第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞

1、第五章第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞與信號傳遞 細(xì)胞質(zhì)膜不僅僅作為物質(zhì)出入細(xì)胞的障礙，還要具有控制分子和離子通過的能力。換句話說，細(xì)胞質(zhì)膜必須具有選擇性地進(jìn)行物質(zhì)跨膜運(yùn)輸、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)和離子的平衡及滲透壓平衡的能力。第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸被動運(yùn)輸（被動運(yùn)輸（passive transport）主動運(yùn)輸（主動運(yùn)輸（active transport）胞吞作用胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用胞吐作用（exocytosis）一、被動運(yùn)輸一、被動運(yùn)輸概念：概念：被動運(yùn)輸（被動運(yùn)輸（passive transportpassive transport）是

2、通）是通過簡單擴(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運(yùn)轉(zhuǎn)。度方向的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：運(yùn)輸方向；跨膜動力；能量消耗；膜轉(zhuǎn)運(yùn)輸方向；跨膜動力；能量消耗；膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。運(yùn)蛋白。 兩種兩種類型類型： （1）自由擴(kuò)散（）自由擴(kuò)散（free diffusion）或稱簡）或稱簡 單擴(kuò)散（單擴(kuò)散（simple diffusion） （2）協(xié)助擴(kuò)散（）協(xié)助擴(kuò)散（facilitated diffusion）或）或 稱易化擴(kuò)散稱易化擴(kuò)散 （一）簡單擴(kuò)散（一）簡單擴(kuò)散1、概念：、概念： 又稱為自由擴(kuò)散（又稱為自由擴(kuò)散（free diffusion），），是疏水小分

3、是疏水小分子或小的不帶電荷的極性分子，不需要能量也不需子或小的不帶電荷的極性分子，不需要能量也不需要膜蛋白參與的跨膜運(yùn)輸方式。要膜蛋白參與的跨膜運(yùn)輸方式。2 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散；沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散； 不需要提供能量；不需要提供能量； 沒有膜蛋白的協(xié)助。沒有膜蛋白的協(xié)助。一般說來，氣體分子氣體分子（如O2、CO2、N2）、小的不帶小的不帶電的極性分子電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子脂溶性的分子等易通過質(zhì)膜，大的不帶電的極性分子（如葡萄糖）和各種帶電的極性分子都難以通過質(zhì)膜。簡單擴(kuò)散的限制因素是物質(zhì)的脂溶性、分子大小和簡單擴(kuò)散的限制因素是物質(zhì)的

4、脂溶性、分子大小和帶電性。帶電性。 脂溶性脂溶性: 脂溶性越強(qiáng)，通過脂雙層膜的速率越快。 相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量: 相對分子質(zhì)量小，脂溶性高的分子才能快速擴(kuò)散。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推測質(zhì)膜的通透性孔徑不會大于0.5-1.0nm，能夠擴(kuò)散的最小分子是水分子。 物質(zhì)的帶電性物質(zhì)的帶電性: 帶電的物質(zhì)通常同水結(jié)合形成一個水合的外殼，這不僅增加了它們的分子體積，同時也大大降低了脂溶性。因此說，所有帶電荷的分子(離子)，不管它多小，都不能自由擴(kuò)散。1 1、概念：、概念： 也稱促進(jìn)擴(kuò)散、易化擴(kuò)散也稱促進(jìn)擴(kuò)散、易化擴(kuò)散，是極性分子和無機(jī)離是極性分子和無機(jī)離子在子在膜蛋白膜蛋白協(xié)助下順濃度梯度協(xié)助下順濃度梯度(

5、(或電化學(xué)梯度或電化學(xué)梯度) )的跨膜的跨膜運(yùn)輸運(yùn)輸 ，不消耗不消耗ATPATP。2 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；有膜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；有膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與，有特異性。運(yùn)蛋白參與，有特異性。 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是指鑲嵌在膜上和物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨是指鑲嵌在膜上和物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨膜蛋白。分為膜蛋白。分為載體蛋白載體蛋白和和通道蛋白通道蛋白。（二）協(xié)助擴(kuò)散（二）協(xié)助擴(kuò)散簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的比較簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的比較載體蛋白（載體蛋白（carrier protein）載體蛋白載體蛋白是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子?？梢院吞囟?/p>

6、的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變介導(dǎo)子?？梢院吞囟ǖ娜苜|(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)的溶質(zhì)的主動和被動主動和被動跨膜運(yùn)輸?？缒み\(yùn)輸。載體蛋白促進(jìn)擴(kuò)散時同樣具有高度的特異性高度的特異性，其上有結(jié)合點(diǎn)結(jié)合點(diǎn)，只能與某一種物質(zhì)進(jìn)行暫時性、可逆的結(jié)合和分離。一個特定的載體只運(yùn)輸一種類型的化學(xué)物質(zhì)，甚至一種分子或離子。相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：特異性，有特異的結(jié)合位點(diǎn)；特異性，有特異的結(jié)合位點(diǎn)； 有飽和動力曲線；有飽和動力曲線； 受抑制劑的影響。受抑制劑的影響。不同點(diǎn)：可改變過程的平衡點(diǎn)；不同點(diǎn)：可改變過程的平衡點(diǎn)； 不對溶質(zhì)分子作任何共價修飾。不對溶質(zhì)分子作任何共價修飾。和酶的異同點(diǎn)：和酶的異同點(diǎn)：紅細(xì)胞質(zhì)膜載體

7、蛋白促進(jìn)葡萄糖擴(kuò)散示意圖紅細(xì)胞質(zhì)膜載體蛋白促進(jìn)葡萄糖擴(kuò)散示意圖 通道蛋白（通道蛋白（channel protein）概念：概念：通道蛋白是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，允許適當(dāng)通道蛋白是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，允許適當(dāng)大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過，大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過，又稱為離子又稱為離子通道。通道。特征：特征：一是離子通道具有選擇性；二是離子通道是門一是離子通道具有選擇性；二是離子通道是門控的?？氐摹?通道蛋白具有選擇性，所以在細(xì)胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動運(yùn)輸通道蛋白參與的只是被動運(yùn)輸，并且是從高濃度向低濃度運(yùn)輸，所以不消耗能量。通道蛋白（通道蛋白（chan

8、nel protein）類型：類型：電壓門通道（電壓門通道（voltage-gated channel） 配體門通道（配體門通道（ligand-gated channel） 壓力激活通道（壓力激活通道（stress-activated channel） 電位電位-門控通道門控通道(voltage-gated channels) 這類通道的構(gòu)型變化依據(jù)細(xì)胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài)，主要是通過膜電位膜電位的變化使其構(gòu)型發(fā)生改變，從而將門打開。（去極化）去極化） 含羞草的葉片在觸摸時發(fā)生的葉卷曲就是通過電位-門控通道傳遞信號的(圖)。 配體配體-門控通道門控通道(ligand gated channel)

9、 這類通道在其細(xì)胞內(nèi)外的特定配體(ligand)與其表面受體結(jié)合時發(fā)生反應(yīng)。 脅迫門控通道脅迫門控通道(stretch-gated channel) 這種通道的打開受一種力的作用，聽覺毛狀細(xì)胞的離子通道就是一個極好的例子。二、主動運(yùn)輸二、主動運(yùn)輸（active transport）1 1、概念：、概念：主動運(yùn)輸是指由主動運(yùn)輸是指由載體蛋白載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度（或化學(xué)梯度）的由濃度低的一側(cè)向逆濃度梯度（或化學(xué)梯度）的由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)的跨膜運(yùn)輸方式。濃度高的一側(cè)的跨膜運(yùn)輸方式。2 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：逆梯度運(yùn)輸逆梯度運(yùn)輸; ;依賴于膜運(yùn)輸?shù)鞍滓蕾囉谀み\(yùn)輸?shù)鞍? ;需要代

