分子細(xì)胞生物學(xué)-趙艷第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞ZY課件

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?shù)诙?jié)細(xì)胞通訊與信號傳遞在活細(xì)胞中質(zhì)膜對物質(zhì)的

通透有高度的選擇性第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸物質(zhì)通過質(zhì)膜的三種主要途徑被動運(yùn)輸主動運(yùn)輸內(nèi)吞作用與外排作用包括：簡單擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）:

不耗能，不需要膜蛋白。

協(xié)助擴(kuò)散（促進(jìn)擴(kuò)散）:

不耗能，需要膜蛋白。（一）、簡單擴(kuò)散BACKabcd人工脂分子的透性疏水分子：O2、N2、苯小的不帶電荷的極性分子：水、脲、甘油大的不帶電的極性分子：葡萄糖、蔗糖等離子：Na+、H+、K+、HCO3－、Ca＋、Cl－分子通過人工的無蛋白的脂雙分子層時(shí)，按濃度梯度進(jìn)行擴(kuò)散，其擴(kuò)散速率基本上決定于分子的大小、及在油中的相對溶解度（二）、協(xié)助擴(kuò)散在特異的膜蛋白“協(xié)助”物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)1、載體蛋白載體具有高度的特異性；可逆的結(jié)合和分離；特定的載體只運(yùn)輸一個類型的化合物，或一種分子、離子。載體蛋白1）通道蛋白：

一般認(rèn)為它是橫跨質(zhì)膜形成的水的通道，能使適宜大小的分子及帶電荷的溶質(zhì)通過。親水部分疏水部分2、通道蛋白A:配體門通道對細(xì)胞外的特定物質(zhì)（配體）與其表面受體結(jié)合時(shí)發(fā)生反應(yīng)，引起門通道蛋白的一種成分發(fā)生構(gòu)象變化，門打開。B:電位門通道細(xì)胞內(nèi)外特異離子濃度發(fā)生變化時(shí)或其它刺激引起膜電位變化時(shí)，致使其構(gòu)象變化，“門”打開。二、主動運(yùn)輸

載體蛋白介導(dǎo)，物質(zhì)逆濃度梯度或者電化學(xué)梯度由低向高濃度運(yùn)輸，此過程需要供應(yīng)能量。

ATP直接功能；按所需能量來源分類：ATP間接功能；光能驅(qū)動

主動運(yùn)輸1、鈉鉀泵示意圖工作過程：膜內(nèi)側(cè)Na+、Mg2+與酶結(jié)合，激活了ATP活性，使ATP分解成ADP和Pi，高能磷酸根與酶結(jié)合，引起酶構(gòu)象變化，這種磷酸化的酶對Na+的親和力低，對K+的親和力高，因此，在膜的外側(cè)釋放Na+，而與K+結(jié)合；K+與酶結(jié)合后，促使酶去磷酸化，酶的構(gòu)象又恢復(fù)原狀，于是與K+的結(jié)合部位轉(zhuǎn)向膜內(nèi)側(cè)，去磷酸化酶的構(gòu)象與Na+的親和力高，與K+的親和力低，使K+在膜的內(nèi)側(cè)被釋放。2、鈉泵和載體協(xié)同運(yùn)輸系統(tǒng)ATPADP+Pi3Na+對向運(yùn)輸共運(yùn)輸2K+三、胞吞作用和胞吐作用1.胞飲與吞噬2.受體介導(dǎo)的胞吞作用3.胞吐作用

胞飲與吞噬液體固體胞飲吞噬胞吐作用第二節(jié)細(xì)胞通訊與信號傳遞細(xì)胞通訊細(xì)胞識別通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號傳遞細(xì)胞信號傳遞的基本特征細(xì)胞通訊的幾種類型BACK2、細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間通訊的過程：化學(xué)信號分子的合成信號細(xì)胞釋放化學(xué)信號分子信號分子轉(zhuǎn)運(yùn)至靶細(xì)胞識別信號分子（通常是通過特異性受體識別）信號的跨膜傳遞生物學(xué)效應(yīng)（二）、細(xì)胞識別與信號通路

細(xì)胞識別：細(xì)胞通過其表面受體同胞外配體相互作用，引起一系列生理生化變化，并最終表現(xiàn)為整體生物學(xué)效應(yīng)的過程。

信號通路：細(xì)胞接受外界信號，經(jīng)過一整套特定機(jī)制，將胞外信號轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信號，并啟動特定基因的表達(dá),引起細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)。

（三）細(xì)胞的信號分子和受體1）信號分子：傳遞信號的分子，是與細(xì)胞受體結(jié)合，改變受體的性質(zhì),引起一系列反應(yīng)。

分為：親脂性信號分子：(小分子)甾類激素，甲狀腺素親水性信號分子:(大分子)神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、腎上腺素等2）受體：選擇性結(jié)合某種特定配體的大分子。

