Хемотаксис – это… Что такое Хемотаксис?

История исследования хемотаксиса

Хотя миграция клеток была обнаружена с первых дней развития микроскопии Левенгук , Caltech лекция о хемотаксисе излагает , что «эрудит описание хемотаксиса только первым сделали TW Энгельманном (1881 г.) и WF Пфеффер (1884 г.) в бактериях, и HS Дженнингс (1906) в инфузорий . Лауреат Нобелевской премии И.

Мечников также внес свой вклад в изучение этой области в течение 1882 г. к 1886 г., с исследованиями процесса в качестве начальной стадии фагоцитоза . Значение хемотаксиса в биологии и клинической патологии получила широкое признание в 1930 – х годах, а самые основные определения , лежащие в основе этого явления были разработаны к этому времени.

https://www.youtube.com/watch?v=ytdev

Наиболее важные аспекты контроля качества хемотаксиса были описаны Г. Харрис в 1950 году . В 1960 – х и 1970 – х годов, революция современной клеточной биологии и биохимии представила ряд новых технологий , которые стали доступны для изучения миграционных иммунокомпетентных клеток и субклеточных фракций , ответственные за активности хемотаксиса.

Бактериальные хемотаксис-Общие характеристики

Некоторые бактерии , такие как E.coli , , имеют несколько жгутиков на клетку (4-10) обычно. Они могут вращаться в двух направлениях:

  1. Вращение против часовой стрелки выравнивает жгутики в одном вращающийся пучок, в результате чего бактерии, чтобы плавать по прямой линии; а также
  2. Вращение по часовой стрелке разбивает жгутики пучка обособленно таким образом, что каждый из жгутика точка в другом направлении, в результате чего бактерии падать на месте.

Направления вращения приведены для наблюдателя вне клетки, глядя вниз жгутики к клетке.

Поведение

Общее движение бактерии является результатом чередования Вихревых и плавать фазы. Если один наблюдает бактерию плавание в единой среде, его движение будет выглядеть как случайное блуждание с относительно прямыми заплывов прерванных случайным кувыркается , что переориентировать бактерии. Бактерии , такие как E.

coli , не может выбрать направление , в котором они плавают, и не может плавать по прямой линии в течение более нескольких секунд из – за вращение диффузии ; иными словами, бактерии «забывают» направление , в котором они собираются. Повторная оценка их курса и корректировки , если они двигаются в неправильном направлении, бактерии могут направить свое движение , чтобы найти благоприятные места с высокой концентрацией аттрактантов ( как правило , продуктами питания) и избегать репелленты (обычно ядов).

В присутствии химического градиента бактерии chemotax, или направить их общее движение на основе градиента. Если бактерия чувствует , что он двигается в правильном направлении ( в направлении аттрактанта / от репеллента), он будет держать плавание по прямой линии в течение длительного времени , прежде чем упасть;

Хемотаксис - это... Что такое Хемотаксис?

Однако, если он движется в неправильном направлении, он будет падать раньше и попробовать новое направление в случайном порядке. Другими словами, бактерии , такие как E.coli , используют временную зондирования , чтобы решить , является ли их положение улучшается или нет, и таким образом, найти место с самой высокой концентрацией аттрактанта ( как правило , источник) достаточно хорошо.

Это предвзятое блуждание является результатом простого выбора между двумя методами случайного движения; а именно акробатика и прямой бассейн. На самом деле, хемотактильные реакции , такие как забывает направление и выбор движений напоминают способность принятия решений высших форм жизни с мозгом , которые обрабатывают сенсорные данные.

Спиральная характер индивидуального жгутиков нити имеет решающее значение для этого движения происходят, и белок , который составляет жгутика нить, флагеллином , очень похож среди всех жгутиковых бактерий. Позвоночные , кажется, воспользовались этим фактом, обладая иммунный рецептор ( TLR5 ) предназначено для распознавания этого законсервированный белок.

Как и во многих случаях в биологии, есть бактерии , которые не следуют этому правилу. Многие бактерии, такие как Vibrio , которые monoflagellated и имеют один жгутик на одном полюсе клетки. Их метод хемотаксиса отличается. Другие обладают один жгутик , который хранится внутри клеточной стенки. Эти бактерии двигаются спиннинг всей ячейки, которая имеет форму штопора.

трансдукции сигнала

Химические градиенты ощущаются через несколько рецепторов трансмембранных , называемый метил-принимая хемотаксис белки (MCP), которые изменяются в молекулах , что они обнаруживают. Эти рецепторы могут связывать аттрактанты или репелленты , прямо или косвенно через взаимодействие с белками periplasmatic пространства .

Хемоаттрактанты и chemorepellents

Хемоаттрактанты и chemorepellents являются неорганическими или органическими веществами , обладающих хемотаксисом индуктор-эффект в подвижных клетках. Эти хемотактильными лиганды создают химические градиенты концентрации , что организмы, прокариотических и эукариотических, двигаться в сторону или от, соответственно.

