El quimiotactismo, una clase de carretea, es el fenómeno en el cual las células corporales, las bacterias, y otros organismos multicelulares unicelulares o dirigen sus movimientos según ciertos productos químicos en su ambiente. Esto es importante para que las bacterias encuentren el alimento (por ejemplo, glucosa ) nadando hacia la concentración más alta de moléculas del alimento, o huyan de los venenos (por ejemplo, fenol ). En organismos multicelulares, el quimiotactismo es crítico al desarrollo así como la función normal. Además, se ha reconocido que los mecanismos que permiten quimiotactismo en animales se pueden derribar durante la metástasis del cáncer .
El quimiotactismo se llama positivo si el movimiento está en la dirección de una concentración más alta del producto químico en la pregunta, y negativa si la dirección está enfrente de.
Historia de la investigación del quimiotactismo
Aunque la migración de células fuera detectada a partir de los comienzos del desarrollo del de la microscopia ( Leeuwenhoek ), la descripción erudita del quimiotactismo primero fue hecha por el Pfeffer (1884) de T. Engelmann (1881) y del W. en las bacterias y el H. Jennings (1906) en el Ciliates el Metchnikoff del E. del laureado del Premio Nobel También contribuido al estudio del campo con las investigaciones del proceso como paso inicial de la fagocitosis . La significación del quimiotactismo en biología y patología clínica fue aceptada extensamente en los años 30. Las definiciones más fundamentales que pertenecían al fenómeno también fueron elaboradas para entonces. Los aspectos más importantes del control de calidad de los análisis del quimiotactismo fueron descritos por el H. Harris en los años 50. En los años 60 y los años 70, la revolución de la biología de célula moderna y la bioquímica proporcionaron una serie de técnicas nuevas que estaban disponibles para investigar las células migratorias del respondedor y las fracciones subcelulares responsables de actividad quimiotáctica. Los trabajos pioneros del J. Adler representaron un momento crucial significativo en la comprensión del proceso entero de la transducción intracelular de la señal de bacterias.
El el el 3 de noviembre, el 2006, el Dr. rebuzno de Dennis de la universidad de Cambridge fue concedido la concesión europea de la ciencia de Microsoft para su trabajo sobre quimiotactismo en el Escherichia Coli .
Filogenia y señalización quimiotáctica
El quimiotactismo es una de las respuestas fisiológicas de la célula más básica. El desarrollo de los sistemas de receptor para la detección de sustancias nocivas y favorables en el ambiente era el más esencial para los organismos unicelulares de los primeros tiempos muy de la filogenia . El análisis comprensivo de la actividad quimiotáctica de los pyriformis eucarióticos de Tetrahymena del protozoo y las secuencias de consenso de aspecto de los aminoácidos en la sopa primordial sugieren que hubiera una buena correlación entre el carácter quimiotáctico de estas moléculas orgánicas simples relativas y su desarrollo en la tierra. De esta manera las moléculas más tempranas se sugieren para ser alto Chemoattractant (e. Gly, Glu, favorable ), mientras que estes 3ultimo unos son probablemente (e. Tyr, Trp, Phe ) aminoácidos fuerte chemorepellent.
¡Quimiotactismo bacteriano caminata al azar -->
Algunas bacterias, tal como Escherichia Coli del, tienen varios flagelos por la célula (4-10 típicamente). Éstos pueden girar de dos maneras: La rotación a la izquierda alinea los flagelos en un solo paquete giratorio, haciendo la bacteria nadar en una línea recta.
