Indhold
- Genekspression fungerer ved at lave kopier af genet
- Interne faktorer, der påvirker cellespecialisering
- Asymmetrisk segregering producerer forskellige celler
- Celle signalering er grunden til celle differentiering
- Celle signalering ved diffusion påvirker vævsudvikling
- Lokal cellesignalering lader celler genkende deres naboer
- Faktorer, der påvirker cellesignalisationspåvirkning Celle-differentiering
- Miljøfaktorer kan påvirke celledifferentiering
Under celledifferentiering i multicellulære organismer bliver celler specialiserede og tager roller såsom nervøs, muskel- og blodlegemer. Faktorer involveret i at udløse celledifferentiering inkluderer celle signalering, miljømæssige påvirkninger og udviklingsniveauet for organismen.
Grundlæggende celledifferentiering sker efter, at en sædcelle befrugter et æg, og den resulterende zygot når en bestemt størrelse. På det tidspunkt begynder zygoten med at udvikle forskellige celletyper og har brug for differentierede celler for at påtage sig de specialiserede funktioner.
Mekanismen, der ligger til grund for celledifferentiering, er genekspression. Alle celler i en organisme har identiske sæt gener, fordi den genetiske kode blev kopieret fra den oprindelige ægcelle befrugtet af sædcellen. For at påtage sig en specialiseret funktion vil en celle kun udtrykke eller bruge nogle af generne i dens genetiske kode og ignorere resten.
For eksempel vil en celle, der differentierer sig for at blive en levercelle, udtrykke levercellegenerne, og alle de andre leverceller vil bruge det samme sæt levergener. De adskiller sig sammen for at danne leveren.
Celledifferentiering finder sted i tre situationer:
I begge tilfælde informerer cellesignalering celler, hvilken type specialiseret celle der kræves. Udifferentierede celler udtrykker de tilsvarende gener for at imødekomme organismenes behov.
Genekspression fungerer ved at lave kopier af genet
Den genetiske kode for eukaryote celler findes på DNA'et i kernen. DNA kan ikke forlade kernen, så cellen er nødt til at kopiere det gen, den ønsker at udtrykke.
Messenger RNA (mRNA) fastgøres til DNA'et og kopierer det relevante gen. MRNA kan bevæge sig uden for kernen og bringe de genetiske instruktioner til ribosomer, der flyder i cellecytoplasmaen, eller som er knyttet til det endoplasmatiske retikulum. Ribosomerne producerer det protein, der kodes af det udtrykte gen.
Afhængigt af signalerne modtaget af cellen, de miljømæssige påvirkninger og cellens udviklingstrin, kan genekspressionsprocessen blokeres på ethvert trin. Hvis proteinet, der kodes af genet, ikke er nødvendigt af organismen, kopierer mRNA'et ikke genet, og genekspressionsprocessen starter ikke.
Selv efter at mRNA kopierer genet, kan mRNA-molekylet være blokeret fra at forlade kernen eller muligvis ikke være i stand til at nå et ribosom. Ribosomer producerer muligvis ikke det krævede protein, selvom mRNA leverer den kopierede genetiske kode. Forskellige faktorer kan påvirke genekspression gennem hele denne flertrinsproces.
Interne faktorer, der påvirker cellespecialisering
Organismer har flere måder at sikre, at celler udvikler sig til de specialiserede og differentierede celler, der er nødvendige.
Den vigtigste faktor, der driver cellulær differentiering i kroppen, er fremstilling af proteiner. Celler kan differentiere afhængigt af hvilke gener der udtrykkes, og hvilke proteiner der kodes i de udtrykte gener. De producerede proteiner hjælper de differentierede celler med at udføre deres specialiserede funktion og lader dem fortælle andre celler, hvad de laver gennem cellesignalering.
