第5章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號轉(zhuǎn)遞

1、第5章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號轉(zhuǎn)遞第二節(jié) 細(xì)胞通訊與信號傳遞 多細(xì)胞生物有賴于細(xì)胞通訊與信號傳遞, 以協(xié)調(diào)各種細(xì)胞的功能，維持一個繁忙而有序的細(xì)胞社會。 單細(xì)胞生物有時也需要細(xì)胞通訊與信號傳遞。Fig. Budding yeast cells responding to mating factor. (A) The cells are normally spherical. (B) In response to mating factor secreted by neighboring yeast cells, they put out a protrusion toward the source

2、 of the factor in preparation for mating. (Courtesy of Michael Snyder.) 一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別（一）細(xì)胞通訊 （cell communication)）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)。1、細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間通訊2、細(xì)胞間接觸性依賴的通訊3、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)三種方式：Fig. 不同的細(xì)胞間通訊方式autocrineGap junction （二）細(xì)胞識別與信號通路細(xì)胞識別cell recognition：細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信

3、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)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程。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)，是細(xì)胞信號系統(tǒng)的主線，這種反應(yīng)系列稱為信號通路。（三）細(xì)胞的信號分子與受體1.細(xì)胞的信號分子親脂性信號分子：甾類激素、甲狀腺素親水性信號分子：神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、局部化學(xué)遞質(zhì)、大多數(shù)激素氣體性信號分子：一氧化氮（ NO ）2.受體receptor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，當(dāng)與配體結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(signa

4、l 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)。兩個功能區(qū)域：配體結(jié)合區(qū)、效應(yīng)區(qū)兩種類型：細(xì)胞內(nèi)受體、細(xì)胞表面受體3.第二信使與分子開關(guān)第一信使：細(xì)胞外信號分子。第二信使(Second massenger) ：第一信使與受體作用后在細(xì)胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號分子。包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等。功能:啟動和協(xié)助細(xì)胞內(nèi)信號的逐級放大。Fig. 細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)過程中兩類分子開關(guān)蛋白蛋白激酶蛋白磷酸酯酶分子開關(guān)(Molecular switches)二、通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞常見細(xì)胞內(nèi)激素的結(jié)構(gòu)Fig

5、. 細(xì)胞內(nèi)受體蛋白超家族 細(xì)胞內(nèi)受體的本質(zhì)：激素激活的基因調(diào)控蛋白。三部分組成：中部的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)：富含Cys、鋅指結(jié)構(gòu)C-端激素結(jié)合位點(diǎn)N-端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域Fig. NO在導(dǎo)致血管平滑肌舒張中的作用NO信號分子的作用機(jī)制血管神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，被激活的血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生并釋放NO，通過擴(kuò)散進(jìn)入臨近平滑肌細(xì)胞，導(dǎo)致血管平滑肌舒張三、通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞細(xì)胞表面受體分屬三大家族：離子通道偶聯(lián)的受體(ion-channel-linked receptor)G蛋白偶聯(lián)的受體(G protein-linked receptor)酶偶聯(lián)的受體（enzyme-

6、linked receptor)三種類型的細(xì)胞表面受體（一）離子通道偶聯(lián)的受體Fig. 在突觸處通過遞質(zhì)門離子通道實(shí)現(xiàn)化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號 突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合并開啟突觸后細(xì)胞膜上的遞質(zhì)門離子通道，結(jié)果導(dǎo)致突觸后細(xì)胞膜離子流改變，從而將化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號。Fig. G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)圖 （二）G蛋白偶聯(lián)的受體G蛋白偶聯(lián)的受體是指配體-受體復(fù)合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用通過與G蛋白的偶聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將包外信號跨膜傳遞到胞內(nèi)影響細(xì)胞的行為。Fig. 細(xì)胞外信號結(jié)合所誘導(dǎo)的G蛋白的活化Fig. Gs的調(diào)節(jié)作用：Gs偶聯(lián)受體激活腺苷酸環(huán)化酶的模型1.cAMP信號通路（1）

7、Rs和Ri（2）Gs和Gi（3）腺苷酸環(huán)化酶Fig. cAMP的合成與降解G蛋白活化的腺苷酸環(huán)化酶Fig. cAMP特異地活化cAMP依賴的蛋白激酶Fig. cAMP信號通路對基因轉(zhuǎn)錄的激活信號分子與受體結(jié)合通過G蛋白活化腺苷酸環(huán)化酶，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增高激活蛋白激酶A，被活化的蛋白激酶A（催化亞基）轉(zhuǎn)為進(jìn)入細(xì)胞核，使基因調(diào)控蛋白（cAMP應(yīng)答結(jié)合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因調(diào)控蛋白與靶基因調(diào)控序列結(jié)合，增強(qiáng)靶基因的表達(dá)。Fig.磷脂酰肌醇信號通路圖解2.磷脂酰肌醇信號通路Fig. 受體酪氨酸激酶（RTKs）的7個亞族 （注：書中列6個）（三）與酶連接的受體1. 受體酪氨酸激酶及

8、RTK-Ras通路Fig. 配基所誘導(dǎo)的受體酪氨酸激酶（RTKs）的信號傳遞方式Fig. 活化的RTK激活Ras蛋白：接頭蛋白連接活化的RTK與Ras激活蛋白（如GRF ），導(dǎo)致GDP-GTP交換，活化的Ras蛋白誘發(fā)信號通路的“下游事件”。Fig. 活化的PKC和Ras蛋白激活的激酶磷酸化級聯(lián)放大激活的Ras蛋白扳動三種蛋白激酶的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)和放大信號，即聯(lián)反應(yīng)的最后，才能磷酸化一些基因調(diào)控蛋白，改變基因表達(dá)模式；這是終致細(xì)胞行為（包括細(xì)胞增殖或分化，細(xì)胞存活或凋亡）改變的關(guān)鍵；通過PKC激活的靶酶可能是Raf，也可能是其它絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。2. 細(xì)胞表面其他與酶偶聯(lián)的受體（1）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶（2）受體酪氨酸磷酸酯酶（3