10、謝需要代謝能能; ;具有選擇性和特異性。具有選擇性和特異性。主動運(yùn)輸所需能量的來源主要有：主動運(yùn)輸所需能量的來源主要有： 1. ATP 1. ATP直接提供能量直接提供能量2. 2. ATPATP間接提供能量間接提供能量3. 3. 光能驅(qū)動光能驅(qū)動細(xì)胞內(nèi)普遍存在物質(zhì)逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)象細(xì)胞內(nèi)普遍存在物質(zhì)逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)象 如人肌細(xì)胞，胞內(nèi)如人肌細(xì)胞，胞內(nèi)K+K+含量是胞外含量是胞外3030倍，倍，K+K+依然從胞依然從胞外向胞內(nèi)運(yùn)輸外向胞內(nèi)運(yùn)輸 相反相反Na+Na+含量胞外是胞內(nèi)含量胞外是胞內(nèi)1010倍，倍，Na+Na+依然從胞內(nèi)向胞依然從胞內(nèi)向胞外運(yùn)輸外運(yùn)輸 鈉鉀泵（鈉鉀泵（NaNa+ +

11、-K-K+ + -ATP-ATP酶）酶） 鈣泵（鈣泵（Ca2+-ATP酶）酶） 質(zhì)子泵：質(zhì)子泵：P-型質(zhì)子泵、型質(zhì)子泵、V-型質(zhì)子泵、型質(zhì)子泵、H+-ATP酶酶 （或（或F 型）型） ABC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器參與主動運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白常被稱為泵(pump)，這是因?yàn)樗鼈兡芾媚芰孔龉?。由于它們消耗的代謝能多數(shù)來自ATP，所以又稱它們?yōu)槟衬矨TPase。共有四種類型的運(yùn)輸ATPase，或稱運(yùn)輸泵。ATP直接提供能量的主動運(yùn)輸直接提供能量的主動運(yùn)輸 亞基：亞基：催化亞基，具有催化亞基，具有ATP酶活性，胞質(zhì)面有酶活性，胞質(zhì)面有3個個Na+和和1個個ATP結(jié)合位點(diǎn)，胞外有結(jié)合位點(diǎn)，胞外有2個個K+結(jié)合位點(diǎn)和結(jié)

12、合位點(diǎn)和1個個烏本苷烏本苷結(jié)合位點(diǎn)（結(jié)合位點(diǎn)（ouabain，可導(dǎo)致酶失活）。，可導(dǎo)致酶失活）。 亞基：亞基：作用尚不清楚，當(dāng)作用尚不清楚，當(dāng)亞基與亞基與 亞基分離后，亞基分離后，ATPase活性即喪失，為維持活性所必需?；钚约磫适?，為維持活性所必需。 每水解每水解1 1個個ATPATP，將，將3 3個個NaNa+ +由胞內(nèi)運(yùn)輸至胞外，由胞內(nèi)運(yùn)輸至胞外，2 2個個K K+ +由胞外運(yùn)輸至胞內(nèi)；由胞外運(yùn)輸至胞內(nèi)； 造成胞外造成胞外NaNa+ + 高，胞內(nèi)高，胞內(nèi)K K+ +高現(xiàn)象。高現(xiàn)象。生理學(xué)意義：生理學(xué)意義：（1 1）調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)H H2 2O O的流向；的流向；（2

13、2）物質(zhì)吸收，胞外）物質(zhì)吸收，胞外Na+ Na+ 胞內(nèi)胞內(nèi)1010倍，與葡萄糖，倍，與葡萄糖，氨基酸等的吸收有關(guān)氨基酸等的吸收有關(guān) ；（3 3）胞內(nèi)高濃度）胞內(nèi)高濃度K+ K+ ，是核糖體合成蛋白質(zhì)，糖，是核糖體合成蛋白質(zhì)，糖酵解過程中酶活動的必要條件；酵解過程中酶活動的必要條件；（4 4）膜電位的產(chǎn)生。）膜電位的產(chǎn)生。鈣泵鈣泵（Ca2+-ATP酶）酶）質(zhì)子泵質(zhì)子泵ABCABC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1、概念：、概念： 協(xié)同運(yùn)輸（協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是指一種物質(zhì)的運(yùn)輸伴是指一種物質(zhì)的運(yùn)輸伴隨另一種物質(zhì)的運(yùn)輸。它是一類靠間接提供能量完隨另一種物質(zhì)的運(yùn)輸。它是一類靠間接提供能量完成的主動運(yùn)輸方式

14、。成的主動運(yùn)輸方式。2、能量：、能量： 鈉鉀泵或質(zhì)子泵通過消耗鈉鉀泵或質(zhì)子泵通過消耗ATP產(chǎn)生膜兩側(cè)的電化學(xué)產(chǎn)生膜兩側(cè)的電化學(xué)濃度梯度，驅(qū)動協(xié)同運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)行。濃度梯度，驅(qū)動協(xié)同運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)行。動物細(xì)胞動物細(xì)胞中常常中常常利用膜兩側(cè)利用膜兩側(cè) Na+濃度梯度來驅(qū)動，濃度梯度來驅(qū)動，植物細(xì)胞和細(xì)菌植物細(xì)胞和細(xì)菌常常利用利用H+濃度梯度來驅(qū)動。濃度梯度來驅(qū)動。 類型類型：同向協(xié)同（：同向協(xié)同（symport）; 反向協(xié)同（反向協(xié)同（antiport）ATP間接提供能量的主動運(yùn)輸間接提供能量的主動運(yùn)輸葡萄糖與葡萄糖與Na+離子的協(xié)同運(yùn)輸離子的協(xié)同運(yùn)輸 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸和膜電位物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸和膜電位膜電位：膜電

15、位：細(xì)胞膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成的電位差的總和。細(xì)胞膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成的電位差的總和。靜息電位（靜息電位（resting potential）:細(xì)胞在靜息狀態(tài)下的膜電位。細(xì)胞在靜息狀態(tài)下的膜電位。動作電位（動作電位（active potential）:細(xì)胞在刺激作用下的膜電位。細(xì)胞在刺激作用下的膜電位。極化極化: 在靜息電位狀態(tài)下，質(zhì)膜內(nèi)為負(fù)值，外為正值的現(xiàn)象。在靜息電位狀態(tài)下，質(zhì)膜內(nèi)為負(fù)值，外為正值的現(xiàn)象。去極化去極化: 由于離子的跨膜運(yùn)輸使膜的靜息電位減小或者消失。由于離子的跨膜運(yùn)輸使膜的靜息電位減小或者消失。反極化反極化: 離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致瞬間內(nèi)正外負(fù)的動作電位的現(xiàn)象。離子的跨膜運(yùn)輸

