(가) 세포막은 대부분의 세포 신호 전달에서 핵심적 역할을 담당한다.
근거리 및 원거리 신호 전달: 세포 사이에서 화학신호는 직접적인 세포질의 연결(간극연접 또는 원형질 연락사)이나 막 표면 분자의 접촉으로 교환될 수 있다.
동물의 근거리 신호 전달에서는 신호 세포가 신호 분자들을 세포외용액으로 분비하고, 이 국소 조절자(local regulator)들이 가까이에 있는 세포에 영향을 준다. 생장 인자 (growth factors)는 이러한 국소 조절자의 한 종류이다. 시냅스 전달(synaptic signaling)이라 불리는 다른 종류의 국소조절에서는 신경세포가 신경전달물질을 분비하면, 이것이 좁은 시냅스를 따라 확산하여 표적 세포에 도달한다.
호르몬(hormone)은 더 멀리에 있는 세포로 전달되는 화학신호이다. 동물의 호르몬 또는 내분비 신호(endocrine signaling)에서는 호르몬이 순환계에 의해 몸의 구석구석으로 운반되어 적절한 수용체를 가진 표적 세포에 결합한다. 식물 호르몬은 관다발조직을 통해서 또는 가스로서 공기를 통해서 표적 세포에 도달할 수 있다.
신경계 내에서 전기적 또는 화학적 신호의 전달 또한 원거리 신호 전달의 한 종류이다.
세포 신호 전달의 세 단계 : 간에서의 글리코겐 가수분해에 미치는 에피네프린의 영향에 관한 서더랜드의 연구를 통해 세포 신호 전달이 표적 세포의 표면 또는 내부에 위치하는 수용체 단백질과의 결합에 의한 화학신호의 수용(reception), 주로 중계분자가 연속적으로 변화하는 신호전달경로(signal transduction pathway)를 거치는 신호의 전환(transduction), 세포의 특정한 반응(response)의 세 단계로 일어난다는 것을 알게 되었다.
(나) 신호 분자가 수용체 단백질에 결합
신호 분자는 리간드(ligand)로써 작용하여 수용체 단백질에 특이적으로 결합하여 수용체의 구조에 변화를 유발하여 수용체를 활성화한다. 대부분의 리간드는 크고 수용성이며, 세포막에 있는 수용체에 결합한다.
G 단백질의 도움으로 작동하는 세포 표면의 막관통 수용체는 G 단백질 결합 수용체(G protein-coupled receptor, GPCR)라 불린다. 적절한 신호 분자가 G 단백질 결합 수용체에 결합하면 수용체가 활성화되고, 세포막의 세포질 쪽 표면에 위치하는 특정한 G 단백질에 결합하여 이를 활성화한다. 활성화된 G 단백질은 GTP 분자를 가지고 있는데, 막에 결합해 있는 효소를 활성화하여 경로의 다음 단계를 유발하고 세포 반응을 일으킨다.
G 단백질 결합 수용체 시스템은 여러 호르몬과 신경전달물질의 기능과 배아의 발생 및 감각수용 등과 관련되어 있다. 많은 세균은 G 단백질의 기능을 저해하는 독소를 만드는데, 모든 약물의 약 60%가량이 G 단백질 경로와 관련성이 있다.
신호 분자는 리간드 개폐성 이온 통로(ligand-gated ionchannel)에 결합하여 관문을 열거나 닫음으로써 수용체 통로를 통한 특정한 이온의 흐름을 허용하거나 막을 수 있다. 그 결과 나타나는 세포 내 이온 농도의 변화는 세포 반응을 유발한다. 신경전달물질은 대개 리간드 개폐성 이온 통로에 결합하여 신경 신호를 전달한다.
소수성 화학 전달자와 가스인 산화질소와 같은 작은 신호 분자는 세포막을 통과할 수 있어 표적 세포의 세포질이나 핵에 있는 수용체에 결합한다. 스테로이드 호르몬은 표적 세포의 수용체를 전사인자로 기능하도록 활성화하여 유전자 발현을 조절한다.
참고자료: 캠벨 생명과학 요약
