1. Celcommunicatie en interactie met (a)biotische factoren

Samenvatting voor biologie - Celcommunicatie en interactie met (a)biotische factoren

Wat is celcommunicatie?

Zoals je weet, zijn de cellen van meercellige organismen gespecialiseerd. Ze hebben dus een eigen functie. Al die verschillende cellen samen moeten bepaalde processen uitvoeren. Het gaat dus om samenwerking, en daarvoor is communicatie cruciaal. De communicatie tussen verschillende cellen wordt celcommunicatie genoemd.

Hoe werkt celcommunicatie?

Door met elkaar te communiceren, beïnvloeden cellen de activiteit van andere cellen. De communicatie verloopt via signaalstoffen; daarover later meer. Grofweg werkt celcommunicatie als volgt: een signaalstof bindt eerst aan een receptor. Receptoren zijn eiwitten waaraan een specifiek molecuul kan binden. Receptoren zitten aan de buitenkant van de cel of in het cytoplasma, het gedeelte van de binnenkant van een cel buiten de celkern.

De signaalstof die bindt aan een receptor kan je zien als een ‘prikkel’ voor die cel. Ook andere invloeden kunnen een prikkel vormen: bijvoorbeeld mechanische druk, elektrische spanning, temperatuur en licht. Vervolgens reageert de cel die de prikkel ontvangt. Deze reactie wordt een respons genoemd. 

Celcommunicatie is dus ontzettend belangrijk voor allerlei cellulaire processen. Grofweg werkt het als volgt: een signaalstof bindt aan een receptor: dit veroorzaakt een prikkel voor die cel. Dit kan verschillende reacties veroorzaken. Zo’n reactie wordt een respons genoemd. 

Celcommunicatie over kleine afstanden

Laten we verder gaan en wat nauwkeuriger kijken naar hoe celcommunicatie verloopt over kleine afstanden. Met een kleine afstand bedoelen we cellen die in hetzelfde weefsel in de buurt van elkaar liggen, of zelfs een cel die communiceert met zichzelf. Om te communiceren, maken cellen dus gebruik van signaalstoffen. Met ‘signaalstof’ worden alle moleculen bedoeld die een rol spelen in de communicatie tussen cellen. Er zijn dus verschillende soorten signaalstoffen. Een signaalstof moet de receptor van een cel bereiken. Over korte afstanden, zijn er drie manieren waarop dat gebeurt:

1. De cel die het signaal afgeeft, geeft zijn signaalstoffen af aan het weefselvloeistof. Dan bewegen de signaalstoffen door de intercellulaire ruimte, de ruimte tussen de cellen, naar de cel die het signaal moet ontvangen. Die beweging gaat door middel van diffusie. Dat is de beweging van deeltjes van een plek met een hoge concentratie naar een plek met een lage concentratie. Zo bereiken de signaalstoffen de receptor van een andere cel. Celcommunicatie tussen cellen die bij elkaar in de buurt liggen via signaalstoffen wordt paracrien genoemd.

2. Naast paracrien, is er ook autocrien. Hierbij binden de signaalstoffen van de cel die het signaal afgeeft niet aan een receptor van een andere cel, maar aan een receptor van dezelfde cel. Een cel veroorzaakt dus een respons bij zichzelf wanneer het een signaalstof afgeeft aan de weefselvloeistof en die signaalstof vervolgens bindt aan een eigen receptor. 

3. De derde manier van communicatie over korte afstand verloopt niet via de weefselvloeistof, maar via speciale eiwitten die een soort tunnel vormen van de ene naar de andere cel. Zulke poorten tussen twee cellen worden cell junctions genoemd. Voor deze vorm van communicatie moeten de cellen die met elkaar communiceren dus tegen elkaar aan liggen. De cell junctions zijn eiwitten die door de membranen van beide cellen heen zitten. Signaalstoffen bewegen door de cell junctions door middel van diffusie. De signaalstoffen komen dan terecht in het cytoplasma van de cel die het signaal ontvangt. Er zijn behalve aan de buitenkant van de celmembraan ook in het cytoplasma receptoren voor signaalstoffen. 

Celcommunicatie over grotere afstanden

Laten we nu nog even kijken naar hoe de communicatie verloopt tussen cellen die verder bij elkaar vandaan zijn. Signaalstoffen kunnen geen grote afstanden afleggen via de weefselvloeistof. Om toch cellen te kunnen bereiken die verder weg zijn, moet dus een andere route worden gebruikt. Er zijn twee manieren waarop cellen die ver van elkaar vandaan zijn, kunnen communiceren.

Opname uit bloed

Sommige signaalstoffen worden uit de weefselvloeistof opgenomen in het bloed. Zo komen ze in de bloedsomloop terecht en kunnen ze naar cellen door het hele lichaam worden gebracht. Signaalstoffen die via de bloedbaan andere cellen bereiken, worden hormonen genoemd. Hormonen worden geproduceerd in hormoonklieren. De hormonen die vet oplosbaar zijn, kunnen door celmembranen heen bewegen en binden aan receptoren binnen in de cel. Hormonen die niet vet oplosbaar zijn, binden aan receptoren aan de buitenkant van de celmembraan. 