16、導(dǎo)致瞬間內(nèi)正外負(fù)的動作電位的現(xiàn)象。超極化超極化: 離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致靜息電位超過原來的值。離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致靜息電位超過原來的值。性 質(zhì)簡單擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動運(yùn)輸參與運(yùn)輸?shù)哪こ煞葜鞍椎鞍妆贿\(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是否需要結(jié)合否是是能量來源濃度梯度濃度梯度ATP水解或濃度梯度運(yùn)輸方向順濃度梯度順濃度梯度逆濃度梯度特異性無有是運(yùn)輸?shù)姆肿痈邼舛葧r的飽和性無有是 主動與被動運(yùn)輸?shù)谋容^主動與被動運(yùn)輸?shù)谋容^ 表 不同運(yùn)輸機(jī)制的主要特性三、膜泡運(yùn)輸三、膜泡運(yùn)輸 膜泡運(yùn)輸完成膜泡運(yùn)輸完成大分子大分子和和顆粒性物質(zhì)顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，的跨膜運(yùn)輸，因質(zhì)膜形成囊泡而得名，又稱批量運(yùn)輸（因質(zhì)膜形成囊泡而得名，又稱批量運(yùn)輸（bul

17、k transport）。）。 根據(jù)物質(zhì)的運(yùn)輸方向分為：根據(jù)物質(zhì)的運(yùn)輸方向分為： 胞吞作用（胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（胞吐作用（exocytosis）（一）胞吞作用（一）胞吞作用概念：概念：胞吞作用通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡（胞吞胞吞作用通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡（胞吞 泡），將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程。泡），將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程。類型：類型：胞飲作用（胞飲作用（pinocytosis） 吞噬作用（吞噬作用（phagocytosis） 胞飲作用胞飲作用特點(diǎn)：特點(diǎn)：胞吞物為液體胞吞物為液體; ; 形成的胞吞泡?。ㄖ睆叫∮谛纬傻陌膛菪。ㄖ睆叫∮?50150nmnm）；）

18、； 連續(xù)發(fā)生的過程；網(wǎng)格蛋白和結(jié)合素蛋白。連續(xù)發(fā)生的過程；網(wǎng)格蛋白和結(jié)合素蛋白。有被小泡有被小泡胞吞泡的形成：胞吞泡的形成：配體和受體結(jié)合配體和受體結(jié)合網(wǎng)格蛋白聚集網(wǎng)格蛋白聚集有被小窩有被小窩去被的囊泡和胞內(nèi)體融合去被的囊泡和胞內(nèi)體融合胞飲作用（胞飲作用（pinocytosispinocytosis）吞噬作用吞噬作用特點(diǎn)：特點(diǎn)：胞吞物為胞吞物為大分子大分子和和顆粒顆粒物質(zhì)；物質(zhì)； 形成的胞吞泡大（直徑大于形成的胞吞泡大（直徑大于250250nmnm）；）； 信號觸發(fā)過程；微絲和結(jié)合蛋白。信號觸發(fā)過程；微絲和結(jié)合蛋白。作用：作用：防御侵染和垃圾清除工。防御侵染和垃圾清除工。吞噬作用（吞噬作用（p

19、hagocytosis）胞飲作用和吞噬作用的區(qū)別胞飲作用和吞噬作用的區(qū)別特特 征征 物質(zhì)物質(zhì) 胞吞泡的大小胞吞泡的大小 轉(zhuǎn)運(yùn)方式轉(zhuǎn)運(yùn)方式 胞吞泡形成機(jī)制胞吞泡形成機(jī)制胞飲作用胞飲作用 溶液溶液 小于小于150150nm nm 連續(xù)的過程連續(xù)的過程 網(wǎng)格蛋白和接合素蛋白網(wǎng)格蛋白和接合素蛋白吞噬作用吞噬作用 大顆粒大顆粒 大于大于250250nm nm 受體介導(dǎo)的信受體介導(dǎo)的信 微絲和結(jié)合蛋白微絲和結(jié)合蛋白 號觸發(fā)過程號觸發(fā)過程 （1 1）網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導(dǎo)高爾）網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導(dǎo)高爾基體到內(nèi)體、溶酶體、植物液泡的運(yùn)輸，以及質(zhì)膜到內(nèi)膜區(qū)隔基體到內(nèi)體、

20、溶酶體、植物液泡的運(yùn)輸，以及質(zhì)膜到內(nèi)膜區(qū)隔的膜泡運(yùn)輸。的膜泡運(yùn)輸。 （2 2）COP ICOP I衣被小泡負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)衣被小泡負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。起初發(fā)現(xiàn)于高爾基體碎片，在含有質(zhì)網(wǎng)。起初發(fā)現(xiàn)于高爾基體碎片，在含有ATPATP的溶液中溫育時，的溶液中溫育時，能形成非籠形蛋白包被的小泡。能形成非籠形蛋白包被的小泡。 （3 3）COP IICOP II主要介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。最主要介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。最早發(fā)現(xiàn)于酵母早發(fā)現(xiàn)于酵母ERER在在ATPATP存在的細(xì)胞質(zhì)液中溫育時，存在的細(xì)胞質(zhì)液中溫育時，ERER膜上能形成膜上能形成類似于

21、類似于COP ICOP I的衣被小泡，酵母的衣被小泡，酵母COP IICOP II衣被蛋白的變異體，會在衣被蛋白的變異體，會在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累蛋白質(zhì)。（二）受體介導(dǎo)的胞吞作用（二）受體介導(dǎo)的胞吞作用網(wǎng)格蛋白聚集網(wǎng)格蛋白聚集有被小窩有被小窩去被的囊泡和去被的囊泡和胞內(nèi)體融合胞內(nèi)體融合有被小泡有被小泡胞內(nèi)體：胞內(nèi)體：是動物細(xì)胞內(nèi)由膜包圍的細(xì)胞器，其作用是動物細(xì)胞內(nèi)由膜包圍的細(xì)胞器，其作用是傳輸由胞吞作用攝入的物質(zhì)到溶酶體中被降解。是傳輸由胞吞作用攝入的物質(zhì)到溶酶體中被降解。溶酶體溶酶體受體介導(dǎo)的胞吞作用：受體介導(dǎo)的胞吞作用： 大致分為四個基本過程大致分為四個基本過程 配體與膜受體結(jié)

22、合形成一個有被小窩； 小窩逐漸向內(nèi)凹陷，然后同質(zhì)膜脫離形成一個有被小泡; 有被小泡的外被很快解聚, 形成無被小泡, 即初級內(nèi)體; 初級內(nèi)體與溶酶體融合,吞噬的物質(zhì)被溶酶體的酶水解。 不同類型受體的胞內(nèi)體的分選途徑：不同類型受體的胞內(nèi)體的分選途徑：（1 1）返回原來的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域，重新發(fā)揮受體的作用；）返回原來的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域，重新發(fā)揮受體的作用；（2 2）進(jìn)入溶酶體中被消化掉，稱為受體下行調(diào)節(jié)；）進(jìn)入溶酶體中被消化掉，稱為受體下行調(diào)節(jié)；（3 3）被運(yùn)至質(zhì)膜的不同結(jié)構(gòu)域，稱為跨細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)。）被運(yùn)至質(zhì)膜的不同結(jié)構(gòu)域，稱為跨細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)。（三）（三）胞吐作用胞吐作用 胞吐作用是指真核細(xì)胞中含有待分泌物的包被

