訊號放大：耳語如何變成吶喊

為什麼必須放大

激素起作用的濃度低到難以想像——往往只有血中常見營養物質濃度的十億分之一。一個標的細胞可能只有幾千個受體，而任一瞬間只有一部分被佔據。如果每個結合的受體在細胞內只改變恰好一個分子，效應就會微弱到無關緊要。細胞需要一種辦法，把寥寥幾次結合事件變成數百萬次下游動作。這種辦法就是訊號放大。

訣竅：製造酶的酶

祕密在於級聯中的大多數步驟都是催化劑。催化劑不會被消耗；一個活化的酶分子在關閉之前能處理許多受質分子。疊上幾個催化步驟，數字就會爆炸。每個腺苷酸環化酶製造許多cAMP分子；每個PKA磷酸化許多標的；其中每一個又活化更多。每一層都在做乘法。

ONE ADRENALINE MOLECULE -> liver glucose release (illustrative numbers)

   1   epinephrine binds 1 GPCR
   |   (receptor can re-activate several G proteins)
   v
  ~10  active adenylyl cyclase enzymes
   |   each makes many cAMP
   v
 ~1,000  cAMP molecules
   |   activate PKA
   v
 ~10,000 phosphorylated enzymes (the next cascade tier)
   |   each enzyme acts many times
   v
 MILLIONS of glucose molecules released  [glycogenolysis]

  net gain: roughly 1 : 1,000,000+

從一個[[epinephrine|腎上腺素]]分子到[[glycogenolysis|肝糖分解]]的示意追蹤。確切數字會有出入，但數量級上的增益是真實的。

級聯不僅響亮，而且可調

多步級聯不僅是放大器，也是一塊控制面板。每一步都是細胞可以加速、減速或整合其他訊號的地方。由於每一層都能被調節，激素放大後的訊息可以因情境而修剪——細胞需要時調大，足夠了時調小。

關鍵是，放大必須配上同樣快速的關閉開關。酶分解cAMP；磷酸酶把磷酸印章撕回去；G蛋白讓自己計時歸零。沒有這些剎車，一次短暫的激素脈衝就會永遠迴盪。下一篇專講如何有意識地把訊號調小。