细胞间的通信是指从一个细胞向另一个细胞传递信号的过程。接收信号和发送信号的细胞并不总是相邻的,而且并非所有的细胞对都会以相同的方式交换信号。在多细胞生物中,化学信号传导可以分为四种基本类型:旁分泌信号传导、自分泌信号传导、内分泌信号传导以及接触信号传导。不同类型的信号传导通过其在生物体内传播的距离来区分,以确定它们最终到达目标细胞的方式。
A) 依赖接触的信号传导
动物具有间隙连接(gap junctions),而植物则具有胞间连丝(plasmodesmata),这两种结构用于连接相邻的细胞。当这些充满水的通道中存在某些细胞内介质时,这些介质可以在这两个细胞之间扩散。分子和离子可以在细胞间轻松移动,但像蛋白质和DNA这样的大分子在没有特殊帮助的情况下无法通过这些通道。通过在这些细胞之间传递信号分子,一个细胞可以将其当前的状态告知相邻的细胞。由于所有细胞都能对同一信号作出协调一致的响应,因此一组细胞能够协同工作并有效地产生反应。植物中的大多数细胞都通过胞间连丝相互连接,这使得整个植物形成了一个庞大的网络。
一个直接的信号传递例子是两个细胞之间的结合,这是因为它们的表面存在互补的蛋白质。其中一个或两个蛋白质的结合会改变这些蛋白质的形状,从而传递信号。在免疫系统的信号传递过程中,细胞表面标记物尤为重要,因为它被用来识别“自身”细胞(身体的细胞)以及被病原体感染的细胞。
B) 细胞旁分泌信号传导
相邻的细胞会释放化学信使(配体)来进行交流(例如,信号分子)。这种在较短距离内发生的信号传递方式被称为旁分泌信号传导(paracrine signaling)。旁分泌信号传导使细胞能够在局部范围内与邻近细胞协调它们的活动。虽然旁分泌信号在许多问题和情境中都起着重要作用,但在细胞发育过程中尤为关键——此时一组细胞会指导另一组细胞应该采取何种细胞形态或功能。
C) 突触信号传递
神经细胞传递的信号构成了独特的旁分泌信号传导方式。突触(即两个神经细胞之间的连接点)正是这一过程的名字来源。发送信号的神经元通过一种称为轴突的长纤维状结构来传递电脉冲,这种脉冲能在细胞内迅速传播。当脉冲到达突触时,如果神经细胞之间的间隙足够小,神经递质就会被激活。到达接收细胞后,神经递质会与受体结合,从而引发细胞内部的化学变化(通常会导致离子通道的开启并改变细胞膜的电荷状态)。为了响应突触处神经递质的释放,发送细胞会将其分解或重新吸收。本质上,这一过程“重置”了系统,使突触连接能够再次响应后续的信号。
D) 内分泌信号传导
循环系统常被用作细胞之间长距离传递信息的“分配系统”。长距离的内分泌信号传导系统依赖于专门的细胞,这些细胞将激素释放到血液中,从而将激素输送到远离其分泌源的目标细胞。在体内,激素是通过血液传播到远端组织的物质。除了甲状腺和下丘脑外,垂体腺也会释放激素,同时睾丸和卵巢(性腺)以及胰腺也会分泌激素。内分泌腺会释放多种类型的激素,其中一些激素对生理机能和发育过程起着重要的调节作用。
生长激素(GH)能够促进骨骼和软骨的生长,因为它是由垂体腺分泌的。垂体分泌的生长激素(GH)负责刺激骨骼和软骨的发育。除了影响全身各种类型的细胞外,GH还作用于体内一些最小的细胞。GH在软骨细胞中发挥作用,这是因为它能够与软骨细胞表面的受体结合,并促使这些细胞分裂。
动物具有间隙连接(gap junctions),而植物则具有胞间连丝(plasmodesmata),这两种结构用于连接相邻的细胞。当这些充满水的通道中存在某些细胞内介质时,这些介质可以在这两个细胞之间扩散。分子和离子可以在细胞间轻松移动,但像蛋白质和DNA这样的大分子在没有特殊帮助的情况下无法通过这些通道。通过在这些细胞之间传递信号分子,一个细胞可以将其当前的状态告知相邻的细胞。由于所有细胞都能对同一信号作出协调一致的响应,因此一组细胞能够协同工作并有效地产生反应。植物中的大多数细胞都通过胞间连丝相互连接,这使得整个植物形成了一个庞大的网络。
一个直接的信号传递例子是两个细胞之间的结合,这是因为它们的表面存在互补的蛋白质。其中一个或两个蛋白质的结合会改变这些蛋白质的形状,从而传递信号。在免疫系统的信号传递过程中,细胞表面标记物尤为重要,因为它被用来识别“自身”细胞(身体的细胞)以及被病原体感染的细胞。
B) 细胞旁分泌信号传导
相邻的细胞会释放化学信使(配体)来进行交流(例如,信号分子)。这种在较短距离内发生的信号传递方式被称为旁分泌信号传导(paracrine signaling)。旁分泌信号传导使细胞能够在局部范围内与邻近细胞协调它们的活动。虽然旁分泌信号在许多问题和情境中都起着重要作用,但在细胞发育过程中尤为关键——此时一组细胞会指导另一组细胞应该采取何种细胞形态或功能。
C) 突触信号传递
神经细胞传递的信号构成了独特的旁分泌信号传导方式。突触(即两个神经细胞之间的连接点)正是这一过程的名字来源。发送信号的神经元通过一种称为轴突的长纤维状结构来传递电脉冲,这种脉冲能在细胞内迅速传播。当脉冲到达突触时,如果神经细胞之间的间隙足够小,神经递质就会被激活。到达接收细胞后,神经递质会与受体结合,从而引发细胞内部的化学变化(通常会导致离子通道的开启并改变细胞膜的电荷状态)。为了响应突触处神经递质的释放,发送细胞会将其分解或重新吸收。本质上,这一过程“重置”了系统,使突触连接能够再次响应后续的信号。
D) 内分泌信号传导
循环系统常被用作细胞之间长距离传递信息的“分配系统”。长距离的内分泌信号传导系统依赖于专门的细胞,这些细胞将激素释放到血液中,从而将激素输送到远离其分泌源的目标细胞。在体内,激素是通过血液传播到远端组织的物质。除了甲状腺和下丘脑外,垂体腺也会释放激素,同时睾丸和卵巢(性腺)以及胰腺也会分泌激素。内分泌腺会释放多种类型的激素,其中一些激素对生理机能和发育过程起着重要的调节作用。