細(xì)胞生物學(xué)：第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞

1、第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞 第一節(jié) 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸對細(xì)胞的生存和生長至關(guān)重要。細(xì)胞膜是一種選擇性通透屏障。主要有三種途徑：被動運(yùn)輸、主動運(yùn)輸和胞吞與胞吐作用。一、被動運(yùn)輸被動運(yùn)輸(passivetransport)是指通過簡單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。不需要細(xì)胞提供代謝能量。被動運(yùn)輸?shù)膬趄?qū)動力來自兩種力的合力，一種是溶質(zhì)的濃度梯度，另一種是跨膜電位差，這種凈驅(qū)動力構(gòu)成溶質(zhì)跨膜的電化學(xué)梯度(electrochemical gradient)，這種梯度決定溶質(zhì)的跨膜被動運(yùn)輸?shù)姆较颉?(一)簡單擴(kuò)散 簡單擴(kuò)散-小分子的以熱運(yùn)動沿著濃度梯度降低的方向從膜

2、的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入膜的另一側(cè)。 不需要細(xì)胞提供能量，也沒有膜蛋白的協(xié)助，因此稱為簡單擴(kuò)散(simple diffusion)。在簡單擴(kuò)散的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中，涉及跨膜物質(zhì)溶解在膜脂中，再從膜脂一側(cè)擴(kuò)散到另一側(cè)，最后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)水相中。因此，其通透性主要取決于分子大小和分子的極性。小分子比大分子容易穿膜，非極性分子比極性分子容易穿膜，帶電荷的離子跨膜運(yùn)動則需要更高的自由能，無蛋白的人工脂雙層對帶電荷的離子是高度不透的。不同的小分子物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的速率(通透系數(shù))差異極大，如02、N2和苯等極易通過細(xì)胞膜，水分子也比較容易通過(具有極性的水分子容易穿膜可能是因水分子非常 小，可以通過由于膜脂運(yùn)動而產(chǎn)生的間隙)，尿

3、素的通透性比水分子低100倍。 某種物質(zhì)對膜的通透性(戶)可以根據(jù)它在油和水中的分配系數(shù)(K)及其擴(kuò)散系數(shù)(D)來計(jì)算。 (二)協(xié)助擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散(facilitated diffusion)特異的膜蛋白“協(xié)助”物質(zhì)順濃度梯度或電化學(xué)梯度減小方向的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，該過程不需要細(xì)胞提供能量，是各種極性分子和無機(jī)離子，如糖、氨基酸、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方式。 在協(xié)助擴(kuò)散中，其轉(zhuǎn)運(yùn)速率增加，轉(zhuǎn)運(yùn)特異性增強(qiáng)。例如葡萄糖分子以以協(xié)助擴(kuò)散的方式穿越細(xì)胞膜比簡單擴(kuò)散的方式，通透系數(shù)增加了lO5倍。1 協(xié)助擴(kuò)散的特征： (1)轉(zhuǎn)運(yùn)速率高。 (2)存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率(Vmax)，可用達(dá)到最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率一半時的

4、葡萄糖濃度作為其Km值，用以衡量某種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)速率。 (3)轉(zhuǎn)運(yùn)的特異性，如紅細(xì)胞質(zhì)膜，D構(gòu)型的葡萄糖Km為1.5 mmol/L，而L構(gòu)型的葡萄糖Km值3 000 mmol/L。 (4)細(xì)胞膜上存在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(membranetransportproteins)。2 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可分為兩類:一類稱載體蛋白(carrier proteins)，它既可介導(dǎo)被動運(yùn)輸，又可介導(dǎo)主動運(yùn)輸（逆濃度或電化學(xué)梯度的）；另一類稱通道蛋白(channel proteins)，只能介導(dǎo)被動運(yùn)輸（順濃度或電化學(xué)梯度的）。 (1) 載體蛋白及其功能載體蛋白是多次跨膜蛋白分子。每種載體蛋白能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過一系列

5、構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)(圖53)。 模型：膜上的載體蛋白以兩種構(gòu)象狀態(tài)存在：狀態(tài)A時，溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)在膜外側(cè)暴露，狀態(tài) B時，同樣的溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)在膜內(nèi)側(cè)暴露；兩種構(gòu)象狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是隨機(jī)發(fā)生，假如溶質(zhì)濃度在膜外側(cè)高，則狀態(tài)A 狀態(tài)B的轉(zhuǎn)換比狀態(tài)B 狀態(tài)A的轉(zhuǎn)換更常發(fā)生，因此溶質(zhì)順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞有人將載體蛋白稱為通透酶(permease)：載體蛋白與酶有許多相似點(diǎn)相同點(diǎn)：有特異性結(jié)合位點(diǎn)，可同特異性底物 (溶質(zhì))結(jié)合；轉(zhuǎn)運(yùn)過程具有類似于酶與底物作用的飽和動力學(xué)曲線；既可被底物類似物競爭性地抑制，又可被抑制劑非競爭性抑制以及對pH的依賴性等，不同點(diǎn)：酶不能改變反應(yīng)平衡點(diǎn)，只能增加達(dá)到反應(yīng)平衡的

6、速率，而載體蛋白可以改變過程的平衡點(diǎn)，加快物質(zhì)沿自由能減少的方向跨膜運(yùn)動的速率；此外與酶不同的是,載體蛋白對轉(zhuǎn)運(yùn)的溶質(zhì)分子不作任何共價修飾。 (2) 通道蛋白及其功能通道蛋白橫跨膜形成親水通道，不需要與運(yùn)輸溶質(zhì)分子結(jié)合，允許適宜大小的分子和帶電荷的離子通過。目前發(fā)現(xiàn)的通道蛋白已有100余種，絕大多數(shù)的通道蛋白形成有選擇性開關(guān)的多次跨膜通道，這些通道蛋白幾乎都與離子的轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)，所以又稱為離子通道。離子通道具有兩個顯著特征：一是具有離子選擇性（離子的大小與電荷），轉(zhuǎn)運(yùn)速率高（106個離子/s，是載體蛋白的最快速率的1 000倍以上。二是離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關(guān)兩種構(gòu)象所調(diào)節(jié)，

