細(xì)胞生物學(xué)03971

1、細(xì)胞生物學(xué)復(fù)習(xí)講義 沖刺！二、細(xì)胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容細(xì)胞生物學(xué)研究與教學(xué)內(nèi)容一般可分為細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能與細(xì)胞重要生命活動(dòng)兩大基本部分 。從20世紀(jì)60年代開始，在細(xì)胞生物學(xué)教科書中，細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)內(nèi)容所占比例較多。由于細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究積累的大量資料大大充實(shí)與拓寬了細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的知識(shí)范疇。從70年代中期開始，現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)教科書中細(xì)胞重要生命活動(dòng)的知識(shí)所占比重越來越大。由于分子生物學(xué)概念、內(nèi)容與方法的引入， 當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究內(nèi)容大致歸納為以下諸多領(lǐng)域：(一)細(xì)胞核、染色體以及基因表達(dá)的研究 (二)生物膜與細(xì)胞器的研究 (三)細(xì)胞骨架體系的研究 (四)細(xì)胞增殖及其調(diào)控 (五)細(xì)胞分化及其調(diào)控

2、 (六)細(xì)胞的衰老與凋亡 (七)細(xì)胞的起源與進(jìn)化 (八)細(xì)胞工程 (九)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)三、當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究的總趨勢與重點(diǎn)領(lǐng)域細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢。換句話說，細(xì)胞分子生物學(xué)或分子細(xì)胞生物學(xué)將是今后相當(dāng)一段時(shí)間的主流。 第二章細(xì)胞基本知識(shí)概要第一節(jié) 細(xì)胞的基本概念一、細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位近年比較普遍的提法是:細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。 (一)一切有機(jī)體都由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位只有病毒是非細(xì)胞形態(tài)的生命體。(二)細(xì)胞具有獨(dú)立的、有序的自控代謝體系，細(xì)胞是代謝與功能的基本單位在細(xì)胞內(nèi)一切生化過程與試管內(nèi)的生化過程的根本不同點(diǎn)是，細(xì)胞表現(xiàn)為有嚴(yán)格程序的、

3、自動(dòng)控制的代謝體系。(三)細(xì)胞是有機(jī)體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)一切有機(jī)體的生長與發(fā)育是以細(xì)胞的增殖與分化為基礎(chǔ)的，近年認(rèn)為細(xì)胞凋亡是生物生長發(fā)育不可缺少的平衡因素，與細(xì)胞增殖、分化具有互補(bǔ)作用。(四) 細(xì)胞是遺傳的基本單位，細(xì)胞具有遺傳的全能性每一個(gè)細(xì)胞，都包含著全套的遺傳信息，即全套的基因，也就是說它們具有遺傳的全能性。(五)沒有細(xì)胞就沒有完整的生命細(xì)胞共同的基本點(diǎn): 1 所有的細(xì)胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細(xì)胞膜。細(xì)胞膜使細(xì)胞與周圍環(huán)境保持相對(duì)的獨(dú)立性，造成相對(duì)穩(wěn)定的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，并通過細(xì)胞膜與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。 2 所有的細(xì)胞都有兩種核酸:即DNA與RNA，作

4、為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。而非細(xì)胞形態(tài)生命體病毒只有一種核酸，即DNA或RNA作為遺傳信息的載體。 3 作為蛋白質(zhì)合成的機(jī)器-核糖體，毫無例外地存在于一切細(xì)胞內(nèi)，是任何細(xì)胞(除個(gè)別非常特化的細(xì)胞)不可缺少的基本結(jié)構(gòu)，它們?cè)诜g多肽鏈時(shí)，與mRNA形成多聚核糖體。4 所有細(xì)胞的增殖都以一分為二的方式進(jìn)行分裂，遺傳物質(zhì)在分裂前復(fù)制加倍，在分裂時(shí)均勻地分配到兩個(gè)子細(xì)胞內(nèi)，這是生命繁衍的基礎(chǔ)與保證。一、病毒的基本知識(shí)病毒(virus)主要是由一個(gè)核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體。病毒雖然具備了生命活動(dòng)的最基本特征(復(fù)制與遺傳)，但不具備細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，是不"完全&

5、quot;的生命體。第三種觀點(diǎn)越來越具有說服力。認(rèn)為病毒是細(xì)胞的演化產(chǎn)物的觀點(diǎn)，其主要依據(jù)與論點(diǎn)如下: 1 由于病毒的徹底寄生性，沒有細(xì)胞的存在也就沒有病毒繁殖。因此病毒決不可能起源在細(xì)胞之先，只能是先有細(xì)胞后有病毒。 2 有些病毒(如腺病毒)的核酸與哺乳動(dòng)物細(xì)胞DNA某些片段的堿基序列十分相似。 3 病毒可以看做是DNA與蛋白質(zhì)或RNA與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合大分子，與細(xì)胞內(nèi)核蛋白分子有相似之處。由此推論:病毒可能是細(xì)胞在特定條件下"擁出"的一個(gè)基因組，或者是具有復(fù)制與轉(zhuǎn)錄能力的mRNA。這些游離的基因組，只有回到它們?cè)瓉淼募?xì)胞內(nèi)環(huán)境中才能逆行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。Ø 為什么說

6、支原體是最小、最簡單的細(xì)胞?一個(gè)細(xì)胞生存與增殖必須具備的結(jié)構(gòu)裝置：細(xì)胞膜、遺傳信息載體 DNA與RNA、進(jìn)行蛋白質(zhì)合成的一定數(shù)量的核糖體以及催化主要酶促反應(yīng)所需要的酶，這些在支原體細(xì)胞內(nèi)已基本具備。一個(gè)細(xì)胞體積的最小極限直徑不可能小于100nm，而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的最小支原體細(xì)胞的直徑已接近這個(gè)極限。細(xì)菌核糖體的沉降系數(shù)為70s，由大亞單位(50s)與小亞單位(30s)組成，大亞單位含有23SrRNA、5SrRNA與30多種蛋白質(zhì)，小亞單位含有16SrRNA與20多種蛋白質(zhì)。30s的小亞單位對(duì)四環(huán)素與鏈霉素很敏感，50s的大亞單位對(duì)紅霉素與氯霉素很敏感，這些抗生素大概是通過多肽鏈翻譯這一環(huán)節(jié)起抑菌作用

