細(xì)胞生物學(xué)課件(翟中和第四版)

第八章蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸?shù)谝还?jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)谝豁摚?91頁。第一節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選

真核細(xì)胞中除線粒體和植物細(xì)胞葉綠體中能合成少量蛋白質(zhì)外，絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都是由核基因編碼，起始合成均發(fā)生在游離核糖體上，然后或在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（游離核糖體）中完成翻譯過程，或在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合核糖體上完成合成。然而，蛋白質(zhì)發(fā)揮結(jié)構(gòu)或功能作用的部位幾乎遍布細(xì)胞的各種區(qū)間或組分。因此必然存在不同的機(jī)制以確保蛋白質(zhì)分選，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞的特定部位，也只有蛋白質(zhì)各就各位并組裝成結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體，才能參與實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的各種生命活動(dòng)。這一過程稱蛋白質(zhì)分選（proteinsorting）或蛋白質(zhì)尋靶（proteintargeting）。蛋白質(zhì)分選不僅保證了蛋白質(zhì)的正確定位，也保證了蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性。實(shí)際上，蛋白質(zhì)分選主要依靠蛋白質(zhì)自身信號序列，從蛋白質(zhì)起始合成部位轉(zhuǎn)運(yùn)到其功能發(fā)揮部位的過程。一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化酶體的分選第二頁，共291頁。一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號細(xì)胞質(zhì)的游離核糖體產(chǎn)生非分泌蛋白，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)附著核糖體產(chǎn)生分泌蛋白。核糖體沒有結(jié)構(gòu)差異，假設(shè)存在于蛋白質(zhì)本身。信號假說（signalhypothesis）：分泌蛋白可能攜帶N端短信號序列，一旦該序列從核糖體翻譯合成，結(jié)合因子和蛋白結(jié)合，指導(dǎo)其轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，后續(xù)翻譯過程將在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上進(jìn)行。現(xiàn)在已知，信號假說是解釋分泌性蛋白在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的重要理論，該過程是包括蛋白質(zhì)N端的信號肽、信號識(shí)別顆粒和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上信號識(shí)別顆粒的受體（又稱停泊蛋白）等因子共同協(xié)助完成的。信號肽（signalpeptide）：信號肽位于蛋白質(zhì)的N端，一般由16~26個(gè)氨基酸殘基組成，其中包括信號肽疏水核心區(qū)、N端和C端等3部分；原核細(xì)胞某些分泌性蛋白的N端也具有信號序列。值得注意的是，信號肽似乎沒有嚴(yán)格的專一性（好利用?。５谌?，共291頁。信號肽的一級結(jié)構(gòu)序列（圖8-1）第四頁，共291頁。信號識(shí)別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）：信號識(shí)別顆粒是由6種不同蛋白質(zhì)和一個(gè)7S小RNA分子構(gòu)成的RNP顆粒。SRP含有2種結(jié)構(gòu)域，即信號肽識(shí)別結(jié)構(gòu)域和核糖體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，其中信號肽識(shí)別結(jié)構(gòu)域中的p54蛋白是一種包含成簇Met殘基的GTP酶，Met側(cè)鏈與信號肽的疏水核心結(jié)合；當(dāng)SRP與信號肽結(jié)合后，核糖體結(jié)合結(jié)構(gòu)域中的p9和p14蛋白復(fù)合體阻斷新生肽鏈的翻譯。SRP通常存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，等待信號肽從多核糖體上延伸暴露出來，SRP既可與新生信號肽序列和核糖體大亞基結(jié)合，又可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上SRP受體結(jié)合，指導(dǎo)新生多肽及核糖體和mRNA附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。信號識(shí)別顆粒的受體（又稱停泊蛋白，dockingprotein，DP）：DP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的整合蛋白，由α和β亞基組成，可特異地與SRP結(jié)合。α亞基可結(jié)合GTP。信號肽酶（signalpeptidase）：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面上蛋白水解酶，負(fù)責(zé)切除并快速降解新生多肽的N端信號肽序列。第五頁，共291頁。信號識(shí)別顆粒（SRP）的結(jié)構(gòu)示意圖（圖8-2）第六頁，共291頁。在非細(xì)胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關(guān)系（表8-1）第七頁，共291頁。分泌性蛋白的合成與跨越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)圖解（圖8-3）

