細胞訊號傳導

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介紹

想象一下，一隻鹿正在被獵豹追趕，拼命逃跑。鹿跑得很快，呼吸急促，心跳加速，雙腿飛快地奔跑。這種對外部威脅（**刺激**）的強烈**生理反應**是鹿的**逃跑或戰鬥反應**的一部分，其中神經系統、肌肉系統和骨骼系統共同工作以做出適當的反應。包括傷口癒合、抵抗病原體等其他反應，只有透過細胞訊號傳導和細胞間通訊才能實現。身體是如何知道何時以及如何反應的？什麼是細胞訊號傳導？細胞間通訊是如何進行的？讓我們來了解一下！

細胞訊號傳導的含義

• 細胞**相互溝通**以**協同工作**並**協調**細胞活動和身體機能。

• 它們需要**接收和響應**來自周圍環境的訊號。

• 細胞接收訊號、處理訊號並傳遞訊號的整個過程被稱為**細胞訊號傳導**。細胞訊號傳導有時也稱為**細胞通訊**。

細胞訊號傳導的特徵

• 細胞通訊或訊號傳導是由稱為**細胞外信使（或訊號）分子**的特殊分子介導的。

• 細胞外訊號分子的例子（也稱為配體）包括激素、類固醇、神經遞質、糖蛋白、氨基酸、氣體等。

• 細胞訊號傳導可能是遠端的，其中訊號分子從一個細胞分泌，靶細胞位於遠處；也可能是短程的，其中靶細胞位於產生細胞附近。

• 一旦配體（即訊號分子）與其**受體**結合，後者就會發生**構象變化**，從而導致整個細胞的**繼發反應**。

• 訊號分子有兩種：**分泌分子**和**膜結合分子**。

• 參與細胞訊號傳導的受體也有兩種型別——**細胞表面受體**和**細胞內受體**。

• 細胞表面受體將細胞外配體結合轉化為細胞內訊號。

細胞訊號傳導的階段

細胞訊號傳導包括以下階段：

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• **訊號接收：**訊號分子與受體結合。

• **訊號轉導：**在這個階段，訊號轉化為能夠引起細胞反應的形式。

  • 這個階段可能是一個步驟，也可能是一系列步驟，稱為**訊號轉導途徑**。

  • 所涉及的分子也稱為**中繼分子**。

  • 這一系列反應也稱為**級聯反應**。

  • 在訊號轉導中，通常會產生稱為**第二信使**的分子。這些分子增強了細胞的反應。第二信使的例子包括cAMP、Ca²⁺、二醯甘油等。

• **細胞反應：**根據資訊和接收訊號的細胞型別，反應可能包括

  • 基因表達的變化

  • 酶催化

  • 蛋白質合成

  • 細胞骨架的重構

  • 膜通透性的變化

  • 轉錄/複製

  • 轉錄/複製

• **訊號終止：**在訊號終止中，細胞外訊號分子將被消除，要麼透過細胞外酶的作用，要麼透過配體-受體複合物的內化和降解。

細胞訊號傳導的型別

根據信使分子的性質、訊號的來源和作用的位置，細胞訊號傳導分為以下幾種型別。

內分泌訊號傳導

• 這種型別的訊號傳導是由稱為**激素**的訊號分子介導的，這些訊號分子由**內分泌細胞**產生。

• 這些激素作用於位於體內遠處部位的細胞。因此，內分泌訊號傳導介導**遠端通訊**。

• 內分泌訊號分子，即激素，透過血液運輸。

旁分泌訊號傳導

• 旁分泌訊號傳導不同於內分泌訊號傳導，前者影響的是**附近的**靶細胞。

• 因此，旁分泌訊號傳導的信使作用於短距離，因此旁分泌訊號傳導被稱為**區域性訊號傳導**或**短程訊號傳導**。

• 旁分泌訊號傳導的例子包括**突觸訊號傳導、炎症反應**。

自分泌訊號傳導

• 顧名思義，在自分泌訊號傳導中，訊號分子對其產生這些分子的**相同細胞**產生影響。

• 產生細胞也**表達其信使的受體**。

• 這些細胞將**刺激或抑制自身**。

• 這些細胞只有在攜帶相應的細胞外分子受體時才會對細胞外信使分子做出反應。

• 自分泌訊號傳導的例子包括程式性細胞死亡。

鄰分泌訊號傳導

• 在鄰分泌訊號傳導中，訊號分子表達在細胞表面，**而不是分泌**。然後這些細胞能夠與相鄰細胞的相應受體相互作用。

• 鄰分泌訊號傳導也稱為接觸依賴性訊號傳導。

細胞訊號傳導的例子

細胞訊號傳導的例子有很多，包括炎症反應、逃跑或戰鬥反應、神經遞質的作用等。

細胞間接觸訊號傳導

• 多細胞生物中的細胞往往需要將其中一個細胞接收到的資訊傳遞給其他細胞。

• 這被稱為細胞間接觸訊號傳導，由稱為**間隙連線**（動物）和**胞間連絲**（植物）的細胞連線介導。

• 這些通道促進訊號分子在兩個細胞之間的傳遞。這些分子被稱為**細胞內介質**。

• 這種細胞間接觸**促進兩個細胞的協調**，進一步促進**細胞通訊**和對只有單個細胞接收到的特定刺激的反應。

結論

為了對刺激做出反應，細胞必須接收訊號並將該訊號轉導為反應。這個過程被稱為細胞訊號傳導。細胞訊號傳導對於對任何外部訊號產生協調反應至關重要。這種細胞訊號傳導是由細胞外訊號分子（第一信使）、其相應的受體、第二信使和效應蛋白介導的。細胞訊號傳導的階段包括訊號接收、訊號轉導、細胞反應的產生和訊號終止。各種型別的訊號分子存在，包括氨基酸及其衍生物、類固醇、類花生酸、氣體等。細胞訊號傳導可以是不同型別的，包括內分泌、旁分泌、自分泌和鄰分泌。

常見問題

Q1. 兩個細胞可以攜帶相同的訊號分子的受體嗎？

答：是的，細胞可以共享相同的受體，但是它們對訊號分子的反應不同。**例如，**β-腎上腺素受體存在於肝細胞和平滑肌細胞中。兩者都被腎上腺素啟用。然而，在肝細胞中，腎上腺素導致糖原分解，而在平滑肌中，腎上腺素導致鬆弛。

Q2. 參與細胞訊號傳導的不同型別的受體有哪些？

答：G蛋白偶聯受體 (GPCR)、配體門控通道、類固醇激素受體和受體蛋白酪氨酸激酶 (RTK)。

Q3. 什麼是G蛋白偶聯受體及其功能？

答：GPCR是最大的細胞訊號傳導受體家族。它們與G蛋白相互作用。它們的功能包括激素作用、神經傳遞、趨化性、胞吐作用、細胞生長和分化、血壓調節等。

Q4. 與細胞訊號傳導和通訊故障相關的疾病有哪些？

答：細胞訊號傳導或通訊效率低下會導致癌症、神經退行性疾病、自身免疫性疾病等。

Q5. 細菌中的細胞間接觸是如何介導的？

答：群體感應現象促進了細菌細胞之間的細胞間通訊。細胞聚集在表面，在其周圍形成細胞外基質。然後它們透過AHL等自誘導物相互交流。由此形成的通訊細胞的聚集體被稱為生物膜。