細(xì)胞生物學(xué)：第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與1

第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞

物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

細(xì)胞通訊與信號傳遞

第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

1.被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）

2.主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）

3.胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)之一。

第二節(jié)細(xì)胞通訊與信號傳遞

1.細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別

2.細(xì)胞的信號分子與受體

3.通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞

4.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

5.由細(xì)胞表面整合蛋白介導(dǎo)的信號傳遞

1.被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）

1.1類型：簡單擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散1.2膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：

載體蛋白（carrierproteins）—通透酶性質(zhì)； 介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸。

通道蛋白（channelproteins）—具有離子選擇性，轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；只介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸

離子通道:離子通道是門控的類型：電壓門通道配體門通道壓力激活通道

2.主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）

2.1類型：三種基本類型

2.1.1由ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸—

鈉鉀泵

（結(jié)構(gòu)與機(jī)制）

鈣泵（Ca2+-ATP酶）

質(zhì)子泵：P-型質(zhì)子泵、V-型質(zhì)子泵、H+-ATP酶

2.1.2協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）

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(dòng)運(yùn)輸方式

2.1.3光能驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子泵:存在于某些光合細(xì)菌膜上3.胞吞作用（endocytosis）

與胞吐作用（exocytosis）

作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，又稱膜泡運(yùn)輸或批量運(yùn)輸（bulktransport）。屬于主動(dòng)運(yùn)輸。

3.1胞吞作用

3.2胞吐作用3.1胞吞作用

3.1.1胞飲作用（pinocytosis）

3.1.2吞噬作用（phagocytosis）。

3.1.3胞飲作用與吞噬作用主要有三點(diǎn)區(qū)別

3.2胞吐作用3.2.1組成型的外排途徑（constitutiveexocytosispathway） 所有真核細(xì)胞連續(xù)分泌過程用于質(zhì)膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質(zhì)組分、營養(yǎng)或信號分子）

3.2.2調(diào)節(jié)型外排途徑（regulatedexocytosispathway） 特化的分泌細(xì)胞 儲(chǔ)存——刺激——釋放 產(chǎn)生分泌物如激素、粘液或消化酶1.細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別1.1細(xì)胞通訊（cellcommunication）1.2細(xì)胞識別（cellrecognition）1.1細(xì)胞通訊（cellcommunication）1.1.1概念

:一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)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、分裂、分化和凋亡是必需的。

1.1.2細(xì)胞通訊方式：

1.1.2.1分泌化學(xué)信號進(jìn)行通訊

內(nèi)分泌（endocrine）

旁分泌（paracrine）

自分泌（autocrine）

化學(xué)突觸（chemicalsynapse）

1.1.2.2接觸性依賴的通訊:細(xì)胞間直接接觸，信號分子與受體都是細(xì)胞跨膜蛋白

1.1.2.3間隙連接實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)2.2細(xì)胞識別（cellrecognition）2.2.1概念：

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，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。

2.2.2信號通路（signalingpathway）

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)，這種反應(yīng)系列稱之為細(xì)胞信號通路。2.細(xì)胞的信號分子與受體2.1信號分子（signalmolecule）

親脂性信號分子

親水性信號分子

氣體性信號分子(NO)

2.2受體（receptor）:能識別和選擇性結(jié)合某種配基(信號分子)的大分子,

多為糖蛋白2.3第二信使（secondmessenger）:cAMP,cGMP,IP3,DG等2.4分子開關(guān)（molecularswitches）2.2受體2.2.1受體種類:

細(xì)胞內(nèi)受體:為胞外親脂性信號分子所激活激素激活的基因調(diào)控蛋白（胞內(nèi)受體超家族）

細(xì)胞表面受體:為胞外親水性信號分子所激活,細(xì)胞表面受體分屬三大家族：

離子通道偶聯(lián)的受體（ion-channel-linkedreceptor）

G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linkedreceptor）

酶偶連的受體（enzyme-linkedreceptor）

2.2.1受體的功能：

介導(dǎo)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸(受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用)