7、通道開關(guān)應(yīng)答于適當(dāng)?shù)男盘?。多?shù)情況下離子通道呈關(guān)閉狀態(tài)，只有在膜電位變化、化學(xué)信號或壓力刺激后，才開啟形成跨膜的離子通道。因此離子通道又區(qū)分為電壓門通道(voltage-gated channel)、配體門通道(1igand-gated channel)和壓力激活通道(stress-activated channel)。二、主動運(yùn)輸主動運(yùn)輸(active transport)是由載體蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度由濃度低的一側(cè)向高濃度的一側(cè)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方式。轉(zhuǎn)運(yùn)分子的自由能變化為正值，因此需要與某種釋放能量的過程相偶聯(lián)。根據(jù)主動運(yùn)輸過程所需能量來源的不同可歸納為由ATP直接提供能量和

8、間接提供能量以及光能驅(qū)動的主動運(yùn)輸三種基本類型(圖55)。 (一)由ATP直接提供能量的主動運(yùn)輸鈉鉀泵Na+K+泵存在于一切動物細(xì)胞的細(xì)胞膜上。在細(xì)胞膜的兩側(cè)存在很大陽離子濃度差，尤其是細(xì)胞內(nèi)低Na+高K+的離子環(huán)境，對維持細(xì)胞內(nèi)正常的生命活動、神經(jīng)沖動的傳遞、細(xì)胞的滲透平衡、恒定細(xì)胞的體積都是非常必要的。 K+和Na+逆濃度與電化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是一種典型的主動運(yùn)輸方式，它是由ATP直接提供能量，通過細(xì)胞膜上的Na+K+泵 (Na+K+ pump)來完成的。動物細(xì)胞靠ATP水解供能驅(qū)動Na+K+泵工作，結(jié)果造成質(zhì)膜兩側(cè)的K+、Na+不均勻分布，一般的動物細(xì)胞要消耗1/3的總ATP（神經(jīng)細(xì)胞則要

9、消耗2/3總ATP）。 Na+K+泵由a和b二個亞基組成， a亞基是一個跨膜多次的整合膜蛋白，具有ATP酶活性，因此Na+K+泵又稱為Na+K+ ATP酶。 b亞基是具有組織特異性的糖蛋白。 工作模式：在細(xì)胞內(nèi)側(cè)a亞基與Na+相結(jié)合促進(jìn)ATP水解，使a亞基上的一個天門冬氨酸殘基磷酸化引起a亞基構(gòu)象發(fā)生變化，將Na+泵出細(xì)胞，同時（然后？）細(xì)胞外的K+與a亞基的另一位點(diǎn)結(jié)合，使其去磷酸化，a亞基構(gòu)象再度發(fā)生變化將K+泵進(jìn)細(xì)胞，完成整個循環(huán)。每個循環(huán)消耗一個ATP分子，泵出3個Na+和泵進(jìn)2個K+，Na+依賴的磷酸化和K+依賴的去磷酸化引起構(gòu)象變化有序交替發(fā)生，每秒鐘可發(fā)生1 000次左右構(gòu)象變化

10、。生物氧化抑制劑如氰化物使ATP供應(yīng)中斷，結(jié)果Na+K+泵失去能源以致停止工作。 (二)由ATP直接提供能量的主動運(yùn)輸鈣泵和質(zhì)子泵1 鈣泵: 主要存在于細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，它將Ca2+輸出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中儲存起來，以維持細(xì)胞內(nèi)低濃度的游離Ca2+(一般細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度約10-7mol/L，細(xì)胞外為10-3mol/L)。鈣泵在肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)儲存Ca2+，對調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的收縮與舒張是至關(guān)重要的。鈣泵(Ca2+pump)又稱Ca2+-ATP酶，Ca2+泵工作與ATP的水解相偶聯(lián)，每消耗一個ATP分子轉(zhuǎn)運(yùn)出兩個Ca2+。2 質(zhì)子泵: 植物細(xì)胞、真菌(包括酵母)和細(xì)菌細(xì)胞其質(zhì)膜上沒有Na+K+泵，而是

11、具有H+泵(H+ATPase)，將H+泵出細(xì)胞，建立跨膜的H+電化學(xué)梯度(取代動物細(xì)胞Na+的電化學(xué)梯度)，驅(qū)動轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。例如，細(xì)菌細(xì)胞對糖和氨基酸的攝入主要是由H+驅(qū)動的同向運(yùn)輸完成的。質(zhì)子泵可分三種：P型質(zhì)子泵 V型質(zhì)子泵 H+-ATP酶 (三)協(xié)同運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸(cotransport)是一類由Na+-K+泵(或H+泵)與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)動所需要的直接動力來自膜兩側(cè)離子電化學(xué)濃度梯度，而這種離子電化學(xué)梯度則是通過Na+ K+泵(或H+泵)消耗ATP所維持實(shí)現(xiàn)的。動物細(xì)胞的協(xié)同運(yùn)輸是利用膜兩側(cè)的 Na+電化學(xué)梯度來驅(qū)動的，而植物細(xì)胞和

