细胞信号传输:细胞如何相互沟通

cell signaling

每天的每一分钟,身体都在完成复杂的任务。不论是维持体温,还是让您的手远离火炉,您的数兆个细胞都在进行所有需要的沟通,来帮助您运作。这种有效且高效率的沟通形式,就是所谓的细胞信号传输过程。

传送和接收这些信息所需的网络很复杂。这是由一支信使分子军队组成,跨细胞和在细胞之间传输信号(传讯分子)。它们寻找接收信号的目标(受体),最后,信使和受体相互作用,使细胞产生了最终的结果(细胞对原始信号做出回应)。

细胞信号传输分子有多种形式。有时信号传输发生在细胞本身的内部。其他情况则是细胞传送讯息给邻近或其他距离较远的细胞。这些信号可以是:

  • 化合物(例如:营养素和毒素)
  • 电脉冲(例如:诱导沿着神经的电信号的神经递质)
  • 机械性刺激(例如:胃撑开表示您吃饱了)

化学信号传输

化学信号传输方法一般有四种。它们是以每个信号在传送和接收细胞之间行进的距离分类的。

  1. 自分泌传讯:当细胞传送信号给自己时,它们是这么做的。在自分泌传讯中,细胞释放一个化学信号跟它自己表面的受体结合。这种方法看起来可能有点奇怪,但自分泌传讯有其重要性。它帮助细胞保持完整性并正确地分裂。这在发育过程中相当重要,有助于细胞强化它们的特性。
  2. 旁分泌传讯:这发生在跨越短距离的两个细胞之间。此种沟通方式让细胞与其近邻彼此协调运转和作用。有一个例子称为突触传讯,那是在两个神经元之间的微小间隙间发生信号传输。这个间隙又称为突触,您也可以称之为神经递质。它们把讯息从神经元传到神经元,来帮助我们的大脑和中枢神经系统协同运作。
  3. 内分泌传讯:要跨越长距离传送讯息,细胞就会用这种方法。内分泌信号经由血流行进到标靶组织和细胞;而源自身体的一部分并经由血流行进到其标靶的信号,就称为激素。生长激素(GH)就是一个很好的例子。脑垂腺释放这种激素,来刺激细胞、软骨、和骨骼的生长。在这个内分泌传讯的例子中,生长激素离开脑垂腺并经由血流行进到全身的细胞,然后这些激素指示您的骨骼和软骨细胞进行分裂,以帮助您长得更高更壮。
  4. 直接接触传讯:隙型连结(连接邻近细胞的微小通道)存在于植物和动物之中。这些隙型连结充满了水,让小的传讯分子可以穿越通道,这就是直接接触的细胞信号传输。它让整群细胞对仅由一个细胞接收到的信号做出回应。

电气性和机械性信号传输

化学信号传输并不是您身体唯一的沟通形式。许多细胞对电气性或机械性信号也有反应。其中两个众所周知的例子就是调节心跳(电气性)或运动(机械性)后的信息传递可使肌肉生长。

心脏由四个空腔组成。两个供应血液到肺部,而其他两个则输送血液到身体其余部分。如此分工表示心脏不会同时一起跳动。心跳不像在弯二头肌那样,而比较像一波一波的海浪。这种界线非常分明的跳动模式,是通过电信号启动和同步进行的。

肌细胞中的机械性信号(想象实体形状的改变)能促进它们的生长和强度增加。当肌细胞被拉伸(或变形或受损)时,钙离子就会流入肌细胞。这种钙离子的融入就是媒介,把机械性信号转变成化学信号。钙离子的存在表示肌肉内部有许多细胞信号传输路径,包括负责肌肉生长的激素。

您的两个感官—触觉和听觉是机械性信号的其他例子。您的皮肤感觉细胞回应触摸的压力,内耳和大脑中的感觉细胞则对声波的传动产生反应。

无论是化学、电气性、或机械性,这些过程都有一个相似的目标。人体发展了许多机制来感知、反应、和适应内在和外在的环境。

细胞如何识别和回应信号

称为受体的大蛋白帮助细胞识别传给它们的信号。受体可以位于细胞的内部和外部,或锚定在细胞膜上。当特定分子与其特定受体结合时,就发生信号传输。您看,这是非常具体的过程,就像锁和钥匙的工作方式一样。

受体有两类:即细胞内受体和细胞表面受体。位置很重要,所以您大概可以猜到它们是如何取名的。

细胞内受体位于细胞内部。信号分子必须穿过细胞膜中的孔,才能到达这类的受体并产生反应。

细胞表面受体较容易触及。这些受体蛋白嵌入在细胞膜内。它们在细胞外部与信号分子相结合,但最终却将在内部传递讯息。

信号是在细胞内部或外部接收并不重要。一旦信号分子被正确结合到正确的受体蛋白时,它就会在细胞内部启动细胞信号传输。

这些细胞内信号传输路径会将信息放大,为每个结合的受体产生多个细胞内信号。放大的信号随后传播到整个细胞并引发回应。这不是一次只发生一个,细胞能同时接收并回应多个信号。

细胞信号传输对维持健康的作用

细胞信号传输的目的是回应和适应您的内部和外部环境。由于它们有助于您身体的调整,所以正常运作的细胞信号传输路径对维持和增进健康相当重要。因此当细胞信号传输路径运作良好时,您身体就能顺利运行。

