シグナル伝達
生物学におけるシグナル伝達とは、細胞のメカニズムのことです。刺激を細胞内で応答に変換します。このプロセスには2つの段階があります。
つまり、信号伝達は、細胞の受容体への信号に始まり、細胞の機能の変化で終わる。いずれの段階でも、信号は増幅されます。このように、1つのシグナル分子は多くの応答を引き起こすことができます。
受容体は細胞膜の中にあり、受容体の一部は細胞の外側に、一部は細胞の内側にあります。 化学的な信号は、受容体の外側の部分に結合し、その形状を変化させます。これにより、細胞内で別の信号が発生します。 テストステロンなどの化学的なメッセンジャーの中には、細胞膜を通過して細胞質や核内の受容体に直接結合するものもあります。
細胞内で信号のカスケードが発生することがあります。カスケードの各段階で、信号は増幅されるので、小さな信号でも大きな反応が得られることがあります。最終的には、核内の DNA の発現や細胞質内の酵素の活性に変化が生じます。
多くの場合、細胞内での生化学反応の順序立てられたシーケンスが関与しています。これらの反応は酵素によって行われ、セカンドメッセンジャーを介して連結されています。つまり、「第二のメッセンジャー経路」が作られるわけです。これらのことは、通常は迅速に、時には非常に迅速に起こります。これらの反応は、ミリ秒（イオンフラックスの場合）から遺伝子発現の場合は数日に及ぶこともあります。
この過程では、タンパク質やその他の分子の数が増加します。そのため、「シグナルカスケード」が発達し、比較的小さな刺激が大きな反応を引き起こすことがあります。
バクテリアや他の単細胞生物では、細胞が持つシグナル伝達プロセスによって、環境に対応できる方法の数が制限されています。多細胞生物では、多くの異なるシグナル伝達プロセスが個々の細胞の行動を調整するために使用されています。このようにして、全体としての生物の機能は組織化されています。生物が複雑であればあるほど、その生物が持っていなければならない信号伝達プロセスのレパートリーは複雑になる。
このように、細胞レベルでの外部環境と内部環境の両方のセンシングは、シグナル伝達に依存しています。糖尿病、心臓病、自己免疫、癌などの多くの疾患プロセスは、シグナル伝達経路の欠陥に起因しています。このことは、生物学や医学におけるシグナル伝達の重要性を浮き彫りにしています。
これらの細胞間のコミュニケーションシステムは非常に古く、すべてのメタゾアに存在しています。
シグナル伝達経路の全範囲を示しています。
信号伝達のための外部反応と内部反応
信号伝達経路
質問と回答
Q: シグナル伝達とは何ですか?
A: シグナル伝達とは、刺激を細胞内の反応に変換する細胞の仕組みのことです。
Q: シグナル伝達の2つの段階とは何ですか?
A: シグナル伝達の2つの段階は、（1）シグナル分子が細胞膜上の受容体タンパク質に付着するとき、（2）セカンドメッセンジャーがシグナルを細胞内に伝達し、細胞内に変化を引き起こすとき、です。
Q: シグナル伝達のいずれの段階でも、シグナルはどのように増幅されるのでしょうか?
A: シグナル伝達のいずれの段階においても、1つのシグナル分子が多くの反応を引き起こすことで、シグナルは増幅されます。
Q: 受容体は細胞のどこにあるのですか?
A: 受容体は細胞膜にあり、受容体の一部は細胞外に、一部は細胞内にあります。
Q: ケミカルシグナルは細胞内でどのように作用するのですか?
A: ケミカル・シグナルは、細胞膜の外側にある受容体に結合し、細胞内で別のシグナルを発生させることで細胞内で働きます。場合によっては、細胞内で信号のカスケードが発生し、小さな信号が大きな反応へと増幅されることもあります。最終的には、細胞内の遺伝子発現や酵素の活性に変化が生じます。
Q: 通常、これらのプロセスはどのようにして迅速に行われるのですか?
A: これらのプロセスは、遺伝子発現の場合、ミリ秒（イオンフラックスの場合）から数日間続くので、通常、迅速に起こります。
Q: なぜ、シグナル伝達の仕組みを理解することが重要なのですか?
A: シグナル伝達の仕組みを理解することは重要です。なぜなら、糖尿病、心臓病、自己免疫、癌などの多くの疾患は、これらの経路の欠陥に起因しているからです。さらに、これらのシステムを理解することで、個々の細胞間の行動を調整し、生物が全体として機能することができるようになります。