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：受體的激活（activation）（級聯(lián)反應(yīng)）；受體失敏（desensitization）關(guān)閉反應(yīng)、減量調(diào)節(jié)（down-regulation）降低反應(yīng)。3.通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞

3.1甾類激素介導(dǎo)的信號通路

兩步反應(yīng)：

初級反應(yīng)階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的，發(fā)生迅速；

次級反應(yīng)：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3.2一氧化氮介導(dǎo)的信號通路4.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

4.1離子通道偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

4.2

G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

4.3

與酶偶聯(lián)的受體4.3

與酶偶聯(lián)的受體

4.3.1受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路4.3.2

細(xì)胞表面其它與酶偶聯(lián)的受體4.1離子通道偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞4.1.1信號途徑4.1.2特點(diǎn)：

受體/離子通道復(fù)合體，四次/六次跨膜蛋白

跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟

主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳遞

有選擇性：配體的特異性選擇和運(yùn)輸離子的選擇性4.2G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

4.2.1cAMP信號通路

4.2.2磷脂酰肌醇信號通路

4.3.2細(xì)胞表面其它與酶偶聯(lián)的受體

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（ANPs-signals）

酪氨酸蛋白激酶聯(lián)系的受體

兩大家族：

一是與Src蛋白家族相聯(lián)系的受體；

二是與Janus激酶家族聯(lián)系的受體。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（signaltransducerandactvatoroftranscription，STAT）與JAK-STAT途徑。

4.2.1cAMP信號通路4.2.1.1反應(yīng)鏈：激素→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→

cAMP依賴的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄4.2.1.1組分及其分析

G-蛋白偶聯(lián)受體

G-蛋白活化與調(diào)節(jié)效應(yīng)酶——腺苷酸環(huán)化酶

GPLR的失敏：例：腎上腺素受體被激活后，10-15秒cAMP驟增，然后在不到1min內(nèi)反應(yīng)速降，以至消失。

受體活性快速喪失（速發(fā)相）---失敏（desensitization）；

機(jī)制：受體磷酸化受體與Gs解偶聯(lián)，cAMP反應(yīng)停止并被PDE降解。

兩種Ser/Thr磷酸化激酶：

PKA和腎上腺素受體激酶（ARK），負(fù)責(zé)受體磷酸化；

胞內(nèi)協(xié)作因子撲獲蛋白（arrestin）---結(jié)合磷酸化的受體，抑制其功能活性（arrestin

已克隆、定位11q13）。

反應(yīng)減弱（遲發(fā)相）---減量調(diào)節(jié)（down-regulation）

機(jī)制：受體-配體復(fù)合物內(nèi)吞，導(dǎo)致表面受體數(shù)量減少，發(fā)現(xiàn)

arrestin可直接與Clathrin結(jié)合，在內(nèi)吞中起adeptors作用；

受體減量調(diào)節(jié)與內(nèi)吞后受體的分選有關(guān)。4.2.2磷脂酰肌醇信號通路

4.2.2.1反應(yīng)鏈：胞外信號分子→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→

→IP3→胞內(nèi)Ca2+濃度升高→Ca2+結(jié)合蛋白(CaM)→細(xì)胞反應(yīng)磷脂酶C(PLC)→→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內(nèi)pH

4.2.2.2特點(diǎn):雙信使系統(tǒng)(IP3,DG)

效應(yīng)酶:磷脂酶C(PLC)

4.3.1受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路

4.3.1.1受體酪氨酸激酶（receptortyrosinekinases，RTKs）

包括6個(gè)亞族

4.3.1.2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化→

激活RTK→胞內(nèi)信號蛋白→啟動(dòng)信號傳導(dǎo)

4.3.1.3TK-Ras信號通路:配體→RTK→adaptor←GRF→Ras→Raf

（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→進(jìn)入細(xì)胞核→其它激酶或基因調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）的磷酸化修鈽。G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的MAPK的激活

