Vận chuyển và truyền tín hiệu tế bào

Vận chuyển và truyền tín hiệu tế bào là lĩnh vực sinh học tế bào nghiên cứu cách các tế bào di chuyển các chất qua màng của chúng và cách chúng phát hiện cũng như phản ứng với các tín hiệu hóa học và vật lý. Màng sinh chất vừa là một hàng rào chọn lọc kiểm soát những gì đi vào và ra khỏi tế bào, vừa là một bề mặt cảm biến được gắn các thụ thể, vì vậy vận chuyển và truyền tín hiệu được nghiên cứu cùng nhau như là giao diện của tế bào với môi trường của nó.

Definition

Vận chuyển tế bào là sự di chuyển của các ion, phân tử nhỏ và đại phân tử qua hoặc xuyên qua màng sinh chất và màng nội bào; truyền tín hiệu tế bào là tập hợp các quá trình mà một tế bào chuyển đổi một kích thích bên ngoài thành một phản ứng nội bào.

Scope

Lĩnh vực này định hướng bốn chủ đề liên quan: các cơ chế mà các chất hòa tan đi qua màng (khuếch tán, kênh, chất vận chuyển và bơm); sự vận chuyển túi nội bào và ngoại bào di chuyển các vật chất lớn vào và ra khỏi tế bào; các chuỗi truyền tín hiệu do thụ thể khởi tạo; và các chất truyền tin thứ cấp nội bào, đặc biệt là canxi, truyền tín hiệu bên trong tế bào. Nó coi đây là các chủ đề tham khảo trong sinh học tế bào và mô học, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Sub-topics

• Endocytosis and Exocytosis
• Intracellular Calcium and Second Messengers
• Membrane Transport Mechanisms
• Signal Transduction and Receptors

Core questions

• Làm thế nào các tế bào di chuyển các chất qua lớp lipid kép mà hầu hết các chất hòa tan không thể tự do đi qua?
• Làm thế nào các vật chất lớn được đưa vào và tiết ra thông qua các túi màng?
• Làm thế nào một tín hiệu trên bề mặt tế bào trở thành một phản ứng nội bào phối hợp?
• Làm thế nào các tín hiệu được khuếch đại, định vị và chấm dứt bởi các chất truyền tin thứ cấp?

Key concepts

• Tính thấm chọn lọc của màng sinh chất
• Vận chuyển thụ động so với vận chuyển chủ động
• Gradient điện hóa
• Vận chuyển túi
• Liên kết thụ thể-phối tử
• Khuếch đại tín hiệu và các chất truyền tin thứ cấp

Key theories

Mô hình khảm lỏng

Màng là một chất lỏng hai chiều của lipid trong đó các protein, bao gồm các chất vận chuyển và thụ thể, được nhúng và có thể khuếch tán; khuôn khổ này là cơ sở cho cách cả protein vận chuyển và protein truyền tín hiệu hoạt động tại màng.

Mechanisms

Lớp lipid kép phần lớn không thấm đối với các ion và chất hòa tan phân cực, vì vậy các tế bào sử dụng protein màng để kiểm soát vận chuyển: các kênh và chất vận chuyển di chuyển các chất hòa tan theo gradient mà không cần năng lượng, trong khi các bơm sử dụng ATP hoặc gradient ion ghép nối để di chuyển chúng ngược gradient. Các vật chất lớn hơn được xử lý bằng vận chuyển túi, với quá trình nội bào đưa vật chất vào và quá trình ngoại bào giải phóng nó. Thông tin, chứ không phải vật chất, được truyền đi bằng tín hiệu: một phối tử liên kết với một thụ thể, điều này kích hoạt một chuỗi nội bào thường được truyền và khuếch đại bởi các chất truyền tin thứ cấp như canxi và nucleotide vòng. Chính màng điều khiển vận chuyển cũng mang các thụ thể khởi tạo các chuỗi này, đó là lý do tại sao hai quá trình này được tổ chức cùng nhau.

Clinical relevance

Vận chuyển và truyền tín hiệu là nền tảng của sinh lý học bình thường như dẫn truyền thần kinh, hoạt động của hormone và sự tiết, và việc hiểu chúng là cơ sở để giải thích cách nhiều quá trình tế bào bị gián đoạn trong bệnh tật. Mục này mô tả các cơ chế sinh học tế bào để định hướng và tham khảo; nó không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Quan điểm hiện đại xuất hiện trong suốt thế kỷ XX: khái niệm lớp lipid kép của màng được tinh chỉnh thành mô hình khảm lỏng vào năm 1972, các protein vận chuyển dần dần được phân giải thành các kênh, chất vận chuyển và bơm, và từ những năm 1950 trở đi, cơ sở thụ thể và chất truyền tin thứ cấp của truyền tín hiệu đã được thiết lập. Những luồng này hội tụ thành sự hiểu biết đương đại rằng màng cùng điều chỉnh sự vận chuyển các chất và dòng thông tin.

Key figures

• S. Jonathan Singer
• Garth Nicolson
• Michael Berridge

Seminal works

• singer-nicolson-1972
• berridge-2000

Frequently asked questions

Vận chuyển và truyền tín hiệu có liên quan như thế nào?

Cả hai đều xảy ra tại màng tế bào: nó là một hàng rào chọn lọc kiểm soát vận chuyển và đồng thời là nền tảng của các thụ thể phát hiện tín hiệu, vì vậy các tế bào phối hợp sự di chuyển của các chất với các phản ứng của chúng đối với môi trường.

Các chủ đề chính trong lĩnh vực này là gì?

Các cơ chế vận chuyển qua màng, quá trình nội bào và ngoại bào, truyền tín hiệu và thụ thể, và canxi nội bào cùng các chất truyền tin thứ cấp khác.