第八章細胞通信細胞生物學(已修改)
2025-04-16 23:48 本頁面
【正文】 第八章 細胞通信生命與非生命物質最顯著的區(qū)別在于生命是一個完整的自然的信息處理系統(tǒng)。一方面生物信息系統(tǒng)的存在使有機體得以適應其內外部環(huán)境的變化，維持個體的生存；另一方面信息物質如核酸和蛋白質信息在不同世代間傳遞維持了種族的延續(xù)。生命現(xiàn)象是信息在同一或不同時空傳遞的現(xiàn)象，生命的進化實質上就是信息系統(tǒng)的進化。單細胞生物通過反饋調節(jié)，適應環(huán)境的變化。多細胞生物則是由各種細胞組成的細胞社會，除了反饋調節(jié)外，更有賴于細胞間的通訊與信號傳導，以協(xié)調不同細胞的行為，如：①調節(jié)代謝，通過對代謝相關酶活性的調節(jié)，控制細胞的物質和能量代謝；②實現(xiàn)細胞功能，如肌肉的收縮和舒張，腺體分泌物的釋放； ③調節(jié)細胞周期，使DNA復制相關的基因表達，細胞進入分裂和增殖階段； ④控制細胞分化，使基因有選擇性地表達，細胞不可逆地分化為有特定功能的成熟細胞； ⑤影響細胞的存活(圖81)。第一節(jié) 基本概念一、幾個容易混淆的概念近年來，由于細胞通信在醫(yī)學尤其是揭示癌癥方面的重要性，使這一領域的研究十分活躍，文獻和著作非常的多，不同的作者往往使用不同的名詞來描述細胞的信息傳遞現(xiàn)象，雖然這些名詞很相近，但是其內涵和外延不盡相同，現(xiàn)解釋如下：細胞信號發(fā)放（cell signaling）[1]，細胞釋放信號分子，將信息傳遞給其它細胞。細胞通訊（cell munication）[2]指一個細胞發(fā)出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應反應的過程。細胞識別（cell recognition）[3]指細胞與細胞之間通過細胞表面的信息分子相互作用，從而引起細胞反應的現(xiàn)象信號轉導（signal transduction）[4] 指外界信號（如光、電、化學分子）與細胞細胞表面受體作用，通過影響細胞內信使的水平變化，進而引起細胞應答反應的一系列過程。二、細胞信號分子生物細胞所接受的信號既可以使物理信號（光、熱、電流），也可以是化學信號，但是在有機體間和細胞間的通訊中最廣泛的信號是化學信號。從化學結構來看細胞信號分子包括：短肽、蛋白質、氣體分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂類和膽固醇衍生物等等，其共同特點是：①特異性，只能與特定的受體結合；②高效性，幾個分子即可發(fā)生明顯的生物學效應，這一特性有賴于細胞的信號逐級放大系統(tǒng)；③可被滅活，完成信息傳遞后可被降解或修飾而失去活性，保證信息傳遞的完整性和細胞免于疲勞。從產生和作用方式來看可分為內分泌激素、神經遞質、局部化學介導因子和氣體分子等四類。從溶解性來看又可分為脂溶性和水溶性兩類。脂溶性信號分子，如甾類激素和甲狀腺素，可直接穿膜進入靶細胞，與胞內受體結合形成激素受體復合物，調節(jié)基因表達。水溶性信號分子，如神經遞質、細胞因子和水溶性激素，不能穿過靶細胞膜，只能與膜受體結合，經信號轉換機制，通過胞內信使（如cAMP）或激活膜受體的激酶活性（如受體酪氨酸激酶），引起細胞的應答反應。所以這類信號分子又稱為第一信使（primary messenger），而cAMP這樣的胞內信號分子被稱為第二信使（secondary messenger）。目前公認的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二?；视停―G），Ca2+被稱為第三信使是因為其釋放有賴于第二信使。第二信使的作用是對胞外信號起轉換和放大的作用。三、受體受體（receptor）是一種能夠識別和選擇性結合某種配體（信號分子）的大分子物質，多為糖蛋白，一般至少包括兩個功能區(qū)域，與配體結合的區(qū)域和產生效應的區(qū)域，當受體與配體結合后，構象改變而產生活性，啟動一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學效應。受體與配體間的作用具有三個主要特征：①特異性；②飽和性；③高度的親和力。根據(jù)靶細胞上受體存在的部位，可將受體分為細胞內受體（intracellular receptor）和細胞表面受體（cell surface receptor，圖82）。細胞內受體介導親脂性信號分子的信息傳遞，如胞內的甾體類激素受體。細胞表面受體介導親水性信號分子的信息傳遞，可分為：①離子通道型受體、②G蛋白耦聯(lián)型受體和③酶耦聯(lián)型受體。每一種細胞都有其獨特的受體和信號轉導系統(tǒng)，細胞對信號的反應不僅取決于其受體的特異性，而且與細胞的固有特征有關。有時相同的信號可產生不同的效應，如Ach可引起骨骼肌收縮、降低心肌收縮頻率，引起唾腺細胞分泌。有時不同信號產生相同的效應，如腎上腺素、胰高血糖素，都能促進肝糖原降解而升高血糖。細胞持續(xù)處于信號分子刺激下的時候，細胞通過多種途徑使受體鈍化，產生適應。如：①修飾或改變受體，如磷酸化，使受體與下游蛋白隔離，即受體失活(receptor inactivation)。②暫時將受體移到細胞內部，即受體隱蔽（receptor sequestration）③通過內吞作用，將受體轉移到溶酶體中降解，即受體下行調節(jié)（receptor downregulation）四、蛋白激酶蛋白激酶是一類磷酸轉移酶，其作用是將 ATP 的 γ 磷酸基轉移到底物特定的氨基酸殘基上，使蛋白質磷酸化，可分為5類（表81）。蛋白激酶在信號轉導中主要作用有兩個方面：其一是通過磷酸化調節(jié)蛋白質的活性，磷酸化和去磷酸化是絕大多數(shù)信號通路組分可逆激活的共同機制，有些蛋白質在磷酸化后具有活性，有些則在去磷酸化后具有活性；其二是通過蛋白質的逐級磷酸化，使信號逐級放大，引起細胞反應。表81 蛋白激酶的種類激酶磷酸基團受體蛋白絲氨酸／蘇氨酸激酶絲氨酸／蘇氨酸羥基蛋白酪氨酸激酶酪氨酸的酚羥基蛋白組／賴／精氨酸激酶咪唑環(huán)，胍基，ε－氨基蛋白半胱氨酸激酶巰基蛋白天冬氨酸／谷氨酸激酶?；?、胞間通信的主要類型細胞通訊主要有以下三種方式。（一）、細胞間隙連接（gap junction）是細胞間的直接通訊方式（圖83）。兩個相鄰的細胞以連接子（connexon）相聯(lián)系。允許小分子物質如Ca2+、cAMP通過，有助于相鄰同型細胞對外界信號的協(xié)同反應，如可興奮細胞的電耦聯(lián)現(xiàn)象。（二）、膜表面分子接觸通訊是指細胞通過其表面信號分子（受體）與另一細胞表面的信號分
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