Communicatie via zenuwcellen

De tweede manier waarop celcommunicatie over grote afstanden verloopt, is via zenuwcellen. Zenuwcellen zijn heel goede signaalverwerkers over grote afstanden. Dat heeft twee redenen. Allereerst kan een zenuwcel een signaal ontvangen en doorgeven zonder dat de sterkte van het signaal afneemt. Wat verder helpt voor communicatie over grote afstanden, is dat zenuwcellen heel lang zijn. De langste uitlopers van zenuwcellen, axonen genoemd, zijn meer dan een meter lang.

Een zenuwcel geeft een signaal door via de actiepotentiaal. In een andere video over het actiepotentiaal leggen we in meer detail uit hoe dat precies werkt. Grofweg gaat het bij de actiepotentiaal om een verschil in elektrische potentiaal tussen de binnenkant en de buitenkant van de zenuwcel. Dit potentiaalverschil wordt bereikt door geladen deeltjes, ionen, door de membraan te pompen. Natrium en kalium zijn de belangrijkste ionen hiervoor. Die worden door de membraan gepompt met een natrium kalium pomp.

De actiepotentiaal verplaatst zich over de membraan van een axon. Het is dus een soort elektrisch signaal. Toch is het anders dan gewone elektriciteit die door een draad stroomt, omdat het gaat om een verschil in spanning wat zich verplaatst langs de membraan. De snelheid waarmee de actiepotentiaal langs de membraan van een axon loopt hangt van verschillende dingen af, maar is bij de snelste zenuwcellen maximaal 120 meter per seconde. Dat is meer dan 400 kilometer per uur! 

Wanneer de actiepotentiaal het einde van het axon bereikt, stimuleert het daar de afgifte van signaalstoffen. Signaalstoffen in zenuwcellen worden neurotransmitters genoemd. Als een zenuwcel een neurotransmitter afgeeft, komt die terecht in de synaps. Een synaps dus, zo wordt de plaats genoemd waar een zenuwcel contact maakt met een andere cel, bijvoorbeeld een andere zenuwcel of een spiercel. Neurotransmitters binden vervolgens aan receptoren van de volgende cel. Daar vergroten of verkleinen ze de kans op het ontstaan van een nieuwe actiepotentiaal door natrium kalium pompen te beinvloeden. 

Wat zijn de effecten van celcommunicatie?

Celcommunicatie over lange afstanden verloopt dus via hormonen in het bloed of via zenuwcellen. Maar wat gebeurt er nadat een signaalstof bindt aan een receptor?

Als een signaalstof bindt aan een receptor, worden er allerlei processen in gang gezet. De receptor verandert bijvoorbeeld een beetje van structuur waardoor er weer andere stoffen aan kunnen binden binnenin de cel. Dit soort processen triggert de aanmaak van second messengers. Ze worden second messengers genoemd omdat ze reageren op het binden van signaalstoffen, die in dit geval de first messengers zijn, aan de receptor.

Second messengers

Het systeem van second messengers is nodig omdat sommige signaalstoffen niet door de membraan heen kunnen maar wel een effect willen veroorzaken binnen de cel. Second messengers hebben effect op processen zoals celdeling, differentiatie en celdood. Een bekende second messenger die bij veel cellulaire activiteiten betrokken is, is calcium. Het vrijkomen van calcium heeft bijvoorbeeld effect op het samentrekken van spiercellen en het afgeven van signaalstoffen die dan weer effect hebben op andere cellen. 

Signaalcascade

Zo zijn second messengers de volgende stap in de signaaltransductie, het doorgeven van een signaal binnen de cel. Bij de signaaltransductie wordt vaak gesproken van een signaalcascade. Een proces dus dat in stappen verloopt; de aanmaak van de ene stof heeft steeds weer effect op een volgende stof in de signaalcascade. Zo zijn er binnen een cel allerlei routes van signaaloverdracht. Via zo’n signaalcascade kunnen signaalstoffen uiteindelijk ook effect hebben binnen de celkern. Zoals je weet, ligt het DNA in de celkern. Signaalcascades kunnen uiteindelijk transcriptiefactoren activeren. Daarmee wordt dus bepaald of bepaalde genen wel of niet worden afgelezen en of hun eiwitten worden gemaakt. Zo hebben de signaalstoffen uiteindelijk invloed op de genexpressie: het tot uiting komen van genen in het fenotype.  

Samenvattend

Hiermee zijn we gekomen aan het einde van deze samenvatting. We hebben besproken dat cellen communiceren via signaalstoffen die binden aan receptoren en zo allerlei responsen kunnen veroorzaken. Over korte afstanden werkt de cel communicatie via de weefselvloeistof of via cell junctions. Langere afstanden worden overbrugd via de bloedsomloop met hormonen of met behulp van zenuwcellen. Wanneer een signaalstof bindt aan een receptor, wordt een signaalcascade in gang gezet. Second messengers zijn stoffen die worden aangemaakt als reactie op het binden van een signaalstof. Er zijn responsen in het cytoplasma en responsen die de genexpressie beïnvloeden via transcriptiefactoren.

Veel succes met leren voor het eindexamen biologie en/of andere toetsen!