Bunky v mnohobunkovom organizme spolupracujú na udržaní vnútornej rovnováhy (homeostázy). Navzájom komunikujú prostredníctvom chemických informácií – poslov (angl. messenger). Faktor vyvolávajúci odozvu sa nazýva signál. Jeho nositeľom je signálna molekula, ktorá pôsobí buď z vonkajšieho prostredia, alebo priamo vo vnútri bunky.
Prenos signálu na úrovni celého organizmu zabezpečujú dve odlišné sústavy:
- nervová komunikácia – je okamžitá a krátkodobá. Signál (nervový vzruch) má elektrickú povahu a šíri sa po povrchu neurónov
- hormonálna komunikácia (endokrinná) – je pomalšia, no jej účinok pretrváva dlhšie. Bunky vylučujú chemické signály (hormóny) do krvi. Zareagujú na ne len tie bunky, ktoré majú špecifické receptory
Fázy bunkovej signalizácie link
Chemická signalizácia prebieha v troch nadväzujúcich krokoch:
- príjem signálu (recepcia) – extracelulárna signálna molekula sa naviaže na receptor cieľovej bunky
- transdukcia – zmena formy signálu a jeho prenos do vnútra bunky
- odpoveď – fyziologická zmena v činnosti bunky (napríklad aktivácia génu, uvoľnenie glukózy)
Extracelulárna signálna molekula pochádza z vonkajšieho prostredia a označuje sa ako ligand (alebo prvý posol). Viaže sa na receptor – špecifickú bielkovinu v plazmatickej membráne, ktorá ligand priestorovo rozozná a sprostredkuje odpoveď. Funkciu prvých poslov plnia okrem hormónov aj rastové faktory či neurotransmitery.
Miesto recepcie závisí od chemickej povahy ligandu:
- látky rozpustné vo vode – nedokážu prejsť cez lipidovú dvojvrstvu membrány. Viažu sa na receptorové proteíny priamo na povrchu bunky, čím spúšťajú vnútrobunkovú reakciu
- látky rozpustné v tukoch (napríklad steroidné hormóny) – prechádzajú priamo cez plazmatickú membránu a viažu sa na vnútrobunkové receptory voľne plávajúce v cytoplazme alebo v jadre
Formy medzibunkovej komunikácie link
Bunky nekomunikujú len na veľké vzdialenosti, ale ovplyvňujú aj svoje bezprostredné okolie. Rozlišujeme tieto formy:
- endokrinná komunikácia – signál (hormón) sa prenáša krvou alebo lymfou k vzdialeným cieľovým bunkám
- neurálna komunikácia (synaptická) – prenos signálu zabezpečujú neurotransmitery (napríklad acetylcholín, dopamín) uvoľnené do synaptickej štrbiny. Tieto chemické synapsie spájajú neuróny navzájom alebo so svalom. Zriedkavejšie sú elektrické synapsie s priamym prenosom cez kanály
- parakrinná komunikácia – signálne molekuly sú vylučované do extracelulárnej tekutiny a ovplyvňujú len blízke tkanivo
- juxtakrinná komunikácia – signálna molekula je pevne ukotvená na povrchu bunky a pôsobí len na tie bunky, s ktorými sa priamo fyzicky dotýka
- autokrinná komunikácia – bunka vylučuje signál a má naň vlastné receptory, takže ovplyvňuje samú seba
- komunikácia dutým spojom (angl. gap junction) – priame bielkovinové kanály živočíšnych buniek, cez ktoré voľne prechádzajú malé molekuly bez potreby väzby na receptor. Dôležitá je tu aj extracelulárna matrix, ktorá prenáša signály zvonku
- plazmodezmy – priame spojenia rastlinných buniek. Sú to kanáliky prechádzajúce cez bunkovú stenu, čím prepájajú cytoplazmu susedných buniek
Vnútrobunková signalizácia a druhí poslovia link
Ak sa prvý posol naviaže len na povrchový receptor, musí odovzdať signál dovnútra bunky. Na to slúžia intracelulárne signálne molekuly, nazývané druhí poslovia.
Cesta od zachytenia ligandu po bunkovú odpoveď, prebiehajúca cez kaskádu enzýmov, sa označuje ako signálna dráha. K najvýznamnejším druhým poslom patria:
- cAMP (cyklický adenozínmonofosfát) – receptor v membráne aktivuje enzým adenylcyklázu, ktorá premení ATP na cAMP. Ten následne funguje ako hromadný vnútrobunkový regulátor
- ióny vápnika (Ca²⁺) – ich koncentrácia v cytoplazme je bežne veľmi nízka. Rôzne podnety otvoria vápnikové kanály, Ca²⁺ prenikne do bunky a naviaže sa na bielkovinu kalmodulín. Vzniknutý komplex masívne reguluje metabolizmus
- inozitoltrifosfát (IP3) a diacylglycerol (DAG) – zapájajú sa do vnútrobunkových dráh a úzko spolupracujú s vápnikovou signalizáciou a G-proteínmi
Signálne dráhy aktívne regulujú enzýmy proteínkinázy. Katalyzujú fosforyláciu (pripojenie fosfátovej skupiny z ATP) iných bielkovín. Cielená fosforylácia a následná defosforylácia (odstránenie fosfátu) funguje ako univerzálny prepínač, ktorým bunka tieto dráhy zapína alebo vypína.
Bunková komunikácia je komplexná chemická sieť. Začína sa vylúčením hormónu alebo neurotransmitera, pokračuje jeho zachytením na špecifickom receptore a končí sa reťazovou reakciou vnútrobunkových poslov (napríklad Ca²⁺ či cAMP), ktoré bunke presne prikážu, akú fyziologickú akciu má vykonať.