Comportamiento
El movimiento total de una bacteria es el resultado de alternar fases de la caída y de la nadada. Si uno mira una natación de la bacteria en un ambiente uniforme, su movimiento parecerá una caminata al azar con las nadadas relativamente rectas interrumpidas por las caídas al azar que reorientan la bacteria. Las bacterias tales como Escherichia Coli del no pueden elegir la dirección en la cual nadan, y no pueden nadar en una línea recta para más que algunos segundos debido a la difusión rotatoria . Es decir " de las bacterias; forget" la dirección en la cual están entrando. Dado estas limitaciones, es notable que las bacterias pueden ordenar su movimiento para encontrar localizaciones favorables con altas concentraciones de attractants (generalmente alimento) y para evitar los repulsivos (generalmente venenos).En presencia del gradiente un del producto químico las bacterias quieren el chemotax, o dirigen su movimiento total basado en el gradiente. Si la bacteria detecta que se está moviendo en la dirección correcta (hacia attractant/lejos del repulsivo), mantendrá el nadar una línea recta por un tiempo más largo antes de caer. Si se está moviendo en la dirección equivocada, caerá más pronto e intentará una nueva dirección al azar. Es decir las bacterias como el Escherichia Coli del utilizan la detección temporal para decidir si la vida está consiguiendo mejor o peor. De esta manera, encuentra la localización con la concentración más alta de attractant (generalmente la fuente) absolutamente bien. Incluso bajo concentraciones muy altas, puede todavía distinguir diferencias muy pequeñas en la concentración. La huida de un repulsivo trabaja con la misma eficacia.
Parece notable que esta caminata al azar útil es un resultado simplemente de elegir entre dos métodos de movimiento al azar; a saber el caer y natación recta. De hecho, las respuestas quimiotácticas tales como que olvida la dirección de y el que elige los movimientos de se asemejan a las capacidades de toma de decisión de lifeforms más altos con los cerebros que procesan datos sensoriales.
La naturaleza helicoidal del filamento flagelar individual es crítica para que este movimiento ocurra. Como tal, la proteína que compone el filamento flagelar, Flagellin, es absolutamente similar entre todas las bacterias flagellated. Los vertebrados parecen haberse aprovechado de este hecho poseyendo un receptor inmune (el TLR 5) diseñó reconocer esta proteína conservada.
Como en muchos casos en biología, hay las bacterias que no siguen esta regla. Muchas bacterias, tales como vibrión del, monoflagellated y tienen un solo flagelo en un poste de la célula. Su método de quimiotactismo es diferente. Otros poseen un solo flagelo que se guarde dentro de la pared celular. Estas bacterias se mueven haciendo girar la célula entera, que es shaped como un sacacorchos.
Transducción de la señal
Los gradientes químicos se detectan a través de los receptores múltiples de la transmembrana llamados las proteínas metílicas del quimiotactismo que aceptan (MCPs), que varían en las moléculas que detectan. Estos receptores pueden atar attractants o los repulsivos directo o indirectamente con la interacción con las proteínas del espacio de Periplasmatic. Las señales de estos receptores se transmiten a través de la membrana de plasma en el Cytosol, donde se activan las proteínas de Che del . Las proteínas de Che alteran la frecuencia tumbling, y alteran los receptores.
Regulación del flagelo
El lazo del CheW y de CheA de las proteínas al receptor. La activación del receptor por un estímulo externo causa la fosforilación auto en la cinasa de la histidina, CheA, en un solo residuo alto conservado de la histidina. CheA alternadamente transfiere a grupos del phosphoryl a los residuos conservados del aspartato en los reguladores CheB de la respuesta y la nota de CheY: CheA es una cinasa de la histidina y no transfiere activamente a grupo del phosphoryl. El regulador CheB de la respuesta toma a grupo del phosphoryl de CheA. Este mecanismo de la transducción de la señal se llama “un sistema de componente de dos” y es una forma común de transducción de la señal en bacterias. CheY induce el tumbling obrando recíprocamente con la proteína flagelar FliM del interruptor, induciendo un cambio de a la izquierda a la rotación a la derecha del flagelo. Cambiar en el estado de la rotación de un solo flagelo puede interrumpir los flagelos enteros lían y causan una caída.
