гормональный сигнал продуцируются или высвобождаются тысячи молекул
• Для неполярных гормонов, связывающихся с внутриклеточными рецепторами, амплификация может происходить как в процессе транскрипции, когда из одного гена синтезируются сотни копий мРНК, так и в процессе трансляции, когда из одного гена синтезируются сотни копий каждого белка. мРНК

В приведенном ниже видео представлен обзор связывания рецептор-лиганд, передачи сигнала и предварительного просмотра клеточных ответов (описанных в следующем разделе):

Ответ на сигнал

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 9.3 и путей ретрансляции сигналов Академии Хана. Все материалы Академии Хана доступны бесплатно на www.khanacademy.org

.

Этап 4: сигнальный ответ:  Существует множество различных типов клеточных реакций на гормон, в том числе:

• изменения экспрессии генов
• изменения клеточного метаболизма
• рост и деление клеток

Общая реакция на гормональный сигнал может быть усилением сигнала и усилением реакции ( положительная обратная связь ) или уменьшением сигнала и уменьшением реакции ( отрицательной обратной связью ). Суть в том, что при положительной обратной связи ответ на стимул заставляет стимул продолжаться в том же направлении ; в то время как при отрицательной обратной связи ответ на стимул вызывает изменение направления стимула. Таким образом, в петле положительной обратной связи, если стимул увеличивается, то реакция на стимул заставляет его увеличиваться еще больше. В петле отрицательной обратной связи, если стимул увеличивается, то реакция вызывает уменьшение стимула. Петли положительной и отрицательной обратной связи являются важными механизмами клеточной и организменной регуляции.

В этом видео (начало 1:13) представлен обзор циклов положительной и отрицательной обратной связи (просмотрите не менее 5:58):

Реакция на конкретный сигнал может быть очень простой, но могут быть различия между разными типами клеток и в разных условиях по ряду причин:

• Один и тот же лиганд может вызывать разные ответы в разных типах клеток из-за различий в экспрессии белка в разных клетках, где один и тот же сигнал активирует разные сигнальные пути, что приводит к разным ответам в каждом типе клеток.
• Один и тот же лиганд может вызывать разные ответы в разных типах клеток из-за разных рецепторов в двух разных типах клеток, которые затем активируют разные сигнальные пути, приводя к разным ответам в каждом типе клеток.
• Часто несколько сигнальных путей взаимодействуют друг с другом, потому что одни и те же сигнальные белки участвуют в каждом пути. В результате, если два разных сигнала поступают одновременно, результат может быть другим, чем если бы они поступали по отдельности. Явление, при котором результат может измениться в зависимости от взаимодействия между различными сигнальными путями, называется перекрестным взаимодействием сигналов .

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 9.0 и OpenStax Biology 9..4, OpenStax Biology 22.1, Khan Academy Межклеточная передача сигналов в одноклеточных организмах и определение кворума в Википедии. Все материалы Академии Хана доступны бесплатно на www.khanacademy. org

.

В многоклеточных организмах клетки постоянно отправляют и получают химические сообщения для координации действий удаленных органов, тканей и клеток. Способность отправлять сообщения быстро и эффективно позволяет клеткам координировать и точно настраивать свои функции.

Хотя необходимость клеточной коммуникации у более крупных организмов кажется очевидной, даже одноклеточные организмы общаются друг с другом. Например, дрожжи производят химические сигналы, которые позволяют им находить себе пару. Некоторые виды бактерий координируют свои действия, чтобы сформировать большие комплексы, называемые биопленками, или организовать производство токсинов для уничтожения конкурирующих организмов. Способность клеток общаться с помощью химических сигналов зародилась в одиночных клетках и была необходима для эволюции многоклеточных организмов.

