主要内容
细胞信号传递导言
了解细胞如何使用不同种类的短期和长期信号在我们的身体中相互沟通。
介绍
你觉得你的细胞只是简单的建筑材料,就像墙里的砖块一样静止不动?如果是这样,重新想一想!细胞可以觉察它们周围的动静,也可以及时响应它们邻居和环境中的信号。就在现在这一刻,你的细胞正在发送和接收数百万化学信号分子形式的信息!
在本文中,我们将研究细胞之间如何通信的基本原则。我们将首先看看细胞与细胞的信号是如何工作的,然后考虑发生在我们的身体中,不同种类的短程和远程信号。
细胞信号概览
细胞通常使用化学信号进行交流。这些化学信号,是由一个发送细胞产生的蛋白质或其他分子,通常由细胞分泌并释放到细胞外的空间。在那里,它们可以像漂流瓶中的信息一样漂至邻近的细胞。
并不是所有的细胞都能“听”到特定的化学信息。为了检测一个信号(也就是说,要成为一个靶细胞),相邻细胞必须有正确的受体来接收信号。 当信号分子与其受体结合时,它会改变受体的形状或活性,从而引发细胞内部的变化。信号分子通常被称为配体,是专门与其他分子(如受体)结合的分子的通称。
配体携带的信息通常通过细胞内的化学信息链传递。最终,它会导致细胞的变化,如基因活性的改变,甚至诱导一整个过程,如细胞分裂。因此,原始的细胞间信号被转换成细胞内信号,从而触发响应。
信号形式
细胞之间的信号传递包括信号从发送细胞到接收细胞的传输。然而,并不是所有的发送和接收信号的细胞都是相邻的,也不是所有的细胞对都以相同的方式交换信号。
在多细胞生物中发现的化学信号有四种基本类型:旁分泌信号、自分泌信号、内分泌信号和直接接触信号。不同种类的信号之间的主要区别是信号通过生物体到达靶细胞的距离。
旁分泌信号
通常,相邻的细胞通过释放化学信使(能够在细胞间扩散的配体)进行交流。这种细胞间的距离相对较短的信号被称为旁分泌信号。
旁分泌信号使细胞能够与邻近细胞配合。尽管旁分泌信号在许多不同的组织和环境中都有应用,但在发育过程中,旁分泌信号尤其重要,因为它们允许一组细胞告诉相邻的另一组细胞它们的细胞特征是什么。
突触信号
神经细胞传递旁分泌信号的一个独特例子是突触信号传导。这个过程的命名来自两个神经细胞之间的连接点——突触,信号传输发生在这里。
当发送信号的神经元发出信号时,一个电脉冲在细胞中快速移动,沿着一个叫做轴突的纤维状的延伸部分向下移动。
当脉冲到达突触时,它会触发一种叫做神经递质的配体的释放,这种配体能迅速穿过神经细胞之间的小间隙。当神经递质到达接收细胞时,它们与受体结合,引起细胞内的化学变化(通常是打开离子通道,改变细胞膜上的电势)。
释放到化学突触的神经递质被发送细胞迅速降解或重新吸收。这 “重置” 了系统,使它们的突触准备好对下一个信号做出快速反应。
自分泌信号
自分泌信号中细胞向自身发出信号,释放与自身表面受体结合的配体(或根据信号类型,与细胞内受体结合)。对于细胞来说,这似乎是一件奇怪的事情,但是自分泌信号在许多过程中起着至关重要的作用。
例如,自分泌信号在发育过程中很重要,它帮助细胞获得并加强它们的正确身份认知。从医学角度来看,自分泌信号在癌症中很重要,被认为在转移(癌症从原发部位扩散到身体其他部位)中起着关键作用 。在许多情况下,信号可能同时具有自分泌和旁分泌效应,与发送细胞以及该区域的其他类似细胞结合。
内分泌信号
当细胞需要远距离传输信号时,它们通常使用循环系统作为发送信息的分发网络。
在远距离 内分泌信号中,信号由专门的细胞产生并释放到血液中,血液将这些信号带到身体远端的目标细胞。身体某个部位产生的信号通过血液循环到达远端的目标,这些信号被称为激素。
在人类,释放激素的内分泌腺包括甲状腺、下丘脑、垂体、性腺(睾丸和卵巢)和胰腺。每个内分泌腺都会释放一种或多种激素,其中许多是发育和生理的主要调节因子。
例如,垂体释放生长激素 (GH),促进生长,尤其是骨骼和软骨的生长。和大多数激素一样,生长激素影响着身体的许多不同类型的细胞。然而,软骨细胞提供了生长激素功能的一个例子:它与这些细胞表面的受体结合,并鼓励它们
分裂 。
通过细胞与细胞的接触发出信号
动物的缝隙连接和植物的胞间连丝是直接连接相邻细胞的微小通道。这些充满水的通道允许一些称为细胞内介质的小信号分子在两个细胞之间扩散。小分子,例如钙离子( ),可以在细胞之间移动,但是大分子,例如蛋白质和DNA就不能在没有特殊帮助的情况下通过这些通道。
信号分子的传递将一个细胞的当前状态传递给它的邻居。这允许一组细胞协调它们对一个信号的响应,而这个信号可能只有一个细胞接收到了。在植物中,几乎所有细胞之间都有胞间连丝,使整个植物成为一个巨大的网络。
在另一种形式的直接信号中,两个细胞可能相互结合,因为它们的表面携带互补蛋白质。当蛋白质彼此结合时,这种相互作用改变了一个或两个蛋白质的形状,并传递一个信号。这种信号在免疫系统中尤其重要,免疫细胞利用细胞表面标记来识别自身细胞(身体自身的细胞)和被病原体感染的细胞 。