细胞通讯

第三节细胞通讯
例子
1.细菌应变过程中的通讯，在营养匮乏的环境中聚集形成类似“孢子”状的结构
2.某种海洋细菌群落，达到临界数量时会发光。

这种群体感应现象源于细菌释放了同类或异类能感应的信号物质。

3．异型酵母结合生殖过程中不同“性别”酵母间通过信号分子互相识别
植物通过可释放化学信号激发同类或其它物种作出反应。

细胞通讯
信号产生细胞发出的信息通过介质传递到靶细胞，通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体生物学效应的过程称为细胞通讯。

对单细胞生物细胞通讯是个体间交换信息的方式；
多细胞的有机体需要细胞通讯来协调细胞群体的生命活动；
细胞接受的信号，不论来自于其它细胞还是来自于细胞周围的环境，是各种各样的，如电信号，光信号，机械信号，化学信号等；
细胞间通讯最常使用的是化学信号，按照“通讯距离” 的远近可以分为如下几种方式：
1内分泌（endocrine)：由内分泌腺细胞产生的激素，分泌进入血液循环，作用于相应的靶细胞。

2旁分泌(paracrine)：信号细胞分泌局部化学介质释放到细胞外液中，作用于临近的靶细胞，作用距离为几微米。

3化学突触(chemical synapse )：神经信号通过突触传递影响邻近靶细胞。

4自分泌(autocrine)：细胞对其自身分泌的信号分子产生应答反应。

5接触依赖性的通讯(contact dependent signaling)：细胞膜定位的信号分子与靶细胞受体之间直接接触介导的细胞通讯。

6细胞连接：动物细胞通过通讯连接，植物细胞通过胞间连丝交换小分子实现细胞通讯。

细胞间化学通讯的步骤
1产生信号的细胞合成并释放信号分子（胞吐作用）；
2运送信号分子至靶细胞或信号分子扩散至靶细胞；
3信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活；
4活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径；
5引发细胞效应；
6信号的解除并导致细胞反应终止。

细胞信号传导( signal transduction)：信号分子与细胞表面结合直至产生细胞效应的整个过程。

信号的接受及信号传导的启动
信号分子类型
1物理信号：声，光，电，温度等
2化学信号（又称为配体，ligand)：
激素（hormone）、局部介质（local mediator)、神经递质(neurotransmitter)等，根据化学性质不同可分为：
亲水性分子：与靶细胞表面受体结合，经信号转换机制，将信号传递至细胞内。

亲脂性分子：可扩散通过细胞质膜，与细胞内受体结合传递信号。

气体信号分子：可扩散通过细胞质膜，直接激活细胞内效应分子。

受体( receptor)
能够识别和选择性结合配体的大分子。

多数为蛋白（糖蛋白），少数为糖脂或二者复合物。

可位于细胞膜上，细胞质内或细胞核内。

根据受体的不同性质，有如下几种典型的传递信号方式：
1通道受体：与配体结合后开放或关闭通道。

如离子通道受体（ion-channel-coupled receptor），即配体门通道。

2G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCRs）：与配体结合后通过胞质内小分子活化下游信号分子。

如肾上腺素受体，视觉/味觉/嗅觉受体等。

3支架受体：与配体结合后发生聚合，招募胞质内信号分子形成受体信号复合物（receptor signal complex)，活化下游信号分子。

如肿瘤坏死因子受体（Tumor necrosis factor receptor）等
4酶联受体（enzyme-linked receptor）：受体自身具有酶活性接受信号后通过催化自身或下游信号分子发生化学变化（如磷酸化）传递信号。

如生长因子受体，NO受体等。

5转录因子受体：与配体结合后作为转录因子调节基因表达。

如性激素受体，维生素D受体等。

一、离子通道受体
化学突触（chemical synapse) ：神经系统中特殊的细胞通讯结构，通过离子通道受体传递神经信号。

（麻醉剂）
二、G蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体：配体－受体复合物与靶蛋白的作用要通过与G蛋白的偶联，才能将胞外信号跨膜传递到胞内；包括月1000个家族成员，均含有7个跨膜α螺旋；是多种激素（肾上腺素）、局部介质（组胺）、神经递质（多巴胺）的受体，以
及负责哺乳类嗅觉、味觉、视觉的受体。

