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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)

生物化學(xué)與分子生物學(xué)目錄

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)。

間隙連接功能示意圖

間隙連接結(jié)構(gòu)示意圖

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。

32 細胞通訊與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機理 | 細胞內(nèi)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理 32
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