เนื้อหา
- การแสดงออกของยีนทำงานโดยการทำสำเนาของยีน
- ปัจจัยภายในที่มีผลต่อความเชี่ยวชาญของเซลล์
- การแยกแบบไม่สมมาตรทำให้เกิดเซลล์ที่แตกต่างกัน
- การส่งสัญญาณของเซลล์เป็นรากฐานของความแตกต่างของเซลล์
- การส่งสัญญาณของเซลล์โดยการแพร่กระจายของเนื้อเยื่อที่มีอิทธิพลต่อการพัฒนา
- การส่งสัญญาณเซลล์ท้องถิ่นช่วยให้เซลล์รับรู้เพื่อนบ้านของพวกเขา
- ปัจจัยที่มีผลต่อการส่งสัญญาณของเซลล์ที่มีอิทธิพลต่อการแยกเซลล์
- ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสามารถมีอิทธิพลต่อความแตกต่างของเซลล์
ในระหว่างการจำแนกเซลล์ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เซลล์มีความเชี่ยวชาญและมีบทบาทเช่นเส้นประสาทกล้ามเนื้อและเซลล์เม็ดเลือด ปัจจัยที่เกี่ยวข้องในการกระตุ้นความแตกต่างของเซลล์รวมถึง การส่งสัญญาณของเซลล์อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและระดับการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต
ความแตกต่างของเซลล์พื้นฐานเกิดขึ้นหลังจากเซลล์สเปิร์มปฏิสนธิไข่และตัวอ่อนผลถึงขนาดที่แน่นอน เมื่อถึงจุดนั้นไซโกตเริ่มพัฒนาประเภทเซลล์ที่แตกต่างกันและต้องการเซลล์ที่แตกต่างเพื่อทำหน้าที่พิเศษ
กลไกที่เป็นรากฐานของความแตกต่างของเซลล์คือ การแสดงออกของยีน. เซลล์ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตมีชุดของยีนที่เหมือนกันเพราะคัดลอกรหัสพันธุกรรมจากเซลล์ไข่ดั้งเดิมที่ปฏิสนธิโดยเซลล์สเปิร์ม ในการทำหน้าที่เฉพาะทางเซลล์จะแสดงหรือใช้ยีนบางอย่างในรหัสพันธุกรรมและละเว้นส่วนที่เหลือ
ตัวอย่างเช่นเซลล์ที่สร้างความแตกต่างให้กลายเป็นเซลล์ตับจะแสดงยีนของเซลล์ตับและเซลล์ตับอื่น ๆ ทั้งหมดจะใช้ยีนตับชุดเดียวกัน พวกมันจะสร้างความแตกต่างให้กับตับ
ความแตกต่างของเซลล์เกิดขึ้นในสามสถานการณ์:
ในแต่ละกรณีการส่งสัญญาณเซลล์แจ้งให้เซลล์ทราบว่าต้องใช้เซลล์ชนิดพิเศษชนิดใด เซลล์ที่ไม่แตกต่างเป็นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องเพื่อตอบสนองความต้องการของสิ่งมีชีวิต
การแสดงออกของยีนทำงานโดยการทำสำเนาของยีน
รหัสพันธุกรรมของเซลล์ยูคาริโอตตั้งอยู่บนดีเอ็นเอในนิวเคลียส DNA ไม่สามารถออกจากนิวเคลียสดังนั้นเซลล์จะต้องคัดลอกยีนที่ต้องการแสดงออก
Messenger RNA (mRNA) ยึดติดกับ DNA และคัดลอกยีนที่เกี่ยวข้อง mRNA สามารถเดินทางออกนอกนิวเคลียสและนำคำแนะนำทางพันธุกรรมไปสู่ไรโบโซมที่ลอยอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์หรือที่ติดอยู่กับเอนโดพลาสซึม reticulum ไรโบโซมผลิตโปรตีนที่ถูกเข้ารหัสโดยยีนที่แสดงออก
ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่ได้รับจากเซลล์อิทธิพลของสภาพแวดล้อมและระยะการพัฒนาของเซลล์กระบวนการของการแสดงออกของยีนสามารถถูกปิดกั้นได้ทุกขั้นตอน หากโปรตีนที่ถูกเข้ารหัสโดยยีนไม่จำเป็นโดยสิ่งมีชีวิต mRNA จะไม่คัดลอกยีนส์และกระบวนการแสดงออกของยีนจะไม่เริ่มขึ้น
แม้หลังจากที่ mRNA คัดลอกยีนโมเลกุล mRNA อาจถูกบล็อกไม่ให้ออกจากนิวเคลียสหรืออาจไม่สามารถไปถึงไรโบโซมได้ ไรโบโซมอาจไม่สร้างโปรตีนที่จำเป็นแม้ว่า mRNA จะส่งรหัสพันธุกรรมที่คัดลอกมา ปัจจัยต่าง ๆ สามารถมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนทั้งหมดผ่านกระบวนการหลายขั้นตอนนี้