12、細(xì)菌常利用H+電化學(xué)梯度來驅(qū)動。協(xié)同運(yùn)輸又可分為共運(yùn)輸(symport)和對向運(yùn)輸(antiport)。1 共運(yùn)輸物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同如小腸上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞吸收葡萄糖或氨基酸等有機(jī)物，就是伴隨Na+從細(xì)胞外流人細(xì)胞內(nèi)而完成的。在某些細(xì)菌中，乳糖的吸收則伴隨H+從細(xì)胞膜外進(jìn)入細(xì)胞完成共運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白有兩個結(jié)合位點(diǎn)，必須同時結(jié)合Na+( 或H+)和目的分子才能進(jìn)行共運(yùn)輸。2 對向運(yùn)輸物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方向與離子轉(zhuǎn)移的方向相反如動物細(xì)胞常通過Na+驅(qū)動的Na+H+對向運(yùn)輸?shù)姆绞絹磙D(zhuǎn)運(yùn)H+以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH。細(xì)胞內(nèi)特定的pH是細(xì)胞正常代謝活動所需要的，在不分裂的細(xì)胞內(nèi)pH為7.1 7.2

13、，當(dāng)細(xì)胞受到生長因子等刺激后，細(xì)胞內(nèi)pH由7.2提高到7.4，細(xì)胞開始生長與分裂。 總結(jié)：主動運(yùn)輸都需要消耗能量，能量可直接來自ATP或來自離子電化學(xué)梯度；需要膜上的特異性載體蛋白，這些載體蛋白不僅具有結(jié)構(gòu)上的特異性(各種特異的結(jié)合位點(diǎn))，而且具有結(jié)構(gòu)上的可變性(構(gòu)象變化影響親和力的改變)。 三、胞吞作用與胞吐作用通過胞吞作用(endocytosis)和胞吐作用(exocytosis) 真核細(xì)胞完成大分子與顆粒性物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等）的跨膜運(yùn)輸方式，。在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，物質(zhì)包裹在脂雙層膜圍繞的囊泡中，因此又稱膜泡運(yùn)輸。在這種形式的運(yùn)輸過程中涉及膜的融合與斷裂，因此也需要消耗能量，屬于主

14、動運(yùn)輸。這種運(yùn)輸方式常?？赏瑫r轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一種以上數(shù)量不等的大分子和顆粒性物質(zhì)，因此也有人稱之為批量運(yùn)輸(bulktransport)。 (一) 胞吞作用胞吞作用是通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡，稱胞吞泡(endocyticvesicle)，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程。胞吞作用又可分為兩種類型：胞飲作用(pinocytosis)：胞吞物為溶液，形成的囊泡較小，胞飲作用形成的胞吞泡又稱胞飲泡 吞噬作用(phagocytosis)：胞吞物為大的顆粒性物質(zhì)(如微生物和細(xì)胞碎片)，形成的囊泡較大，吞噬作用形成的胞吞泡稱吞噬泡。 胞飲作用與吞噬作用主要有三點(diǎn)區(qū)別： 1胞吞泡的大小不同，胞飲泡直徑一般小于150

15、 nm，而吞噬泡直徑往往大于250 nm。 2胞飲作用是一個連續(xù)發(fā)生的過程,所有真核細(xì)胞都能通過胞飲作用連續(xù)攝人溶液和分子，吞噬作用主要是通過特殊的吞噬細(xì)胞攝人的；首先需要被吞噬物與細(xì)胞表面結(jié)合并激活細(xì)胞表面受體，因此是一個信號觸發(fā)過程 (triggeredprocess)。 3胞吞泡形成機(jī)制不同胞飲泡的形成需要配體、接合素蛋白(adaptin)、網(wǎng)格蛋白(clathrin)或COP蛋白、一種小分子GTP結(jié)合蛋白 (dynamin)幫助 (二)受體介導(dǎo)的胞吞作用根據(jù)胞吞的物質(zhì)是否有專一性，可將胞吞作用分為受體介導(dǎo)的胞吞作用 (receptormediatedendocytosis)和非特異性的

16、胞吞作用。受體介導(dǎo)的胞吞作用：被轉(zhuǎn)運(yùn)的大分子物質(zhì)(配體)首先與細(xì)胞表面互補(bǔ)性的受體相結(jié)合，形成受體大分子復(fù)合物，在網(wǎng)格蛋白參與下形成有被小窩(coatedpits)，然后是深陷的小窩脫離質(zhì)膜形成有被小泡(coatedvesicles)。受體介導(dǎo)的胞吞作用是一種選擇濃縮機(jī)制(selective concentrating mechanism)，既可保證細(xì)胞大量地?cái)z人特定的大分子，同時又避免了吸入細(xì)胞外大量的液體。與非特異性的胞吞作用相比，效率增加1 000多倍。 胞內(nèi)體:在細(xì)胞胞吞過程中，不同受體（已知有25種以上）參與不同類型分子的胞吞作用。胞內(nèi)體被認(rèn)為是膜泡運(yùn)輸中受體的主要分選站之一，其中的

17、酸性環(huán)境在分選過程中起關(guān)鍵作用。在受體介導(dǎo)的胞吞作用過程中，不同類型的受體具有不同的胞內(nèi)體分選途徑： 大部分受體返回它們原來的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域，如上面討論過的LDL受體又循環(huán)到質(zhì)膜再利用； 有些受體不能再循環(huán)而是最后進(jìn)入溶酶體，在那里被消化，如與表皮生長因子(epidermal growthfactor，EGF)結(jié)合的細(xì)胞表面受體，大部分在溶酶體被降解，從而導(dǎo)致細(xì)胞表面EGF受體濃度降低，稱為受體下行調(diào)節(jié)(receptordown-regulation)； 有些受體被運(yùn)至質(zhì)膜不同的結(jié)構(gòu)域，該過程稱作跨細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)(transcytosis)。在具有極性的上皮細(xì)胞，這是一種將胞吞作用與胞吐作用相結(jié)合的物

