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Comunicazioni interne alla cellula

Tutti i segnali che arrivano alla cellula dall'esterno sono catturati dalle apposite "antenne molecolari" (i recettori). Ma, come per le onde elettromagnetiche televisive, è necessario un sistema di trasporto e conversione del segnale (televisore) per avere una risposta organizzata, così anche la cellula ha sviluppato un sistema per convertire i segnali provenienti dall'esterno.

Il trasporto, la conversione e l'amplificazione del segnale ricevuto consentiranno alla cellula o alle cellule del tessuto di rispondere in maniera adeguata. Alcuni segnali riescono a penetrare nella cellula (ormoni steroidei), dove si trovano i recettori; in questo caso il segnale è diretto. Nel caso delle informazioni che non riescono a superare la membrana cellulare (ormoni idrosolubili), sono necessari meccanismi più complicati: i segnali interni sono trasportati da una serie di piccole molecole definite secondi messaggeri. In termini molecolari il processo di trasmissione di questo segnale dipende da una serie di proteine contenute nella membrana cellulare. Queste trasmettono ciascuna un'informazione che induce un'alterazione della forma, e quindi della funzione, della proteina contigua. A un certo punto l'informazione giunge a piccole molecole o addirittura a ioni inorganici presenti nel citoplasma. Sono questi i secondi messaggeri, la cui diffusione fa sì che il segnale si propaghi e si amplifichi rapidamente in tutta la cellula.

Il numero di secondi messaggeri è limitato: ciò vuol dire che le vie all'interno della cellula per la trasmissione dei segnali sono universali, eppure in grado di regolare una grande varietà di processi fisiologici e biochimici diversi. Sono note due vie principali per la trasmissione dei segnali. Una di queste utilizza come secondo messaggero un nucleotide, l'AMP ciclico; l'altra utilizza una combinazione di secondi messaggeri che comprende ioni calcio (Ca2+) e altre due sostanze derivate dai componenti della membrana cellulare (fosfolipidi). Le due vie hanno parti in comune. In entrambe, la componente iniziale, cioè la molecola recettrice presente sulla superficie della cellula, trasmette l'informazione attraverso la membrana plasmatica e all'interno della cellula stessa, per mezzo di una famiglia di proteine che fungono da trasduttori, chiamate proteine G. In entrambe le vie le proteine G attivano un enzima amplificatore che si trova sempre nella membrana cellulare: questo trasforma le molecole precursori in secondi messaggeri che diffondono nella cellula. Anche le ultime tappe del processo sono simili: infatti i secondi messaggeri inducono alcune proteine cellulari a modificare la loro struttura, dando come risultato l'attivazione o l'inattivazione della funzione di quella proteina. I secondi messaggeri, quindi, accendono o spengono gli interruttori che regolano l'attività delle proteine, creando condizioni differenti all'interno della cellula. Queste condizioni determineranno il tipo di risposta che la cellula darà al segnale ricevuto dall'esterno. Nella maggior parte dei casi, il secondo messaggero si lega a una componente detta regolatrice di una proteina enzimatica, inducendo l'attività della componente effettrice delle funzioni dell'enzima.

In alcuni casi, ci sono recettori che attraversano la membrana e hanno una parte della proteina che è interna alla cellula e svolge attività enzimatiche simili a quelle prima descritte. In questo caso non sono necessari i meccanismi di trasporto e amplificazione del segnale, mentre all'accensione o allo spegnimento dell'interruttore provvede il legame del segnale esterno. In alternativa a questi modi di trasmissione del segnale, l'azione dei recettori attivati dal messaggero può consistere nell'apertura selettiva di piccoli pori o canali specifici per alcuni ioni (per esempio, il calcio) presenti nella membrana cellulare. Nel caso del calcio (Ca2+), l'ingresso nella cellula ha lo stesso effetto della presenza dei secondi messaggeri. La maggior parte delle informazioni trasportate dai messaggeri finiscono nel nucleo della cellula, dove regolano o inducono l'espressione di geni.
Al nucleo arrivano anche i messaggi portati dalle molecole solubili nei grassi (ormoni steroidei) che sono in grado di attraversare la membrana. I recettori per questi ormoni si trovano nel citoplasma: sono proteine la cui forma viene modificata dal legame con la molecola segnale. La proteina modificata entra nel nucleo e assume la capacità di legarsi al DNA, che conserva l'informazione genetica, in punti precisi, dove serve per regolare l'attivazione dei geni presenti nel punto in cui si è legata. Questo effetto viene detto risposta primaria; in altri casi vi è una risposta secondaria, cioè i prodotti della risposta primaria possono avere come funzione, legandosi essi stessi al DNA, quella di attivare altri geni amplificando e variando la risposta.

Un altro modo per regolare la risposta è quello di agire sui recettori. Dopo che gli ormoni idrosolubili si sono legati con i propri recettori sulla superficie delle cellule bersaglio, le cellule sovente li ingeriscono per endocitosi e li distruggono. In questa maniera, non essendoci più recettori, o essendosene ridotto il numero, cessa anche la capacità di rispondere all'ormone. In altri casi il recettore è "internalizzato" per endocitosi e conservato in vescicole, per essere poi rimontato sulla membrana cellulare. A volte il recettore rimane sulla superficie cellulare, ma modifica la sua conformazione in modo tale da non essere più in grado di legare l'ormone, oppure lo lega ma senza trasmettere più il segnale all'interno della cellula. Tutti questi fenomeni durano un certo numero di ore, dopodiché la cellula torna in condizioni normali e può nuovamente ricevere segnali. Un altro modo ancora per regolare la risposta è quello di distruggere, mediante specifici enzimi, nel giro di pochi minuti, i secondi messaggeri, riducendo l'amplificazione del segnale. Lo stesso può avvenire per i segnali primari (gli ormoni di natura proteica), che vengono eliminati per opera di enzimi litici.

Media

I meccanismi di trasduzione dei segnali.Ruolo dei secondi messaggeri.I segnali diretti alla cellula.
Risposta primaria e secondaria.

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