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信号分子（示意图）原图链接来自 E书联盟 的图片

信号分子是指生物体内的某些化学分子，它们既不是营养物，又非能源物质和结构物质，也不是酶，而是用来在细胞间和细胞内传递信息的物质，它们唯一的功能是与细胞受体，如激素、局部介质、神经递质等结合并传递信息。信号分子根据溶解性通常可分为亲脂性和亲水性的两类。

类型

人体中有几百种不同的信号分子,按照其分泌腺体或细胞种类,运载体以及作用的靶细胞位置。

“第一信使”和“第二信使”一般将细胞外信号分子称为“第一信使”，激素、神经递质等是由细胞合成和释放的,通过扩散或体液运送,是人体信息传递的“第一信使”。“第一信使”与受体作用后在细胞内最早产生的信号物质称为“第二信使”。公认的“第二信使”有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、等,功能是启动和协助细胞内信号的逐级放大。

亲水性和亲脂性信号分子

根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。亲水性信号分子的主要代表是神经递质、含氮类激素(除甲状腺激素)、局部介质等，它们不能穿过靶细胞膜，只能通过与细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生“第二信使”(如cAMP)或激活膜受体的激酶活性(如蛋白激酶)，跨膜传递信息，以启动一系列反应而产生特定的生物学效应。

亲脂性信号分子要穿过细胞质膜作用于细胞质或细胞核中的受体，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，成为转录促进因子，作用于特异的基因调控序列，启动基因的转录和表达，主要代表是类固醇激素、甲状腺激素等。

特点

信号分子具有特异性、高效性和可被灭活的特点。

特异性：只能与特定的受体结合；

高效性：几个分子即可发生明显的生物学效应,如各种激素在血液中的浓度极低,一般在每100mL血液中只有几ug甚至几ng，但对人体的生理调节作用却非常重大；

可被灭活：当完成一次信号应答后，信号分子会通过修饰、水解或结合等方式失去活性而被及时消除，以保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳。

作用

多细胞生物中有几百种不同的信号分子在细胞间传递信息，这些信号分子中有蛋白质、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、胆固醇、脂肪酸衍生物以及可溶解的气体分子等。

根据信号分子的溶解性分为水溶性信息和脂溶性信息，前者作用于细胞表面受体，后者要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体。

其实，信号分子本身并不直接作为信息，它的基本功能只是提供一个正确的构型及与受体结合的能力，就像钥匙与锁一样，信号分子相当于钥匙，因为只要有正确的形状和缺齿就可以插进锁中并将锁打开。至于锁开启后干什么，由开锁者决定了。

在一定条件下，细胞外的化学信号能引发细胞的定向移动。这些信号有些时候是底质表面上一些难溶物质，有些时候则是可溶物质。信号分子有很多，可以是肽，代谢产物，细胞壁或是细胞膜的残片，信息分子的作用是与靶细胞的受体结合，改变受体的性质和作用，完成一系列的反应，去激活或抑制肌动蛋白结合蛋白的活性，最终改变细胞骨架的状态。亲水性信息分子不能穿过细胞膜，其受体在靶细胞的膜上，亲脂性信息分子易穿过细胞膜，其受体存在于靶细胞的胞浆及细胞核中。可溶物质通常不是均匀溶解在溶剂中，而是靠近源的区域浓度高，远离源的区域浓度低，形成所谓的“浓度梯度”。细胞膜上的受体可感受到那些被称为化学趋向吸引物（chemotacticattractant），并且逆着它们的浓度梯度去追根寻源。某些信号分子甚至会影响细胞移行的速度，这些信号分子则被称为化学趋向剂（chemokineticagent）。细胞这种因化学分子改变自己移动的行为，被称为化学趋向性。例如盘基网柄菌（Dictyosteliumdiscoideum）会逆着cAMP浓度梯度的运动。白血球也会受到一些细菌分泌的三肽化学物质f-Met-Leu-Phe（N-甲酰蛋-亮-苯丙氨酸）吸引而往细菌移动，发挥其免疫功能。而在胚胎发生中的神经嵴细胞则并非靠浓度梯度，而是路标物质识别其去向（请见下文“路标信号”一节）。

