Клеточный транспорт и передача сигналов
Клеточный транспорт и передача сигналов — это область клеточной биологии, изучающая, как клетки перемещают вещества через свои мембраны и как они обнаруживают химические и физические сигналы и реагируют на них. Плазматическая мембрана является как селективным барьером, контролирующим поступление и выход веществ из клетки, так и сенсорной поверхностью, усеянной рецепторами, поэтому транспорт и передача сигналов изучаются вместе как интерфейс клетки с окружающей средой.
Definition
Клеточный транспорт — это перемещение ионов, малых молекул и макромолекул через плазматическую и внутренние мембраны; клеточная передача сигналов — это совокупность процессов, посредством которых клетка преобразует внешний стимул во внутриклеточный ответ.
Scope
Эта область охватывает четыре взаимосвязанные темы: механизмы, посредством которых растворённые вещества пересекают мембраны (диффузия, каналы, переносчики и насосы); везикулярный транспорт эндоцитоза и экзоцитоза, перемещающий крупные грузы в клетку и из неё; инициируемые рецепторами каскады передачи сигналов; и внутриклеточные вторичные посредники, особенно кальций, которые передают сигналы внутри клетки. Эти темы рассматриваются как справочные в клеточной биологии и гистологии, а не как клинические рекомендации.
Sub-topics
Core questions
- Как клетки перемещают вещества через липидный бислой, который большинство растворённых веществ не могут свободно пересекать?
- Как крупные грузы интернализуются и секретируются через мембранные везикулы?
- Как сигнал на поверхности клетки становится скоординированным внутриклеточным ответом?
- Как сигналы усиливаются, локализуются и завершаются вторичными посредниками?
Key concepts
- Избирательная проницаемость плазматической мембраны
- Пассивный против активного транспорта
- Электрохимический градиент
- Везикулярный транспорт
- Связывание рецептора с лигандом
- Усиление сигнала и вторичные посредники
Key theories
- Жидкостно-мозаичная модель
- Мембрана представляет собой двухмерную жидкость из липидов, в которую встроены белки, включая транспортёры и рецепторы, и могут диффундировать; эта концепция лежит в основе того, как функционируют как транспортные, так и сигнальные белки на мембране.
Mechanisms
Липидный бислой в значительной степени непроницаем для ионов и полярных растворённых веществ, поэтому клетки используют мембранные белки для контроля транспорта: каналы и переносчики перемещают растворённые вещества по градиенту без затрат энергии, в то время как насосы используют АТФ или сопряжённые ионные градиенты для перемещения их против градиента. Более крупные грузы перемещаются посредством везикулярного транспорта, при этом эндоцитоз доставляет материал внутрь, а экзоцитоз высвобождает его. Информация, а не вещество, передаётся посредством сигнализации: лиганд связывается с рецептором, что запускает внутриклеточный каскад, часто передаваемый и усиливаемый вторичными посредниками, такими как кальций и циклические нуклеотиды. Та же мембрана, которая регулирует транспорт, несёт рецепторы, инициирующие эти каскады, поэтому эти два процесса организованы совместно.
Clinical relevance
Транспорт и передача сигналов лежат в основе нормальных физиологических процессов, таких как проведение нервных импульсов, действие гормонов и секреция, и их понимание является фундаментальным для интерпретации того, как многие клеточные процессы нарушаются при заболеваниях. Данная статья описывает клеточно-биологические механизмы для ориентации и справки; она не является основой для диагностики или лечения.
History
Современное представление сформировалось в течение двадцатого века: концепция липидного бислоя мембраны была уточнена до жидкостно-мозаичной модели в 1972 году, транспортные белки постепенно были идентифицированы как каналы, переносчики и насосы, а с 1950-х годов была установлена рецепторная и вторично-посредническая основа сигнализации. Эти направления сошлись в современном понимании того, что мембрана совместно регулирует движение веществ и поток информации.
Key figures
- S. Jonathan Singer
- Garth Nicolson
- Michael Berridge
Related topics
Seminal works
- singer-nicolson-1972
- berridge-2000
Frequently asked questions
- Как связаны транспорт и передача сигналов?
- Оба процесса происходят на клеточной мембране: она является селективным барьером, который контролирует транспорт, и в то же время платформой рецепторов, которые обнаруживают сигналы, поэтому клетки координируют движение веществ со своими ответами на окружающую среду.
- Каковы основные темы в этой области?
- Механизмы мембранного транспорта, эндоцитоз и экзоцитоз, передача сигналов и рецепторы, а также внутриклеточный кальций и другие вторичные посредники.