23、小泡與質(zhì)膜融合, 從而將內(nèi)含物排出胞外的過程。 在組成型分泌活動中,胞吐作用是自發(fā)進(jìn)行的,但是在調(diào)節(jié)型的細(xì)胞中,胞吐作用必需有信號的觸發(fā)。 胞吐作用的結(jié)果一方面將分泌物釋放到細(xì)胞外,另一方面小泡的膜融入質(zhì)膜, 使質(zhì)膜得以補(bǔ)充。 組成型分泌途徑組成型分泌途徑(constitutive secretory pathway) 這種分泌途徑中運(yùn)輸小泡持續(xù)不斷地從高爾基體運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)膜，并立即進(jìn)行膜的融合，將分泌小泡中的蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞外, 此過程不需要任何信號的觸發(fā), 它存在于所有類型的細(xì)胞中。 組成型分泌途徑除了給細(xì)胞外提供酶、生長因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分外，也為細(xì)胞質(zhì)膜提供膜整合蛋白和膜脂。 調(diào)節(jié)型分

24、泌途徑調(diào)節(jié)型分泌途徑(regulated secretory pathway) 又稱誘導(dǎo)型誘導(dǎo)型, 見于某些特化的細(xì)胞,如內(nèi)分泌細(xì)胞。調(diào)節(jié)型分泌小泡通過出芽離開反面高爾基網(wǎng)絡(luò)并聚集在細(xì)胞質(zhì)膜附近, 當(dāng)細(xì)胞受到細(xì)胞外信號刺激時,就會與細(xì)胞質(zhì)膜融合將內(nèi)含物釋放到細(xì)胞外。如血糖的增加, 細(xì)胞會發(fā)出信號釋放胰島素。 調(diào)節(jié)型途徑中形成的小泡稱為分泌泡。 調(diào)節(jié)型分泌有兩個特點(diǎn)調(diào)節(jié)型分泌有兩個特點(diǎn): 一是具有選擇性; 第二個特點(diǎn)是具有濃縮作用,可使被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)濃度提高200倍。 外排途徑外排途徑膜流膜流囊泡與靶膜的識別與融合囊泡與靶膜的識別與融合第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞通訊與信號傳遞細(xì)胞通訊與信號傳遞 多細(xì)胞生物

25、是一個繁忙而有序的細(xì)胞社會，這多細(xì)胞生物是一個繁忙而有序的細(xì)胞社會，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，從而以不同代謝，還有賴于細(xì)胞通訊與信號傳遞，從而以不同的方式協(xié)調(diào)他們的行為，諸如細(xì)胞生長、分裂、死的方式協(xié)調(diào)他們的行為，諸如細(xì)胞生長、分裂、死亡、分化及其各種生理功能。亡、分化及其各種生理功能。一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別細(xì)胞通訊（細(xì)胞通訊（cell communication）細(xì)胞識別（細(xì)胞識別（cell recognition）細(xì)胞通訊細(xì)胞通訊（cell communication）概

26、念：概念： 是指在多細(xì)胞生物的細(xì)胞社會中是指在多細(xì)胞生物的細(xì)胞社會中, , 細(xì)胞間或細(xì)細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)通過高度精確和高效地發(fā)送與接收信息的通訊胞內(nèi)通過高度精確和高效地發(fā)送與接收信息的通訊機(jī)制機(jī)制, , 并通過放大引起快速的細(xì)胞生理反應(yīng)，或者并通過放大引起快速的細(xì)胞生理反應(yīng)，或者引起基因活動引起基因活動, ,爾后發(fā)生一系列的細(xì)胞生理活動來協(xié)爾后發(fā)生一系列的細(xì)胞生理活動來協(xié)調(diào)各組織活動調(diào)各組織活動, , 使之成為生命的統(tǒng)一整體對多變的使之成為生命的統(tǒng)一整體對多變的外界環(huán)境作出綜合反應(yīng)。外界環(huán)境作出綜合反應(yīng)。轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 識別識別 傳遞傳遞 終止終止 識別識別 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 傳遞傳遞 終止終止 細(xì)胞通訊的基本

27、特點(diǎn)細(xì)胞通訊的基本特點(diǎn) 細(xì)胞的通訊與人類社會的通訊有異曲同工之妙細(xì)胞的通訊與人類社會的通訊有異曲同工之妙: : 由信號發(fā)射細(xì)胞發(fā)出信號由信號發(fā)射細(xì)胞發(fā)出信號( (接觸和產(chǎn)生信號分子接觸和產(chǎn)生信號分子) )，由信號接收細(xì)胞由信號接收細(xì)胞( (靶細(xì)胞靶細(xì)胞) )探測信號，其接收的手段探測信號，其接收的手段是通過接收分子是通過接收分子( (受體蛋白受體蛋白) )，然后通過靶細(xì)胞的識，然后通過靶細(xì)胞的識別，最后作出應(yīng)答。別，最后作出應(yīng)答。 (a)電話接收器將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號; (b)細(xì)胞將細(xì)胞外信號(分子A)轉(zhuǎn)變成細(xì)胞內(nèi)的信號(分子B)。 細(xì)胞通訊的方式與反應(yīng)細(xì)胞通訊的方式與反應(yīng) 通訊方式通訊方式

28、細(xì)胞有三種通訊方式：三種通訊方式：通過信號分子;通過相鄰細(xì)胞間表面分子的粘著或連接;通過細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的粘著。 第一種不需要細(xì)胞的直接接觸，完全靠配體與受體的接觸傳遞信息，后兩種都需要通過細(xì)胞的接觸。所以可將細(xì)胞通訊的方式分為兩大類:不依賴于細(xì)不依賴于細(xì)胞接觸的細(xì)胞通訊胞接觸的細(xì)胞通訊; ;依賴于細(xì)胞接觸的細(xì)胞通訊依賴于細(xì)胞接觸的細(xì)胞通訊。細(xì)胞通訊的方式及引起的某些反應(yīng)1. 信號分子及信號傳導(dǎo)信號分子及信號傳導(dǎo) 信號分子信號分子(signal molecules)： 信號分子信號分子是指生物體內(nèi)的某些化學(xué)分子，既非營養(yǎng)物，又非能源物質(zhì)和結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而且也不是酶，它們主要是用來在細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)傳

29、遞信息。主要是用來在細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)傳遞信息。 如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子等統(tǒng)稱為信號分子,它們的惟一功能是同細(xì)胞受體結(jié)合,傳遞細(xì)胞信息。 多細(xì)胞生物中有幾百種不同的信號分子多細(xì)胞生物中有幾百種不同的信號分子在細(xì)胞間傳遞信息，這些信號分子中有蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、膽固醇、脂肪酸衍生物以及可溶解的氣體分子等。 根據(jù)信號分子的溶解性：根據(jù)信號分子的溶解性：分為水溶性信息和脂溶性水溶性信息和脂溶性信息；信息； 前者作用于細(xì)胞表面受體，后者要穿過細(xì)胞質(zhì)膜作用于胞質(zhì)溶膠或細(xì)胞核中的受體。 信號分子本身并不直接作為信息：信號分子本身并不直接作為信息：只是提供一個正確的構(gòu)型及與受體結(jié)合的能力 鑰

30、匙鑰匙鎖：鎖：信號分子相當(dāng)于鑰匙，只要有正確的形狀和缺齒就可以插進(jìn)鎖中并將鎖打開。 鎖開啟后干什么，由開鎖者決定。鎖開啟后干什么，由開鎖者決定。 細(xì)胞通訊細(xì)胞通訊的信息多數(shù)是通過信號分子通過信號分子來傳遞的。 信號分子是同細(xì)胞受體結(jié)合并傳遞信息的分子。 信號分子的基本功能只是提供一個正確的構(gòu)型及正確的構(gòu)型及與受體結(jié)合的能力。與受體結(jié)合的能力。 信號分子的類型及信號傳導(dǎo)方式信號分子的類型及信號傳導(dǎo)方式 有三種類型的信號分子。 激素激素(hormone) 激素是由內(nèi)分泌細(xì)胞內(nèi)分泌細(xì)胞(如腎上腺、睪丸、卵巢、胰腺、甲狀腺、甲狀旁腺和垂體)合成的化學(xué)信號分子，一種內(nèi)分泌細(xì)胞基本上只分泌一種激素，參與細(xì)