7、的。一、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系真核細(xì)胞可以在亞顯微結(jié)構(gòu)水平上劃分為三大基本結(jié)構(gòu)體系:1以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng);2以核酸(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng);3由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。植物細(xì)胞卻有一些動(dòng)物細(xì)胞所沒有的特有的細(xì)胞結(jié)構(gòu)與細(xì)胞器，如細(xì)胞壁、液泡與葉綠體及其他質(zhì)體。下面我們簡單介紹一下植物細(xì)胞所特有的細(xì)胞器。(1)細(xì)胞壁 細(xì)胞壁是在細(xì)胞分裂過程中形成的，細(xì)胞壁的主要成分是纖維素，還有果膠質(zhì)、半纖維素與木質(zhì)素等。細(xì)胞壁的某些部位有間隙，原生質(zhì)可以由此溝通，形成胞間連絲。(2)液泡 液泡是由脂蛋白膜包圍的封閉系統(tǒng)，內(nèi)部是水溶液，溶有鹽、糖與色

8、素等物質(zhì)。是植物細(xì)胞的代謝庫，起調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的作用。液泡另一功能可能具有壓力滲透計(jì)(osmometer)的作用，使細(xì)胞保持膨脹狀態(tài)。(3)葉綠體葉綠體是植物細(xì)胞內(nèi)最重要、最普遍的質(zhì)體，它是進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器。葉綠體利用其葉綠素將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。第四章細(xì)胞膜與細(xì)胞表面第一節(jié) 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)Ø 流動(dòng)鑲嵌模型主要強(qiáng)調(diào)：膜的流動(dòng)性，膜蛋白和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)；膜蛋白分布的不對(duì)稱性，有的鑲在膜表面，有的嵌入或橫跨脂雙分子層。Ø 還有學(xué)者提出“液晶態(tài)模型”(強(qiáng)調(diào)生物膜的膜脂處于無序(流動(dòng)性)和有序(晶態(tài))之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的)以及“板塊鑲嵌模型”(強(qiáng)調(diào)生物膜是由具有流動(dòng)性程度不

9、同的“板塊”鑲嵌而成的等)。這些模型都可以看作是對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的完善或補(bǔ)充。Ø 最近有人提出脂筏模型(1ipid rafts model)，即在生物膜上膽固醇富集而形 成有序脂相，如同“脂筏”一樣載著各種蛋白，這一模型可解釋生物膜的某些性質(zhì)與功能，但仍需要更多的證據(jù)。二、膜脂(一)成分膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇3種類型。3膽固醇和中性脂質(zhì)膽固醇的功能：調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)的通透性二)膜脂的運(yùn)動(dòng)方式4種熱運(yùn)動(dòng)的方式：1沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)每秒移動(dòng)2m的距離。側(cè)向運(yùn)動(dòng)是膜脂分子的基本運(yùn)動(dòng)方式，具有重要的生物學(xué)意義。2脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)。3脂分子尾部的擺

10、動(dòng) 4雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(三)脂質(zhì)體脂質(zhì)體(1iposome)是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜。三、膜蛋白膜蛋白的種類繁多，多數(shù)膜蛋白分子數(shù)目較少，但卻賦予細(xì)胞膜非常重要的生物學(xué)功能。 (一)類型膜蛋白可分為兩大基本類型：Ø 膜周邊蛋白(peripheral proteins)或稱外在膜蛋白(extrinsic proteins)Ø 膜內(nèi)在蛋白(integralproteins)或稱整合膜蛋白。Ø 膜周邊蛋白為水溶性蛋白，靠離子鍵或其他較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子結(jié)合，只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下

11、來，膜結(jié)構(gòu)并不被破壞。Ø 膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑使膜崩解后才可分離出來。 (三)去垢劑l 由于SDS對(duì)蛋白質(zhì)的作用較為劇烈，引起蛋白質(zhì)變性l 非離子去垢劑也可使細(xì)胞膜崩解，但對(duì)蛋白質(zhì)的作用比較溫和，五、膜的不對(duì)稱性 (一)細(xì)胞膜各部分的名稱與細(xì)胞外環(huán)境接觸的膜面稱質(zhì)膜的細(xì)胞外表面(extrocytoplasmic surface， ES)，與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面稱質(zhì)膜的原生質(zhì)表面(protoplasmic surface，PS)。冷凍蝕刻技術(shù)制樣過程中，膜結(jié)構(gòu)常常從雙層脂分子疏水端斷裂，這樣又產(chǎn)生了質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁斷裂面(extrocytoplasmic face，

12、EF)和原生質(zhì)小頁斷裂面(proto plasmic face，PF)(圖47) (二)膜脂的不對(duì)稱性膜脂的不對(duì)稱性是指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。 (三)膜蛋白的不對(duì)稱性膜蛋白的不對(duì)稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性。七、膜骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)(一)膜骨架膜骨架是指細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它參與維持細(xì)胞膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。細(xì)胞連接可分為三大類：(1)封閉連接(occluding junctions)，緊密連接(tight junction)是典型代表，它將相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜密切地連接在一起阻止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)

13、。(2)錨定連接(anchoring junctions)，通過細(xì)胞骨架系統(tǒng)將細(xì)胞與相鄰細(xì)胞或細(xì)胞與基質(zhì)之間連接起來。錨定連接又分為與中間纖維相關(guān)的錨定連接，包括橋粒(desmosome)和半橋粒(hemidesmosome)；以及與肌動(dòng)蛋白纖維相關(guān)的錨定連接。主要有粘著帶(adhesion belt)和粘著斑(focal adhesion)。(3)通訊連接(communicating junctions)，主要包括間隙連接(gap junction)、神經(jīng)細(xì)胞間的化學(xué)突觸(chemical synapse)和植物細(xì)胞中的胞間連絲(plasmodesmata)。 四、細(xì)胞表面的粘著因子 細(xì)胞與

14、細(xì)胞間的粘連是由特定的細(xì)胞粘著因子鈣粘素等介導(dǎo)的，細(xì)胞之間的錨定連接也需要粘著因子鈣粘素和整聯(lián)蛋白(integhns)等參與(表42)粘著因子均為整合膜蛋白，在胞內(nèi)與細(xì)胞骨架成分相連。目前至少可分成五種以上的類型，多數(shù)要依賴Ca2+或Mg2+才起作用。 1鈣粘素 2選擇素(selectin) 3免疫球蛋白超家族的CAM(1gsuperfamily) 4整聯(lián)蛋白第三節(jié) 細(xì)胞外被與細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrix)是指分布于細(xì)胞外空間，由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖419)。一、 膠原 2分子結(jié)構(gòu)膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原。原膠原是由三條多肽鏈盤繞成的三

