高級生化 第6章-第二節(jié) 受體

高級生物化學(xué)2009年動(dòng)物醫(yī)學(xué)院動(dòng)物生物技術(shù)系主任陜西省干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心主任hhwang101@王華巖第六章

細(xì)胞信號傳導(dǎo)第一節(jié)概述第二節(jié)受體第三節(jié)G蛋白第四節(jié)cAMP和Ca++信號傳導(dǎo)第五節(jié)膜磷脂信號傳導(dǎo)第六節(jié)細(xì)胞因子信號

6.2．受體

受體是細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中的一類特殊的蛋白質(zhì)分子，可識別并專一地結(jié)合有生物活性的信號分子，從而激活或觸發(fā)一系列生化反應(yīng)，最終產(chǎn)生該信號特定的生物學(xué)效應(yīng)。受體接受任何刺激，包括非生物的環(huán)境刺激（如光、機(jī)械刺激）和病原微生物刺激，并引發(fā)一定的細(xì)胞反應(yīng)的生物大分子，例如把植物細(xì)胞光敏素稱為光信號受體，把腦苷脂GM2稱為霍亂毒素受體等。6.2.1受體的基本特征

受體分為膜受體和胞內(nèi)受體。無論定位于何處，受體的兩個(gè)基本功能缺一不可，即特異地識別并結(jié)合特定的信號分子，然后把接受的信號準(zhǔn)確無誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)一系列胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生特定的細(xì)胞效應(yīng)。甾類激素、甲狀腺素等疏水性胞間信號和氣體信號的受體均定位于胞內(nèi)或核內(nèi)，其它親水性胞間信號的受體均位于細(xì)胞質(zhì)膜上?！袷荏w（receptor）

概念：受體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(gè)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：細(xì)胞內(nèi)受體（intracellularreceptor）細(xì)胞表面受體（cellsurfacereceptor）

鈍化途徑：①受體失活(receptorinactivation)。②受體隱蔽（receptorsequestration）③受體下行調(diào)節(jié)（receptordown-regulation）

受體與配體（信號分子）間作用的主要特征①特異性；②飽和性；③高度的親和力。

受體與信號分子的結(jié)合有以下主要特征：（1）特異性（2）敏感性（3）飽和性（4）可調(diào)控性

（1）特異性：受體最基本的特征或功能就是能準(zhǔn)確地識別特定的信號分子并與之結(jié)合，否則就無法準(zhǔn)確地傳遞信息。像酶與底物的識別、結(jié)合一樣，受體上的結(jié)合部位與信號分子的三維構(gòu)象互補(bǔ)，它們的結(jié)合也是分子識別過程，與誘導(dǎo)契合理論相符。已知腎上腺素β受體胞外部分的激素結(jié)合部位由螺旋3的Asp113、螺旋5的Ser204、Ser207和螺旋6的Phe290等殘基組成，Asp113的負(fù)電荷與腎上腺素氨基正電荷相互作用，Ser204和Ser207的羥基氧原子與腎上腺素苯環(huán)上兩個(gè)羥基氫原子形成氫鍵，Phe290的苯基與其它疏水基團(tuán)形成的疏水袋子恰好可以容納腎上腺素分子。如果Ser204和Ser207或Asp113突變成Ala，對腎上腺素的親和力都會(huì)大輻度下降。在特定的生理?xiàng)l件下和特定的細(xì)胞中，受體結(jié)合具有高度特異性，不能把這種特異性簡單地理解為一種受體只結(jié)合一種信號分子或一種信號分子只結(jié)合一種受體。實(shí)際上，同一細(xì)胞或不同類型的細(xì)胞中，同一信號分子可能有兩種或多種不同的受體，例如腎上腺素有α和β兩種類型的受體，胰島素有高親和力和低親和力兩種受體?！犊茖W(xué)》雜志評出2007年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)美國《科學(xué)》雜志12月21日公布了2007年度科學(xué)突破，“科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人類基因組差異”榮登榜首，成為2007年度最大的科學(xué)突破。以下是《科學(xué)》雜志年度十大科學(xué)突破名單：揭開β2-腎上腺素受體神秘面紗4.揭開β2-腎上腺素受體神秘面紗

長期以來，確定β2-腎上腺素受體的結(jié)構(gòu)便被列入“未完成名單”之列，就在一些結(jié)晶學(xué)家認(rèn)為這項(xiàng)任務(wù)不可能完成之時(shí)，研究人員卻成功與腎上腺素的這個(gè)“靶子”發(fā)生了“親密接觸”。β2-腎上腺素受體是大約1000個(gè)被稱之為“G蛋白偶聯(lián)受體”的跨膜分子中的一個(gè)。通過探測光、氣味和味道、這些受體為我們提供了周圍環(huán)境的信息。此外，G蛋白偶聯(lián)受體也可通過傳遞激素、神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺以及其它分子的信息，幫助調(diào)整我們身體的內(nèi)部狀況。