Мы сосредоточимся на явлении, называемом quorum sensing в бактериях, явлении, когда отдельные бактерии контролируют плотность своей популяции; как только популяция достигает определенной плотности, бактерии одновременно коллективно меняют экспрессию своих генов и поведение. Чувство кворума используется для контроля ряда действий, которые было бы трудно или даже вредно для выполнения одной или несколькими бактериями, но которые становятся успешными и высокоадаптивными, если их выполняет большая группа одновременно. Поскольку количество клеток, присутствующих в окружающей среде (плотность клеток), является определяющим фактором для передачи сигналов, бактериальная передача сигналов называется ощущением кворума; в политике и бизнесе кворум — это минимальное количество членов, необходимое для голосования по вопросу. Поведение, регулируемое определением кворума, включает (но не ограничивается):

• образование биопленок
• нападение на конкурентов
• люминесценция (излучающая свет)
• активация генов вирулентности (связанная с патогенностью или способностью вызывать инфекцию)

Как работает определение кворума? Все это основано на непрерывной секреции сигнальной молекулы или бактериального гормона, называемого аутоиндуктором . Если его секретирует одна или несколько клеток, в окружающей среде молекулы немного, и это не меняет поведения бактерий. Но по мере увеличения количества особей в популяции появляется все больше и больше клеток, секретирующих гормон, и, таким образом, плотность гормона увеличивается. Как только он достигает определенной плотности, он вызывает клеточный ответ во всех клетках одновременно, которые затем коллективно меняют свое поведение в зависимости от того, какой сигнальный путь активируется гормоном.

Аутоиндукторы — это небольшие молекулы или белки, продуцируемые бактериями, которые регулируют экспрессию генов с помощью чувства кворума. Изображение предоставлено: «Передача сигналов в одноклеточных организмах: рисунок 2», OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).

Как правило, каждый вид бактерий имеет свой собственный аутоиндуктор с соответствующим высокоспецифичным рецептором (не активируется аутоиндуктором другой бактерии). Однако некоторые типы аутоиндукторов могут продуцироваться и обнаруживаться несколькими видами бактерий. Ученые изучают, как эти молекулы могут способствовать межвидовому общению.

Ниже мы опишем несколько примеров поведения, контролируемого определением кворума:

Симбиоз и биолюминесценция: Чувство кворума было впервые обнаружено у Aliiv ibrio fischeri , бактерии, которая находится в симбиотических (взаимовыгодных) отношениях с гавайским кальмаром-бобтейлом. A. fischeri образуют колонии внутри «светового органа» кальмара. Кальмар дает бактериям пищу, а бактерии взамен биолюминесцируют (излучают свет). Свечение бактерий не дает кальмару отбрасывать тень, скрывая его от хищников, плавающих под ним.

Изображение предоставлено: Академия Хана, измененная из «Euprymna scolopes» Криса Фрэзи и Маргарет Макфолл-Нгай (CC BY 4.0)

Когда А . fischeri находятся внутри светового органа кальмара, они светятся, но когда они свободно живут в океане, они не светятся. За десятилетия работы ученые обнаружили, что бактерии используют чувство кворума, чтобы решить, когда производить биолюминесценцию. Было бы метаболической тратой для одинокой бактерии в открытом океане проводить химические реакции, излучающие свет, поскольку они не приносят никакой пользы без кальмара-хозяина. Однако, когда многие бактерии плотно упакованы в световой орган, светящееся в унисон дает преимущество: оно позволяет бактериям выполнить свою часть симбиотической сделки, предохраняя своего кальмара-хозяина (их источник пищи) от поедания хищниками.

Аутоиндуктор, контролирующий поведение A. fischeri , активирует транскрипцию генов, кодирующих ферменты и субстраты, необходимые для биолюминесценции, а также гена фермента, который производит сам аутоиндуктор (усиливая ответ в петле положительной обратной связи ). ).

В этом видео описывается поведение A. fischeri и гавайского кальмара-бобтейла:

Образование биопленки:  Некоторые виды бактерий, чувствующих кворум, образуют биопленки, прикрепленные к поверхности сообщества бактериальных клеток, которые прилипают друг к другу и к своему субстрату (нижней поверхности). Биопленки могут быть довольно сложными, бактериальные клетки организуются в упорядоченные структуры, а некоторые биопленки содержат несколько видов сосуществующих бактерий.