15、股螺旋結(jié)構(gòu)，二、糖胺聚糖和蛋白聚糖 1糖胺聚糖l 糖胺聚糖(glycosaminoglycan)是由重復(fù)的二糖單位構(gòu)成的長鏈多糖，其二糖單位之一是氨基己糖-氨基葡萄糖或氨基半乳糖 (故稱為糖胺聚糖)；另一個(gè)是糖醛酸。l 透明質(zhì)酸(hyaluronicacid)是一種重要的糖胺聚糖，是增殖細(xì)胞和遷移細(xì)胞胞外基質(zhì)的主要成分，尤其在胚胎組織中。同時(shí)也是蛋白聚糖的主要結(jié)構(gòu)組分。l 透明質(zhì)酸在結(jié)締組織中起強(qiáng)化、彈性和潤滑作用。 2蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)由糖胺聚糖與核心蛋白(coreprotein)的絲氨酸殘基共價(jià)連接形成的巨分子四、彈性蛋白彈性纖維與膠原纖維共同存在，分別賦予組織以

16、彈性及抗張性。五、植物細(xì)胞壁植物細(xì)胞壁由纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等幾種大分子構(gòu)成，其功能為細(xì)胞提供一個(gè)細(xì)胞外網(wǎng)架，對(duì)細(xì)胞起支持作用等。第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)傳遞 第一節(jié) 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 (一)簡單擴(kuò)散其通透性主要取決于分子大小和分子的極性。小分子比大分子容易穿膜，非極性分子比極性分子容易穿膜，帶電荷的離子跨膜運(yùn)動(dòng)則需要更高的自由能，無蛋白的人工脂雙層對(duì)帶電荷的離子是高度不透的。 (二)協(xié)助擴(kuò)散1 協(xié)助擴(kuò)散的特征： (1)轉(zhuǎn)運(yùn)速率高。 (2)存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率(Vmax)，可用達(dá)到最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率一半時(shí)的葡萄糖濃度作為其Km值，用以衡量某種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)速率。 (3)轉(zhuǎn)運(yùn)的特異性，如紅細(xì)胞質(zhì)膜，D構(gòu)

17、型的葡萄糖Km為1.5 mmol/L，而L構(gòu)型的葡萄糖Km值>3 000 mmol/L。 (4)細(xì)胞膜上存在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(membranetransportproteins)。2 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可分為兩類:一類稱載體蛋白(carrier proteins)，它既可介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸，又可介導(dǎo)主動(dòng)運(yùn)輸（逆濃度或電化學(xué)梯度的）；另一類稱通道蛋白(channel proteins)，只能介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸（順濃度或電化學(xué)梯度的）。 (2) 通道蛋白及其功能離子通道具有兩個(gè)顯著特征：一是具有離子選擇性（離子的大小與電荷），轉(zhuǎn)運(yùn)速率高（106個(gè)離子/s，是載體蛋白的最快速率的1 000倍以上。二是離子通道是門控的，

18、即離子通道的活性由通道開或關(guān)兩種構(gòu)象所調(diào)節(jié)，通道開關(guān)應(yīng)答于適當(dāng)?shù)男盘?hào)。因此離子通道又區(qū)分為電壓門通道(voltage-gated channel)、配體門通道(1igand-gated channel)和壓力激活通道(stress-activated channel)。二、主動(dòng)運(yùn)輸根據(jù)主動(dòng)運(yùn)輸過程所需能量來源的不同可歸納為由ATP直接提供能量和間接提供能量以及光能驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸三種基本類型(圖55)。 (一)由ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸鈉鉀泵Na+K+泵由a和b二個(gè)亞基組成， a亞基是一個(gè)跨膜多次的整合膜蛋白，具有ATP酶活性，因此Na+K+泵又稱為Na+K+ ATP酶。 b亞基是具有組織特

19、異性的糖蛋白。 (三)協(xié)同運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸(cotransport)是一類由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。協(xié)同運(yùn)輸又可分為共運(yùn)輸(symport)和對(duì)向運(yùn)輸(antiport)。1 共運(yùn)輸物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同如小腸上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞吸收葡萄糖或氨基酸等有機(jī)物，就是伴隨Na+從細(xì)胞外流人細(xì)胞內(nèi)而完成的。在某些細(xì)菌中，乳糖的吸收則伴隨H+從細(xì)胞膜外進(jìn)入細(xì)胞三、胞吞作用與胞吐作用(一) 胞吞作用胞吞作用是通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡，稱胞吞泡(endocyticvesicle)，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程。胞吞作用又可分為兩種類型：胞飲

20、作用(pinocytosis)：胞吞物為溶液，形成的囊泡較小，胞飲作用形成的胞吞泡又稱胞飲泡吞噬作用(phagocytosis)：胞吞物為大的顆粒性物質(zhì)(如微生物和細(xì)胞碎片)，形成的囊泡較大，吞噬作用形成的胞吞泡稱吞噬泡。 (二)受體介導(dǎo)的胞吞作用受體介導(dǎo)的胞吞作用：被轉(zhuǎn)運(yùn)的大分子物質(zhì)(配體)首先與細(xì)胞表面互補(bǔ)性的受體相結(jié)合，形成受體大分子復(fù)合物，在網(wǎng)格蛋白參與下形成有被小窩(coatedpits)，然后是深陷的小窩脫離質(zhì)膜形成有被小泡(coatedvesicles)。受體介導(dǎo)的胞吞作用是一種選擇濃縮機(jī)制(selective concentrating mechanism)，既可保證細(xì)胞大量地

21、攝人特定的大分子，同時(shí)又避免了吸入細(xì)胞外大量的液體。與非特異性的胞吞作用相比，效率增加1 000多倍。(三)胞吐作用胞吐作用是將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其他某些膜泡中的物質(zhì)通過細(xì)胞質(zhì)膜運(yùn)出細(xì)胞的過程。組成型的胞吐途徑 (constitutive exocytosispathway)：所有真核細(xì)胞都從高爾基體分泌的囊泡向質(zhì)膜流動(dòng)并與之融合，新合成的囊泡膜不斷地供應(yīng)蛋白和脂類更新質(zhì)膜，確保細(xì)胞分裂前質(zhì)膜的生長；調(diào)節(jié)型胞吐途徑(regulated exocytosispathway)：分泌細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物(如激素、粘液或消化酶)儲(chǔ)存在分泌泡內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞在受到胞外信號(hào)刺激時(shí)，分泌泡與質(zhì)膜融合并將內(nèi)含物釋放出去(