胞內(nèi)受體表面受體

具有兩個功能區(qū)域與配基結(jié)合的區(qū)域（結(jié)合特異性）產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域（效應(yīng)特異性）同一種化學(xué)信號分子對不同的靶細(xì)胞可產(chǎn)生不同的效應(yīng)。如：腎上腺素的受體、受體

受體可分為A、離子通道耦聯(lián)的受體

如：突觸后膜神經(jīng)遞質(zhì)受體。神經(jīng)遞質(zhì)通過與受體的結(jié)合開閉離子通道，改變離子的通透性。B、與G蛋白耦聯(lián)的受體受體通過與GTP結(jié)合的調(diào)節(jié)蛋白（G蛋白）的耦聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將外界信號跨膜傳遞到細(xì)胞內(nèi)。如：cAMP途徑C、具有催化功能的受體受體是跨膜蛋白，其胞質(zhì)區(qū)域具有酪氨酸激酶的活性。如：具有酪氨酸激酶活性的受體（生長因子受體）受體3）第二信使和分子開關(guān)第二信使：位于細(xì)胞內(nèi)繼續(xù)傳遞第一信使信號的分子。如：cAMP、肌醇磷脂等。分子開關(guān)：在細(xì)胞的信號通路中起正負(fù)反饋調(diào)節(jié)的蛋白。開關(guān)蛋白（如：蛋白激酶）GTP結(jié)合蛋白二、通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞

C端：激素結(jié)合位點(diǎn)；中部：鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合位點(diǎn)或者抑制性蛋白Hsp90結(jié)合位點(diǎn)；N端：轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。

有三個結(jié)構(gòu)域：(P129)1、胞內(nèi)受體：是激素激活的基因調(diào)控蛋白。2、傳遞過程：該通路的細(xì)胞外界信號分子為親脂性的小分子，分子量在300Da左右，如：甾類激素，可通簡單擴(kuò)散跨越質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，在膜上沒有特異的受體；激素與胞質(zhì)受體結(jié)合形成復(fù)合體，能穿過核孔膜；激素－受體復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核，與核內(nèi)受體結(jié)合，形成激素－胞質(zhì)受體－核質(zhì)受體復(fù)合物，核內(nèi)受體是一種依賴于激素的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子，進(jìn)而啟動DNA的轉(zhuǎn)錄；甾類激素可以誘導(dǎo)原初反應(yīng)和次級反應(yīng)；即：A：直接誘導(dǎo)少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的原初反應(yīng)階段；B：基因產(chǎn)物再活化其他基因，產(chǎn)生一種延遲的次級反應(yīng)。這種反應(yīng)對激素原初作用起放大效應(yīng)。mRNA蛋白質(zhì)原初反應(yīng)蛋白質(zhì)mRNA次級反應(yīng)三、通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞離子通道耦聯(lián)的受體

G蛋白耦聯(lián)的受體與酶連接的受體

通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞1、CAMP信號通路激素G蛋白偶聯(lián)的受體G蛋白C-cyclasec-AMPc-AMP依賴的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白GenetranscriptioncAMP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)的第二信使cAMP的水平變化，引起細(xì)胞反應(yīng)的信號通路。cAMP可被磷酸脂酶限制性地降解清除通路。質(zhì)膜上的五種成分刺激型激素受體（Rs）抑制型激素受體(Ri)與GTP結(jié)合的刺激型調(diào)節(jié)蛋白(Gs)與GTP結(jié)合的抑制型調(diào)節(jié)蛋白(Gi)催化成分（C）：腺苷酸環(huán)化酶CR受體Rs、Ri位于質(zhì)膜的外表面，有兩個結(jié)合位點(diǎn)；一個與細(xì)胞外信號分子結(jié)合，另一個與G蛋白結(jié)合。調(diào)節(jié)蛋白（信號轉(zhuǎn)化蛋白）G蛋白有三個亞基：、、;Gi、Gs的、亞基

基本相同；亞基有兩個結(jié)合位點(diǎn)，一個是與GTP結(jié)合位點(diǎn)，具有GTP酶活性，能水解GTP；另一個是修飾位點(diǎn)，能被細(xì)胞毒素ADP核糖基化修飾。Gs（s）:被霍亂毒素ADP核糖基化，Gi（i）:被百日咳毒素ADP核糖基化；1、激素不和受體結(jié)合時(shí)，Gs蛋白的、、三亞基呈結(jié)合狀態(tài)，亞基與GDP結(jié)合，腺苷酸環(huán)化酶沒有活性，（此時(shí)R、G、C三者分開）；2、激素與受體結(jié)合，導(dǎo)致受體構(gòu)象改變，并與G蛋白結(jié)合；3、GTP取代與G結(jié)合的GDP，導(dǎo)致G蛋白亞基、解離，亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，使ATP轉(zhuǎn)化成cAMP；Gs的調(diào)節(jié)過程：4、