18、質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式，即轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)通過胞吞作用從上皮細(xì)胞的一側(cè)被攝人細(xì)胞，再通過胞吐作用從細(xì)胞的另一側(cè)輸出。如母鼠的抗體從血液通過上皮細(xì)胞進(jìn)人母乳中，乳鼠腸上皮細(xì)胞將抗體攝人體內(nèi)，都是通過跨細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)完成的。 (三)胞吐作用胞吐作用是將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其他某些膜泡中的物質(zhì)通過細(xì)胞質(zhì)膜運(yùn)出細(xì)胞的過程。組成型的胞吐途徑 (constitutive exocytosispathway)：所有真核細(xì)胞都從高爾基體分泌的囊泡向質(zhì)膜流動并與之融合，新合成的囊泡膜不斷地供應(yīng)蛋白和脂類更新質(zhì)膜，確保細(xì)胞分裂前質(zhì)膜的生長；調(diào)節(jié)型胞吐途徑(regulated exocytosispathway)：分泌細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物(

19、如激素、粘液或消化酶)儲存在分泌泡內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞在受到胞外信號刺激時，分泌泡與質(zhì)膜融合并將內(nèi)含物釋放出去 第二節(jié) 細(xì)胞通訊與信號傳遞多細(xì)胞生物中細(xì)胞是社會化細(xì)胞，這種社會性的維持不僅依賴于細(xì)胞的物質(zhì)代謝與能量代謝，還有賴于細(xì)胞通訊與信號傳遞。一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別 (一)細(xì)胞通訊細(xì)胞通訊(cellcommunication)是指一個細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。細(xì)胞間的通訊對于多細(xì)胞生物體的發(fā)生和組織的構(gòu)建，協(xié)調(diào)細(xì)胞的功能，控制細(xì)胞的生長和分裂是必需的。細(xì)胞以三種方式進(jìn)行通訊： 細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間相互通訊，這是多細(xì)胞生物最普遍采用的通訊方式； 細(xì)胞間接觸性依賴的

20、通訊(contact-dependent signaling)，細(xì)胞間直接接觸，通過與質(zhì)膜結(jié)合的信號分子影響其他細(xì)胞； 細(xì)胞間形成間隙連接使細(xì)胞質(zhì)相互溝通，通過交換小分子來實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)(見間隙連接部分)。1 細(xì)胞分泌化學(xué)信號的作用方式可分為： 內(nèi)分泌(endocrine)，由內(nèi)分泌細(xì)胞分泌信號分子(激素)到血液中，通過血液循環(huán)運(yùn)送到體內(nèi)各個部位，作用于靶細(xì)胞(圖515A)。 旁分泌(paracrine)。細(xì)胞通過分泌局部化學(xué)介質(zhì)到細(xì)胞外液中，經(jīng)過局部擴(kuò)散作用于鄰近靶細(xì)胞(圖515B)。這對創(chuàng)傷或感染組織刺激細(xì)胞增殖以恢復(fù)功能具有重要意義。 自分泌(autocrine)。細(xì)胞對自身分泌的

21、物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)(圖515C)。自分泌信號常見于病理?xiàng)l件下，如腫瘤細(xì)胞合成和釋放生長因子刺激自身，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖失控。 通過化學(xué)突觸傳遞神經(jīng)信號(neuronalsignaling)(圖515D)。當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞在接受刺激后，神經(jīng)信號通過動作電位的形式傳至末梢，刺激突觸前膜分泌化學(xué)信號(神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)肽)，快速擴(kuò)散作用于突觸后膜，實(shí)現(xiàn)電信號化學(xué)信號電信號轉(zhuǎn)換和傳導(dǎo)。 此外，通過分泌外激素傳遞信息也屬于通過化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間通訊，作用于同類的其他個體。2 細(xì)胞間接觸性依賴的通訊：它不需要分泌釋放化學(xué)信號分子，通過相接觸的質(zhì)膜上的信號分子與受體分子相結(jié)合，影響其他細(xì)胞。這種通訊方式在胚胎發(fā)育過程中，

22、對組織內(nèi)相鄰細(xì)胞的分化具有重要作用。在胚胎發(fā)育過程中，最初相鄰細(xì)胞之間是彼此相同的，在發(fā)育過程中，單個細(xì)胞如果通過獨(dú)立分化成為神經(jīng)元，與其相鄰的細(xì)胞則會受到抑制保持非神經(jīng)細(xì)胞狀態(tài)。這是因?yàn)閷⒎只纬缮窠?jīng)元的細(xì)胞通過膜結(jié)合的抑制信號分子與其相接觸的相鄰細(xì)胞的膜受體結(jié)合，從而阻止它們也分化為神經(jīng)元細(xì)胞。這類信號分子與受體都是細(xì)胞的跨膜蛋白在其他組織中，控制細(xì)胞分化的過程，也是靠基本相同的分子所介導(dǎo)的相同的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。 (二)細(xì)胞識別與信號通路細(xì)胞識別(cell recognition)是指細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號物質(zhì)分子(配體)選擇性地相互作用，從而導(dǎo)致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)

23、胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程。細(xì)胞識別是細(xì)胞通訊的一個重要環(huán)節(jié)。（因有些類固醇激素是可進(jìn)入胞內(nèi)，不在此列）細(xì)胞信號通路(signaling pathway)：細(xì)胞接受外界信號，通過一整套特定的機(jī)制，將胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，這是細(xì)胞信號系統(tǒng)的主線，這種反應(yīng)系列稱之為細(xì)胞信號通路。細(xì)胞識別正是通過不同的信號通路實(shí)現(xiàn)的。 (三)細(xì)胞的信號分子與受體 1細(xì)胞的信號分子細(xì)胞的信號分子(signal molecule)根據(jù)其溶解性通常可分為親脂性和親水性兩類： 親脂性信號分子：主要代表是甾類激素和甲狀腺素，這類親脂性分子小、疏水性強(qiáng)，可穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，與細(xì)胞質(zhì)