而内部和外部环境都会影响您的细胞,那是因为您的细胞其实只是化学反应的「容器」,它们需要具体条件才会有所反应。

这包括适当的温度、pH值、和能量状态,您的细胞需要感知到这些条件。如果这三个因素中的任何一个,发生了超过其所能允许的非常小范围的变化,那么所有的生物化学作用都会停止。那时就会发生严重问题。

例如,我们的正常体温是37°C(98.6°F)。只要有仅仅+/- 3°C(+/- 5°F)的变化就可以危及生命。体温最低可以设定在35°C(95°F)。如果我们的体温因为脱水、接触到极端热度、或发烧而升高到仅仅40°C(104 °F),同样会发生危及生命的情况。

您身体的pH值也同样受到严格限制。我们的正常pH值是7.4,如果低于6.8或高于7.8,随即会发生不可逆的细胞损伤。

您需要大量的能量来让身体运行,这就是为什么能量的调节很重要。就像上面提到的温度和pH值一样,您的身体会非常严格地调节它的能量平衡。通过细胞信号传输路径(有一些直接与麸胱甘肽相关),我们的细胞就有能力根据需要而提高或降低能量的产生。如果能量平衡脱离它非常严格的正常范围,细胞功能就会严重受损。

排毒是信号传输有助于细胞维护的另一个例子。无论是不经意地从我们的饮食和环境,或是因为饮酒或服用药物,您都会经常接触到毒素。通过广泛的信号传输网络,当您的细胞接触到毒素时就可以立刻感知。

一旦辨识到毒素的存在,身体就会立刻启动一个过程来处理。这个过程从上调适当的细胞信号传输路径开始,最终将逐步增加您的解毒机制。若不是身体存在着这些天生建立在其DNA的内在机制,那么我们每一天都将面对毒素挑战。

身体不断感知、适应、和校正pH值、体温、能量状态、及毒素接触等变化的能力,这对您的整体健康非常重要。幸好我们有细胞信号传输来应对这一些需要。

主要营养素对细胞信号传输的影响

某些情况可以对正常的细胞信号传输产生负面影响,包括不健康的饮食、缺乏运动、环境因素、接触毒素、和正常的老化过程。然而,最近的研究显示,健康的生活方式以及许多维生素、矿物质、和植物营养素,可以一同支持细胞信号传输路径。

细胞利用几种维生素和矿物质来有效地沟通。维生素D、钠、钾、镁、和其他几种元素在细胞信号传输中扮演着重要的角色。身体需要保持这些关键营养素的健康平衡,以便细胞持续正常沟通。

某些维生素和矿物质甚至直接参与细胞信号传输,它们可以启动细胞信号传输或作为信号传输媒介。通常它们也是受体正常作用所需要的,或者帮助那些已经被细胞信号传输「开启」的酶的正常功能。

最近的研究更显示,植物中的某些营养素(植物营养素)也对细胞信号传输具有直接的有益影响。以下列举其中几个例子:

  • 巧克力和葡萄籽所含的表儿茶素已被证实可支持心血管健康。
  • 绿花椰菜所含的萝卜硫素和绿茶所含的茶多酚均已证实可开启排毒途径。
  • 菠菜和其他蔬菜所含的硫辛酸可支持排毒,也有助于保持健康的体重。
  • 姜黄根所含的姜黄素已证实有助于维持平衡而健康的免疫系统。

吃含丰富蛋白质和健康脂肪的饮食有助于身体的细胞信号传输路径。那是因为ω-3脂肪酸和其他健康脂肪,都是维持良好细胞所需的。

包围每个细胞的细胞膜主要是由被称为磷脂的脂肪所制成,这些物质让细胞膜得以保持流体状而不会起皱纹。它们还使分子更容易自由流动穿过细胞膜,这最终有助于细胞的通讯。

谈到利用营养来维持健康的细胞通讯,您可以做的最后一件事就是吃能够抵御损害的食物。自由基和其他危险形式的氧会侵蚀健康的细胞,并损害DNA、信号传输分子、和蛋白质。而一旦受损,它们也就无法作用了。所以服用抗氧化剂可以保护细胞免受这种损害。

保持沟通的进行

关于细胞信号传输,有很多可讨论的。它是一个复杂的生理过程,您的细胞在这过程中可以与自己、邻近或相离甚远的其他细胞交谈。但是它可拆解为以下这几个部分:

  • 细胞通过不同信号传输方法(化合物、机械性刺激、和电脉冲)接收信号。
  • 信号传输分子可与在细胞表面或细胞内部的合适受体结合。
  • 这触发了接收信号并将其在细胞中放大的一连串活动。
  • 最后,其结果是细胞的某种回应,这显然取决于所传送的信号。

还有,别忘了这个过程的作用细节的重要性,您细胞之间的所有沟通都能让它们适应其内部和外部的环境。这种感知、回应、和适应的能力,使得细胞信号传输对维持您的健康极为重要。

希望您稍微了解了一些关于细胞信号传输如何发生,以及它为什么很重要的原因。现在,来帮助您的细胞保持沟通吧!这表示要以健康的生活方式,以及含有丰富维生素、矿物质、植物营养素、抗氧化剂、蛋白质、和健康脂肪的饮食来保护并支持您的细胞。

 

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