－GTP具有GTP酶活性，將GTP水解為GDT，使與C分離，腺苷酸環(huán)化酶C失去活性，、、重新結(jié)合，受體恢復(fù)到為活化狀態(tài)。腺苷酸環(huán)化酶CATPcAMP蛋白激酶A（無活性）蛋白激酶A（有活性）蛋白酶（無活性）蛋白酶（有活性）總結(jié)RsRiGsGiC-+ATPcAMPAMP磷酸二酯酶蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)－P霍亂：霍亂的癥狀：流經(jīng)小腸上皮血管中的水分大量進(jìn)入腸腔，患者由于嚴(yán)重脫水、腹瀉而死亡。機(jī)理：霍亂毒素可以穿越細(xì)胞表面進(jìn)入細(xì)胞溶質(zhì)，催化細(xì)胞內(nèi)的NAD＋的ADP核糖基共價(jià)添加到Gs的亞基修飾位點(diǎn)上，而且是不可逆修飾；使亞基與GTP結(jié)合，但是喪失了GTP酶的活性，使GTPGDP,GTP永久結(jié)合在亞基上，使亞基處于持續(xù)的活化狀態(tài)；腺苷酸環(huán)化酶不可逆的永久活化，使細(xì)胞溶質(zhì)中的cAMP增加100倍以上，cAMP的增加導(dǎo)致膜蛋白讓量的水分通透進(jìn)入腸腔。2、磷脂酰肌醇信號通路PLCIP3DGCaPKCGeneexpression2+肌醇磷脂：主要分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，其總量約占膜磷脂總量的10％主要有三種：磷脂酰肌醇（PI）磷脂酰肌醇－4－磷酸（PIP）磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸（PIP2）信號通路（雙信使系統(tǒng)IP3/Ca2+、DG/PKC）外界信號分子質(zhì)膜上受體肌醇酯（磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸PIP2）磷脂酶水解1、4、5三磷酸肌醇IP3二?；视虳G動員細(xì)胞內(nèi)源鈣到細(xì)胞質(zhì)中鈣離子作用鈣調(diào)素形成鈣調(diào)素－酶復(fù)合物蛋白激酶C蛋白質(zhì)磷酸化細(xì)胞反應(yīng)信號分子的滅活：

通過細(xì)胞內(nèi)生化代謝完成。

IP3：通過肌醇磷酸脂循環(huán)途徑；

DG：通過兩種途徑終止其信使作用；被二?；视图っ噶姿峄癁榱字幔M(jìn)入肌醇磷脂循環(huán)，被二酰基甘油脂酶水解成單脂酰甘油。（見P141）四、與酶連接的受體受體酪氨酸激酶及RTK-RAS途徑受體絲氨酸/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)系的受體及JAK-STAT途徑經(jīng)典的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：

受體接受刺激跨膜機(jī)制產(chǎn)生第二信使蛋白質(zhì)可逆磷酸化模式傳遞信息，調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)。非經(jīng)典跨質(zhì)膜與胞內(nèi)信號途徑：受體可以單獨(dú)完成跨膜信號傳遞；胞內(nèi)信號傳遞不產(chǎn)生經(jīng)典意義上的第二信使；受體胞內(nèi)域具有磷酸化等酶活性或募集胞質(zhì)酶蛋白能力；以級聯(lián)磷酸化反應(yīng)為主的跨胞質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；最終調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞反應(yīng)。RTK-Ras途徑ReceptorRTKRafMAPK級聯(lián)反應(yīng)Gene調(diào)控蛋白RTK為細(xì)胞表面一大類重要受體家族。受體的二聚化是一次跨膜受體被激活的普遍機(jī)制。Ras是Ras基因表達(dá)的產(chǎn)物。1、具有受體功能的酪氨酸蛋白激酶（receptortyrosineproteinkinase,RTKs）目前對該受體的結(jié)構(gòu)域功能了解最為清楚；RTKs已有50多種，包括：生長因子受體、胰島素受體等；胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域具有酪氨酸激酶（TPK）催化結(jié)構(gòu)；1）RTKs家族的基本結(jié)構(gòu)：RTKs類除胰島素受體外，其余受體都由一條單跨膜肽鏈組成。可分為三個結(jié)構(gòu)區(qū)：細(xì)胞外的配體結(jié)合區(qū)細(xì)胞內(nèi)部具有酪氨酸激酶活性區(qū)連接這兩個區(qū)的跨膜結(jié)構(gòu)NCATP底物結(jié)合區(qū)2）以表皮生長因子受體

（EGF-R為例）EGF受體在膜上以無活性的單體形式存在；與配體EGF結(jié)合后，