31、胞通訊的激素有三種類型三種類型：蛋白與肽類激素、類固醇激素、氨基酸衍生物激素。 通過激素傳遞信息是最廣泛的一種信號傳導(dǎo)方式，這種通訊方式的距離最遠(yuǎn)，覆蓋整個生物體。在動物中，產(chǎn)生激素的細(xì)胞是內(nèi)分泌細(xì)胞，所以將這種通訊稱為內(nèi)分泌信號內(nèi)分泌信號(endocrine signaling)。 局部介質(zhì)局部介質(zhì)(local mediators) 是由各種不同類型的細(xì)胞合成并分泌到細(xì)胞外液中的信號分子，它只能作用于周圍的細(xì)胞只能作用于周圍的細(xì)胞。通常將這種信號傳導(dǎo)稱為旁分泌信號旁分泌信號(paracrine signaling)，以便與自分泌信號相區(qū)別。 有時這種信號分子也作用于分泌細(xì)胞本身，如前列腺素，

32、它不僅能夠控制鄰近細(xì)胞的活性，也能作用于合成前列腺素細(xì)胞自身，通常將由自身合成的信號分子作用于自身的現(xiàn)象稱為自分泌信號自分泌信號(autocrine signaling)。神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì) (neurotransmitters) 是由神經(jīng)末梢釋放出來的小分子物質(zhì)，是神經(jīng)元與靶細(xì)胞之間的化學(xué)信使。 由于神經(jīng)遞質(zhì)是神經(jīng)細(xì)胞分泌的，所以這種信號又稱為神經(jīng)信號神經(jīng)信號(neuronal signaling)。 內(nèi)分泌（內(nèi)分泌（endocrine）： 低濃度；低濃度；全身性；全身性；長時效。長時效。旁分泌（旁分泌（paracrine）： 細(xì)胞分泌的信號分子通過擴(kuò)散作用于鄰近的細(xì)胞。細(xì)胞分泌的信號分子通過

33、擴(kuò)散作用于鄰近的細(xì)胞。包括各類細(xì)胞因子和氣體信號分子。包括各類細(xì)胞因子和氣體信號分子。自分泌（自分泌（autocrine）： 信號發(fā)放細(xì)胞和靶細(xì)胞為同類或同一細(xì)胞，常見于信號發(fā)放細(xì)胞和靶細(xì)胞為同類或同一細(xì)胞，常見于癌變細(xì)胞。癌變細(xì)胞?；瘜W(xué)突觸（化學(xué)突觸（chemical synapse）： 神經(jīng)遞質(zhì)由突觸前膜釋放，經(jīng)突觸間隙擴(kuò)散到突觸神經(jīng)遞質(zhì)由突觸前膜釋放，經(jīng)突觸間隙擴(kuò)散到突觸后膜，作用于特定的靶細(xì)胞。后膜，作用于特定的靶細(xì)胞。 依賴于細(xì)胞接觸的信號傳導(dǎo)依賴于細(xì)胞接觸的信號傳導(dǎo) 通過細(xì)胞的接觸，包括通過細(xì)胞粘著分子介導(dǎo)的細(xì)胞間粘著、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的粘著、連接子(植物細(xì)胞為胞間連絲)介導(dǎo)的信號

34、傳導(dǎo)。 通過細(xì)胞接觸進(jìn)行的通訊中，信號分子位于細(xì)胞質(zhì)膜上，兩個細(xì)胞通過信號分子的接觸傳遞信息。通過分泌的信號分子通訊與通過膜結(jié)通過分泌的信號分子通訊與通過膜結(jié)合的信號分子通訊的比較合的信號分子通訊的比較概念： 細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號物質(zhì)分子選擇性地相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程。 信號通路（signaling pathway） 細(xì)胞識別是通過各種不同的信號通路實(shí)現(xiàn)的。 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)的過程稱為細(xì)胞信號通路。細(xì)胞識別細(xì)胞識別（cell recogn

35、ition）信號通路信號通路細(xì)胞信號通路細(xì)胞信號通路二、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)二、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的信號分子和受體細(xì)胞的信號分子和受體細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞表面的整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞表面的整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（一）細(xì)胞的信號分子和受體（一）細(xì)胞的信號分子和受體 類型：類型： 溶解性：溶解性：親脂性的信號分子親脂性的信號分子 親水性的信號分子親水性的信號分子 化學(xué)結(jié)構(gòu)：化學(xué)結(jié)構(gòu)：短肽、蛋白質(zhì)、氣體分子等短肽、蛋白質(zhì)、氣體分子等 產(chǎn)生和作用方式：產(chǎn)生和作用方式：內(nèi)分泌激素、神經(jīng)遞質(zhì)、局部內(nèi)分泌激素、神經(jīng)遞質(zhì)、局部 化學(xué)

36、介導(dǎo)因子和化學(xué)介導(dǎo)因子和氣體分子氣體分子 特點(diǎn)：特點(diǎn)：特異性；特異性；高效性；高效性；被滅活性。被滅活性。細(xì)胞的信號分子細(xì)胞的信號分子受體（受體（receptor）概念：概念： 是一種能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體（信號分是一種能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體（信號分子）的大分子物質(zhì)，多為糖蛋白，一般至少包括兩個子）的大分子物質(zhì)，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)域和產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域功能區(qū)域，與配體結(jié)合的區(qū)域和產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域 。類型：類型： 1、細(xì)胞內(nèi)受體（、細(xì)胞內(nèi)受體（intracellular receptor）: 2、細(xì)胞表面受體（細(xì)胞表面受體（cell surface rec

37、eptor）:1、細(xì)胞內(nèi)受體（細(xì)胞內(nèi)受體（intracellular receptor）: 位于胞質(zhì)溶膠、核基質(zhì)中的受體稱為位于胞質(zhì)溶膠、核基質(zhì)中的受體稱為細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞內(nèi)受體。 2、細(xì)胞表面受體（細(xì)胞表面受體（cell surface receptor）: 位位于細(xì)胞質(zhì)膜上的稱為表面受體于細(xì)胞質(zhì)膜上的稱為表面受體(surface receptor)。表面受體主要是同大的信號分子或小的親水性的信表面受體主要是同大的信號分子或小的親水性的信號分子作用，傳遞信息。號分子作用，傳遞信息。細(xì)胞內(nèi)受體主要是同脂溶性的小信號分子作用。細(xì)胞內(nèi)受體主要是同脂溶性的小信號分子作用。圖圖 細(xì)胞表面受體與細(xì)胞內(nèi)受體

38、細(xì)胞表面受體與細(xì)胞內(nèi)受體 1、細(xì)胞內(nèi)受體、細(xì)胞內(nèi)受體 細(xì)胞內(nèi)受體通常有兩個不同的結(jié)構(gòu)域：細(xì)胞內(nèi)受體通常有兩個不同的結(jié)構(gòu)域：一個是與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，另一個是激活基因轉(zhuǎn)錄激活基因轉(zhuǎn)錄的的N端端結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域。 有兩個結(jié)合位點(diǎn)：有兩個結(jié)合位點(diǎn)：一個是與配體結(jié)合的位點(diǎn)，位于C末端，另一個是與抑制蛋白結(jié)合的位點(diǎn)，在沒有與配體結(jié)合時，則由抑制蛋白抑制了受體與DNA的結(jié)合，若是有相應(yīng)的配體，則釋放出抑制蛋白。 胞內(nèi)受體在接受脂溶性的信號分子并與之結(jié)合形成受體-配體復(fù)合物后就成為轉(zhuǎn)錄促進(jìn)因子，作用于特異的基因調(diào)控序列，啟動基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。細(xì)胞內(nèi)受體的結(jié)構(gòu)示意圖 (a)(a)類固醇激素通過擴(kuò)散類