ปัจจัยภายในที่มีผลต่อความเชี่ยวชาญของเซลล์
สิ่งมีชีวิตมีหลายวิธีในการสร้างความมั่นใจว่าเซลล์จะพัฒนาเป็นเซลล์พิเศษและเซลล์ที่แตกต่างที่ต้องการ
ปัจจัยสำคัญในการขับเคลื่อนความแตกต่างของเซลล์ในร่างกายคือการผลิตโปรตีน เซลล์สามารถแยกความแตกต่างขึ้นอยู่กับยีนที่จะแสดงออกและโปรตีนที่ถูกเข้ารหัสในยีนที่แสดงออก โปรตีนที่ผลิตขึ้นจะช่วยให้เซลล์ที่แตกต่างทำหน้าที่เฉพาะของพวกเขาและให้พวกเขาบอกเซลล์อื่น ๆ ว่าพวกเขากำลังทำอะไรผ่านการส่งสัญญาณของเซลล์
กลไกเพิ่มเติมที่สามารถมีอิทธิพลต่อความแตกต่างของเซลล์คือ การแยกไม่สมมาตร ในการแบ่งเซลล์ สารเช่นโปรตีนพิเศษรวมตัวที่ปลายด้านหนึ่งของเซลล์ เมื่อเซลล์แบ่งเซลล์ลูกสาวหนึ่งเซลล์จะมีโปรตีนพิเศษมากกว่าเซลล์อื่น เซลล์กลายเป็นเซลล์ประเภทต่าง ๆ เนื่องจากการกระจายโปรตีนที่แตกต่างกัน
เมื่อเซลล์มีความแตกต่างประเภทของความเชี่ยวชาญที่สามารถรับได้จะมี จำกัด มากขึ้น เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนสามารถเริ่มกลายเป็นเซลล์ประเภทใดก็ได้ แต่เมื่อเซลล์เติบโตและมีบทบาทพิเศษมักจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีกต่อไป เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนจะถูกเรียกว่า totipotent เซลล์เนื่องจากพวกเขายังสามารถทำหน้าที่ใด ๆ ในขณะที่เซลล์ผู้ใหญ่ที่มีความแตกต่างอย่างเต็มที่สามารถทำหน้าที่เฉพาะของพวกเขา
การแยกแบบไม่สมมาตรทำให้เกิดเซลล์ที่แตกต่างกัน
การแสดงออกของยีนเป็นหน้าที่ของความเชี่ยวชาญของเซลล์ แต่เซลล์พื้นฐานจะต้องสามารถทำหน้าที่เฉพาะด้านได้ ก่อนที่ความแตกต่างและความเชี่ยวชาญของเซลล์จะเกิดขึ้นต้องมีชนิดของเซลล์ที่เหมาะสม การแยกไม่สมมาตรสามารถผลิตเซลล์ประเภทต่าง ๆ ได้ เซลล์ตัวอ่อน Totipotent กลายเป็นหนึ่งในสามประเภท pluripotent เซลล์ที่แยกความแตกต่างในที่สุดเนื้อเยื่อของร่างกาย
เซลล์ pluripotent สามประเภทคือ:
ในขณะที่การส่งสัญญาณเซลล์มีหน้าที่รับผิดชอบในการผลิตเซลล์บางประเภทที่แตกต่างกันและสำหรับความเชี่ยวชาญของเซลล์การแยกแบบอสมมาตรทำหน้าที่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาเซลล์เพื่อผลิตเซลล์ pluripotent
การถอดรหัส DNA ไปยัง mRNA นั้นเกิดขึ้นในลักษณะที่ mRNA สร้างโปรตีนบางตัวที่ปลายด้านหนึ่งของเซลล์และโปรตีนต่าง ๆ ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง การแบ่งเซลล์ส่งผลให้เซลล์ลูกสาวสองประเภทที่สามารถผลิตเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญแตกต่างกันได้
การส่งสัญญาณของเซลล์เป็นรากฐานของความแตกต่างของเซลล์
กลไกภายในที่มีอิทธิพลต่อความแตกต่างของเซลล์ของเซลล์ pluripotent ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการส่งสัญญาณของเซลล์ เซลล์ได้รับสัญญาณทางเคมีที่บอกพวกเขาว่าเซลล์ประเภทใดหรือต้องการโปรตีนชนิดใด
กลไกการส่งสัญญาณของเซลล์รวมถึง:
เซลล์จะออกสารเคมีอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับกิจกรรมของพวกเขาและรับสัญญาณเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในพื้นที่ใกล้เคียงของพวกเขาในเนื้อเยื่อที่พวกเขาอยู่และในร่างกายโดยรวม สัญญาณเหล่านี้เป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อความเชี่ยวชาญของเซลล์และการส่งสัญญาณของเซลล์เป็นปัจจัยสำคัญที่ผลักดันให้เกิดความแตกต่างของเซลล์ในร่างกาย