Regulación del receptor
CheB, cuando es activado por CheA, actúa como esterasa metílica, quitando a grupos metílicos de residuos del glutamato en el lado cytosolic del receptor. Trabaja antagónico con Cher, una transferasa metílica, que agrega residuos metílicos a los mismos residuos del glutamato. Los residuos más metílicos se atan al receptor, más sensible el receptor. Pues la señal del receptor induce el demethylation del receptor en un lazo de regeneración, el sistema se ajusta continuamente a los niveles químicos ambientales, siguiendo siendo sensibles según pequeños cambios incluso bajo concentraciones químicas extremas. Esta regulación permite la bacteria “recuerda” concentraciones químicas del último reciente y lo compara a ésos que está experimentando actual, así “saber” si está viajando up or down un gradiente. Sin embargo, el sistema de la metilación solamente no puede explicar la amplia gama de la sensibilidad que tienen que las bacterias los gradientes químicos. Los mecanismos reguladores adicionales tales como agrupamiento del receptor y las interacciones del receptor-receptor también modulan el camino de señalización.
Quimiotactismo eucariótico
El mecanismo por el cual el chemotax eucariótico de las células es absolutamente diferente de ése en bacterias; sin embargo, la detección de gradientes químicos sigue siendo un paso crucial en el proceso. Debido a su tamaño, prokaryotes no puede detectar gradientes de concentración eficaces, por lo tanto estas células exploran y evalúan su ambiente por una natación constante (pasos consecutivos de nadadas y de caídas rectas). En contraste con prokaryotes, el tamaño de células eucarióticas permite la posibilidad de detectar gradientes, que da lugar a una distribución dinámica y polarizada de receptores. La inducción de estos receptores por los chemoattractants o los chemorepellents da lugar a la migración hacia o lejos de la sustancia quimiotáctica.
Los niveles de receptores, de caminos de señalización intracelulares y de los mecanismos effector todos representan el tipo diverso, eucariótico componentes. En células unicelulares eucarióticas, el movimiento y el cilio ameboide o el flagelo eucariótico son los determinantes principales (e. ameba o Tetrahymena ). Algunas células eucarióticas de un origen vertebrado más alto, tales como células inmunes también se mueven a donde necesitan estar. Además de las células competentes inmunes (Granulocyte, monocito, linfocito ) un grupo grande de células - consideradas previamente ser fijado en tejidos - ser también móvil en las condiciones fisiológicas (e. la célula de mástil, el fibroblasto, las células endoteliales ) o patológicas especiales (e. El quimiotactismo tiene alta significación en las fases tempranas de la embriogénesis mientras que el desarrollo de las capas de germen es dirigido por gradientes de las moléculas de la señal.
Movilidad
Desemejante de movilidad en quimiotactismo bacteriano, el mecanismo por el cual las células eucarióticas se mueven físicamente es confuso. Aparecen ser los mecanismos por los cuales un gradiente quimiotáctico externo es detectado y dado vuelta en un gradiente intracelular PIP3, que da lugar a un gradiente en la activación del camino de la señalización que culmina en la polimerización de los filamentos de la actinia . El extremo distal growing de los filamentos de la actinia desarrolla conexiones con la superficie interna de la membrana de plasma vía diversos sistemas de péptidos y resultados en la formación de Pseudopods . El cilio de células eucarióticas puede también dar lugar a quimiotactismo, mientras que en este caso es principalmente una inducción dependiente de Ca2+ del sistema microtubular del cuerpo básico y del movimiento de los Microtubules 9x2+2 de cilios. El golpeo orchestered de centenares de cilios es sincronizado por un sistema submembranous construido entre los cuerpos básicos. Los detalles de los caminos de la señalización todavía no están total claros.