22、圖513)。一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識(shí)別 (一)細(xì)胞通訊細(xì)胞通訊(cellcommunication)是指一個(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)胞以三種方式進(jìn)行通訊：細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行細(xì)胞間相互通訊，這是多細(xì)胞生物最普遍采用的通訊方式；細(xì)胞間接觸性依賴的通訊(contact-dependent signaling)，細(xì)胞間直接接觸，通過與質(zhì)膜結(jié)合的信號(hào)分子影響其他細(xì)胞；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)(見間隙連接部分)。1 細(xì)胞分泌化學(xué)信號(hào)的作用方式可分為：Ø 內(nèi)分泌(endocrine)，由內(nèi)分泌細(xì)胞分泌信號(hào)分子(激素)

23、到血液中，通過血液循環(huán)運(yùn)送到體內(nèi)各個(gè)部位，作用于靶細(xì)胞(圖515A)。Ø 旁分泌(paracrine)。細(xì)胞通過分泌局部化學(xué)介質(zhì)到細(xì)胞外液中，經(jīng)過局部擴(kuò)散作用于鄰近靶細(xì)胞(圖515B)。這對(duì)創(chuàng)傷或感染組織刺激細(xì)胞增殖以恢復(fù)功能具有重要意義。Ø 自分泌(autocrine)。細(xì)胞對(duì)自身分泌的物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)(圖515C)。自分泌信號(hào)常見于病理?xiàng)l件下，如腫瘤細(xì)胞合成和釋放生長因子刺激自身，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖失控。通過化學(xué)突觸傳遞神經(jīng)信號(hào)(neuronalsignaling)(圖515D)。當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞在接受刺激后，神經(jīng)信號(hào)通過動(dòng)作電位的形式傳至末梢，刺激突觸前膜分泌化學(xué)信號(hào)(神經(jīng)遞

24、質(zhì)或神經(jīng)肽)，快速擴(kuò)散作用于突觸后膜，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)化學(xué)信號(hào)電信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳導(dǎo)。此外，通過分泌外激素傳遞信息也屬于通過化學(xué)信號(hào)進(jìn)行細(xì)胞間通訊，作用于同類的其他個(gè)體。 (二)細(xì)胞識(shí)別與信號(hào)通路細(xì)胞識(shí)別(cell recognition)是指細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號(hào)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。(三)細(xì)胞的信號(hào)分子與受體 1細(xì)胞的信號(hào)分子細(xì)胞的信號(hào)分子(signal molecule)根據(jù)其溶解性通常可分為親脂性和親水性兩類：Ø 親脂性信號(hào)分子：主要代表是甾類激素和甲狀腺素Ø 親水性信號(hào)分子：包括神經(jīng)遞質(zhì)

25、、生長因子、局部化學(xué)遞質(zhì)和大多數(shù)激素，氣體性信號(hào)分子：在20世紀(jì)80年代后期，發(fā)現(xiàn)和證實(shí)一氧化氮(nitricoxide，NO)在生物體內(nèi)是一種重要的信號(hào)分子和效應(yīng)分子， NO是迄今在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)，它能進(jìn)入細(xì)胞直接激活效應(yīng)酶，參與體內(nèi)眾多的生理病理過程，因而成為人們所關(guān)注的“明星分子”(star molecule)。2受體受體(receptor)是一種能夠識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配體(信號(hào)分子)的大分子，當(dāng)與配體結(jié)合后，通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction)作用將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理的信號(hào)，以啟動(dòng)一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學(xué)效應(yīng)。 3第二信使與分子開關(guān)第二信使學(xué)說(se

26、cond messenger theory)：胞外化學(xué)物質(zhì)(第一信使)不能進(jìn)入細(xì)胞，它作用于細(xì)胞表面受體，而導(dǎo)致產(chǎn)生胞內(nèi)第二信使，從而激發(fā)一系列生化反應(yīng)，最后產(chǎn)生一定的生理效應(yīng)，第二信使的降解使其信號(hào)作用終止。第二信使：第一信使與受體作用后在胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號(hào)分子稱為第二信使(second messenger)。目前公認(rèn)的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二?；视?DG)等，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞作為分子開關(guān)的蛋白質(zhì)可分兩類：一類磷酸化開關(guān)蛋白(switch protein)：由蛋白激酶使之磷酸化而開啟，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而關(guān)閉，許多蛋白激酶本身是開關(guān)蛋白，構(gòu)成信號(hào)傳遞的磷

27、酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)；另一類GTP結(jié)合開關(guān)蛋白：由GTP結(jié)合蛋白（G蛋白）組成，結(jié)合GTP而活化，結(jié)合GDP而失活。 二、通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞配體：甾類激素分子是化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的親脂性小分子，可以通過簡單擴(kuò)散跨越質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)各自的受體蛋白結(jié)合，形成激素受體復(fù)合物，并能穿過核孔進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，激素和受體的結(jié)合導(dǎo)致受體蛋白構(gòu)象的改變，提高了受體與DNA的結(jié)合能力，激活的受體通過結(jié)合于特異的DNA序列（受體依賴的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子）調(diào)節(jié)基因表達(dá)。NO是具脂溶性的氣體，可快速擴(kuò)散透過細(xì)胞膜，到達(dá)鄰近靶細(xì)胞發(fā)揮作用。NO的生成需要一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase，NOS)的催

28、化，以L-精氨酸為底物。NO沒有專門的儲(chǔ)存及釋放調(diào)節(jié)機(jī)制，靶細(xì)胞上NO的多少直接與NO的合成有關(guān)。內(nèi)源性NO由NOS催化合成后，擴(kuò)散到鄰近細(xì)胞，使鳥苷酸環(huán)化酶活性的增強(qiáng)，cGMP合成增多。cGMP作為新的信使分子介導(dǎo)蛋白質(zhì)的磷酸化等過程，發(fā)揮多種生物學(xué)作用。細(xì)胞表面受體分屬三大家族(圖520)：Ø 離子通道偶聯(lián)的受體(ion-channel-linked receptor)；有組織分布特異性，主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞Ø G蛋白偶聯(lián)的受體(G protein-linked receptor)；Ø 酶偶聯(lián)的受體(enzyme-linked receptor)。