24、或細(xì)胞核中受體結(jié)合形成激素受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達(dá)； 親水性信號分子：包括神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、局部化學(xué)遞質(zhì)和大多數(shù)激素，它們不能穿過靶細(xì)胞質(zhì)膜的脂雙分子層，只能通過與靶細(xì)胞表面受體結(jié)合，再經(jīng)信號轉(zhuǎn)換機(jī)制，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)。 氣體性信號分子：在20世紀(jì)80年代后期，發(fā)現(xiàn)和證實(shí)一氧化氮(nitricoxide，NO)在生物體內(nèi)是一種重要的信號分子和效應(yīng)分子， NO是迄今在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第一個，它能進(jìn)入細(xì)胞直接激活效應(yīng)酶，參與體內(nèi)眾多的生理病理過程，因而成為人們所關(guān)注的“明星分子”(star molecule)。 2受體受體(receptor)是一

25、種能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體(信號分子)的大分子，當(dāng)與配體結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction)作用將胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理的信號，以啟動一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學(xué)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)：受體多為糖蛋白，一般至少包括兩個功能區(qū)域，與配體結(jié)合的區(qū)域及產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域，分別具有結(jié)合特異性和效應(yīng)特異性。根據(jù)受體存在的部位，可將受體分為細(xì)胞內(nèi)受體(intracellular receptor)和細(xì)胞表面受體(cellsurface receptor)。前者細(xì)胞內(nèi)受體受胞外親脂性信號分子激活，后者細(xì)胞表面受體受胞外親水性信號分子激活。二者的機(jī)制不同。受體與信號分子空間結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性是兩

26、者特異性結(jié)合的主要因素，但受體與配體之間的結(jié)合以及產(chǎn)生的效應(yīng)并不是簡單的一對一的關(guān)系。不同細(xì)胞對同一種化學(xué)信號分子可能具有不同的受體，應(yīng)答于相同的化學(xué)信號產(chǎn)生不同的效應(yīng)。例如同為乙酰膽堿作用于骨骼肌細(xì)胞引起收縮，作用于心肌細(xì)胞卻降低收縮頻率，作用于唾腺細(xì)胞則引起分泌。不同的細(xì)胞對同一種化學(xué)信號分子可能具有相同的受體，應(yīng)答于相同的化學(xué)信號也可能產(chǎn)生不同的反應(yīng)，同一細(xì)胞上不同的受體應(yīng)答于不同的胞外信號產(chǎn)生相同的效應(yīng)。如肝細(xì)胞腎上腺素或胰高血糖素受體在結(jié)合各自配體被激活后，都能促進(jìn)糖原降解而升高血糖；實(shí)際上，一種細(xì)胞具有一套多種類型的受體，應(yīng)答多種不同的胞外信號從而啟動細(xì)胞不同生物學(xué)效應(yīng)。 3第二信

27、使與分子開關(guān) Sutherland及其合作者在70年代初提出激素作用的第二信使學(xué)說(second messenger theory)：胞外化學(xué)物質(zhì)(第一信使)不能進(jìn)入細(xì)胞，它作用于細(xì)胞表面受體，而導(dǎo)致產(chǎn)生胞內(nèi)第二信使，從而激發(fā)一系列生化反應(yīng)，最后產(chǎn)生一定的生理效應(yīng)，第二信使的降解使其信號作用終止。Sutherland因?yàn)閷AMP的研究工作，闡明了它的功能并提出第二信使學(xué)說而獲得1971年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。 第一信使: 現(xiàn)在一般將細(xì)胞外信號分子稱為“第一信使”。 第二信使：第一信使與受體作用后在胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號分子稱為第二信使(second messenger)。目前公認(rèn)的第二信使有cA

28、MP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二?；视?DG)等，Ca2+曾被當(dāng)作第二信使，現(xiàn)在一般認(rèn)為Ca2+是磷脂酰肌醇信號通路的“第三信使”。分子開關(guān)(molecular switches):在細(xì)胞內(nèi)一系列信號傳遞的級聯(lián)反應(yīng)中，對每一步反應(yīng)既要有激活機(jī)制又必然要有相應(yīng)的失活機(jī)制，這些活性的開啟和關(guān)閉機(jī)制是通過某些分子結(jié)構(gòu)的變化來實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞內(nèi)信號傳遞作為分子開關(guān)的蛋白質(zhì)可分兩類：一類磷酸化開關(guān)蛋白(switch protein)：由蛋白激酶使之磷酸化而開啟，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而關(guān)閉，許多蛋白激酶本身是開關(guān)蛋白，構(gòu)成信號傳遞的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)；另一類GTP結(jié)合開關(guān)蛋白：由GTP結(jié)合蛋白（G蛋

29、白）組成，結(jié)合GTP而活化，結(jié)合GDP而失活。 二、通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞親脂性小分子通過與細(xì)胞內(nèi)受體結(jié)合傳遞信號。受體：細(xì)胞內(nèi)受體的本質(zhì)是激素激活的基因調(diào)控蛋白，構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)受體超家族(intracellular receptor superfamily)。在細(xì)胞內(nèi)，抑制性蛋白(如Hsp90) 與受體結(jié)合形成復(fù)合物，封閉了受體DNA結(jié)合位點(diǎn)，基因處于非活化狀態(tài)。當(dāng)配體(如皮質(zhì)醇)與受體結(jié)合，將導(dǎo)致抑制性蛋白從復(fù)合物上解離下來，受體DNA結(jié)合位點(diǎn)暴露而被激活,結(jié)合基因的調(diào)控區(qū)域而啟動基因表達(dá)。細(xì)胞內(nèi)受體一般都有三個結(jié)構(gòu)域：位于C端的激素結(jié)合位點(diǎn)，位于中部具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合位點(diǎn)或抑制性