การส่งสัญญาณของเซลล์โดยการแพร่กระจายของเนื้อเยื่อที่มีอิทธิพลต่อการพัฒนา
เซลล์มีความไวต่อสัญญาณเคมีบางอย่างเนื่องจากมี ผู้รับ บนเยื่อหุ้มเซลล์ของพวกเขา ตัวรับนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์การพัฒนาและการแสดงออกของยีน เมื่อเปิดใช้งานตัวรับเซลล์จะสร้างความแตกต่างเพิ่มเติม
เมื่อเซลล์ส่งสัญญาณไปยังเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงจำนวนมากมันจะปล่อยสารเคมีที่แพร่กระจายผ่านเนื้อเยื่อที่เซลล์ฝังตัวอยู่ สัญญาณทางเคมีจะถูกจับโดยตัวรับในเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์โดยรอบและทำให้เกิดการตอบสนองภายในแต่ละเซลล์ การตอบสนองเหล่านี้ช่วยทำให้เซลล์แตกต่างในลักษณะที่ สร้างเนื้อเยื่อ.
ตัวอย่างเช่นเซลล์ที่จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของสารเคมีในตับจะปล่อยตัวรับที่เกี่ยวข้องในเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงและเซลล์ทั้งหมดในตำแหน่งนั้นจะแยกความแตกต่างเพื่อให้กลายเป็นเซลล์ตับ เมื่อเนื้อเยื่อตับก่อตัวการส่งสัญญาณของเซลล์ต่อไปจะกระตุ้นให้เซลล์บางเซลล์แยกความแตกต่างในเซลล์ท่อหรือเนื้อเยื่อที่เชื่อมต่อกัน ในที่สุดเซลล์ที่แตกต่างจะสร้างตับที่สมบูรณ์และทำงานได้
การส่งสัญญาณเซลล์ท้องถิ่นช่วยให้เซลล์รับรู้เพื่อนบ้านของพวกเขา
ในการพัฒนาเป็นเซลล์พิเศษที่สิ่งมีชีวิตต้องการโดยเซลล์จะต้องรู้ว่าเซลล์อื่น ๆ ในบริเวณรอบ ๆ นั้นกำลังทำอะไร ตัวรับพิเศษสำหรับการติดต่อระหว่างเซลล์กับเซลล์และการแยกช่องว่างระหว่างเซลล์ช่วยในการแลกเปลี่ยนสัญญาณโดยตรงระหว่างเซลล์ข้างเคียง เซลล์สามารถมั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมของพวกเขาสอดคล้องกับความเชี่ยวชาญที่แตกต่าง
ใน การส่งสัญญาณจากเซลล์สู่เซลล์ซึ่งเป็นโปรตีนตัวรับที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษบนพื้นผิวของเซลล์จับคู่โปรตีนที่สอดคล้องกันบนเยื่อหุ้มเซลล์ของเพื่อนบ้าน เมื่อเซลล์สัมผัสกันโปรตีนทั้งสองจะเชื่อมโยงกันและสัญญาณจะถูกกระตุ้นจากเซลล์หนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่ง สัญญาณผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และเข้าสู่เซลล์ที่ทำให้เกิดพฤติกรรมของเซลล์ที่เฉพาะเจาะจง
ตัวอย่างเช่นเซลล์ผิวต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขามีเซลล์ผิวอื่น ๆ รอบ ๆ พวกเขา แต่เซลล์ผิวบางอย่างจะมีเซลล์ของเนื้อเยื่อที่อยู่ข้างใต้ การส่งสัญญาณจากเซลล์สู่เซลล์ช่วยให้เซลล์มั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมของพวกเขาตรงกับความแตกต่าง
japions Gap เป็นการเชื่อมโยงพิเศษระหว่างเซลล์ใกล้เคียงที่อนุญาตให้แลกเปลี่ยนโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็น โดยใช้การแยกช่องว่างเซลล์สามารถ ประสานงานกิจกรรมของพวกเขา และแลกเปลี่ยนสัญญาณ อย่างรวดเร็วและง่ายดาย
