Innhold
- Genuttrykk fungerer ved å lage kopier av genen
- Interne faktorer som påvirker cellespesialisering
- Asymmetrisk segregering produserer forskjellige celler
- Celle signalering er roten av celledifferensiering
- Cell signalering ved diffusjon påvirker vevutvikling
- Lokal celle signalering lar celler gjenkjenne sine naboer
- Faktorer som påvirker cellesignalisering Påvirkning av celledifferensiering
- Miljøfaktorer kan påvirke celledifferensiering
Under celledifferensiering i flercellede organismer blir celler spesialiserte og påtar seg roller som nerve-, muskel- og blodceller. Faktorer involvert i å utløse celledifferensiering inkluderer celle signalering, miljømessige påvirkninger og utviklingsnivået til organismen.
Grunnleggende celledifferensiering skjer etter at en sædcelle befruktet et egg og den resulterende zygoten når en viss størrelse. På det tidspunktet begynner zygoten å utvikle forskjellige celletyper og trenger differensierte celler for å ta på seg de spesialiserte funksjonene.
Mekanismen som ligger til grunn for celledifferensiering er genuttrykk. Alle cellene i en organisme har identiske sett med gener fordi den genetiske koden ble kopiert fra den opprinnelige eggcellen befruktet av sædcellen. For å påta seg en spesialisert funksjon, vil en celle bare uttrykke eller bruke noen av genene i sin genetiske kode og ignorere resten.
For eksempel vil en celle som differensierer for å bli en levercelle uttrykke levercellegenene, og alle de andre levercellene vil bruke det samme settet med levergener. De vil skille seg sammen for å danne leveren.
Celledifferensiering skjer i tre situasjoner:
I begge tilfeller informerer cellesignalering cellene hvilken type spesialisert celle som er nødvendig. Udifferensierte celler uttrykker de tilsvarende gener for å oppfylle behovene til organismen.
Genuttrykk fungerer ved å lage kopier av genen
Den genetiske koden til eukaryote celler er lokalisert på DNA i kjernen. DNA kan ikke forlate kjernen slik at cellen må kopiere genet den ønsker å uttrykke.
Messenger RNA (mRNA) festes til DNAet og kopierer det aktuelle genet. MRNA kan reise utenfor kjernen og bringe de genetiske instruksjonene til ribosomer som flyter i cytoplasma eller som er festet til endoplasmatisk retikulum. Ribosomene produserer proteinet som kodes av det uttrykte genet.
Avhengig av signalene mottatt av cellen, miljøpåvirkningene og cellens utviklingstrinn, kan prosessen med genuttrykk blokkeres i ethvert stadium. Hvis proteinet som er kodet av genet ikke er nødvendig av organismen, vil mRNA ikke kopiere genet, og genuttrykksprosessen vil ikke starte.
Selv etter at mRNA kopierer genet, kan mRNA-molekylet være blokkert fra å komme ut av kjernen eller kanskje ikke være i stand til å nå et ribosom. Ribosomer produserer kanskje ikke det nødvendige proteinet selv om mRNA leverer den kopierte genetiske koden. Ulike faktorer kan påvirke genuttrykk gjennom hele flerstegsprosessen.
Interne faktorer som påvirker cellespesialisering
Organismer har flere måter å sikre at celler utvikler seg til de spesialiserte og differensierte cellene som trengs.
Nøkkelfaktoren som driver celledifferensiering i kroppen er produksjonen av proteiner. Celler kan differensiere, avhengig av hvilke gener som uttrykkes og hvilke proteiner som kodes i de uttrykte genene. De produserte proteiner hjelper de differensierte cellene med å utføre sin spesialiserte funksjon og lar dem fortelle andre celler hva de gjør gjennom cellesignalering.