39、固醇激素通過擴(kuò)散穿過細(xì)胞質(zhì)膜；穿過細(xì)胞質(zhì)膜； (b)(b)激素分子與胞質(zhì)溶膠激素分子與胞質(zhì)溶膠中的受體結(jié)合；中的受體結(jié)合； (c)(c)抑制蛋白與受體脫離抑制蛋白與受體脫離, ,露出與露出與DNADNA結(jié)合和激活基結(jié)合和激活基因轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)；因轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)； (d)(d)被激活的復(fù)合物進(jìn)入被激活的復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核；細(xì)胞核； (e)(e)與與DNADNA增強(qiáng)子區(qū)結(jié)合；增強(qiáng)子區(qū)結(jié)合； (f)(f)促進(jìn)受激素調(diào)節(jié)的基促進(jìn)受激素調(diào)節(jié)的基因轉(zhuǎn)錄。因轉(zhuǎn)錄。 2、細(xì)胞表面受體、細(xì)胞表面受體 位于細(xì)胞質(zhì)膜上的受體稱為表面受體，主要有三種類型離子通道偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體(ion-channel linked r

40、eceptor)G-蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體(G-protein linked receptor)酶聯(lián)受體酶聯(lián)受體(enzyme-linked receptor)。圖圖 三種類型的細(xì)胞表面受體三種類型的細(xì)胞表面受體 (a)(a)離子通道偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體;(b)G-;(b)G-蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體;(c);(c)酶聯(lián)受體酶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體具有離子通道作用的細(xì)胞質(zhì)膜受體稱為離子通道受體；這種受體見于可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳導(dǎo)，產(chǎn)生一種電效應(yīng)。 離子通道偶聯(lián)受體與信號傳導(dǎo)離子通道偶聯(lián)受體與信號傳導(dǎo) 動作電位到達(dá)突觸末端,引起暫時性的去極化； 去極化作用打開了電位門控

41、鈣離子通道,導(dǎo)致鈣離子進(jìn)入突觸球；Ca2+濃度提高誘導(dǎo)分離的含神經(jīng)遞質(zhì)分泌泡的分泌,釋放神經(jīng)遞質(zhì)； Ca2+引起儲存小泡分泌釋放神經(jīng)遞質(zhì)；分泌的神經(jīng)遞質(zhì)分子經(jīng)擴(kuò)散到達(dá)突觸后細(xì)胞的表面受體；神經(jīng)遞質(zhì)與受體的結(jié)合,改變受體的性質(zhì)；離子通道開放,離子得以進(jìn)入突觸后細(xì)胞；突觸后細(xì)胞中產(chǎn)生動作電位。 G-蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體 這類受體的種類很多，在結(jié)構(gòu)上都很相似：都是一條多肽鏈，并且有7次螺旋跨膜區(qū)。 每一種G-蛋白偶聯(lián)受體都有7個螺旋的跨膜區(qū)，信號分子與受體的細(xì)胞外部分結(jié)合，并引起受體的細(xì)胞內(nèi)部分激活相鄰的G-蛋白。圖 G-蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu) 酶聯(lián)受體酶聯(lián)受體(enzyme linked rece

42、ptor) 這種受體蛋白既是受體又是酶，一旦被配體激活即具有酶活性并將信號放大，又稱催化受體。催化受體。 按照受體的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域是否具有酶活性將此類受體分為兩大類兩大類：缺少細(xì)胞內(nèi)催化活性的酶聯(lián)受體和具有細(xì)胞內(nèi)催化活性的酶聯(lián)受體。 非酪氨酸激酶受體是缺少細(xì)胞內(nèi)催化活性的酶聯(lián)受體。受體與酪氨酸激酶是分開的，配體與受體結(jié)合后，受體形成二聚體，兩個酪氨酸激酶分別與受體結(jié)合并被激活。 細(xì)胞內(nèi)具有催化結(jié)構(gòu)域的酶聯(lián)受體有很多種類型, 包括具有鳥苷環(huán)化酶活性受體和磷酸酶的活性受體、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性受體或酪氨酸蛋白激酶的活性的受體。受體與配體相互作用的特點(diǎn)受體與配體相互作用的特點(diǎn)多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞

43、，其周圍環(huán)境中常常有多達(dá)幾百種的化學(xué)信號分子，細(xì)胞如何去識別?是否一種信號分子只能作用于一種類型的細(xì)胞?受體與配體如何結(jié)合? 這些都是由受體自身的特性決定的。特異性特異性(specificity): 受體與配體的結(jié)合是高度特異性的反應(yīng)，但不是絕對的，有受體交叉現(xiàn)象。高親和力：高親和力：受體與配體結(jié)合的能力稱為親和力。受體對其配體的親和力很強(qiáng)，親和力越強(qiáng)，受體越容易被占據(jù)。受體的特性飽和性飽和性(saturation) 由于細(xì)胞含有有限數(shù)量受體分子，提高配體分子的濃度可使細(xì)胞的受體全部被配體所占據(jù)，此時的受體處于飽和狀態(tài)，即使增加配體的濃度也不會增加配體與受體的結(jié)合。 由于一個細(xì)胞或一定組織內(nèi)受

44、體的數(shù)目是有限的， 因此受體與配體的結(jié)合是可以飽和的。 就業(yè)崗位就業(yè)崗位- -就業(yè)者就業(yè)者可逆性可逆性(reversibility) 配體與受體的結(jié)合是通過非共價鍵，所以是快速可逆的。 當(dāng)引發(fā)出生物效應(yīng)后，受體-配體復(fù)合物解離，受體可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)，并再次使用。 受體與配體結(jié)合的可逆性有利于信號的快速解除，避免受體一直處于激活狀態(tài)。 生理反應(yīng)生理反應(yīng) (physiological response) 信號分子與受體的結(jié)合會引起適當(dāng)?shù)纳矸磻?yīng)，反應(yīng)的強(qiáng)弱與結(jié)合配體的受體數(shù)量正相關(guān)。 如在胰島素與受體的結(jié)合時，會激發(fā)葡萄糖向靶細(xì)胞的運(yùn)輸，并且葡萄糖運(yùn)輸?shù)臄?shù)量隨受體結(jié)合胰島素的數(shù)量增加而增加。

45、信號分子與受體相互作用的復(fù)雜性信號分子與受體相互作用的復(fù)雜性 盡管細(xì)胞通過產(chǎn)生有限的受體來限制自己對眾多的盡管細(xì)胞通過產(chǎn)生有限的受體來限制自己對眾多的細(xì)胞信號分子作出反應(yīng)，但是信號分子仍能以相當(dāng)細(xì)胞信號分子作出反應(yīng)，但是信號分子仍能以相當(dāng)復(fù)雜的方式來控制細(xì)胞的行為。復(fù)雜的方式來控制細(xì)胞的行為。 表現(xiàn)在兩個方面表現(xiàn)在兩個方面 1 1、雖然一種信號只能同一種受體作用，但能作用、雖然一種信號只能同一種受體作用，但能作用于不同的靶細(xì)胞引起多種效應(yīng)于不同的靶細(xì)胞引起多種效應(yīng)。2、一個細(xì)胞表面有多種不同的受體同時與細(xì)胞外基質(zhì)中的不同信號分子起作用，信號分子共同作用的影響比任何單個信號所起的作用都強(qiáng)得多。細(xì)