Respuestas migratorias relacionadas del quimiotactismo
Aunque el quimiotactismo sea lo más frecuentemente la forma estudiada de migración hay varias otras formas de locomoción en el nivel celular.el Chemokinesis del también es inducido por las moléculas de la fase líquida del ambiente circundante; sin embargo, la respuesta sacada es taxis no vectoriales, al azar. Ni la amplitud ni la frecuencia del movimiento tiene componentes característicos, direccionales mientras que este comportamiento proporciona más exploración del ambiente que la migración entre dos puntos distintos.
En los haptotaxis del el gradiente del chemoattractant se expresa o está limitado en una superficie, en contraste con la manera clásica de quimiotactismo cuando el gradiente se convierte en un espacio soluble. La superficie haptotactic biológicamente activa principal es la matriz extracelular (ECM); la presencia de los Ligands encuadernados es responsable de la inducción de la migración y del Angiogenesis transendothelial .
El Necrotaxis incorpora un tipo especial de quimiotactismo cuando las moléculas chemoattractant se lanzan de las células necróticas o de Apoptotic . Dependiendo del carácter químico de sustancias lanzadas los necrotaxis pueden acumular o rechazar las células, que subraya la significación patofisiológica de este fenómeno.
Receptores
En general, las células eucarióticas detectan la presencia de estímulos quimiotácticos aunque el uso de la G-proteína heterotrimeric de 7 transmembranas (o serpentina) juntó los receptores. Esta clase de receptores es enorme, representando partes significativas del genoma . Utilizan a algunos miembros de esta superfamilia del gene en la vista (rhodopsins) así como en el olfato (el oler). Las clases principales de receptores profesionales del quimiotactismo son accionadas por los péptidos del formilo - receptores (FPR), Chemokines del péptido del formilo - los receptores de Chemokine (CCR o CXCR) y Leukotrienes - receptores (BLT) de Leukotriene; sin embargo, la inducción de un sistema ancho de los receptores de la membrana (e. aminoácidos, de la insulina, de los péptidos vasoactivos) también saca la migración de la célula.
Selección quimiotáctica
Mientras que algunos receptores del quimiotactismo se expresan en la membrana superficial con características de largo plazo mientras que se determinan genético, otros tienen dinámicas a corto plazo pues son el montado ad hoc en presencia del ligand. Las características diversas de los receptores y de los ligands del quimiotactismo permiten la posibilidad de seleccionar las células quimiotácticas del respondedor con un análisis simple del quimiotactismo. Por la selección quimiotáctica podemos determinar si una molécula desacostumbrada inmóvil actúa vía el camino long- o a corto plazo del receptor. La selección quimiotáctica término también se utiliza para señalar una técnica que separe las células eucarióticas o procarióticas según su sensibilidad quimiotáctica a los ligands del selector.
Ligands quimiotácticos
El número de moléculas capaces de sacar respuestas quimiotácticas es relativamente alto, y podemos distinguir las moléculas quimiotácticas primarias y secundarias. Los grupos principales de los ligands primarios son como sigue:Los péptidos del formilo del son los di-, tri, tetrapéptidos del origen bacteriano (véase el grupo del formilo en el término de N del péptido). Se lanzan de bacterias in vivo o después de la descomposición de la célula. Un miembro típico de este grupo es la N-formylmethionyl-leucyl-fenilalanina (fMLF o fMLP en referencias). El fMLF bacteriano del origen como componente clave de la inflamación tiene efectos chemoattractant característicos en granulocytes y monocitos del neutrófilo.
El complemento 3a ( C3a ) del y el complemento 5a ( C5a ) son productos intermedios de la cascada del complemento. Su síntesis es ensamblada a los tres caminos alternativos (clásicos, lectin dependientes y alternativos) de la activación del complemento por una enzima del convertase. Las células de blanco principales de estos derivaties son garnulocytes y monocitos del neutrófilo también.