ตัวอย่างเช่นเซลล์ประสาทใช้ junctions ของช่องว่างเพื่อสร้างทางเดินของเส้นประสาทและ junctions ของช่องว่างทำให้เซลล์แยกออกเป็นชนิดของเซลล์ประสาทที่เหมาะสมกับตำแหน่งของพวกเขาในผิวหนังในไขสันหลังหรือในสมอง
ปัจจัยที่มีผลต่อการส่งสัญญาณของเซลล์ที่มีอิทธิพลต่อการแยกเซลล์
การส่งสัญญาณของเซลล์และการแยกเซลล์ที่เกิดขึ้นนั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมีหลายขั้นตอน สัญญาณจะต้องมีการผลิต, การแพร่กระจายที่ได้รับและดำเนินการ ทริกเกอร์ที่เกิดจากสัญญาณเซลล์ต้องทำงานตามที่คาดไว้ ปัจจัยที่ขัดขวางขั้นตอนใด ๆ สามารถมีอิทธิพลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสิ่งมีชีวิต
ปัจจัยที่มีอิทธิพลและขัดขวางการส่งสัญญาณของเซลล์และความแตกต่างของเซลล์รวมถึงการขาดสารอาหาร ถ้าเซลล์ไม่สามารถผลิตโปรตีนได้เนื่องจากมันไม่มีโครงสร้างแบบตึกมันก็ไม่สามารถแยกความแตกต่างได้ การกลายพันธุ์ในรหัสพันธุกรรมเป็นปัญหาอื่น
หาก DNA มีข้อบกพร่องหรือการถอดความผิดกระบวนการส่งสัญญาณและการแยกความแตกต่างจะหยุดชะงัก นอกจากนี้หากสารเคมีการส่งสัญญาณถูกบล็อกหรือตัวรับเซลล์เต็มไปด้วยพันธะเคมีที่ไม่ได้ส่งสัญญาณกระบวนการส่งสัญญาณจะไม่ทำงานอย่างถูกต้อง
ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสามารถมีอิทธิพลต่อความแตกต่างของเซลล์
อิทธิพลจากสภาพแวดล้อมของสิ่งมีชีวิตที่สามารถส่งผลกระทบต่อการส่งสัญญาณของเซลล์การแสดงออกของยีนและความแตกต่างของเซลล์สามารถเปลี่ยนหยุดหรือขัดขวางกระบวนการ สิ่งมีชีวิตบางส่วนถูกนำมาใช้เพื่อการปรับตัวบางอย่างสามารถใช้ต่อสู้กับโรคและอันตรายหรือฆ่าสิ่งมีชีวิต
ตัวอย่างเช่นอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมสามารถมีอิทธิพลต่อการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตบางอย่าง อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะช่วยเร่งการเติบโตของเซลล์และความแตกต่างในขณะที่อุณหภูมิต่ำจะชะลอหรือหยุดการพัฒนา
ยาเสพติดสามารถทำลายความแตกต่างของเซลล์ที่เป็นอันตราย ตัวอย่างเช่นยาเสพติดสามารถบล็อกหนึ่งในขั้นตอนกระบวนการสำหรับการเจริญเติบโตของเนื้องอกที่ไม่ จำกัด และหยุดการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้อง
การบาดเจ็บสามารถส่งผลกระทบต่อการแสดงออกของยีนและมีอิทธิพลต่อชนิดของเซลล์ที่จำเป็นในการซ่อมแซมความเสียหาย ไวรัสและแบคทีเรียสามารถมีอิทธิพลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์ ตัวอย่างเช่นถ้าแม่ติดเชื้อด้วยโรคเช่นโรคหัดเยอรมันทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนาอาจมีผลต่อความแตกต่างของเซลล์และสามารถพัฒนาข้อบกพร่องในการเกิด
สารเคมีที่เป็นพิษในที่สุดสามารถส่งผลกระทบต่อความแตกต่างของเซลล์ สารที่โจมตีหรือบล็อกสารเคมีที่ส่งสัญญาณหรือบล็อกตำแหน่งตัวรับสัญญาณบนเยื่อหุ้มเซลล์สามารถหยุดกิจกรรมการส่งสัญญาณและมีอิทธิพลต่อความแตกต่างของเซลล์
ในกรณีของปัจจัยแวดล้อมเหล่านี้สิ่งมีชีวิตพยายามตอบสนองโดยการปรับหรือเปลี่ยนกระบวนการภายใน การปรับตัวนั้นมีประสิทธิภาพสำหรับอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมบางอย่าง แต่สำหรับคนอื่น ๆ สิ่งมีชีวิตอาจอยู่รอดได้ แต่มีข้อบกพร่องหรือสิ่งมีชีวิตอาจตายได้