46、胞必須對多種信號進(jìn)行協(xié)調(diào)綜合。由于不同信號分子間的不同組合，會使細(xì)胞產(chǎn)生不同的綜合性反應(yīng)，有些信號組合起來可促進(jìn)使細(xì)胞分裂，有些則促使細(xì)胞死亡。 信號分子這把鑰匙一旦打開了細(xì)胞表面的受體鎖，細(xì)胞就要作出應(yīng)答。 由于細(xì)胞自身就是一個社會，有各種不同的結(jié)構(gòu)和功能體系，外來信號應(yīng)由何種功能體系應(yīng)答? 這就是所謂的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的通路。 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有兩個層次： 一是將外部信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部信號途徑，即信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。途徑。 第二層次的含義是外部信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部信號后從哪哪個途徑引起應(yīng)答。個途徑引起應(yīng)答。 兩種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑兩種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑: 第一種是通過G蛋白偶聯(lián)方式，即信號分子同

47、表面受體結(jié)合后激活G蛋白，再由G蛋白激活效應(yīng)物，效應(yīng)物產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)信號； 第二種轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是結(jié)合的配體激活受體的酶活性，然后由激活的酶去激活產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)信號的效應(yīng)物。圖圖 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的兩種途徑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的兩種途徑結(jié)合的配體激活G蛋白,然后由G蛋白激活效應(yīng)物產(chǎn)生信號；結(jié)合配體激活受體的酶活性,然后由激活的受體酶激活產(chǎn)生信號的效應(yīng)物。 細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)途徑細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)途徑: 細(xì)胞內(nèi)各種不同的生化反應(yīng)途徑都是由一系列不同的蛋白和酶組成的，執(zhí)行著不同的生理生化功能。各途徑中上游蛋白對下游蛋白活性的調(diào)節(jié)(激活或抑制)主要是通過添加或去除磷酸基團(tuán)添加或去除磷酸基團(tuán)，從而改變下游蛋白的構(gòu)型完成的。 生化反應(yīng)途徑的主要

48、成員是蛋白激酶和磷酸酶蛋白激酶和磷酸酶，它們能夠引起細(xì)胞活性的快速變化又迅速恢復(fù)。 圖 由蛋白激酶和蛋白質(zhì)磷酸酶構(gòu)成的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 細(xì)胞應(yīng)答細(xì)胞應(yīng)答 細(xì)胞對外部信號的應(yīng)答通常是綜合性反應(yīng)，包括基因表達(dá)的變化、酶活性的變化、細(xì)胞骨架構(gòu)型的變化、通透性的變化、DNA合成的變化、細(xì)胞死亡程序的變化等。這些變化并非都是由一種信號引起的，通常要幾種信號結(jié)合起來才能產(chǎn)生較復(fù)雜的反應(yīng)，而且通過信號的不同組合產(chǎn)生不同的反應(yīng)。 細(xì)胞在信號應(yīng)答中的每一種最終表現(xiàn)都是受體接受了相關(guān)的細(xì)胞外信號并作出綜合應(yīng)答的結(jié)果。圖 多種細(xì)胞外信號引起動物細(xì)胞的應(yīng)答 信號級聯(lián)放大信號級聯(lián)放大(signaling cascade)

49、從細(xì)胞表面受體接收外部信號到最后作出綜合性應(yīng)答，不僅是一個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，更重要的是將信號進(jìn)行逐步放大的過程。 細(xì)胞表面受體蛋白將細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號，經(jīng)信號級聯(lián)放大、分散和調(diào)節(jié)產(chǎn)生綜合性的細(xì)胞應(yīng)答。圖 細(xì)胞內(nèi)的信號級聯(lián)放大作用 第二信使第二信使(second messengers) 由細(xì)胞表面受體接受信號后轉(zhuǎn)換而來的細(xì)胞內(nèi)信號稱為第二信使。圖圖 第二信使的產(chǎn)生及作用第二信使的產(chǎn)生及作用第二信使學(xué)說（第二信使學(xué)說（second messenger theory） 由由Sutherland于于70年代提出，并因此而獲得諾貝爾年代提出，并因此而獲得諾貝爾獎。第二信使有獎。第二信使有cAMP、c

50、GMP、三磷酸肌醇、二?；姿峒〈?、二?；视?、甘油、Ca2+等。等。是一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，作用是將ATP的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物特定的氨基酸殘基上，使蛋白質(zhì)磷酸化。蛋白激酶在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中有兩個方面的作用：一是通過磷酸化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性；二是通過蛋白質(zhì)的逐級磷酸化，使信號逐級放大，引起細(xì)胞反應(yīng)。蛋白激酶蛋白激酶 GTP結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（GTP-binding regulatory protein）（二）細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)（二）細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)甾類激素介導(dǎo)的信號通路甾類激素介導(dǎo)的信號通路 兩步反應(yīng)階段：兩步反應(yīng)階段：初級反應(yīng)階段：初級反應(yīng)階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的，直接活化少數(shù)特殊基因

51、轉(zhuǎn)錄的，發(fā)生迅速；發(fā)生迅速； 次級反應(yīng)：次級反應(yīng)：初級反應(yīng)產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延初級反應(yīng)產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的放大作用。遲的放大作用。 一氧化氮介導(dǎo)的信號通路一氧化氮介導(dǎo)的信號通路(A) (A) 細(xì)胞內(nèi)受體蛋白作用模型細(xì)胞內(nèi)受體蛋白作用模型; ; (B) (B) 幾種胞內(nèi)受體蛋白超家族成員幾種胞內(nèi)受體蛋白超家族成員兩步反應(yīng)兩步反應(yīng)NO作為一種氣體信號分子倍受關(guān)注 美國科學(xué)家Furchgott等發(fā)現(xiàn)，1998年獲諾貝爾獎 由血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞合成，以L精氨酸為底物，在NO合成酶（nitric oxide synthase，NOS）催化下合成NO ；NO與鳥苷酸環(huán)化酶結(jié)合，促進(jìn)cGMP

52、合成，作為第二信使，發(fā)揮作用 。 NO的信使作用的信使作用 內(nèi)皮細(xì)胞中NO合酶被Ca2+離子激活后可利用精氨酸生成NO。NO能夠跨過細(xì)胞質(zhì)膜擴(kuò)散到鄰近的平滑肌細(xì)胞，并將鳥苷酸環(huán)化酶激活，該酶催化GTP生成cGMP。cGMP是非常重要的第二信使，可引起肌細(xì)胞松弛和血管舒張反應(yīng)。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+離子濃度。引起血管平滑肌的舒張，血管擴(kuò)張、血流通暢。硝酸甘油治療心絞痛，其作用機(jī)理是在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為NO，可舒張血管，減輕心臟負(fù)荷和心肌的需氧量 。圖 NO 和cGMP的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑（三）細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞（三）細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞結(jié)合在細(xì)胞膜上的受體，通常有三個功結(jié)合在細(xì)胞膜