En ytterligere mekanisme som kan påvirke celledifferensiering er asymmetrisk segregering i celledeling. Stoffer som spesielle proteiner samles i den ene enden av en celle. Når cellen deler seg, har den ene dattercellen flere av de spesielle proteinene enn den andre. Cellene blir forskjellige typer celler på grunn av den forskjellige proteinfordelingen.
Når en celle skiller seg ut, blir typen spesialisering den kan ta på seg mer begrenset. Embryonale stamceller kan i utgangspunktet bli en hvilken som helst type celle, men når cellen først er moden og har påtatt seg en spesialisert rolle, kan den ofte ikke lenger endre seg. Embryonale stamceller kalles totipotente celler fordi de fortsatt kan påta seg hvilken som helst rolle mens modne, spesialiserte celler som er fullt ut differensierte, bare kan utføre sin spesialiserte funksjon.
Asymmetrisk segregering produserer forskjellige celler
Genuttrykk er ansvarlig for cellespesialisering, men de grunnleggende cellene må kunne ta på seg de spesialiserte funksjonene. Før differensiering og cellespesialisering kan finne sted, må riktig type celle være tilgjengelig. Asymmetrisk segregering kan produsere så forskjellige typer celler. Totipotente embryonale celler blir en av tre typer pluripotent celler som til slutt differensierer seg i de forskjellige kroppsvevene.
De tre typene pluripotente celler er:
Mens cellesignalisering er ansvarlig for produksjonen av noen forskjellige celletyper og for cellespesialisering, virker asymmetrisk segregering i begynnelsen av celleutviklingen for å produsere pluripotente celler.
DNA-transkripsjon til mRNA foregår på en slik måte at mRNA produserer visse proteiner i den ene enden av cellen og forskjellige proteiner i den andre enden. Celledeling resulterer i to forskjellige typer datterceller som kan fortsette å produsere celler med forskjellige spesialiseringer.
Celle signalering er roten av celledifferensiering
Interne mekanismer som påvirker celledifferensieringen av pluripotente celler er hovedsakelig basert på cellesignalisering. Celler mottar kjemiske signaler som forteller dem hvilken type celle eller hva slags protein som er nødvendig.
Cell signaliseringsmekanismer inkluderer:
Seller kontinuerlig ut kjemikalier angående deres aktiviteter og mottar signaler om hva som foregår i deres umiddelbare nabolag, i vevet der de befinner seg og i kroppen for øvrig. Disse signalene er de viktigste faktorene som påvirker cellespesialisering, og cellesignalering er nøkkelfaktoren som driver celledifferensiering i kroppen.
Cell signalering ved diffusjon påvirker vevutvikling
Celler blir følsomme for visse kjemiske signaler fordi de har det reseptorer på cellemembranen deres. Reseptorene avhenger av typen celle, hvordan den har utviklet seg og hvilke gener som kommer til uttrykk. Når reseptorer er aktivert, skiller cellen seg ytterligere.
Når en celle signaliserer til mange celler i nærheten, avgir den et kjemikalie som diffunderer gjennom vevet som cellen er innebygd. Det kjemiske signalet fanges opp av reseptorer i cellemembranene i de omkringliggende celler og utløser en respons i hver celle. Disse svarene er med på å få cellene til å differensiere på en måte som bygger vev.
For eksempel avgir celler som vil bli en del av en lever kjemikalier som utløser de tilsvarende reseptorene i celler i nærheten, og alle cellene på det stedet skiller seg ut til å bli leverceller. Når levervevet dannes, utløser ytterligere cellesignal noen celler til å differensiere til kanalceller eller til å forbinde vev. Etter hvert danner de differensierte cellene en komplett og funksjonell lever.
Lokal celle signalering lar celler gjenkjenne sine naboer
For å utvikle seg til de spesialiserte celler som organismen trenger, må celler vite hva andre celler i deres nærmeste omgivelser gjør. Spesielle reseptorer for celle-til-celle-kontakt og spalteforbindelser mellom celler letter direkte utveksling av signaler mellom naboceller. Celler kan sikre at omgivelsene tilsvarer deres differensierte spesialisering.