Биопленки присутствуют почти везде: они могут вызывать засорение труб и легко колонизировать поверхности в промышленных условиях. Они производят зубной налет и колонизируют катетеры, протезы, чрескожные и ортопедические устройства, контактные линзы и внутренние устройства, такие как кардиостимуляторы. Они также образуются в открытых ранах и обожженных тканях. В медицинских учреждениях биопленки растут на аппаратах для гемодиализа, механических вентиляторах, шунтах и ​​другом медицинском оборудовании. Фактически 65 процентов всех инфекций, приобретенных в больнице (внутрибольничные инфекции), связаны с биопленками. Биопленки также связаны с болезнями, передающимися через пищу, потому что они колонизируют поверхности листьев овощей и мяса, а также оборудование для обработки пищевых продуктов, которое не очищается должным образом. В недавних крупномасштабных вспышках бактериального загрязнения пищевых продуктов биопленки сыграли важную роль. Они также колонизируют бытовые поверхности, такие как кухонные столы, разделочные доски, раковины и туалеты, а также места на теле человека, такие как поверхности наших зубов.

Изображение биопленки золотистого стафилококка на поверхности катетера. Изображение изменено из «Сигнализация в одноклеточных организмах: рисунок 3», OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Основано на оригинальном изображении Дженис Карр, CDC.

Взаимодействия между организмами, населяющими биопленку, вместе с их защитной экзополисахаридной (ЭПС) средой делают эти сообщества более устойчивыми, чем свободноживущие или планктонные прокариоты. Липкое вещество, которое удерживает бактерии вместе, также исключает большинство антибиотиков и дезинфицирующих средств, что делает биопленочные бактерии более выносливыми, чем их свободноживущие аналоги. Кроме того, отдельные клетки в биопленке фактически берут на себя специализированные роли, подобно многоклеточным организмам, при этом некоторые клетки образуют каналы, помогающие удалять токсины (например, антибиотики) из биопленки. Как только инфекция биопленки установлена, ее очень трудно искоренить, потому что биопленки, как правило, устойчивы к большинству методов, используемых для контроля микробного роста, включая антибиотики и детергенты. Биопленки плохо или только временно реагируют на антибиотики; было сказано, что они могут противостоять концентрациям антибиотиков, в 1000 раз превышающим концентрацию антибиотиков, используемых для уничтожения тех же бактерий, когда они являются свободноживущими. Такая большая доза антибиотика может нанести вред пациенту; поэтому ученые работают над новыми способами избавления от биопленок.

Показаны пять стадий развития биопленки. На этапе 1, первоначальном прикреплении, бактерии прикрепляются к твердой поверхности за счет слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий. Во время стадии 2, необратимого прикрепления, волосовидные придатки, называемые пили, постоянно закрепляют бактерии на поверхности. На стадии 3, созревании I, биопленка растет за счет деления клеток и привлечения других бактерий. Внеклеточный матрикс, состоящий в основном из полисахаридов, удерживает биопленку вместе. На стадии 4, созревании II, биопленка продолжает расти и приобретает более сложную форму. На этапе 5, рассредоточении, матрица биопленки частично разрушается, что позволяет некоторым бактериям ускользнуть и колонизировать другую поверхность. Представлены микрофотографии биопленки Pseudomonas aeruginosa на каждой из стадий развития. (кредит: Д. Дэвис, Дон Монро, PLoS)

В этом видео представлен краткий обзор значимости биопленок для здоровья человека:

Исследования деталей определения кворума привели к прогрессу в выращивании бактерий для промышленных целей. Недавние открытия предполагают, что можно использовать бактериальные сигнальные пути для контроля роста бактерий; этот процесс может заменить или дополнить антибиотики, которые больше не эффективны в определенных ситуациях.

Вирулентность:  Оппортунистический патоген Pseudomonas aeruginosa использует определение кворума для координации образования биопленок, роевой подвижности, производства экзополисахарида, вирулентности и агрегации клеток. Эти бактерии могут расти внутри хозяина, не причиняя ему вреда, пока не достигнут пороговой концентрации. Как только они размножаются до такой степени, что их количество становится достаточным для преодоления иммунной системы хозяина, ощущение кворума индуцирует экспрессию генов вирулентности, в результате чего бактерии становятся агрессивно заразными, а также образуют биопленку.

No related posts.