En yderligere mekanisme, der kan påvirke celledifferentiering, er asymmetrisk segregering i celledeling. Stoffer som specielle proteiner samles i den ene ende af en celle. Når cellen deler sig, har den ene dattercelle flere af de specielle proteiner end den anden. Cellerne bliver forskellige typer celler på grund af den forskellige proteinfordeling.
Når en celle differentierer, bliver den specialiseringstype, den kan udøve, mere begrænset. Embryonale stamceller kan oprindeligt blive enhver type celle, men når cellen først er moden og har påtaget sig en specialiseret rolle, kan den ofte ikke længere ændre sig. Embryonale stamceller kaldes totipotent celler, fordi de stadig kan påtage sig enhver rolle, mens modne, specialiserede celler, der er fuldstændigt differentierede, kun kan udføre deres specialiserede funktion.
Asymmetrisk segregering producerer forskellige celler
Genekspression er ansvarlig for cellespecialisering, men de grundlæggende celler skal være i stand til at påtage sig de specialiserede funktioner. Inden differentiering og cellespecialisering kan finde sted, skal den rigtige type celle være tilgængelig. Asymmetrisk segregering kan producere sådanne forskellige typer celler. Totipotente embryonale celler bliver en af tre typer pluripotente celler, der til sidst differentieres i de forskellige kropsvæv.
De tre typer pluripotente celler er:
Mens cellesignalering er ansvarlig for produktionen af nogle forskellige celletyper og for cellespecialisering, fungerer asymmetrisk segregering i begyndelsen af celleudviklingen til at producere pluripotente celler.
DNA-transkription til mRNA foregår på en sådan måde, at mRNA producerer visse proteiner i den ene ende af cellen og forskellige proteiner i den anden ende. Celleinddeling resulterer i to forskellige typer datterceller, der kan fortsætte med at producere celler med forskellige specialiseringer.
Celle signalering er grunden til celle differentiering
Interne mekanismer, der påvirker celledifferentieringen af pluripotente celler er hovedsageligt baseret på cellesignalering. Celler modtager kemiske signaler, der fortæller dem, hvilken type celle eller hvilken type protein der er behov for.
Celle-signaleringsmekanismer inkluderer:
Celler løbende ud kemiske stoffer vedrørende deres aktiviteter og modtager signaler om, hvad der foregår i deres umiddelbare kvarter, i vævene, hvor de er placeret og i kroppen som helhed. Disse signaler er de vigtigste faktorer, der påvirker cellespecialisering, og cellesignalering er den nøglefaktor, der driver celle-differentiering i kroppen.
Celle signalering ved diffusion påvirker vævsudvikling
Celler bliver følsomme over for visse kemiske signaler, fordi de har det receptorer på deres cellemembran. Receptorerne afhænger af typen af celle, hvordan den har udviklet sig, og hvilke gener der udtrykkes. Når receptorer aktiveres, differentieres cellen yderligere.
Når en celle er et signal til mange celler i nærheden, udsender den et kemikalie, der diffunderer gennem det væv, som cellen er indlejret i. Det kemiske signal indfanges af receptorer i cellemembranerne i de omgivende celler og udløser en reaktion inde i hver celle. Disse svar hjælper med at få cellerne til at differentiere på en sådan måde bygger væv.
For eksempel udsender celler, der bliver en del af en lever, kemikalier, der udløser de tilsvarende receptorer i celler i nærheden, og alle cellerne på det sted adskiller sig til at blive leverceller. Efterhånden som levervævet dannes, udløser yderligere cellesignaler nogle celler til at differentiere til kanalceller eller forbinde væv. Til sidst danner de differentierede celler en komplet og funktionel lever.
Lokal cellesignalering lader celler genkende deres naboer
For at udvikle sig til de specialiserede celler, som organismen har brug for, skal celler vide, hvad andre celler i deres umiddelbare omgivelser gør. Specielle receptorer til celle-til-celle-kontakt og mellemrum mellem celler letter den direkte udveksling af signaler mellem naboceller. Celler kan sikre, at deres omgivelser svarer til deres differentierede specialisering.
