第5章物質的跨膜運輸與信號轉遞

1、第5章物質的跨膜運輸與信號轉遞第二節(jié) 細胞通訊與信號傳遞 多細胞生物有賴于細胞通訊與信號傳遞, 以協(xié)調各種細胞的功能，維持一個繁忙而有序的細胞社會。 單細胞生物有時也需要細胞通訊與信號傳遞。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、細胞通訊與細胞識別（一）細胞通訊 （cell communication)）一個細胞發(fā)出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。1、細胞通過分泌化學信號進行細胞間通訊2、細胞間接觸性依賴的通訊3、細胞間形成間隙連接使細胞質相互溝通，通過交換小分子來實現代謝偶聯或電偶聯三種方式：Fig. 不同的細胞間通訊方式autocrineGap junction （二）細胞識別與信號通路細胞識別cell recognition：細胞通過其表面的受體與胞外信

3、號物質分子（配體）選擇性地相互作用，從而導致胞內一系列生理生化變化，最終表現為細胞整體的生物學效應的過程。信號通路signaling pathway：細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節(jié)特定基因的表達，引起細胞的應答反應，是細胞信號系統(tǒng)的主線，這種反應系列稱為信號通路。（三）細胞的信號分子與受體1.細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：神經遞質、生長因子、局部化學遞質、大多數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合某種配體（信號分子）的大分子，當與配體結合后，通過信號轉導(signa

4、l transduction)作用將胞外信號轉換為胞內化學或物理的信號，以啟動一系列過程，最終表現為生物學效應。兩個功能區(qū)域：配體結合區(qū)、效應區(qū)兩種類型：細胞內受體、細胞表面受體3.第二信使與分子開關第一信使：細胞外信號分子。第二信使(Second massenger) ：第一信使與受體作用后在細胞內最早產生的信號分子。包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二?；视?DG)等。功能:啟動和協(xié)助細胞內信號的逐級放大。Fig. 細胞內信號傳導過程中兩類分子開關蛋白蛋白激酶蛋白磷酸酯酶分子開關(Molecular switches)二、通過細胞內受體介導的信號傳遞常見細胞內激素的結構Fig

5、. 細胞內受體蛋白超家族 細胞內受體的本質：激素激活的基因調控蛋白。三部分組成：中部的DNA或Hsp90結合位點：富含Cys、鋅指結構C-端激素結合位點N-端轉錄激活結構域Fig. NO在導致血管平滑肌舒張中的作用NO信號分子的作用機制血管神經末梢釋放乙酰膽堿作用于血管內皮細胞，被激活的血管內皮細胞產生并釋放NO，通過擴散進入臨近平滑肌細胞，導致血管平滑肌舒張三、通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞細胞表面受體分屬三大家族：離子通道偶聯的受體(ion-channel-linked receptor)G蛋白偶聯的受體(G protein-linked receptor)酶偶聯的受體（enzyme-

6、linked receptor)三種類型的細胞表面受體（一）離子通道偶聯的受體Fig. 在突觸處通過遞質門離子通道實現化學信號轉換為電信號 突觸前膜釋放的神經遞質結合并開啟突觸后細胞膜上的遞質門離子通道，結果導致突觸后細胞膜離子流改變，從而將化學信號轉換成電信號。Fig. G蛋白偶聯受體結構圖 （二）G蛋白偶聯的受體G蛋白偶聯的受體是指配體-受體復合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用通過與G蛋白的偶聯，在細胞內產生第二信使，從而將包外信號跨膜傳遞到胞內影響細胞的行為。Fig. 細胞外信號結合所誘導的G蛋白的活化Fig. Gs的調節(jié)作用：Gs偶聯受體激活腺苷酸環(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信號通路對基因轉錄的激活信號分子與受體結合通過G蛋白活化腺苷酸環(huán)化酶，導致細胞內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）轉為進入細胞核，使基因調控蛋白（cAMP應答結合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因調控蛋白與靶基因調控序列結合，增強靶基因的表達。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放大激活的Ras蛋白扳動三種蛋白激酶的磷酸化級聯反應，增強和放大信號，即聯反應的最后，才能磷酸化一些基因調控蛋白，改變基因表達模式；這是終致細胞行為（包括細胞增殖或分化，細胞存活或凋亡）改變的關鍵；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. 細胞表面其他與酶偶聯的受體（1）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶（2）受體酪氨酸磷酸酯酶（3