抗組胺劑、β-受體阻滯劑等藥物均瞄準(zhǔn)了G蛋白偶聯(lián)受體，但一直以來，研究人員從未發(fā)現(xiàn)這種受體的高清晰結(jié)構(gòu)，以至于藥物的有效性在一定程度上受到了影響。有關(guān)G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合位點(diǎn)的清晰圖片可能加快更有效、更安全藥物的研發(fā)進(jìn)程，但到目前為止，科學(xué)家只搞定了一種簡單的G蛋白偶聯(lián)受體。

為了看見β2-腎上腺素受體的廬山真面目，兩個(gè)結(jié)晶學(xué)小組整整努力了近20年。2007年秋季，相關(guān)的4篇論文刊登在《科學(xué)》、《自然》和《自然-方法學(xué)》雜志上。實(shí)際上，拍攝β2-腎上腺素受體的快照還只是一個(gè)開始，在打造能夠進(jìn)入這種分子的化合物之前，研究人員還需確定它在不同活動(dòng)狀態(tài)下的真實(shí)面目。其它有待分析的G蛋白偶聯(lián)受體意味著，結(jié)晶學(xué)家還有一段相當(dāng)長的路要走。腎上腺素adrenaline，AD；epinephrine，E對受體作用無選擇性不穩(wěn)定非口服給藥攝取/COMT及MAO破壞AD：作用心血管系統(tǒng)心臟↑心率、收縮力、耗氧量↑冠脈擴(kuò)張、心律失常、ECG異常（氟烷）血管

作用于小動(dòng)脈和毛細(xì)血管前括約肌

α收縮，β擴(kuò)張（內(nèi)臟收縮、骨骼肌擴(kuò)張）血壓治療量或慢速靜滴大劑量AD:臨床應(yīng)用心臟停搏:心室內(nèi)注射過敏性休克主要藥物支氣管哮喘有效藥物，常用于控制急性發(fā)作減少局麻藥吸收與局麻藥合用局部止血牙齦出血或鼻出血

受體的特異性還體現(xiàn)在胞內(nèi)部分與特定的信號傳遞蛋白偶聯(lián)，腎上腺素的β受體和α受體分別與不同的G蛋白偶聯(lián)，產(chǎn)生不同的細(xì)胞效應(yīng)。腎上腺素β2受體CⅢ環(huán)221～228位的序列對其偶聯(lián)G蛋白絕對必要；269～272位如缺失或發(fā)生突變也會(huì)大大降低它偶聯(lián)G蛋白的能力；位于胞外側(cè)EⅠ-中的Cys106和E-Ⅱ中的Cys184對于偶聯(lián)G蛋白也絕對必要，表明與G蛋白的偶聯(lián)不僅與胞內(nèi)直接接觸的肽段有關(guān)，而且與受體分子的整體構(gòu)象有關(guān)。（2）敏感性：胞間信號和受體的濃度通常都極低，因此受體必須具有極高的敏感性，它們的結(jié)合服從質(zhì)量作用定律，可用下式表示：[H]+[R]KaKd[HR]Ka=[HR][H][R]Kd=[HR][H][R]=Ka1

式中[H]為游離信號物質(zhì)（配體）濃度，[R]為未結(jié)合的受體濃度，[HR]為信號分子-受體復(fù)合物濃度，Ka為結(jié)合常數(shù)（親合常數(shù)），Kd為解離常數(shù)，Kd值為50%受體被結(jié)合時(shí)的配體濃度（圖6.5）。

式中[H]為游離信號物質(zhì)（配體）濃度，[R]為未結(jié)合的受體濃度，[HR]為信號分子-受體復(fù)合物濃度，Ka為結(jié)合常數(shù)（親合常數(shù)），Kd為解離常數(shù)，Kd值為50%受體被結(jié)合時(shí)的配體濃度（圖6.5）。通常表觀Kd值在10－9～10－12mol·L－1范圍內(nèi)。例如胰島素受體的Kd=2×10－8mol·L―1或0.12μg·ml―1,當(dāng)血漿中胰島素的濃度達(dá)血漿總蛋白的10―5時(shí)就能與之專一結(jié)合。有些受體對配體的親和力會(huì)發(fā)生變化，而且多表現(xiàn)為負(fù)協(xié)同，如胰島素受體、腎上腺素β受體、乙酰膽堿受體等；個(gè)別受體表現(xiàn)為正協(xié)同，如抗利尿激素受體。（3）飽和性：在一定生理?xiàng)l件下，細(xì)胞的某種受體數(shù)目保持相對恒定，例如每個(gè)靶細(xì)胞的受體少的可低至500個(gè)（如甲狀腺中促甲狀腺激素受體），多的可高達(dá)1011個(gè)（如電鰻電器官中乙酰膽堿受體）。受體以高親和力特異地結(jié)合配體一般很容易被飽和；而低親和力的非特異性結(jié)合可能只是一種物理吸附作用（圖6.6）。圖6.6人肝癌細(xì)胞胰島素特異受體的檢測

