Nonostante la membrana protettiva che separa una cellula dall’ambiente, le cellule hanno bisogno della capacità di rilevare e rispondere ai cambiamenti ambientali. Inoltre, le celle spesso hanno bisogno di comunicare tra loro. Gli organismi unicellulari e multicellulari utilizzano una varietà di meccanismi di segnalazione cellulare per comunicare per rispondere all’ambiente.
Le cellule rispondono a molti tipi di informazioni, spesso attraverso proteine recettoriali posizionate sulla membrana. Ad esempio, le cellule della pelle rispondono e trasmettono informazioni di tocco, mentre i fotorecettori nella retina possono rilevare la luce. La maggior parte delle cellule, tuttavia, si sono evoluti per rispondere ai segnali chimici, tra cui ormoni, neurotrasmettitori, e molti altri tipi di molecole di segnalazione. Le cellule possono anche coordinare diverse risposte suscitate dalla stessa molecola di segnalazione.
In genere, la segnalazione cellulare comporta tre passaggi: (1) la ricezione del segnale, (2) la trasduzione del segnale e (3) una risposta. Nella maggior parte dei segnali, una molecola impermeabile a membrana, o ligando, provoca un cambiamento in un recettore della membrana; tuttavia, alcune molecole di segnalazione, come gli ormoni, possono attraversare la membrana per raggiungere i loro recettori interni. Il recettore della membrana può quindi inviare questo segnale ai messaggeri intracellulari, che traducono il messaggio in una risposta cellulare. Questa risposta intracellulare può includere una trascrizione di cambiamento, traduzione, attivazione di proteine, o molti altri.
Gli organismi unicellulari come i batteri possono utilizzare un tipo di segnalazione cellulare chiamata quorum sensing per rilevare la loro concentrazione in una colonia e generare risposte coordinate. Le cellule eucariotiche possono rilasciare ligandi che colpiscono la stessa cellula che ha prodotto il segnale (segnalazione automatica) o le cellule vicine (segnalazione paracrina). I segnali possono anche essere inviati su lunghe distanze, come nel caso di alcuni ormoni, e produrre risposte in cellule lontane, chiamate segnalazione endocrina. La segnalazione dipendente dal contatto descrive i percorsi fisici creati tra le cellule vicine attraverso le quali i segnali citoplasmici possono passare rapidamente. Le cellule del sistema nervoso possono generare risposte rapide attraverso una specializzazione della segnalazione cellulare chiamata segnalazione sinaptica.
