生物化學(xué)與分子生物學(xué)/細胞通訊方式

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生物化學(xué)與分子生物學(xué)

細胞通訊與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機理
- 細胞通訊方式
- 細胞內(nèi)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理
- 膜受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

單細胞生物僅與環(huán)境交換信息，高等生物則根據(jù)自然需求進化出一套精細的調(diào)控通訊系統(tǒng)，以保持所有細胞行為的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。細胞間主要以如下三種方式進行聯(lián)絡(luò)(圖21-1)。

三種細胞通訊的基本方式

圖21-1　三種細胞通訊的基本方式

(一)細胞間隙連接

細胞間隙連接(Gap Junction)是一種細胞間的直接通訊方式。兩個相鄰的細胞間存在著一種特殊的由蛋白質(zhì)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)－連接子(Connexon)，其結(jié)構(gòu)見圖21-2和圖21-3。連接子兩端分別嵌入兩個相鄰的細胞，形成一個親水性孔道。這種孔道允許兩個細胞間自由交換分子量為1500道爾頓以下的水溶性分子。這種直接交換的意義在于，相鄰的細胞可以共享小分子物質(zhì)，因此可以快速和可逆地促進相鄰細胞對外界信號的協(xié)同反應(yīng)。

連接子為一個基因家庭，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)12個成員。在腫瘤生長和創(chuàng)傷愈合等過程中都觀察到某些類型連接子表達的變化。因此，連接子可能對細胞的生長、分化、定位及細胞形態(tài)的維持具有重要意義。

(二)膜表面分子接觸通訊

每個細胞都有眾多的分子分布于膜的外表面。這些分子或為蛋白質(zhì)，或為糖蛋白。這些表面分子作為細胞的觸角，可以與相鄰細胞的膜表面分子特異性地相互識別和相互作用，以達到功能上的相互協(xié)調(diào)。這種細胞通訊方式稱為膜表面分子接觸通訊(Contact signaling by plasmamembranebound molecules)。膜表面分子接觸通訊也屬于細胞間的直接通訊，最為典型的例子是T淋巴細胞與B淋巴細胞的相互作用(圖21－4)。


圖21-2　間隙連接功能示意圖，熒光標(biāo)記的不同大小的分子注入細胞后，依靠間隙連接進入另外一個細胞，圖中數(shù)字表示分子量。	圖21-3　間隙連接結(jié)構(gòu)示意圖

膜表面分子接觸通訊舉例

圖21-4　膜表面分子接觸通訊舉例

化學(xué)信號的三種形式

圖21-5　化學(xué)信號的三種形式

(三)化學(xué)通訊

細胞可以分泌一些化學(xué)物質(zhì)－蛋白質(zhì)或小分子有機化合物至細胞外，這些化學(xué)物質(zhì)作為化學(xué)信號(chemical signaling)作用于其它的細胞(靶細胞)，調(diào)節(jié)其功能，這種通訊方式稱為化學(xué)通訊。化學(xué)通訊是間接的細胞通訊，即細胞間的相互聯(lián)系不再需要它們之間的直接接觸，而是以化學(xué)信號為介質(zhì)來介導(dǎo)的。根據(jù)化學(xué)信號分子可以作用的距離范圍，將其分為三類(圖21－5)。

1.內(nèi)分泌(endocrine)系統(tǒng)以激素為主，它們是由內(nèi)分泌器官分泌的化學(xué)信號，并隨血流作用于全身靶器官。

水溶性和脂溶性化學(xué)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)

圖21-6　水溶性和脂溶性化學(xué)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)

2.旁分泌(paracrine)系統(tǒng)以細胞因子為主，它們主要作用于局部的細胞，作用距離以毫米計算。

3.自分泌(autocrine)系統(tǒng)神經(jīng)介質(zhì)為主，其作用局限于突觸內(nèi)，作用距離在100nm以內(nèi)。

化學(xué)信號還可以根據(jù)其溶解性分為脂溶性化學(xué)信號和水溶性化學(xué)信號兩大類。所有的化學(xué)號都必須通過與受體結(jié)合方可發(fā)揮作用，水溶性化學(xué)信號不能進入細胞，其受體位于細胞外表面。脂溶性化學(xué)信號可以通過膜脂雙層結(jié)構(gòu)進入胞內(nèi)，其受體位于胞漿或胞核內(nèi)(圖21－6)。下面分別介紹這兩種受體轉(zhuǎn)導(dǎo)生物信號的特點。