29、；后兩種存在于幾乎所有類型的細(xì)胞。 (二)G蛋白偶聯(lián)的受體G蛋白是三聚體GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白的簡稱由a、b、g三個(gè)亞基組成G蛋白在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著分子開關(guān)的作用，當(dāng)G蛋白a亞基與GDP結(jié)合，處于關(guān)閉態(tài)；a亞基結(jié)合GTP而被活化，即處于開啟態(tài)。4 由G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路主要包括：cAMP信號(hào)通路和磷脂酰肌醇信號(hào)通路。 （1）cAMP信號(hào)通路細(xì)胞外信號(hào)與相應(yīng)受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)第二信使cAMP的水平變化而引起細(xì)胞反應(yīng)的信號(hào)通路。這一信號(hào)通路的首要效應(yīng)酶是腺苷酸環(huán)化酶(A-cyclase)，通過腺苷酸環(huán)化酶調(diào)節(jié)胞內(nèi)cAMP的水平。cAMP可被磷酸二酯酶限制性地降解清除。這是真核細(xì)胞應(yīng)答

30、激素反應(yīng)的主要機(jī)制之一。 cAMP信號(hào)通路由質(zhì)膜上的5種成分組成：激活型激素受體：(Rs)；抑制型激素受體(Ri)；與GDP結(jié)合的活化型調(diào)節(jié)蛋白(Gs)；與 GDP結(jié)合的抑制型調(diào)節(jié)蛋白(Gs)；催化成分，即腺苷酸環(huán)化酶(C)。 Rs和RiRs是與Gs相互作用的激活型激素受體(如腎上腺素b受體)；Ri是與Gi相互作用的抑制型激素受體(如腎上腺素a受體)。Rs都能與Gs相互作用激活腺苷酸環(huán)化酶活性，提高胞內(nèi)的cAMP水平。Ri都能與Gi相互作用抑制腺苷酸環(huán)化酶活性，降低胞內(nèi)的cAMP水平。Rs和Ri具有相似的7次跨膜結(jié)構(gòu)，胞外結(jié)構(gòu)域識(shí)別并結(jié)合胞外信號(hào)分子，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白偶聯(lián)。 Gs和Gi Gs

31、和Gi在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著分子開關(guān)的作用，它將受體與腺苷酸環(huán)化酶偶聯(lián)起來，使細(xì)胞外信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，即第二信使 cAMP。 Gs和Gi均由a、b、g亞基組成，其b、g 亞基相同，而a亞基各不相同。l A Gs的調(diào)節(jié)作用：當(dāng)細(xì)胞沒有受到激素刺激，Gs處于非活化態(tài)時(shí)，Gs蛋白為異三聚體，a亞基與GDP結(jié)合，此時(shí)腺苷酸環(huán)化酶沒有活性；當(dāng)激素配體與Rs受體結(jié)合后，導(dǎo)致受體構(gòu)象改變，暴露出與Gs結(jié)合的位點(diǎn)，膜的流動(dòng)性使激素受體復(fù)合物與Gs結(jié)合，Gs的a亞基構(gòu)象改變，從而排斥GDP，結(jié)合GTP而活化，使三聚體Gs蛋白解離出 a 亞基和 b、g 亞基復(fù)合物，并暴露出a亞基與腺苷酸環(huán)化酶的結(jié)合位點(diǎn)；a

32、亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，使之活化，并將ATP轉(zhuǎn)化為cAMP?；罨腷、g亞基復(fù)合物也可直接激活胞內(nèi)靶分子，具有傳遞信號(hào)的功能，如心肌細(xì)胞中G蛋白偶聯(lián)受體在結(jié)合乙酰膽堿刺激下，活化的"bg亞基復(fù)合物能開啟質(zhì)膜上的K通道，改變心肌細(xì)胞的膜電位。此外 b、g亞基復(fù)合物也能與膜上的效應(yīng)酶結(jié)合，對(duì)結(jié)合GTP的a亞基起協(xié)同或拮抗作用。隨著GTP的水解使a亞基恢復(fù)原來的構(gòu)象并導(dǎo)致與腺苷酸環(huán)化酶解離，終止腺苷酸環(huán)化酶的活化作用。a亞基與b、g 亞基重新結(jié)合，使細(xì)胞回復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)。l B Gi的調(diào)節(jié)作用： Gi對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用可通過兩個(gè)途徑：當(dāng)Gi與 GTP結(jié)合，Gi的a亞基與b、g亞基解離后

33、，一是通過a亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，直接抑制酶的活性；二是通過b、g亞基復(fù)合物與游離的Gs a亞基結(jié)合，阻斷 Gs的a亞基對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的活化。 細(xì)菌毒素對(duì)G蛋白的修飾作用：霍亂毒素能使ADP核糖基共價(jià)結(jié)合到Gs的a亞基上，致使a亞基喪失了GTP酶的活性，與a亞基結(jié)合的GTP不能水解成GDP，結(jié)果使a亞基處于持續(xù)活化狀態(tài)，因而腺苷酸環(huán)化酶持續(xù)活化。致使小腸上皮細(xì)胞中cAMP增加100倍以上，導(dǎo)致膜蛋白讓大量Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水?；魜y病患者的癥狀是嚴(yán)重腹瀉，其主要原因就是霍亂毒素使腺苷酸環(huán)化酶被“鎖定”在活化狀態(tài)， 百日咳毒素催化Gi的a亞基ADP核糖基化，結(jié)果降低了GTP與G

34、i的a亞基結(jié)合的水平，使Gi的a亞基不能活化，從而阻斷了Ri受體引起的對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用。 腺苷酸環(huán)化酶 腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合在質(zhì)膜上的，它是一種糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成cAMP。 在正常情況下細(xì)胞內(nèi)cAMP的濃度10-6molL，當(dāng)在激素激活腺苷酸環(huán)化酶后，cAMP急劇增加，產(chǎn)生快速應(yīng)答；細(xì)胞內(nèi)還有另一種酶即環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)，可降解cAMP生成5AMP，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降。細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度的迅速調(diào)節(jié)是細(xì)胞快速應(yīng)答胞外信號(hào)改變的重要基礎(chǔ)。在信號(hào)傳遞過程中，信號(hào)的放大作用和信號(hào)的終止作用同等重要，同時(shí)并存。cAMP信號(hào)通

35、路的主要效應(yīng)是激活靶酶和開啟基因表達(dá)，這是通過蛋白激酶A完成的。cAMP特異地活化cAMP依賴的蛋白激酶(Akinase)而表現(xiàn)出不同的效應(yīng)。蛋白激酶A由兩個(gè)催化亞基和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成，在沒有cAMP時(shí)，以鈍化復(fù)合體形式存在。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，改變調(diào)節(jié)亞基構(gòu)象，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基。活化的蛋白激酶A催化亞基可使細(xì)胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性。從而影響細(xì)胞代謝和細(xì)胞行為。這是細(xì)胞快速應(yīng)答胞外信號(hào)的過程。還有一類細(xì)胞緩慢應(yīng)答胞外信號(hào)的過程，這就是cAMP信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞基因表達(dá)的影響。 這一過程涉及細(xì)胞核機(jī)制，所以需要幾分鐘乃至幾小時(shí)。這一