（过程）
目前使用的药物50%靶标为G蛋白偶联受体
三、支架受体
肿瘤坏死因子TNF与受体结合诱导受体聚合为三聚体，受体细胞内部分招募一系列接头蛋白(adaptor)形成受体信号复合物，活化下游信号分子。

（固有免疫反应病原体的探测器－Toll样受体）（Toll样受体的信号途径必须适度活化才对人体有利，因此对信号传递分子活性的精确调控很重要。

）
四、酶联受体
酪氨酸激酶受体( receptor tyrosine kinase)
配体与酪氨酸激酶受体的结合导致受体的二聚化，激活受体的激酶活性，磷酸化自身酪氨酸残基，被下游信号分子识别并结合，传递信号。

激酶（kinase)：催化底物（包括自身）发生磷酸化的酶。

根据底物被磷酸化的氨基酸残基不同，可分为酪氨酸激酶，丝氨酸/苏氨酸激酶等
激酶的活性常受到磷酸化或去磷酸化的调控（例如磷酸化后活化，去磷酸化后失活）
（例子：生长因子及受体与癌症的关系——癌(乳腺癌）细胞表面表达过量的表皮生长因子受体（酪氨酸激酶受体），二聚化后能产生促进细胞持续分裂的信号；药物能阻止受体彼此结合，阻断分裂信号的产生，从而达到抑制癌细胞增殖的作用。

)
(例子：气体信号分子NO的受体是鸟苷酸环化酶)
五、转录因子受体（一般位于细胞内或细胞核内）
1，小的脂溶性配体如固醇类激素（睾酮），甲状腺素，维生素D等能够自由扩散进入细胞膜。

2，睾酮与细胞质内的受体结合后活化受体。

3，睾酮与受体的复合物通过核孔复合体进入细胞核，与特异的DNA结合。

4，睾酮受体复合物作为转录因子，促进特异DNA转录，蛋白表达。

（例子：维生素D3的活化形式1,25D通过与细胞核内受体的结合，调节约1000种基因的表达）《41页》
信号的传导
信号传导途径的关键成分——第二信使
胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，从而激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用终
止。

• 第二信使（second messenger) ：具有传递信号功能的特殊的小分子和离子
第二信使举例，环腺苷酸——产生：腺苷酸环化酶被G蛋白偶联受体激活
cAMP的效应-cAMP依赖性的蛋白的激酶A的活化。

活化后的PKA可以进入细胞核，增强靶基因转录。

第二信使之二：二酰甘油DAG和三磷酸肌醇IP3
第二信使之三：钙离子；
细胞内钙离子的储存库：内质网和线粒体。

膜上的钙离子泵，将细胞质中的钙转移到细胞外，内质网和线粒体中，保持细胞质中低钙。

同时膜上的钙离子通道，在收到信号时开放，释放钙离子到细胞质中传递信号。

钙离子的效应：与钙调蛋白（calmodulin)结合并使之（构象改变）活化，再激活钙调蛋白激酶
信号传导的主要方式：1，通过特异结构域介导的蛋白相互作用
2，蛋白的磷酸化和去磷酸化
信号的效应
细胞接受信号的效应之一：
胞质效应：
酶活性改变
细胞代谢改变
细胞骨架改变{细胞外基质通过细胞膜上的受体（整联蛋白）传递信号，导致细胞骨架的解聚和聚合。

}
离子通透性改变等
信号的效应之二：
核内效应：
DNA合成的调节
RNA合成的调节（可调节转录因子的活性）
信号的终止
1细胞对信号的控制：细胞对信号分子脱敏的5种方式
受体没收、受体下调、受体失活、信号蛋白失活、产生抑制蛋白。

2细胞通过可增加受体数量等方式对信号分子增敏
如
同一种信号分子对不同类型的细胞产生不同的效应
例如：
1.已酰胆碱作用于心肌细胞使其收缩的速度和强度减弱
2.已酰胆碱作用于分泌细胞促进分泌泡的释放
3.已酰胆碱作用于骨胳肌细胞促使其收缩
3不同的信号分子在细胞中可能产生相同的效应
4细胞的命运取决于对各种信号反应的综合效应。