MAPK（Mitogen-activatedproteinkinase）又稱ERK（extracelularsignal-regulatedkinase）----真核細(xì)胞廣泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。

MAPK的底物：膜蛋白（受體、酶）、胞漿蛋白、核骨架蛋白、及多種核內(nèi)或胞漿內(nèi)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子----在細(xì)胞增殖和分化中具有重要調(diào)控作用。

PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的亞基依賴于Ras激活MAPK，具體機(jī)制還有待深入研究；

PKC、PLC與G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的MAPK激活

PKC和PLC參與G蛋白偶聯(lián)受體激活MAPK：

G蛋白偶聯(lián)受體激活G蛋白；

G蛋白

亞基或

亞基激活PLC，促進(jìn)膜磷脂代謝；

磷脂代謝產(chǎn)物（DAG+IP3）激活PKC；

PKC

通過Ras

或Raf

激活MAPK；

由于PKC對鈣的依賴性不同，所以G蛋白偶聯(lián)受體–MAPK途徑對鈣要求不同；

PKA對G蛋白偶聯(lián)受體–MAPK途徑的負(fù)調(diào)控

迄今未發(fā)現(xiàn)和制備出MAPK組成型突變（dominantnegativemutant），提示細(xì)胞難于忍受MAPK的持續(xù)激活（MAPK的去活是細(xì)胞維持正常生長代謝所必須）。主要機(jī)制：特異性的Tyr/Thr磷脂酶可選擇性地使MAPK去磷酸化，關(guān)閉MAPK信號。

cAMP

，MAPK

；cAMP直接激活cAMP依賴的PKA；PKA可能通過RTK或通過抑制Raf-Ras相互作用起負(fù)調(diào)控作用。

RTKs的失敏：

催化性受體的效應(yīng)器位于受體本身，因此失敏即酶活性速發(fā)抑制。

機(jī)制：受體的磷酸化修飾。EGF受體Thr654的磷酸化導(dǎo)致RTK活性的抑制，如果該位點(diǎn)產(chǎn)生Ala突變，則阻止活性抑制，后又發(fā)現(xiàn)C

端的Ser1046/7也是磷酸化位點(diǎn)。磷酸化位點(diǎn)所在的C端恰好是

SH2蛋白的結(jié)合部位。

引起受體磷酸化的激酶：

PKC----作用于Thr654；

CaMK2（Ca2+和CaM依賴的激酶2）----作用于Ser1046/7

還發(fā)現(xiàn)：EGF受體是CDK的靶蛋白，提示和周期調(diào)控有關(guān)。

RTK晶體結(jié)構(gòu)研究表明，RTK激活后形成穩(wěn)定的非抑制性構(gòu)象；磷酸化修飾后，形成抑制性構(gòu)象，引起失敏。

RTK失敏對細(xì)胞正常功能所必須，RTK的持續(xù)激活將導(dǎo)致細(xì)胞生長失控。

5.由細(xì)胞表面整合蛋白介導(dǎo)的信號傳遞●整合蛋白與粘著斑●導(dǎo)致粘著斑裝配的信號通路有兩條●粘著斑的功能：

一是機(jī)械結(jié)構(gòu)功能；

二是信號傳遞功能●通過粘著斑由整合蛋白介導(dǎo)的信號傳遞通路：

由細(xì)胞表面到細(xì)胞核的信號通路

由細(xì)胞表面到細(xì)胞質(zhì)核糖體的信號通路細(xì)胞信號傳遞的基本特征

與蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息

●細(xì)胞信號傳遞的基本特征：

具有收斂（convergence）或發(fā)散（divergence）的特點(diǎn)

細(xì)胞的信號傳導(dǎo)既具有專一性又有作用機(jī)制的相似性

信號的放大作用和信號所啟動(dòng)的作用的終止并存

細(xì)胞以不同的方式產(chǎn)生對信號的適應(yīng)(失敏與減量調(diào)節(jié))

●蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息與信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的cr