36、信號(hào)通路控制多種細(xì)胞內(nèi)的許多過程，從內(nèi)分泌細(xì)胞的激素合成到腦細(xì)胞有關(guān)長期記憶所需蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。 該信號(hào)途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：激素G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄。 磷脂酰肌醇信號(hào)通路 磷脂酰肌醇信號(hào)通路是通過G蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的另一條信號(hào)通路。 胞外信號(hào)分子與細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C(PLC)，使質(zhì)膜上4，5二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成1，4，5三磷酸肌醇(IP3)和二?；视?DG)兩個(gè)第二信使，使胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)。 IP3動(dòng)員細(xì)胞內(nèi)源鈣(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中)到細(xì)胞溶質(zhì)，使胞內(nèi)Ca2+濃度升高；Ca2+作為胞

37、內(nèi)第三信使參與廣泛的生理過程，活化各種Ca2+結(jié)合蛋白引起細(xì)胞反應(yīng)；鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM)是一種真核細(xì)胞普遍存在的Ca2+應(yīng)答蛋白，含4個(gè)結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域可結(jié)合一個(gè)Ca2。 Ca2+與無活性CaM結(jié)合形成活化態(tài)的Ca2+CaM復(fù)合體，然后再結(jié)合靶酶將其活化，這是一個(gè)受Ca2+濃度控制的可逆反應(yīng)。 DG激活蛋白激酶C(PKC)，活化的PKC進(jìn)一步使底物蛋白磷酸化，并可活化Na/H交換引起細(xì)胞內(nèi)pH升高。PKC是鈣和磷脂酰絲氨酸依賴性酶，具有廣泛的作用底物，參與眾多生理過程，在許多細(xì)胞中，PKC的活化可增強(qiáng)特殊基因的轉(zhuǎn)錄。已知至少有兩條途徑：一是PKC激活一條蛋白激酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)

38、，導(dǎo)致與DNA特異序列結(jié)合的基因調(diào)控蛋白的磷酸化和激活，進(jìn)而增強(qiáng)特殊基因的轉(zhuǎn)錄；二是PKC的活化，導(dǎo)致一種抑制蛋白的磷酸化，從而使細(xì)胞質(zhì)中基因調(diào)控蛋白擺脫抑制狀態(tài)釋放出來，進(jìn)入細(xì)胞核，刺激特殊基因的轉(zhuǎn)錄。 磷脂酰肌醇循環(huán)途徑: PIP2是真核細(xì)胞質(zhì)膜中普遍存在的一種化學(xué)成分，在磷脂酶C(PLC)的作用下釋放出IP3，同時(shí)生成DG。IP3信號(hào)的終止是通過依次的去磷酸化形成自由的肌醇，DG通過兩種途徑終上其信使作用：一是被DG激酶磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。 磷脂酰肌醇信號(hào)通路的最大特點(diǎn)是同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)胞內(nèi)信使，分別激動(dòng)即IP3Ca2+和DGPKC兩個(gè)信號(hào)傳

39、遞途徑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的應(yīng)答，因此把這一信號(hào)系統(tǒng)又稱之為“雙信使系統(tǒng)”(double messenger system)。 (三)與酶連接的受體1 受體酪氨酸激酶及RTKRas蛋白信號(hào)通路 受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases，RTKs)又稱酪氨酸蛋白激酶受體，是細(xì)胞表面一大類重要受體家族，包括6個(gè)亞族。它的配體是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子。這條信號(hào)通路的特點(diǎn)是不需信號(hào)偶聯(lián)蛋白(G蛋白)，而是通過受體本身的酪氨酸蛋白激酶的激活來完成信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)。受體酪氨酸激酶(RTKs)的多肽鏈只跨膜一次，胞外區(qū)是配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)區(qū)肽段是酪

40、氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點(diǎn)。配體 (如EGF)在胞外與受體結(jié)合并引起構(gòu)象變化，但單個(gè)跨膜a螺旋無法傳遞這種構(gòu)象變化，因此配體的結(jié)合導(dǎo)致受體二聚化(dimerization)形成同源或異源二聚體，從而在二聚體內(nèi)彼此相互磷酸化受體胞內(nèi)肽段的酪氨酸殘基，即實(shí)現(xiàn)受體的自磷酸化(autophosphorylation)?，F(xiàn)認(rèn)為二聚化是一次跨膜的酶連受體被激活的普遍機(jī)制。自磷酸化的結(jié)果是激活了受體的酪氨酸蛋白激酶活性。 活化的RTK可以結(jié)合多種細(xì)胞溶質(zhì)中帶有SH2結(jié)構(gòu)域的結(jié)合蛋白或信號(hào)蛋白，由此啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，其中一類是接頭蛋白(adaptor proteins)，其作用是偶聯(lián)活化受體與其他

41、信號(hào)分子，構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物，如生長因子受體結(jié)合蛋白2(GRB2)；另一類是在信號(hào)通路中有關(guān)的酶，如：GTP酶活化蛋白(GTPase activating protein，GAP)、磷脂酰肌醇代謝有關(guān)的酶(磷脂酶Cg，3磷脂酰肌醇激酶)等。這兩類RTK結(jié)合蛋白都具有兩個(gè)高度保守而無催化活性的結(jié)構(gòu)域即SH2和SH3。因?yàn)檫@兩種結(jié)構(gòu)域首先在Src蛋白中發(fā)現(xiàn)，所以稱作Src同源區(qū)(Src homolog region 2 和3，SH2和 SH3)。這兩種結(jié)構(gòu)域，SH2選擇性結(jié)合不同位點(diǎn)的磷酸酪氨酸殘基，SH3選擇性結(jié)合不同的富含脯氨酸的序列。在RTK介導(dǎo)的信號(hào)通路中，Ras蛋白是一種具有分子開關(guān)作用

