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蛋白质与信号分子

 

       现代生命科学进展最突出的特征是越来越多地揭示了生物大分子的结构和功能。生物大分子除了上述遗传基因、多糖、脂质膜外,最引人注目的是蛋白质和多肽分子极为大量地被克隆和鉴定。蛋白质分子结构大而复杂,功能多变而完善,在信号转导全过程中起着极为重要的作用。蛋白质既可作为信号分子,如细胞因子、生长因子、某些激素;也是信号接受系统的主要成分,如各种受体和离子通道;还是细胞内信号转导系统的主要成分,如G蛋白、蛋白激酶、转录调节因子等;细胞效应的发挥也是由以蛋白质为主体的机构执行。信息传递过程中的小分子物质的活性也依赖于蛋白质,如小分子物质(神经递质、炎症介质、第二信使物质等)的合成酶是蛋白质;释放机构以蛋白质为主构成;其信号也是由蛋白质(受体、离子通道等)接受。因此,可以认为,体内信号转导的主体是蛋白质;小分子物质所起的作用只不过是中介和辅助,它们使蛋白质的功能更快捷、更灵敏。

 

      蛋白质在信号转导功能中的变化有两个方面,一是其分子量的增减,来源于发生发育以及环境因素对基因转录的调节;二是构型的改变,不同空间的构型具有失活和激活特点。我们可以将手作为例子,张开的手和合拢的手都有同样的基本结构,但对于抓住铅笔这样功能来说,合拢的手则是活性状态,而张开的手则是失活状态。构型变化是信号转导中蛋白质最重要的变化,包括变构、化学修饰(磷酸化、甲基化等)、二聚化和多聚化、与细胞膜脂质成分相互作用等方式,这是信号转导快捷、灵敏、准确的基础。

 

      (一)信号分子的产生与释放

 

      生物体接受环境信号后,在体内生理调节系统产生和释放信号分子,将信息传递至功能部位的功能细胞,引发生理效应。生理调节系统由下述三大系统组成,它们释放信号分子的方式各有特点:①神经系统:主要以突触传递方式进行,在接受刺激后神经末梢突触囊泡中的神经递质释放到突触间隙,分别作用于突触后膜的效应器,或反馈性地作用于突触前膜。近年来发现,神经元或神经胶质细胞还可以分泌神经营养因子,以顺向或逆向方式作用于邻近神经元;②内分泌系统:将激素释放到血液,经循环系统作用于远隔部位;③免疫系统:以自分泌(autocrine)方式作用于分泌细胞本身或邻近的同种细胞;以旁分泌(paracrine)方式作用于邻近异种细胞;以接触分泌(juxtacrine)方式将分泌物质结合在细胞表面,作用于与其接触的有关细胞。细胞粘附分子就是通过此方式起作用。

 

      (二)信号分子的灭活或消除

     

      1.酶分解和代谢

      神经递质可由代谢酶分解或生物转化,如去甲肾上腺素可被单胺氧化酶和儿茶酚氧位甲基转移酶代谢;乙酰胆碱可被胆碱酯酶水解。多肽或蛋白质分子可被多种肽酶分解等等。

 

      2.神经递质转运体

     神经递质另一种灭活方式是经突触前膜、突触后膜、突触囊泡或神经胶质细胞上的神经递质转运体转运至细胞内或囊泡内分解。这类转运体是有12次跨膜结构的大分子家族,有转运不同神经递质或存在于不同部位的亚型。

 

      3.离子转运体

      在离子跨膜转运后,需要恢复到静息水平,这一过程依赖于细胞或细胞器膜上的离子转运体系。离子转运体系有被动的,也有需要消耗ATP的主动过程。例如:对细胞膜内外Na +和K +的转运有Na +-K +-ATP酶泵等转运系统;对保持细胞质Ca 2+平衡过程,有细胞膜或细胞内钙贮存库膜上的Ca 2+泵参与。
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