53、上的受體，通常有三個功能區(qū)組成：能區(qū)組成： 分辨區(qū)（鑒別器）分辨區(qū)（鑒別器） 傳導(dǎo)區(qū)（轉(zhuǎn)換器）傳導(dǎo)區(qū)（轉(zhuǎn)換器） 效應(yīng)區(qū)（效應(yīng)器）效應(yīng)區(qū)（效應(yīng)器）受體和信號分子的結(jié)合，特點(diǎn)：受體和信號分子的結(jié)合，特點(diǎn)：（1 1）高度特異性）高度特異性 （2 2）高度親和力）高度親和力 （3 3）可逆性：非共價鍵結(jié)合）可逆性：非共價鍵結(jié)合 （4 4）可飽和性）可飽和性 （5 5）強(qiáng)大的生物學(xué)效應(yīng)：通過第二信使，）強(qiáng)大的生物學(xué)效應(yīng)：通過第二信使，逐級放大逐級放大 。細(xì)胞表面受體的類型：細(xì)胞表面受體的類型： 離子通道型受體（離子通道型受體（ion-channel-linked receptor） G蛋白耦聯(lián)型受體（蛋

54、白耦聯(lián)型受體（G-protein-linked receptor） 酶聯(lián)的受體（酶聯(lián)的受體（enzyme-linked receptor） 1 1、G-G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞 細(xì)胞質(zhì)膜上最多，也是最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是由細(xì)胞質(zhì)膜上最多，也是最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是由G-蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。這種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)有兩個重蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。這種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)有兩個重要的特點(diǎn)要的特點(diǎn):系統(tǒng)由三個部分組成：系統(tǒng)由三個部分組成：7次跨膜的受體、次跨膜的受體、G蛋白和蛋白和效應(yīng)物效應(yīng)物(酶酶); 產(chǎn)生第二信使。產(chǎn)生第二信使。 羅伯特萊夫科維茨（Robert J. Le

55、fkowitz），美國杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心醫(yī)學(xué)教授、生物化學(xué)教授。 布萊恩克比爾卡（Brian K. Kobilka），美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)教授、分子與細(xì)胞生理學(xué)教授。（1） G蛋白的結(jié)構(gòu)與功能 G蛋白即GTP結(jié)合蛋白(GTP binding protein)，參與細(xì)胞的多種生命活動，如細(xì)胞通訊、核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)合、小泡運(yùn)輸、微管組裝、蛋白質(zhì)合成等。 異源三體G蛋白的結(jié)構(gòu)組成 G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)中的G蛋白是由、三個不同亞基組成的異源三體，總相對分子質(zhì)量在100kDa左右。G蛋白有多種調(diào)節(jié)功能，包括Gs和Gi對腺苷酸環(huán)化酶的激活和抑制、對cGMP磷酸二酯酶的活性調(diào)節(jié)、對磷酯酶C的調(diào)節(jié)、對細(xì)胞內(nèi)Ca

56、2+濃度的調(diào)節(jié)等，此外還參與門控離子通道的調(diào)節(jié)。 G蛋白循環(huán)蛋白循環(huán)(G protein cycle) 在G蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中，G蛋白能夠以兩種不同的狀態(tài)結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上。 一種是靜息狀態(tài)，即三體狀態(tài); 另一種是活性狀態(tài)，G蛋白由非活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成活性狀態(tài)，爾后又恢復(fù)到非活性狀態(tài)的過程稱為G蛋蛋白循環(huán)白循環(huán)(G protein cycle)。 G蛋白的這種活性轉(zhuǎn)變與三種蛋白相關(guān)聯(lián)蛋白的這種活性轉(zhuǎn)變與三種蛋白相關(guān)聯(lián): GTPase激活蛋白(GAPs) 鳥苷交換因子(GEFs) 鳥苷解離抑制蛋白(GDIs) GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein，GAPs) 鳥

57、苷交換因子(guanine nucleotide-exchange factors，GEFs) 鳥苷解離抑制蛋白(guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs) 圖 G蛋白循環(huán) G蛋白的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用蛋白的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用 G蛋白能夠?qū)⑹荏w接受的信號傳遞給效應(yīng)物，產(chǎn)生第二信使，進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，某些G蛋白可直接控制離子通道的通透性。 G G蛋白在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中，起分子開關(guān)作用蛋白在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中，起分子開關(guān)作用：當(dāng)當(dāng)亞基與亞基與GDPGDP結(jié)合，呈關(guān)閉態(tài)結(jié)合，呈關(guān)閉態(tài)； 當(dāng)信號分子與受體結(jié)合當(dāng)信號分子與受體結(jié)合，受體與受體與G G蛋白發(fā)生作用導(dǎo)致蛋白發(fā)生作用導(dǎo)致

58、、亞基與亞基與亞基分離，亞基分離， 亞基結(jié)合的亞基結(jié)合的GDPGDP被被GTPGTP替代替代將將G G蛋白激活，活化相關(guān)酶蛋白激活，活化相關(guān)酶并并產(chǎn)生效應(yīng)產(chǎn)生效應(yīng)。G G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的具有代表性的細(xì)胞蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的具有代表性的細(xì)胞信號通路，包括：信號通路，包括： cAMPcAMP信號通路信號通路 磷脂酰肌醇信號通路（肌醇脂信號通路）磷脂酰肌醇信號通路（肌醇脂信號通路） G蛋白耦聯(lián)型受體為蛋白耦聯(lián)型受體為7次次跨膜蛋白，受體胞外結(jié)構(gòu)域跨膜蛋白，受體胞外結(jié)構(gòu)域識別胞外信號分子并與之結(jié)識別胞外信號分子并與之結(jié)合，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與合，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白耦蛋白耦聯(lián)。通過與聯(lián)。通過與G蛋白耦聯(lián)，調(diào)

59、蛋白耦聯(lián)，調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)節(jié)相關(guān)酶活性，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將胞外信生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內(nèi)。號跨膜傳遞到胞內(nèi)。cAMPcAMP信號通路信號通路概念：概念： 是G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)的一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。信號分子作用于膜受體后，通過G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶, 產(chǎn)生第二信使cAMP后，激活蛋白激酶A進(jìn)行信號的放大。故將此途徑稱為PKA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)由三部分組成:表面受體、G蛋白和效應(yīng)物，由于這三種復(fù)合物都是結(jié)合在膜上，故此將它們稱為膜結(jié)合機(jī)器膜結(jié)合機(jī)器(membrane-bound machinery)。 受體：受體：G蛋白偶聯(lián)

60、受體都是7次跨膜的膜整合蛋白，包括腎上腺素(型)受體、胰高血糖素受體、促甲狀腺素受體、后葉加壓素受體、促黃體生長素受體、促卵泡激素受體等。 G蛋白：蛋白：3個結(jié)合位點(diǎn)(GTPGAPADP核糖化位點(diǎn)） 效應(yīng)物效應(yīng)物 (effector)：所謂效應(yīng)物是指直接產(chǎn)生效應(yīng)的物質(zhì)，通常是酶，如腺苷酸環(huán)化酶、磷酸脂酶等，它們是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的催化單位。組分組分圖圖 G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)的組成蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)的組成:膜結(jié)合機(jī)器膜結(jié)合機(jī)器 G-蛋白活化與調(diào)節(jié)蛋白活化與調(diào)節(jié) G-蛋白活化與調(diào)節(jié)蛋白活化與調(diào)節(jié) G蛋白偶聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理蛋白偶聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理 G蛋白的作用主要是將信號從受體傳遞給效應(yīng)物，它包括了三個