42、的關(guān)鍵組分(正如G蛋白在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中所起的重要作用一樣)。Ras蛋白能夠通過一系列激酶磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)(phosphorylation cascade)將 RTK介導(dǎo)的信號(hào)從活化的Ras蛋白向下游傳遞，誘導(dǎo)不同類型細(xì)胞的分化或增殖。Ras蛋白是ras基因表達(dá)產(chǎn)物。是一種由190個(gè)氨基酸殘基組成的小的GTP結(jié)合蛋白，具有GTPase活性，分布于質(zhì)膜胞質(zhì)一側(cè)，結(jié)合GTP時(shí)為活化態(tài)，而結(jié)合 GDP時(shí)為失活態(tài)。所以Ras蛋白具有分子開關(guān)的作用。Ras蛋白從失活態(tài)到活化態(tài)的轉(zhuǎn)變，先要GDP釋放才會(huì)有GTP的結(jié)合，GDP的釋放需要鳥苷酸釋放因子(GRF)參與；Ras蛋白從活化態(tài)到失活態(tài)的轉(zhuǎn)變，則要GTP酶活化

43、蛋白 (GAP)的促進(jìn)；所以GRF和GAP都與Ras蛋白參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)。GAP因具有SH2結(jié)構(gòu)域可直接與活化的受體結(jié)合。GRF有SH3結(jié)構(gòu)域，但沒有SH2結(jié)構(gòu)域，因此不能直接和受體結(jié)合，而接頭蛋白含SH2和SH3兩類結(jié)構(gòu)域，在配體激活受體后，接頭蛋白通過SH2與受體的磷酸酪氨酸殘基結(jié)合，再通過SH3與GRF結(jié)合，GRF與膜上的Ras接觸，從而活化Ras。而Ras的失活則由活化受體上已結(jié)合的GAP參與下進(jìn)行，即導(dǎo)致Ras蛋白結(jié)合的GTP水解成GDP。 五、細(xì)胞信號(hào)傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息 (一)細(xì)胞信號(hào)傳遞的基本特征(1)多途徑、多層次的細(xì)胞信號(hào)傳遞通路具有收斂或發(fā)散的特點(diǎn)。(

44、2)細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)既具有專一性又有作用機(jī)制的相似性。(3)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程具有信號(hào)放大作用，但這種放大作用又必須受到適度控制，這表現(xiàn)為信號(hào)的放大作用和終止作用的并存。(4)當(dāng)細(xì)胞長期暴露在某種形式的刺激下，細(xì)胞對(duì)刺激的反應(yīng)將會(huì)降低，這就是細(xì)胞進(jìn)行適應(yīng)。第六章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是指在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，除去可分辨的細(xì)胞器以外的膠狀物質(zhì)，稱 (cytoplasmicmatrixOrcytomatrix)。其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半。細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)是在結(jié)構(gòu)、功能乃至發(fā)生上相關(guān)的，由膜圍繞的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡等。一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的組成用差速離心的方

45、法分離細(xì)胞勻漿物中的各種細(xì)胞組分，存留在上清液中的主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學(xué)家多稱之為胞質(zhì)溶膠。二、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能 2控制蛋白質(zhì)的壽命決定蛋白質(zhì)壽命的信號(hào)。這種信號(hào)存在于蛋白質(zhì)N端的第一個(gè)氨基酸殘基每種蛋白質(zhì)開始合成時(shí)，N端的第一個(gè)氨基酸都是甲硫氨酸(細(xì)菌中為甲酰甲硫氨酸)，但合成后不久便被特異的氨基肽酶水解除去，然后由氨酰tRNA蛋白轉(zhuǎn)移酶(aminoacyl-tRNA-protein transferase)把一個(gè)信號(hào)氨基酸加到某些蛋白質(zhì)的N端，最終在蛋白質(zhì)的N端留下一個(gè)不穩(wěn)定的或穩(wěn)定的氨基酸殘基。泛素是一個(gè)由76個(gè)氨基酸殘基組成的小分子蛋白，具有多種生物學(xué)功能。在蛋白質(zhì)降解過程中

46、，多個(gè)泛素分子共價(jià)結(jié)合到含有不穩(wěn)定氨基酸殘基的蛋白質(zhì)的N端，然后一種 26S的蛋白酶復(fù)合體或稱蛋白酶體(proteosome)將蛋白質(zhì)完全水解。 第二節(jié) 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多呈扁囊狀，排列較為整齊，因在其膜表面分布著大量的核糖體而命名。它是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體共同形成的復(fù)合機(jī)能結(jié)構(gòu)其主要功能是合成分泌性的蛋白和多種膜蛋白光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂質(zhì)合成的重要場所，細(xì)胞中幾乎不含有純的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，它們只是作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一部分二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能1蛋白質(zhì)的合成2脂質(zhì)的合成3蛋白質(zhì)的修飾與加工4新生多肽的折疊與裝配5內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其他功能 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有解毒功能。第三節(jié) 高爾基復(fù)合體一、 高爾基體

47、的形態(tài)結(jié)構(gòu)高爾基體至少由互相聯(lián)系的 4個(gè)部分組成1高爾基體順面膜囊(cis Golgi)或順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(cisGolgi network，CGN)一般認(rèn)為，CGN接受來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合成的物質(zhì)并將其分類后大部分轉(zhuǎn)入高爾基體中間膜囊，小部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)具有KDEL(或HDEL)這一信號(hào)序列，它是駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)蛋白的特有序列。CGN區(qū)域還可能具有其他生物活性，如蛋白絲氨酸殘基發(fā)生O連接的 糖基化；跨膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的?；?。 2高爾基體中間膜囊(medial Golgi)多數(shù)糖基化修飾、糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的多糖的合成都發(fā)生在中間膜囊中。扁平膜囊特

48、殊的形態(tài)使其具有很大的膜表面，從而大大增加了進(jìn)行糖的合成與修飾的有效面積。 3高爾基體反面的膜囊(trans Golgi)以及反面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(trans Golginetwork，TGN)TGN的主要功能是參與蛋白質(zhì)的分類與包裝，最后從高爾基體中輸出，某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾也發(fā)生在TGN中二、 高爾基體的功能2蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中所有與糖基化及寡糖的加工有關(guān)的酶都是整合膜蛋白。它們固定在細(xì)胞的不同間隔中，其活性部位均位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體的腔面。寡糖鏈的合成與加工非常像在一條裝配流水線上，糖蛋白從細(xì)胞器的一個(gè)間隔輸送到另一個(gè)間隔，固定在間隔內(nèi)壁上的一套排列有序的酶系，

49、依次進(jìn)行一道道加工，前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物又作為下一個(gè)反應(yīng)的底物，確保只有加工過的底物才能進(jìn)入下一道工序。 3蛋白酶的水解和其他加工過程不同的多肽采用不同的加工方式，推測其原因是：有些多肽分子太小，在核糖體上難以有效地合成，如僅由5個(gè)氨基酸殘基組成的神經(jīng)肽；有些可能缺少包裝并轉(zhuǎn)運(yùn)到分泌泡中的必要信號(hào)；更重要的是可以有效地防止這些活性物質(zhì)在合成它的細(xì)胞內(nèi)起作用第四節(jié) 溶酶體與過氧化物酶體溶酶體(1ysosome)是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器。其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型大致可分為初級(jí)溶酶體(primary lysosome)、次級(jí)溶酶(secondaryl