Эффекты хемоаттрактантов выявляются с помощью хеморецепторов , таких как метиловый, принимая хемотаксис белки (MCP). МСР в E. coli , включает Тары, TSR, Trg и Tap. Chemoattracttants к Тргу включает рибозу и галактозу с фенолом в качестве chemorepellent. Нажмите и Tsr признать дипептидов и серин , как хемоаттрактанты, соответственно.

Хемоаттрактанты или chemorepellents связывают его на МКП внеклеточного домена; внутриклеточный сигнальный домен реле изменения в концентрации этого хемотаксиса лигандов с белками вниз по течению, как у Chea, который затем передает этот сигнал через жгутиковые моторы фосфорилируются Chey (Чей-P). Чей-Р может контролировать вращение жгутика влияния на направление клеточной подвижности.

Для E.coli , S. meliloti и R. сфероидов , связывание хемоаттрактанты до ГЦН ингибировать Chea и , следовательно , Chey-P активность, в результате чего гладких трасс, но для B. substilis , активность возрастает Chea. Метилирования событие в E.coli вызывает ГЦНО , чтобы иметь более низкое сродство к хемоаттрактантам , что вызывает повышенную активность Chea и Chey-P , в результате чего падает.

https://www.youtube.com/watch?v=https:tv.youtube.com

Хемоаттрактанты в эукариот хорошо охарактеризованы для иммунных клеток. Формил пептиды , такие как N-formylmethioninyl , привлекают лейкоциты , такие как нейтрофилы и макрофаги , в результате чего движение к инфекции сайтов. Non-ацилированные methioninyl пептиды не действуют как хемоаттрактанты на нейтрофилы и макрофаги. Лейкоциты также двигаться в направлении хемоаттрактантов С5ы, дополнение компонентов, и патоген -специфических лигандов на бактерии.

Механизмы , касающиеся chemorepellents менее известны , чем хемоаттрактанты. Хотя chemorepellents работать , чтобы придать ответ избегания у организмов, Tetrahymena thermophila адаптироваться к chemorepellent, нетрин-1 пептид , в течение 10 минут воздействия; Однако, воздействие chemorepellents , таких как GTP , PACAP-38 , а не Ноцицептин показать никаких таких приспособлений.

Эукариотной хемотаксис

Механизм хемотаксиса , что эукариотические клетки используют довольно сильно отличается от такового у бактерий; однако, зондирование химических градиентов по – прежнему является важным шагом в этом процессе. Из -за их малого размера, прокариоты не могут непосредственно обнаружить градиент концентрации.

Эукариотические клетки намного больше , чем у прокариот и рецепторы встроены равномерно по всей мембране клетки . Эукариотических хемотаксис включает в себя обнаружение градиента концентрации в пространстве путем сравнения асимметричный активации этих рецепторов на разных концах клетки. Активация этих рецепторов приводит к миграции в стороне хемоаттрактантов, или от chemorepellants.

Кроме того , было показано , что как прокариотических и эукариотических клетках способны хемотаксиса памяти. У прокариот, этот механизм включает в себя метилирование рецепторов под названием метил-принимая хемотаксиса белки (МСР). Это приводит к их десенситизации и позволяет прокариоты «запоминать» и адаптироваться к химическому градиенту.

В противоположность этому , хемотаксическая памяти у эукариот можно объяснить с помощью модели локального возбуждения глобальной Ингибирование (ЛЕГИ). ЛЕГИ включает в себя баланс между быстрым возбуждением и запаздывающего торможения , которая управляет вниз по потоку передачи сигналов , таких как Ras активации и PIP3 производства.

Уровни рецепторов, внутриклеточных сигнальных путей и эффекторных механизмов всех представляют собой различные компоненты, эукариотической типа. В эукариотических клетках одноклеточных, движение амебовидные и реснички или эукариотические жгутики являются основными эффекторы (например, Amoeba или Tetrahymena ).

Некоторые эукариотические клетки высших позвоночных происхождения, такие как иммунные клетки также перемещаются туда , где они должны быть. Кроме иммунокомпетентные клетки ( гранулоциты , моноциты , лимфоциты ) большой группа клеток-рассмотренных ранее , чтобы быть закреплены в ткань-также подвижны в специальном физиологическом (например, тучные клетки , фибробласты , эндотелиальные клетки ) или патологические состояния (например, метастазы ) , Хемотаксиса имеет высокое значение в ранних фазах эмбриогенеза , как развитие зародышевых листков ориентируется на градиенты сигнальных молекул.

подвижность

В отличие от подвижности в бактериальной хемотаксис, механизм , с помощью которого эукариотические клетки физически переместить неясно. Там , как представляется, механизмы , посредством которых внешняя хемотаксической градиент , считываемые и превращена в внутриклеточный PIP3 градиент, что приводит к градиенту и активациям сигнального пути, что привело к полимеризации из актиновых филаментов.