I celle-til-celle signalering, specielt dannede receptorproteiner på overfladen af en celle matcher tilsvarende proteiner på en nabocellemembran. Når cellerne kommer i kontakt, kobles de to proteiner sammen, og et signal udløses fra den ene celle til den anden. Signalet passerer gennem cellemembranen og kommer ind i cellen, hvor det forårsager en bestemt celleopførsel.
For eksempel skal hudceller sørge for, at de har andre hudceller omkring sig, men nogle hudceller vil have cellerne i det underliggende væv under sig. Celle-til-celle-signalering giver celler mulighed for at sikre, at deres omgivelser matcher deres differentiering.
Gap-kryds er specielle forbindelser mellem naboceller, der tillader en nem og direkte udveksling af proteiner, der fungerer som s. Ved hjælp af spalteforbindelser kan celler koordinere deres aktiviteter og udveksle signaler hurtigt og nemt.
For eksempel bruger nerveceller spalteforbindelser til at etablere nervebaner, og spalteforbindelser lader celler differentiere sig til den type nervecelle, der er passende til deres placering i huden, i rygmarven eller i hjernen.
Faktorer, der påvirker cellesignalisationspåvirkning Celle-differentiering
Celle-signalering og den resulterende celledifferentiering er komplekse processer med mange trin. Signaler skal produceres, formeres modtaget og handles efter. Udløsere, der skyldes cellesignaler, skal fungere som forventet. Faktorer, der forstyrrer et af trinene, kan påvirke celledifferentiering og forårsage ændringer i organismen.
Faktorer, der kan påvirke og forstyrre cellesignalisering og celledifferentiering inkluderer en mangel på næringsstoffer; hvis en celle ikke kan producere et protein, fordi det mangler byggestenene, kan det ikke differentiere. Mutationer i den genetiske kode er et andet problem.
Hvis DNA'et er defekt, eller transkriptionen er forkert, afbrydes signal- og differentieringsprocessen. Ud over disse, hvis signaleringskemikalierne er blokeret, eller cellereceptorerne er fyldt med kemiske bindinger, der ikke er signalerende, fungerer signalprocessen ikke korrekt.
Miljøfaktorer kan påvirke celledifferentiering
Påvirkning fra miljøet hos organismen, der kan påvirke cellesignalering, genekspression og celledifferentiering kan ændre, stoppe eller forstyrre processen. Nogle miljøfaktorer bruges af organismen til tilpasning, andre kan bruges til at bekæmpe sygdom og nogle skader eller dræber organismen.
F.eks. Kan omgivelsestemperatur påvirke udviklingen af nogle organismer. Højere temperaturer fremskynder væksten af celler og deres differentiering, mens lave temperaturer bremser eller stopper udviklingen.
Narkotika kan forstyrre skadelig celledifferentiering. For eksempel kan medikamenter blokere et af procestrinnene for ubegrænset tumorvækst og stoppe ekspressionen af de tilsvarende gener.
Skader kan påvirke genekspression og påvirke, hvilken type celle der er nødvendig for at reparere skader. Virus og bakterier kan påvirke celledifferentiering. For eksempel, hvis en mor er inficeret med en sygdom som røde hunde, kan det udviklende foster påvirke sin celledifferentiering, og det kan udvikle fødselsdefekter.
Endelig kan giftige kemikalier påvirke celledifferentiering. Stoffer, der angriber eller blokerer for signaleringskemikalier, eller som blokerer signalreceptorpositioner på cellemembraner, kan stoppe signalaktiviteten og påvirke celledifferentiering.
I tilfælde af disse miljøfaktorer forsøger organismen at reagere ved at tilpasse sig eller ved at ændre interne processer. Tilpasning er effektiv for nogle af miljøpåvirkningerne, men for andre kan organismen overleve, men udvise defekter, eller organismen kan dø.