50、ysosome)和殘余體(residualbody)。溶酶體膜在成分上也與其他生物膜不同：嵌有質(zhì)子泵，借助水解ATP釋放出的能量將H+泵人溶酶體內(nèi)，使溶酶體中的H濃度比細(xì)胞質(zhì)中高100倍以上，以形成和維持酸性的內(nèi)環(huán)境；具有多種載體蛋白用于水解的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)；膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。二、溶酶體的功能 1 清除無用的生物大分子、衰老的細(xì)胞器及衰老損傷和死亡的細(xì)胞 2防御功能3其他重要的生理功能四、溶酶體與過氧化物酶體2過氧化物酶體的功能 過氧化物酶體中常含有兩種酶：一是依賴于黃素(FAD)的氧化酶，其作用是將底物氧化形成H202；二是過氧化氫酶，它的作用是將H202分解，

51、形成水和氧氣。由這兩種酶催化的反應(yīng)，相互偶聯(lián)，從而可使細(xì)胞免受H202的毒害。一、信號(hào)假說與蛋白質(zhì)分選信號(hào)信號(hào)假說(signal hypothesis)，即分泌性蛋白N端序列作為信號(hào)肽，指導(dǎo)分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成，在蛋白合成結(jié)束之前信號(hào)肽被切除。蛋白質(zhì)首先在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上起始合成，當(dāng)多肽鏈延伸至80個(gè)氨基酸左右后，N端的信號(hào)序列與信號(hào)識(shí)別顆粒結(jié)合，使肽鏈延伸暫時(shí)停止，并防止新生肽N端損傷和成熟前折疊，直至信號(hào)識(shí)別顆粒與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的停泊蛋白 (SRP受體)結(jié)合，核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的易位子(translocon)結(jié)合。此后，信號(hào)識(shí)別顆粒脫離了信號(hào)序列和核糖體，返回細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中重復(fù)使用，肽

52、鏈又開始延伸。以環(huán)化構(gòu)象存在的信號(hào)肽與易位子組分結(jié)合使孔道打開，信號(hào)肽穿入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，引導(dǎo)肽鏈以袢環(huán)的形式進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，這是一個(gè)需GTP的耗能過程。與此同時(shí)，腔面上的信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽。肽鏈繼續(xù)延伸直至完成整個(gè)多肽鏈的合成。引導(dǎo)肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的信號(hào)肽可以看作為開始轉(zhuǎn)移序列(start transfer sequence)。肽鏈中還可能有某些序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強(qiáng)的親和力而結(jié)合在脂雙層之中，這段序列不再轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，稱為停止轉(zhuǎn)移序列(stop transfer sequence)。如果一種多肽只有N端信號(hào)序列而沒有停止轉(zhuǎn)移序列，那么這種多肽合成后一般進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中；如果一種多肽的停止轉(zhuǎn)移序列位

53、于分子的中部，那么這種多肽最終會(huì)成為跨膜蛋白。含有多個(gè)起始轉(zhuǎn)移序列和多個(gè)停止轉(zhuǎn)移序列的多肽將成為多次跨膜的膜蛋白。這種肽鏈邊合成邊轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的方式稱共轉(zhuǎn)移線粒體、葉綠體中絕大多數(shù)蛋白質(zhì)以及過氧化物酶體中的蛋白質(zhì)也是在某種信號(hào)序列的指導(dǎo)下進(jìn)入這些細(xì)胞器中。有人稱之為導(dǎo)肽或前導(dǎo)肽(1eaderpeptide)，其基本的特征是蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細(xì)胞器中，因此稱后轉(zhuǎn)移(posttranslocation)。二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型如果從蛋白質(zhì)分選的類型或機(jī)制的角度看，可分為四種基本類型： 1 蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)(transmembranetransport) 2膜泡運(yùn)輸

54、(vesiculartransport) 3選擇性的門控轉(zhuǎn)運(yùn)(gatedtransport)4細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)三、膜泡運(yùn)輸目前發(fā)現(xiàn)三種不同類型的有被小泡具有不同的物質(zhì)運(yùn)輸作用。 1網(wǎng)格蛋白有被小泡A 負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運(yùn)輸。B 在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑中負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜運(yùn)往細(xì)胞質(zhì)，C 從胞內(nèi)體到溶酶體的運(yùn)輸。 2. COP有被小泡 負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。COP有被小泡具有對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。 3COPI有被小泡負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白(escaped proteins)返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。四、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的裝配生物大分子的裝配

55、方式大體可分為自我裝配(self-assembly)、協(xié)助裝配(aid ed-assembly)和直接裝配(direct-assembly)以及更為復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)體系之間的裝配。裝配具有重要的生物學(xué)意義： 1減少和校正蛋白質(zhì)合成中出現(xiàn)的錯(cuò)誤 在裝配過程中裝配校正機(jī)制可排除畸形的亞單位。 2可大大減少所需的遺傳物質(zhì)信息量 3通過裝配與去裝配更容易調(diào)節(jié)與控制多種生物學(xué)過程 第七章細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換-線粒體和葉綠體一、 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) (二)線粒體的超微結(jié)構(gòu)線粒體是由兩層單位膜套疊而成的封閉的囊狀結(jié)構(gòu)。主要由外膜(outer membrane)、內(nèi)膜(inner membrane)、膜間隙(intermembrane space)及基質(zhì)(matrix)或內(nèi)室(inner chamber)4部分組成。1外膜相對(duì)分子質(zhì)量為10X103以下的小分子物質(zhì)均可通過小孔進(jìn)入膜間隙。2內(nèi)膜內(nèi)膜對(duì)物質(zhì)的通透性很低，能嚴(yán)格地控制分子和離子通過，這種“不透性”在ATP的生成過程中起重要作用。二、 線粒體的化學(xué)組成及酶的定位 (二)線粒體酶的定位(一)氧化磷酸化的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2 ATP合成酶(ATPsynthetase)或FlFoATP酶(或HATP酶)位于線粒體內(nèi)膜上，是生物體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的核心酶。參與氧化磷酸化，催化合成ATP。 (二)氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)滲透假說的主要內(nèi)容是：呼吸鏈的