Растет дистальный конец актиновых филаментов развивает связи с внутренней поверхностью мембраны плазмы с помощью различных наборов пептидов и приводит к образованию передних подталкивателей и задним уроподов .
Реснички эукариотических клеток могут также производить хемотаксис; в данном случае, это в основном Ca 2 -зависимой индукция микротрубочкового системы базального тела и такт микротрубочек 9 2 в пределах ресничек.

Клиническое значение

Измененный миграционный потенциал клеток имеет сравнительно большое значение в развитии нескольких клинических симптомов и синдромов. Измененная хемотаксическая активность внеклеточной (например, кишечная палочка ) или внутриклеточными (например, Listeria моноцитогенес ) патогены себя представляет значительную клиническую цель.

Модификация эндогенных хемотаксиса способности этих микроорганизмов с помощью фармацевтических агентов , может уменьшить или ингибировать соотношение количества инфекций или распространения инфекционных заболеваний. Помимо инфекций, существуют некоторые другие заболевания , где нарушение хемотаксиса является основным этиологическим фактором, как и в синдроме Чедиака-Higashi , где гигантские внутриклеточные везикулы ингибируют нормальную миграцию клеток.

Хемотаксис при заболеваниях
Тип заболевания хемотаксиса увеличилась хемотаксис уменьшилась
Инфекции воспалений СПИД , бруцеллез
Хемотаксиса приводит к болезни Синдром Чедиака-Higashi , синдром Картагенера
Хемотаксиса влияет атеросклероз , артрит , периодонтит , псориаз , реперфузионное повреждение , метастатические опухоли рассеянный склероз , болезнь Ходжкина , мужское бесплодие
Интоксикации асбест , бензпирен Hg и Cr соль, озон

Математические модели

Некоторые математические модели хемотаксиса были разработаны в зависимости от типа

  • миграция (например, основные отличия бактерий плавания, движение одноклеточного эукариота с ресничками / жгутиком и амебоидной миграцией)
  • физико-химические характеристики химических веществ (например, диффузия ) работает в качестве лигандов
  • биологические характеристики лигандов (аттрактант, молекулы нейтрального и репелленты)
  • Системы анализа применяются для оценки хемотаксиса (см времени инкубации, развития и стабильности градиентов концентрации)
  • другие экологические последствия, имеющие прямое или косвенное влияние на миграцию (освещение, температура, магнитные поля и т.д.)

Хотя взаимодействия перечисленных выше факторы делают поведение решений математических моделей хемотаксиса довольно сложными, можно описать основные явления хемотаксиса привода движения в прямом пути. Действительно, обозначим с пространственно неоднородной концентрации химио-аттрактантов и с его градиентом.

Это, вместо этого, убывающая функция концентрации химио-аттрактантов : .
φ{ Displaystyle varphi}∇φ{ Displaystyle набла varphi}J{ Displaystyle J}Jзнак равноχС∇φ{ Displaystyle J = ч С наб varphi}С{ Displaystyle C}χ{ Displaystyle х}χ{ Displaystyle х}φ{ Displaystyle varphi}χ(φ){ Displaystyle х ( varphi)}

Пространственная экология почвенных микроорганизмов является функцией их хемотаксис чувствительности по отношению к субстрату и другим организмам. Хемотаксическая поведение бактерий была доказана , что приводит к нетривиальным моделям населения даже в отсутствии экологических неоднородностей. Наличие структурных пор масштаба неоднородности имеет дополнительное воздействие на развивающиеся бактериальных образцов.

Измерение хемотаксиса

Широкий диапазон методов можно оценить активность хемотаксиса клеток или хемоаттрактанта и chemorepellent характер лигандов. Основные требования измерения заключаются в следующем:

  • концентрационные градиенты могут развиваться относительно быстро и сохраняться в течение длительного времени в системе
  • хемотаксис и хемокинетические деятельности различают
  • миграция клеток свободна в сторону и в сторону от оси градиента концентрации
  • Обнаруженные ответы являются результатом активной миграции клеток
Тип анализа Анализы Агар-пластинчатые Двухкамерные анализы другие
Примеры
  • Бойдена камера
  • Зигмунд камера
  • Dunn камеры
  • Мульти-луночные камеры
  • Капиллярные методы
  • Техника Т-лабиринт
  • техника Opalescence
  • Ориентация анализы

Искусственные хемотактильные системы

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertise

Химические роботы , которые используют искусственный хемотаксис для навигации в автономном режиме , были разработаны. Приложения включают в себя целевую доставку лекарственных препаратов в организме. Совсем недавно, молекулы фермента также показали положительный хемотаксис поведения в градиенте их субстратов. Кроме того, ферменты в каскадах также показали агрегацию хемотаксиса субстрата с приводом.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafety

Помимо активных ферментов, не являющиеся реагирующих молекулы, также показывают хемотаксис поведения. Это было продемонстрировано с помощью молекулы красителя, которые двигаются направлены в градиентах раствора полимера через благоприятные гидрофобные взаимодействия.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинский справочник