I celle-til-celle-signaleringspesiallagde reseptorproteiner på overflaten av en celle samsvarer med tilsvarende proteiner på en nærliggende cellemembran. Når cellene kommer i kontakt, kobles de to proteinene sammen, og et signal utløses fra den ene cellen til den andre. Signalet går gjennom cellemembranen og kommer inn i cellen der den forårsaker en spesifikk celleatferd.
For eksempel må hudceller sørge for at de har andre hudceller rundt seg, men noen hudceller vil ha cellene i det underliggende vevet under seg. Cell-til-celle-signalering lar celler sikre at omgivelsene samsvarer med deres differensiering.
Gap-kryss er spesielle koblinger mellom naboceller som tillater en enkel og direkte utveksling av proteiner som fungerer som s. Ved å bruke gapskryss kan celler koordinere sine aktiviteter og utveksle signaler raskt og enkelt.
For eksempel bruker nerveceller gapskryss for å etablere nervetraséer, og gapskryss lar celler skille seg inn i typen nervecelle som er passende for deres beliggenhet i huden, i ryggmargen eller i hjernen.
Faktorer som påvirker cellesignalisering Påvirkning av celledifferensiering
Cellesignalering og den resulterende celledifferensieringen er komplekse prosesser med mange trinn. Signaler må produseres, forplantes mottatt og handles. Utløsere som følge av cellesignaler, må fungere som forventet. Faktorer som forstyrrer noen av trinnene, kan påvirke celledifferensiering og forårsake endringer i organismen.
Faktorer som kan påvirke og forstyrre cellesignalisering og celledifferensiering inkluderer mangel på næringsstoffer; hvis en celle ikke kan produsere et protein fordi den mangler byggesteinene, kan den ikke differensiere. Mutasjoner i den genetiske koden er et annet problem.
Hvis DNAet er mangelfullt eller transkripsjonen er feil, blir signal- og differensieringsprosessen forstyrret. I tillegg til disse, hvis signalkjemikaliene er blokkert eller cellemottakene er fylt med ikke-signaliserende kjemiske bindinger, vil signaliseringsprosessen ikke fungere ordentlig.
Miljøfaktorer kan påvirke celledifferensiering
Påvirkning fra miljøet til organismen som kan påvirke cellesignalering, genuttrykk og celledifferensiering kan endre, stoppe eller forstyrre prosessen. Noen miljøfaktorer brukes av organismen for tilpasning, noen kan brukes til å bekjempe sykdom og noen skader eller dreper organismen.
For eksempel kan omgivelsestemperatur påvirke utviklingen av noen organismer. Høyere temperaturer fremskynder veksten av celler og deres differensiering mens lave temperaturer bremser eller stopper utviklingen.
Legemidler kan forstyrre skadelig celledifferensiering. For eksempel kan medisiner blokkere et av prosessstrinnene for ubegrenset tumorvekst og stoppe ekspresjonen av de tilsvarende gener.
Skader kan påvirke genuttrykk og påvirke hvilken type celle som er nødvendig for å reparere skader. Virus og bakterier kan påvirke celledifferensiering. For eksempel, hvis en mor er smittet med en sykdom som røde hunde, kan det utviklende fosteret få sin celledifferensiering påvirket, og det kan utvikle fødselsdefekter.
Endelig kan giftige kjemikalier påvirke celledifferensiering. Stoffer som angriper eller blokkerer signalkjemikalier eller som blokkerer signalreseptorposisjoner på cellemembraner, kan stoppe signalaktiviteten og påvirke celledifferensiering.
Når det gjelder disse miljøfaktorene, prøver organismen å svare ved å tilpasse seg eller ved å endre interne prosesser. Tilpasning er effektiv for noen av miljøpåvirkningene, men for andre kan organismen overleve men utvise feil, eller organismen kan dø.