Aby wielokomórkowy organizm mógł prawidłowo funkcjonować i zachowywać wewnętrzną równowagę, konieczna jest odpowiednia i sprawna komunikacja między wszystkimi jego jednostkami. Najmniejszą jednostką funkcjonalną organizmu jest komórka, a zatem wszystko zależy od komunikacji między komórkami.
Komórki mogą komunikować się ze sobą różnymi drogami:
- Bezpośrednio - komórki są ze sobą połączone za pomocą cząstek białkowych w błonach
- Endokrynowo - przekaźnikami są hormony transportowane układem krwionośnym i rozpoznawane przez receptory odpowiednich komórek
- Parakrynowo - przekaźniki (substancje inne niż hormony) są transportowane na krótkie odległości w płynie tkankowym i rozpoznawane przez odpowiednie receptory komórkowe
- Nerwowo - przekazywanie impulsu elektrycznego wzdłuż włókien nerwowych, miejscem rozpoznawania receptorów są synapsy (szczeliny pomiędzy komórkami nerwowymi)
Główne sposoby komunikacji międzykomórkowej to droga hormonalna i nerwowa. Układy te różnią się szybkością i precyzją działania. Układ nerwowy przewodzi informacje bardzo szybko i jest w stanie wskazać nawet pojedynczą komórkę jako odbiorcę sygnału. Układ endokrynowy działa wolniej, a na jego sygnały reagują wszystkie komórki posiadające receptor odpowiadający danemu hormonowi.
Przekazywanie informacji w układzie nerwowym polega na zmianach zachodzących w obrębie błon komórek nerwowych. Na każdej błonie utrzymywany jest tzw. potencjał spoczynkowy. Wynika on z nierównomiernego rozmieszczenia jonów dodatnich i ujemnych w poprzek błony. Wnętrze komórki zawsze jest bardziej ujemne niż jej powierzchnia zewnętrzna. Zakłócenie tej polaryzacji (zniesienie jej lub odwrócenie) powoduje powstanie impulsu, zwanego potencjałem czynnościowym, który rozprzestrzenia się wzdłuż błony.
Nierównomierne rozmieszczenie jonów w stanie spoczynkowym jest utrzymywane wbrew działaniu gradientu elektrochemicznego, ponieważ jony dodatnie i ujemne powinny się przyciągać, co spowodowałoby całkowite wyrównanie ładunków i wyzerowanie potencjału. Błona komórek jest jednak nieprzepuszczalna dla jonów, więc nie może zachodzić swobodne przemieszczanie się. Przepływ jonów przez błonę komórkową może zachodzić w wyniku aktywnego transportu i jedynie przez kanały jonowe.
Kanały jonowe są utworzone przez integralne białka błonowe, posiadające charakter hydrofobowy od strony błony, a hydrofilowy od strony światła kanału i właśnie od strony hydrofilowej przechodzą jony. Białka te mogą zmieniać swoją strukturę przestrzenną (konformację), przez co kanał może być otwarty lub zamknięty dla danego rodzaju jonów. Zmiana konformacji białka błonowego może zachodzić pod wpływem różnych sygnałów i w zależności od tego wyróżnia się kanały:
- zależne od zmiany potencjału błonowego (np. kanały sodowe, potasowe)
- zależne od receptora molekularnego (bramkowanie chemiczne za pomocą mediatora, np. acetylocholiny)
- zależne od napięć mechanicznych błony (pod wpływem odkształceń błony)
Chemiczne cząstki sygnałowe można podzielić na dwie grupy: przenikające przez błonę (np. hormony sterydowe) oraz nieprzenikające przez błonę (np. peptydy). Receptory dla pierwszej grupy znajdują się wewnątrz komórki - w cytoplazmie lub w jądrze. Receptory dla przekaźników drugiej grupy występują w błonie komórkowej i w tym przypadku, aby przekazać sygnał do wnętrza komórki, zostaje zaangażowany układ transdukcji sygnału (kaskada sygnałowa). Jeśli receptor i efektor są elementami tego samego białka, to układ taki nazywamy jednoskładnikowym. Jeśli natomiast są to dwa oddzielne białka, wówczas pośredniczy między nimi trzecie białko - białko G - a układ nosi nazwą trójskładnikowego.
