分子生物学基础:细胞信号

文摘   2024-08-14 15:09   北京  
细胞信号传导指的是细胞对外界或内部环境变化的响应机制。无论是单细胞生物还是复杂的多细胞生物,细胞都会感知并响应各种化学信号,以维持生存、促进生长或执行特定功能。在多细胞生物中,细胞间的通信系统尤为复杂,这些通信系统通过调节蛋白质发送化学信号,使得细胞能够协调工作以保障整体机体的正常运作。

细胞信号传导的特点
  • 信号来源和信号途径: 信号可以是长距离传递的激素,或者是仅影响附近细胞的局部介质。信号传递通常通过细胞表面的受体蛋白开始,这些受体通过与信号分子结合,激活一系列细胞内信号通路。
  • 效应蛋白: 这些信号最终会影响效应蛋白,如转录调控因子、离子通道、代谢酶或细胞骨架蛋白,导致细胞行为的改变。

细胞信号分子的作用范围

  • 接触依赖型信号传导: 需要细胞直接接触,通常在发育和免疫反应中起重要作用。
  • 旁分泌信号: 信号分子在细胞间通过局部扩散传递,作用于邻近细胞。癌细胞经常通过自分泌信号促进自身的存活和增殖。
  • 突触信号: 神经元通过突触将信号传递到远处的目标细胞,这种方式速度快且选择性强。
  • 内分泌信号: 内分泌细胞分泌激素进入血液,激素可以作用于全身各处的目标细胞。

信号传导的特异性和多样性

细胞通过表达特定的受体和信号通路来对外界信号作出特异性响应。某些信号分子(如乙酰胆碱)在不同类型的细胞中可能引发完全不同的反应,这取决于细胞内的信号蛋白和效应蛋白的类型及状态。

主要的细胞表面受体类型

  • 离子通道偶联受体: 主要在神经细胞和肌肉细胞中发挥作用,通过调节离子通道的开关来改变膜电位。
  • G蛋白偶联受体(GPCRs): 通过激活G蛋白间接调节靶蛋白的活性,涉及的信号传导机制多样且复杂。
  • 酶偶联受体: 这些受体要么本身具有酶活性,要么与具有酶活性的蛋白质直接结合,从而启动信号传导。

细胞内信号传导的分子开关机制

  • 磷酸化和去磷酸化: 由蛋白激酶添加磷酸基团激活蛋白质,蛋白磷酸酶则移除磷酸基团使蛋白质失活。
  • GTP结合: GTP结合蛋白通过GTP/GDP交换调节开关状态。

信号传导的精确性和噪声过滤

细胞内的信号分子处于一个复杂且“嘈杂”的环境中。高亲和力和特异性相互作用确保了信号的准确传递,而下游靶蛋白只在上游信号达到一定水平时才会响应,从而减少了背景信号的干扰。

正反馈与负反馈调节

  • 正反馈: 可以放大信号响应,甚至将一个暂时的信号转变为长期的或不可逆的响应,这常用于细胞状态的二元选择(如决定某细胞是否进入特定分化途径)。
  • 负反馈: 则抑制信号响应,帮助细胞适应信号的变化并维持稳态,甚至在长时间延迟下产生振荡响应。

信号适应和去敏化

细胞对长期存在的信号可以通过适应机制降低响应强度,这些机制包括受体的内吞、降解或信号蛋白的改变,确保细胞能对信号强度的变化而非绝对值作出响应。

复杂的信号传导网络

信号传导系统往往不是简单的线性路径,而是一个多方向的信息流动网络,其中的定量关系和相互作用使得系统行为变得复杂多样。


Molecular biology of the cell (Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis etc

Dr Leo
ENT医生的科研分享
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