30、蛋白結(jié)合位點(diǎn)，以及位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(圖518)。 配體：甾類激素分子是化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的親脂性小分子，可以通過簡單擴(kuò)散跨越質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)各自的受體蛋白結(jié)合，形成激素受體復(fù)合物，并能穿過核孔進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，激素和受體的結(jié)合導(dǎo)致受體蛋白構(gòu)象的改變，提高了受體與DNA的結(jié)合能力，激活的受體通過結(jié)合于特異的DNA序列（受體依賴的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子）調(diào)節(jié)基因表達(dá)。甾類激素誘導(dǎo)的基因活化分為兩個階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的初級反應(yīng)階段，發(fā)生迅速；初級反應(yīng)的基因產(chǎn)物再活化其他基因產(chǎn)生延遲的次級反應(yīng)，對初級反應(yīng)起放大作用。這類激素作用通常表現(xiàn)為影響如細(xì)胞分化等長期的生物學(xué)效應(yīng)。甲狀腺素和雌激素也是親

31、脂性小分子，其受體位于細(xì)胞核內(nèi)，作用機(jī)理與甾類激素相同。也有個別的親脂性小分子，如前列腺素，其受體在細(xì)胞膜上。NO:近年來NO作為信號分子的研究備受關(guān)注，RFurchgott等三位美國科學(xué)家因此獲得1998年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。NO是具脂溶性的氣體，可快速擴(kuò)散透過細(xì)胞膜，到達(dá)鄰近靶細(xì)胞發(fā)揮作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞是NO的生成細(xì)胞， NO的生成需要一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase，NOS)的催化，以L-精氨酸為底物。NO沒有專門的儲存及釋放調(diào)節(jié)機(jī)制，靶細(xì)胞上NO的多少直接與NO的合成有關(guān)。內(nèi)源性NO由NOS催化合成后，擴(kuò)散到鄰近細(xì)胞，使鳥苷酸環(huán)化酶活性的增強(qiáng)，cG

32、MP合成增多。cGMP作為新的信使分子介導(dǎo)蛋白質(zhì)的磷酸化等過程，發(fā)揮多種生物學(xué)作用。 NO可舒張血管，從而改善心臟負(fù)荷和心肌的需氧量。NO在生理狀態(tài)下，對腦血流的調(diào)節(jié)具有十分重要的作用。NO也參與大腦的學(xué)習(xí)記憶生理過程。還有男性性功能三、通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞親水性化學(xué)信號分子(包括神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白激素、生長因子等)一般不能直接進(jìn)入細(xì)胞，而是通過與細(xì)胞表面特異受體的結(jié)合，進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)繼而對靶細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)。細(xì)胞表面受體分屬三大家族(圖520)： 離子通道偶聯(lián)的受體(ion-channel-linked receptor)；有組織分布特異性，主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞 G蛋白偶聯(lián)的

33、受體(G protein-linked receptor)； 酶偶聯(lián)的受體(enzyme-linked receptor)。；后兩種存在于幾乎所有類型的細(xì)胞。 (一)離子通道偶聯(lián)的受體離子通道偶聯(lián)的受體是由多亞基組成的受體離子通道復(fù)合體，本身既有信號結(jié)合位點(diǎn)，又是離子通道，其跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟。又稱配體門離子通道(1igand-gatedchannel)或遞質(zhì)門離子通道(transmitter-gatedchannel)。主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞膜。也可分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或其他細(xì)胞器的膜上，神經(jīng)遞質(zhì)(配體)通過與受體的結(jié)合而改變通道蛋白的構(gòu)象，導(dǎo)致離子通道的開啟或關(guān)閉，改變質(zhì)膜的離子

34、通透性，產(chǎn)生膜電位變化，在千分之一秒內(nèi)將胞外化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，繼而改變突觸后細(xì)胞的興奮性。 (二)G蛋白偶聯(lián)的受體1 G蛋白：亦稱信號轉(zhuǎn)換蛋白,在20世紀(jì)80年代初發(fā)現(xiàn)，闡明了胞外信號如何轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號的機(jī)制，因此1994年醫(yī)學(xué)和生理學(xué)諾貝爾獎授予了在G蛋白發(fā)現(xiàn)過程中作出重要貢獻(xiàn)的AGGilman和MRodbell。G蛋白是三聚體GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白(trimeric GTP binding regulatory protein)的簡稱，位于質(zhì)膜內(nèi)胞漿一側(cè)，由a、b、g三個亞基組成，b、g二聚體共價結(jié)合于膜上，起穩(wěn)定a亞基的作用，而a亞基具有GTP酶活性。G蛋白在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著分子開關(guān)的

35、作用，當(dāng)G蛋白a亞基與GDP結(jié)合，處于關(guān)閉態(tài)；a亞基結(jié)合GTP而被活化，即處于開啟態(tài)。當(dāng)胞外配體與受體結(jié)合形成復(fù)合物時，受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白a亞基偶聯(lián)，促使a亞基結(jié)合的GDP被GTP交換而被活化，即從關(guān)閉態(tài)變?yōu)殚_啟態(tài)，從而傳遞信號。3 G蛋白偶聯(lián)的受體： G蛋白偶聯(lián)的受體是細(xì)胞表面由單條多肽經(jīng)7次跨膜形成的受體，N端在細(xì)胞外，C端在細(xì)胞內(nèi)，受體的氨基酸序列含有7個疏水殘基肽段，每段2224個氨基酸殘基，形成7次跨膜a螺旋，其中螺旋5和6之間的胞內(nèi)環(huán)狀結(jié)構(gòu)域及C端肽段對與G蛋白的相互作用至關(guān)重要。所有真核生物的G蛋白偶聯(lián)的受體都具有相似的7次跨膜結(jié)構(gòu)。 G蛋白偶聯(lián)的受體與配體結(jié)合后，能夠通過與

