细胞信号传送
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在生物学中,细胞信号传送[1](英語:cell signaling)又称細胞訊息傳導、細胞傳訊[2],是指细胞与自身、其他细胞及环境相互作用的过程。细胞信号传送是所有原核生物和真核生物细胞生命的基本特性。 通常,信号传送过程涉及三个组成部分:信号、受体和效应器(動器)。
在生物学中,信号大多是化学性质的,但也可以是压力、电压、温度或光等物理线索。化学信号是能够结合并激活特定受体的分子。这些分子,也称为配体,具有化学多样性,包括离子、脂质(例如类固醇、前列腺素)、肽类(例如胰岛素、ACTH)、碳水化合物、糖基化蛋白质(蛋白多糖)、核酸等。肽类和脂质配体尤为重要,因为大多数激素属于这些化学物质类别。肽通常是极性的、亲水性分子。因此,它们无法自由扩散穿过质膜的双脂层,所以它们的作用是通过细胞膜上的受体介导的。另一方面,亲脂性化学物质,如类固醇激素,可以被动地扩散穿过质膜并与细胞内受体相互作用。细胞信号可以在短距离或长距离发生,并且可以进一步分类为自分泌、内分泌、旁分泌、旁分泌或内分泌。自分泌信号传送发生在产生信号化学物的同一细胞上。[3]内分泌信号传送发生在细胞产生的化学信号作用于同一细胞的细胞质或细胞核内的受体上。[4]旁分泌信号传送发生在物理上相邻的细胞之间。[5]旁分泌信号传送发生在相邻的细胞之间。内分泌作用发生在远距离的细胞之间,化学信号通常由血液携带。[6]
受体是复杂的蛋白质或紧密结合的蛋白质多聚体,位于质膜或细胞内部,如细胞质、细胞器和细胞核。受体具有通过结合特定化学物或与物理因子相互作用时发生构象变化来检测信号的能力。特定配体与其受体之间的化学相互作用的特异性,赋予了触发特定细胞反应的能力。受体可以广泛分类为细胞膜受体和细胞内受体。
细胞膜受体可以进一步分类为离子通道联接受体、G蛋白偶联受体和酶联接受体。
离子通道受体是具有配体激活门功能的大型跨膜蛋白。当这些受体被激活时,它们可能允许或阻止特定离子穿过细胞膜。大多数由压力或温度等物理刺激激活的受体属于这一类别。
G蛋白受体是嵌入质膜中的多聚蛋白。这些受体具有细胞外、跨膜和细胞内域。细胞外域负责与特定配体的相互作用。细胞内域负责启动一系列化学反应的级联,最终触发受体控制的特定细胞功能。 酶联接受体是具有细胞外结合特定配体的域和细胞内具有酶活性或催化活性的域的跨膜蛋白。激活后,酶部分负责促进特定的细胞内化学反应。
细胞内受体的作用机制不同。它们通常结合能够被动扩散穿过质膜的亲脂性配体,如类固醇激素。这些配体结合到特定的细胞质转运蛋白上,将激素-转运蛋白复合物运送到细胞核内,激活特定基因,促进特定蛋白质的合成。
信号传送途径的效应器组成部分始于信号转导。在这个过程中,信号通过与受体的相互作用,启动细胞内一系列分子事件,导致信号传送过程的最终效果。通常,最终效果包括激活离子通道(配体门控离子通道)或启动第二信使系统级联,将信号在细胞内传播。第二信使系统可以放大或调节信号,其中少量受体的激活会导致多个次级信使被激活,从而放大初始信号(第一信使)。这些信号通路的下游效应可能包括额外的酶活性,如蛋白水解切割、磷酸化、甲基化和泛素化。
信号分子可以通过各种生物合成途径合成,并通过被动或主动运输释放,甚至通过细胞损伤释放。
每个细胞都被编程来响应特定的细胞外信号分子,这是发育、组织修复、免疫和稳态的基础。信号传送相互作用中的错误可能导致癌症、自身免疫性疾病和糖尿病等疾病。