el Chemokines del pertenece a una clase especial de Cytokines . Sus grupos (C, cc, CXC, chemokines de CX3C) representan no sólo las moléculas estructural relacionadas con un arreglo especial de los puentes de disulfuro, pero su especificidad de la célula de blanco son también diversos: Los chemokines del cc están actuando en los monocitos (e. RANTES ), CXC los chemokines son específico del granulocyte del neutrófilo (e. Las investigaciones de las estructuras tridimensionales de chemokines probaron que una composición característica de beta-hojas y de una hélice alfa provee de la expresión de las secuencias requeridas para la interacción los receptores del chemokine. La formación de dimeros y de su acitvity biológico creciente fue demostrada por la cristalografía de varios chemokines e.
el Leukotrienes del
pertenece al Eicosanoids del grupo. Son mediadores significativos del lípido de la cascada del ácido araquidónico convertida por el lipoxigenase 5. Su miembro predominante es el leukotriene B4 (LTB4) que saca la adherencia, el quimiotactismo y la agregación de leucocitos. El efecto chemoattractant característico de LTB4 se induce vía la siete-transmembrana ligada G-proteína que atraviesa los receptores del leukotriene que se expresan alto en la inflamación y la alergia .
Guarnición quimiotáctica de la gama (CRF)
Las respuestas quimiotácticas sacadas por las interacciones del ligand-receptor se distinguen generalmente sobre las concentraciones eficaces óptimas del ligand. Sin embargo, la correlación de la amplitud sacada y el cociente de las células del respondedor comparadas al número total son también características de la señalización quimiotáctica. Las investigaciones de las familias del ligand (e. los aminoácidos o péptidos oligos) probaron que hay una guarnición de las gamas (amplitudes; número de células del respondedor) y de actividades quimiotácticas: la mitad chemoattractant es acompañada por las amplias gamas, mientras que carácter chemorepellent por las gamas estrechas.
Significación clínica
Un potencial migratorio cambiado de células tiene importancia relativamente alta en el desarrollo de varios síntomas y síndromes clínicos. La actividad quimiotáctica alterada (e. los monocytogenes de la listeriosis) de patógeno extracelulares (e. Escherichia Coli del ) o intracelulares sí mismo representa una blanco clínica significativa. La modificación de la capacidad quimiotáctica endógena de estos microorganismos por los agentes farmacéuticos puede disminuir o inhibir el cociente de infecciones o de la extensión de enfermedades infecciosas. Aparte de infecciones, hay algunas otras enfermedades donde está el factor el quimiotactismo deteriorado ethiological primario, como en el síndrome de Chediak-Higashi donde las vesículas intracelulares gigantes inhiben la migración normal de células.
Medida del quimiotactismo
Una amplia gama de técnicas está disponible evaluar la actividad quimiotáctica de células o el carácter chemoattractant y chemorepellent de ligands. Los requisitos básicos de la medida son como sigue:los gradientes de concentración pueden desarrollar relativamente rápido y persistir durante mucho tiempo en el sistema
las actividades quimiotácticas y chemokinetic son distinguidas
la migración de células está libre hacia y lejos en el eje del gradiente de concentración
las respuestas detectadas son los resultados de la migración activa de células
A pesar de que un análisis ideal del quimiotactismo todavía no está disponible, hay varios protocolos y pedazos de equipo que ofrecen buena correspondencia con las condiciones descritas arriba. El más de uso general son:
Análisis de la placa de agar E. l PP-compartimiento Técnicas bicamerales E. Boyden-compartimiento - Compartimiento de Zigmond - Compartimientos de Dunn - Compartimientos del Multi-well -
- de las técnicas Otros
(Un capítulo más detallado de A que usted puede encontrar bajo análisis del quimiotactismo)
Para que una célula se mueva, requiere un número de componentes celulares (tales como varias enzimas de los motores celulares, etc.), y para que una célula pueda moverse, tiene que poder desformar. El movimiento de la célula, por lo general puede ser de dos tipos…
Hapoptatic (que significa el movimiento en respuesta a estímulos físicos y mecánicos). Quimiotáctico (que es movimiento en respuesta a un gradiente químico).
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