（4）可調(diào)控性：首先受體數(shù)目恒定是相對的，在一定的條件下可以進(jìn)行上調(diào)或下調(diào)。例如血液中胰島素濃度過高時(shí)，靶細(xì)胞上的胰島素受體數(shù)目下調(diào)，在高胰島素血癥或胰島素抗拒性的人和鼠肝細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、心肌細(xì)胞上胰島素受體數(shù)目下降50～70%。反之，血中胰島素濃度過低時(shí)，靶細(xì)胞上的胰島素受體數(shù)目上調(diào)。激素長時(shí)間刺激導(dǎo)致組織“脫敏”和較長時(shí)間激素撤退時(shí)引起的組織“超敏”，均可能與受體數(shù)目改變有關(guān)。其次，有些受體被磷酸化后對配體的親和力下降，或與某種磷蛋白結(jié)合而不能與下游信號蛋白偶聯(lián)，都能影響或調(diào)節(jié)受體的功能。6.2.2胞內(nèi)受體的作用機(jī)制

甾類激素、甲狀腺素和維甲酸等疏水性小分子信號物質(zhì)，通過簡單擴(kuò)散即可跨越質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞。黃體酮、皮質(zhì)醇、孕酮等與胞漿內(nèi)的受體結(jié)合，激素-受體復(fù)合物即可通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核；甲狀腺素、維生素D、雌激素和維甲酸則與核內(nèi)的受體結(jié)合。這些受體與其配體結(jié)合之后引起構(gòu)象變化，對DNA的親和力增大，與靶基因上的調(diào)節(jié)序列結(jié)合，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號途徑起效慢，但持續(xù)時(shí)間長，影響范圍大。一個(gè)典型的靶細(xì)胞大約有105個(gè)甾類激素受體，每種受體與一種特殊的激素分子以高親和力（Kd=10―8～10―10mol·L―1）可逆地結(jié)合。甾類激素介導(dǎo)的信號通路幾種甾類受體共同的特點(diǎn)是有三個(gè)主要功能區(qū)：①DNA結(jié)合區(qū)（C區(qū)）：位于受體中部，由66～68個(gè)氨基酸組成，富含Cys，形成兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)，還富含堿性氨基酸，有利于與帶負(fù)電荷的DNA相結(jié)合，特異地與靶基因調(diào)控區(qū)的激素反應(yīng)元件（HRE）相結(jié)合。這個(gè)區(qū)域保守性最強(qiáng)。這個(gè)區(qū)域還有一個(gè)由8個(gè)氨基酸組成的核定位信號（RKTKKKIK）。②激素結(jié)合區(qū)（E區(qū)）：位于C-端，由250個(gè)氨基酸組成，與甾類激素結(jié)合后導(dǎo)致受體活化。E區(qū)和C區(qū)還可在未結(jié)合激素時(shí)與抑制蛋白（Hsp）結(jié)合，妨礙受體進(jìn)入細(xì)胞核以及與DNA結(jié)合。E區(qū)還與受體的核定位和二聚化有關(guān)。③受體調(diào)節(jié)區(qū)（A/B區(qū)）：受體N-端的A/B區(qū)具有一個(gè)非激素依賴的組成型轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)，可決定啟動(dòng)子專一性和細(xì)胞專一性。另一個(gè)激素依賴的誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)在E區(qū)（圖6.7）。圖6.7幾種甾類激素受體一級結(jié)構(gòu)比較及功能區(qū)示意圖GR:glucocorticoidreceptor;MR:mineralocoriticoidreceptor;PR:progestogenreceptor;ER:estrogenreceptor.（方框外的數(shù)字為氨基酸序號）最近的研究顯示，甾類激素的作用機(jī)制遠(yuǎn)比上述經(jīng)典的解釋復(fù)雜。它的一些生理效應(yīng)很迅速，常以分或秒計(jì)，不受轉(zhuǎn)錄和翻譯抑制劑的抑制，這是難以用激素-受體復(fù)合物調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄來解釋的。甾類激素這些非基因組效應(yīng)，現(xiàn)在認(rèn)為可能是由于作用于質(zhì)膜上的特異部位，啟動(dòng)了信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；也可能是由于激素與某些膜蛋白和膜脂非專一地結(jié)合，改變了膜的流動(dòng)性或膜蛋白的微環(huán)境，進(jìn)而改變了膜蛋白的構(gòu)象和活性。6.2.3細(xì)胞表面受體

所有的水溶性胞間信號和個(gè)別脂溶性信號分子（如前列腺素）的受體都屬于細(xì)胞表面受體，按照其信號轉(zhuǎn)換機(jī)制和受體分子的結(jié)構(gòu)特征，又將它們再劃分成離子通道型受體、G蛋白偶聯(lián)的受體和具有酶活性的受體。細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞細(xì)胞表面受體的類型：①離子通道型受體（ion-channel-linkedreceptor）②G蛋白耦聯(lián)型受體（G-protein-linkedreceptor