但是细胞外基质中也存在着一些蛋白，如硫酸软骨蛋白多糖（chondroitinsulfateproteoglycan）会与神经细胞的粘着蛋白起作用，对细胞迁移形成阻滞。它会抑制脊髓损伤患者神经损伤区域新突触的相连与再生。

细胞内

细胞外信号种类繁多，但是当它们与细胞膜上受体结合之后，作用的途径却只有有限的几种。而与细胞迁移有关的信号传导过程如下：信号分子结合到膜上受体，或者是激活与受体偶联的蛋白质—大G蛋白，或者先是激活受体酪氨酸激酶，再激活下游的小G蛋白Ras。G蛋白是一个很大的家族，包括Rho，Rac，Ras等小家族，它们在细胞中扮演着信号传导开关的角色。当它们与GDP结合时，呈现失活状态。在鸟嘌呤交换因子（英文：Guaninexchangefactor，简称GEF）的帮助下，G蛋白脱离GDP并与GTP结合，进入激活状态。G蛋白的GTP会被GTP酶激活蛋白（英文GTPase-activatingproteins，简称GAP）水解，并释放出其中的能量，让G蛋白行使其功能。就是说，G蛋白通过这一GTP“GDP循环在激活“失活状态中回旋，传递信号。当G蛋白被激活后，它下游的多种分子会被激活。

而致癌物质也可以通过这些信号传导通路发挥其负面作用，如强烈致癌物质佛波酯（Phorbolester）。佛波酯会不可逆地激活细胞的RasGRP3“4，以激活Ras,Ras会再激活蛋白激酶C（ProteinkinaseC，PKC）。后者是调节细胞分裂和分化的酶。它被佛波酯不正常的激活，有可能对癌症的产生起促进作用。研究还发现，佛波酯对黑素瘤（melanoma）细胞转移到肺部有促进作用。而细菌者，如志贺氏菌会在宿主胞膜上打洞，向细胞质注入效应蛋白质，激活宿主Rac和Cdc42，调整细胞的微丝网络，以使自己顺利进入宿主内。

传导方式

激素（hormone）

三种不同类型的信号分子及其信号传导方式激素是由内分泌细胞（如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体）合成的化学信号分子，一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素，参与细胞通讯的激素有三种类型：蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物激素。

通过激素传递信息是最广泛的一种信号传导方式，这种通讯方式的距离最远，覆盖整个生物体。在动物中，产生激素的细胞是内分泌细胞，所以将这种通讯称为内分泌信号（endocrinesignaling）。

局部介质

局部介质（localmediators)是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的细胞。通常将这种信号传导称为旁分泌信号（paracrinesignaling），以便与自分泌信号相区别。有时这种信号分子也作用于分泌细胞本身，如前列腺素（prostaglandin，PG）是由前列腺合成分泌的脂肪酸衍生物（主要是由花生四烯酸合成的），它不仅能够控制邻近细胞的活性，也能作用于合成前列腺素细胞自身，通常将由自身合成的信号分子作用于自身的现象称为自分泌信号（autocrinesignaling）。

神经递质

神经递质（neurotransmitters)是由神经末梢释放出来的小分子物质，是神经元与靶细胞之间的化学信使。由于神经递质是神经细胞分泌的，所以这种信号又称为神经信号（neuronalsignaling）。

依赖于细胞接触的信号传导

通过细胞的接触，包括通过细胞粘着分子介导的细胞间粘着、细胞与细胞外基质的粘着、连接子（植物细胞为胞间连丝）介导的信号传导。

通过细胞接触进行的通讯中，信号分子位于细胞质膜上，两个细胞通过信号分子的接触传递信息。

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