36、G蛋白的偶聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內(nèi)。G蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)無數(shù)胞外信號分子的細(xì)胞應(yīng)答，包括多種蛋白或肽類激素、局部介質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)和氨基酸或脂肪酸的衍生物以及光量子。4 由G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路主要包括：cAMP信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。 （1）cAMP信號通路細(xì)胞外信號與相應(yīng)受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)第二信使cAMP的水平變化而引起細(xì)胞反應(yīng)的信號通路。這一信號通路的首要效應(yīng)酶是腺苷酸環(huán)化酶(A-cyclase)，通過腺苷酸環(huán)化酶調(diào)節(jié)胞內(nèi)cAMP的水平。cAMP可被磷酸二酯酶限制性地降解清除。這是真核細(xì)胞應(yīng)答激素反應(yīng)的主要機(jī)制之一。 cAMP信號通路由質(zhì)膜上

37、的5種成分組成：激活型激素受體：(Rs)；抑制型激素受體(Ri)；與GDP結(jié)合的活化型調(diào)節(jié)蛋白(Gs)；與 GDP結(jié)合的抑制型調(diào)節(jié)蛋白(Gs)；催化成分，即腺苷酸環(huán)化酶(C)。 Rs和RiRs是與Gs相互作用的激活型激素受體(如腎上腺素b受體)；Ri是與Gi相互作用的抑制型激素受體(如腎上腺素a受體)。Rs都能與Gs相互作用激活腺苷酸環(huán)化酶活性，提高胞內(nèi)的cAMP水平。Ri都能與Gi相互作用抑制腺苷酸環(huán)化酶活性，降低胞內(nèi)的cAMP水平。Rs和Ri具有相似的7次跨膜結(jié)構(gòu)，胞外結(jié)構(gòu)域識別并結(jié)合胞外信號分子，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白偶聯(lián)。 Gs和Gi Gs和Gi在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著分子開關(guān)的作用，它將受體

38、與腺苷酸環(huán)化酶偶聯(lián)起來，使細(xì)胞外信號跨膜轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)信號，即第二信使 cAMP。 Gs和Gi均由a、b、g亞基組成，其b、g 亞基相同，而a亞基各不相同。A Gs的調(diào)節(jié)作用：當(dāng)細(xì)胞沒有受到激素刺激，Gs處于非活化態(tài)時，Gs蛋白為異三聚體，a亞基與GDP結(jié)合，此時腺苷酸環(huán)化酶沒有活性；當(dāng)激素配體與Rs受體結(jié)合后，導(dǎo)致受體構(gòu)象改變，暴露出與Gs結(jié)合的位點(diǎn)，膜的流動性使激素受體復(fù)合物與Gs結(jié)合，Gs的a亞基構(gòu)象改變，從而排斥GDP，結(jié)合GTP而活化，使三聚體Gs蛋白解離出 a 亞基和 b、g 亞基復(fù)合物，并暴露出a亞基與腺苷酸環(huán)化酶的結(jié)合位點(diǎn)；a亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，使之活化，并將ATP轉(zhuǎn)化為cA

39、MP?；罨腷、g亞基復(fù)合物也可直接激活胞內(nèi)靶分子，具有傳遞信號的功能，如心肌細(xì)胞中G蛋白偶聯(lián)受體在結(jié)合乙酰膽堿刺激下，活化的bg亞基復(fù)合物能開啟質(zhì)膜上的K通道，改變心肌細(xì)胞的膜電位。此外 b、g亞基復(fù)合物也能與膜上的效應(yīng)酶結(jié)合，對結(jié)合GTP的a亞基起協(xié)同或拮抗作用。隨著GTP的水解使a亞基恢復(fù)原來的構(gòu)象并導(dǎo)致與腺苷酸環(huán)化酶解離，終止腺苷酸環(huán)化酶的活化作用。a亞基與b、g 亞基重新結(jié)合，使細(xì)胞回復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)。 B Gi的調(diào)節(jié)作用： Gi對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用可通過兩個途徑：當(dāng)Gi與 GTP結(jié)合，Gi的a亞基與b、g亞基解離后，一是通過a亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，直接抑制酶的活性；二是通過b、g

40、亞基復(fù)合物與游離的Gs a亞基結(jié)合，阻斷 Gs的a亞基對腺苷酸環(huán)化酶的活化。 細(xì)菌毒素對G蛋白的修飾作用：霍亂毒素能使ADP核糖基共價結(jié)合到Gs的a亞基上，致使a亞基喪失了GTP酶的活性，與a亞基結(jié)合的GTP不能水解成GDP，結(jié)果使a亞基處于持續(xù)活化狀態(tài)，因而腺苷酸環(huán)化酶持續(xù)活化。致使小腸上皮細(xì)胞中cAMP增加100倍以上，導(dǎo)致膜蛋白讓大量Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水?；魜y病患者的癥狀是嚴(yán)重腹瀉，其主要原因就是霍亂毒素使腺苷酸環(huán)化酶被“鎖定”在活化狀態(tài)， 百日咳毒素催化Gi的a亞基ADP核糖基化，結(jié)果降低了GTP與Gi的a亞基結(jié)合的水平，使Gi的a亞基不能活化，從而阻斷了Ri受體引起

41、的對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用。 腺苷酸環(huán)化酶 腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合在質(zhì)膜上的，它是一種糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成cAMP。 在正常情況下細(xì)胞內(nèi)cAMP的濃度10-6molL，當(dāng)在激素激活腺苷酸環(huán)化酶后，cAMP急劇增加，產(chǎn)生快速應(yīng)答；細(xì)胞內(nèi)還有另一種酶即環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)，可降解cAMP生成5AMP，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降。細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度的迅速調(diào)節(jié)是細(xì)胞快速應(yīng)答胞外信號改變的重要基礎(chǔ)。在信號傳遞過程中，信號的放大作用和信號的終止作用同等重要，同時并存。cAMP信號通路的主要效應(yīng)是激活靶酶和開啟基因表達(dá)，這是通過蛋白激酶A完成的。cA

