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细胞间信息传递
单细胞生物直接对外界环境的变化作出反应。高等生物往往是由成亿个细胞所组成的有机体,大多数细胞不与外界直接接触,而且已分化成具有特殊结构与功能的细胞,如此众多的细胞之间必然需要有效的信息联络,对细胞功能进行调控,从而完善地发挥其各自的功能。彼此协调,相互配合,维持机体的恒稳状态,以适应各种生命活动和生长繁殖的需求。
信息分子与受体
凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质称为信息分子。目前已知的信息分子有细胞间的,即第一信使,包括蛋白质和肽类(如生长因子、细胞因子、胰岛素等),氨基酸及其衍生物(如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等),类固醇激素(如糖皮质激素、性激素等),脂肪酸衍生物(如前列腺素)、一氧化氮等,将信息从某一细胞传递至另一种细胞。信息分子也有在细胞内的,即第二信使。细胞间信息物质包括无机离子,如Ca2+;脂类衍生物,如二脂酰甘油(DAG);糖类衍生物,如三磷酸肌醇(IP3);核苷酸,如环磷酸腺苷(cAMP)、环磷酸鸟苷(cGMP);信号蛋白分子,如癌基因产物Ras,底物酶等。第二信使承担将细胞接受的第一信使信息,转导至细胞内的任务,最终引起相应的生物效应。这种信息传递途径是多种多样的,归纳起来,其过程一般是:
第一信使→受体→第二信使→效应蛋白质(是指细胞内的功能蛋白及调节蛋白)
↓↓
效应蛋白质-----------→生物学效应
一、细胞间信息分子
细胞间的信息分子称为第一信使,分泌细胞间信息分子的细胞称为信号分泌细胞,细胞间信息分子作用的细胞(存在该信号的受体细胞)称为靶细胞。
(一)按照传输距离和作用方式,可将细胞间信息分子分为如下4类(图9-1-1):
图9-1-1 细胞间信息分子的种类
(激素)
其分泌部位和靶器官或组织有相当长的距离,因此信息分子须通过血液运送至靶器官,是长距离运输的信息分子。由特殊分化的内分泌细胞释放,如胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等,此类信息分子的特点是通过血循环到达靶细胞。大多数对靶细胞的作用时间较长。
(局部化学介质)
体内某些细胞能分泌一种或数种化学介质,如生长因子、细胞生长抑素、一氧化氮和前列腺素等。此类信息分子的特点是不进入血循环,而是通过扩散作用到达附近的靶细胞。除生长因子外,它们的作用时间较短。其中在突触间传递信息的物质称为突触分泌信号,由神经元突触前膜释放,突触后膜接受,负责将神经信号由一个神经原传递至另一个神经原或效应细胞,如乙酰胆碱和去甲肾上腺素等,其作用时间较短。
:由细胞分泌至细胞间隙,又作用于自身细胞的信息分子,如一些癌基因所表达的蛋白质,可刺激自身细胞增殖。
(直接连接)
信号分泌细胞产生的信息分子为蛋白质信号,存在于分泌细胞的质膜上,为质膜的成分之一,该信号蛋白与靶细胞的受体直接连接,不通过细胞间液传递。
(二)按照溶解性质和是否进入靶细胞可将细胞间信息分子分为2类:

脂溶性细胞间信息分子通常为类固醇化合物,容易穿越膜,如各种类固醇激素,它们通常进入细胞与细胞内受体结合。

水溶性信息分子通常是含N化合物(蛋白质、氨基酸或氨基酸衍生物),如胰岛素、肾上腺素等,很难穿越膜,它们通常与细胞膜受体结合。
二、细胞内信息分子
在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内信息物质。前已述及,细胞内信息物质的组成具多样化。通常将Ca2+、DAG、IP3、cAMP、cGMP等这类在细胞内传递信息的小分子化合物称做第二信使。
细胞内信息物质在传递信号时绝大部分通过酶促级联反应方式进行(图9-1-2)。它们最终通过改变细胞内有关酶的活性、开启或关闭细胞膜离子通道及细胞核内基因的转录,达到调节细胞代谢和控制细胞生长、繁殖和分化的作用。所有信息分子在完成信息传递后,必须立即灭活。通常细胞通过酶促降解、代谢转化或细胞摄取等方式灭活信息分子(详见第十章《生物活性物质的灭活与转化》)。
图9-1-2 信息分子诱发的级联反应
三、受体的分类
受体是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合,进而引起生物学效应的特殊蛋白质,个别是糖脂。能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称为配体。细胞间信息分子就是一类最常见的配体。除此以外,某些药物、维生素和毒物也作为配体而发挥生物学作用。
受体在细胞信息传递过程中起着极为重要的作用。其中,位于细胞液和细胞核中的受体称为胞内受体,大部分是DNA结合蛋白。存在于细胞质膜上的受体则称为膜受体,它们绝大部分是镶嵌糖蛋白。
受体按照存在位置分为膜受体和胞内受体(图9-1-3)。膜受体存在与细胞膜上,胞内受体存在于细胞质或细胞核中。膜受体有门控离子通道、受体酶与受体偶联酶、蛇形受体(G蛋白