42、MP特異地活化cAMP依賴的蛋白激酶(Akinase)而表現(xiàn)出不同的效應(yīng)。蛋白激酶A由兩個催化亞基和兩個調(diào)節(jié)亞基組成，在沒有cAMP時，以鈍化復(fù)合體形式存在。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，改變調(diào)節(jié)亞基構(gòu)象，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基?；罨牡鞍准っ窤催化亞基可使細(xì)胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性。從而影響細(xì)胞代謝和細(xì)胞行為。這是細(xì)胞快速應(yīng)答胞外信號的過程。還有一類細(xì)胞緩慢應(yīng)答胞外信號的過程，這就是cAMP信號通路對細(xì)胞基因表達(dá)的影響。 這一過程涉及細(xì)胞核機(jī)制，所以需要幾分鐘乃至幾小時。這一信號通路控制多種細(xì)胞內(nèi)的許多過程，從內(nèi)分泌細(xì)胞的激素合成到腦細(xì)胞有關(guān)

43、長期記憶所需蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。 該信號途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：激素G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄。 磷脂酰肌醇信號通路 磷脂酰肌醇信號通路是通過G蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的另一條信號通路。 胞外信號分子與細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C(PLC)，使質(zhì)膜上4，5二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成1，4，5三磷酸肌醇(IP3)和二?；视?DG)兩個第二信使，使胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號。 IP3動員細(xì)胞內(nèi)源鈣(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中)到細(xì)胞溶質(zhì)，使胞內(nèi)Ca2+濃度升高；Ca2+作為胞內(nèi)第三信使參與廣泛的生理過程，活化各種Ca2+結(jié)合蛋白引起細(xì)胞反應(yīng)；

44、鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM)是一種真核細(xì)胞普遍存在的Ca2+應(yīng)答蛋白，含4個結(jié)構(gòu)域，每個結(jié)構(gòu)域可結(jié)合一個Ca2。 Ca2+與無活性CaM結(jié)合形成活化態(tài)的Ca2+CaM復(fù)合體，然后再結(jié)合靶酶將其活化，這是一個受Ca2+濃度控制的可逆反應(yīng)。 DG激活蛋白激酶C(PKC)，活化的PKC進(jìn)一步使底物蛋白磷酸化，并可活化Na/H交換引起細(xì)胞內(nèi)pH升高。PKC是鈣和磷脂酰絲氨酸依賴性酶，具有廣泛的作用底物，參與眾多生理過程，在許多細(xì)胞中，PKC的活化可增強(qiáng)特殊基因的轉(zhuǎn)錄。已知至少有兩條途徑：一是PKC激活一條蛋白激酶的級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致與DNA特異序列結(jié)合的基因調(diào)控蛋白的磷酸化和激活，進(jìn)而增強(qiáng)特殊

45、基因的轉(zhuǎn)錄；二是PKC的活化，導(dǎo)致一種抑制蛋白的磷酸化，從而使細(xì)胞質(zhì)中基因調(diào)控蛋白擺脫抑制狀態(tài)釋放出來，進(jìn)入細(xì)胞核，刺激特殊基因的轉(zhuǎn)錄。 磷脂酰肌醇循環(huán)途徑: PIP2是真核細(xì)胞質(zhì)膜中普遍存在的一種化學(xué)成分，在磷脂酶C(PLC)的作用下釋放出IP3，同時生成DG。IP3信號的終止是通過依次的去磷酸化形成自由的肌醇，DG通過兩種途徑終上其信使作用：一是被DG激酶磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。 磷脂酰肌醇信號通路的最大特點(diǎn)是同時產(chǎn)生兩個胞內(nèi)信使，分別激動即IP3Ca2+和DGPKC兩個信號傳遞途徑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞對外界信號的應(yīng)答，因此把這一信號系統(tǒng)又稱之為“雙信使

46、系統(tǒng)”(double messenger system)。 (三)與酶連接的受體 催化性受體(catalytic receptor): 通常與酶連接的細(xì)胞表面受體又稱催化性受體(catalytic receptor) 目前已知的這類受體都是跨膜蛋白，當(dāng)胞外配基與受體結(jié)合即激活受體胞內(nèi)段的酶活性。 至少包括5類：受體酪氨酸激酶；受體絲氨酸蘇氨酸激酶；受體酪氨酸磷酸酯酶；受體鳥苷酸環(huán)化酶；酪氨酸蛋白激酶聯(lián)系的受體。 1 受體酪氨酸激酶及RTKRas蛋白信號通路 受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases，RTKs)又稱酪氨酸蛋白激酶受體，是細(xì)胞表面一大類重要受體家族，包括6

47、個亞族。它的配體是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子。這條信號通路的特點(diǎn)是不需信號偶聯(lián)蛋白(G蛋白)，而是通過受體本身的酪氨酸蛋白激酶的激活來完成信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)。受體酪氨酸激酶(RTKs)的多肽鏈只跨膜一次，胞外區(qū)是配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)區(qū)肽段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點(diǎn)。配體 (如EGF)在胞外與受體結(jié)合并引起構(gòu)象變化，但單個跨膜a螺旋無法傳遞這種構(gòu)象變化，因此配體的結(jié)合導(dǎo)致受體二聚化(dimerization)形成同源或異源二聚體，從而在二聚體內(nèi)彼此相互磷酸化受體胞內(nèi)肽段的酪氨酸殘基，即實(shí)現(xiàn)受體的自磷酸化(autophosphorylation)?，F(xiàn)認(rèn)為二聚化是一次跨膜的酶連受體被激活的普遍機(jī)制。自磷酸化的結(jié)果是激活了受體的酪氨酸蛋白激酶活性。 活化的RTK可以結(jié)合多種細(xì)胞溶質(zhì)中帶有SH2結(jié)構(gòu)域的結(jié)合蛋白或信號蛋白，由此啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，其中一類是