共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（cotranslationaltranslocation）：分泌蛋白向rER腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是同蛋白質(zhì)翻譯過程偶聯(lián)進(jìn)行的，這種蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)。第八頁，共291頁。膜蛋白的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理膜蛋白的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)涉及幾個(gè)問題：（1）靠疏水區(qū)滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上；（2）單次跨膜和多次跨膜；（3）跨膜段的定向。開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）：位于新生肽鏈N端的信號序列（信號肽）（最終不保留），既可被SRP識(shí)別，又可引導(dǎo)新生肽鏈開始穿膜轉(zhuǎn)移。內(nèi)部信號錨定序列（internalsignal-anchorsequence,SA）：位于新生肽鏈內(nèi)部的疏水序列，既是信號序列，又是肽鏈跨膜錨定在脂雙層中的序列。內(nèi)部停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）：位于新生肽鏈內(nèi)部的疏水序列，既是肽段終止轉(zhuǎn)移，又是肽鏈跨膜錨定在脂雙層中的序列。多次跨膜蛋白：含有多個(gè)SA和多個(gè)STA的肽鏈將成為多次跨膜蛋白。跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜肽段的取向：一般而言，帶正電荷氨基酸殘基多的一端，或帶正電荷氨基酸殘基多的一側(cè)，朝向細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)（外側(cè)）。第九頁，共291頁。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類型（圖8-4）STA：內(nèi)部停止轉(zhuǎn)移錨定序列SA：內(nèi)部信號錨定序列第十頁，共291頁。線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的蛋白質(zhì)的信號序列特稱為導(dǎo)肽（leaderpeptide），其基本的特征是蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的游離核糖體上合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細(xì)胞器中，因此稱這種翻譯后再轉(zhuǎn)運(yùn)的方式為翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（post-translationaltranslocation）。這種轉(zhuǎn)運(yùn)方式在蛋白質(zhì)跨膜過程中不僅需要消耗ATP使多肽去折疊，而且還需要跨膜后由分子伴侶幫助蛋白質(zhì)再正確折疊形成有功能的蛋白。繼信號假說提出與確證后，人們又發(fā)現(xiàn)一系列蛋白質(zhì)分選信號序列，統(tǒng)稱信號序列（signalsequence），而且有些信號序列還可形成三維結(jié)構(gòu)的信號斑（signalpatch），指導(dǎo)蛋白的靶向轉(zhuǎn)運(yùn)和定位。第十一頁，共291頁。指導(dǎo)蛋白質(zhì)從細(xì)胞基質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞器的靶向序列的主要特征（表8-2）第十二頁，共291頁。二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型

核基因編碼的蛋白質(zhì)的分選大體可分2條途徑：（1）共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（cotranslationaltranslocation）途徑：即蛋白質(zhì)合成在游離核糖體上起始之后，由信號肽和與之結(jié)合的SRP引導(dǎo)轉(zhuǎn)移至糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后新生肽邊合成邊轉(zhuǎn)入糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或定位在ER膜上，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡運(yùn)到高爾基體加工包裝再分選至溶酶體、細(xì)胞質(zhì)膜或分泌到細(xì)胞外。這種蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)。注意：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體本身的蛋白質(zhì)分選也按此途徑來完成。（2）翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（post-translationaltranslocation）途徑：即蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上合成以后，再轉(zhuǎn)移到膜圍繞的細(xì)胞器，如細(xì)胞核、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體，或者成為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的可溶性駐留蛋白和骨架蛋白。酵母中有些分泌蛋白由結(jié)合ATP的分子Bip蛋白（Bip-ATP）與膜整合蛋白Sec63復(fù)合物相互作用，水解ATP提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，即分泌蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上合成后，再轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。第十三頁，共291頁。真核細(xì)胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型（圖8-5）左：共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)右：翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)第十四頁，共291頁。

根據(jù)蛋白質(zhì)分選的機(jī)制或轉(zhuǎn)運(yùn)方式不同，又可將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分為4類：（1）跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（transmembranetransport）：指共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中蛋白質(zhì)邊合成邊轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜；另指翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中蛋白質(zhì)在合成后依不同機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細(xì)胞器。（2）膜泡運(yùn)輸（vesiculartransport）：蛋白質(zhì)被不同類型的轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡從糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成部位轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體進(jìn)而再分選轉(zhuǎn)移至細(xì)胞的不同部位，其中涉及供體膜出芽形成不同的轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡、膜泡運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的融合等過程。（3）選擇性門控轉(zhuǎn)運(yùn)（gatedtransport）：在游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體在核-質(zhì)間雙向選擇性地完成核輸入或核輸出。（4）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)：蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的轉(zhuǎn)運(yùn)顯然與細(xì)胞骨架系統(tǒng)密切相關(guān)，其它不明。第十五頁，共291頁。三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化酶體的分選轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細(xì)胞器的蛋白質(zhì)分選是一個(gè)多步過程，需要多個(gè)不同的靶向序列（targetingsequence）。定位到葉綠體的前體蛋白N端具有40~50個(gè)氨基酸組成的轉(zhuǎn)運(yùn)肽（transitpeptide），用以指引多肽定位到葉綠體并進(jìn)一步穿過葉綠體被膜進(jìn)入基質(zhì)或類囊體中。轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體和過氧化物酶體的蛋白質(zhì)靠的是線粒體蛋白N端的導(dǎo)肽（leaderpeptide）或過氧化物酶體蛋白C端的靶向序列（targetingsequence）。注意：蛋白質(zhì)最終的定位還需要其它空間定位信號；蛋白質(zhì)必須在分子伴侶的幫助下解折疊或維持非折疊狀態(tài)，以利于通過膜；蛋白質(zhì)輸入通常需要能量。第十六頁，共291頁。（一）蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體1.線粒體蛋白從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)：兩性的N端靶向信號序列（形成α螺旋構(gòu)象）對于指導(dǎo)蛋白質(zhì)輸入線粒體基質(zhì)是至關(guān)重要的；需要分子伴侶胞質(zhì)蛋白Hsc70和線粒體基質(zhì)蛋白Hsc70協(xié)助；需要從內(nèi)外膜接觸點(diǎn)的Tom（外膜移位子）和Tim（內(nèi)膜移位子）處輸入。2.線粒體蛋白以3種途徑從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜：途徑A：具有N端基質(zhì)靶向序列和內(nèi)部停止轉(zhuǎn)移序列；途徑B：具有N端基質(zhì)靶向序列和內(nèi)部疏水的Oxa1靶向序列（內(nèi)膜蛋白Oxa1所識(shí)別）；途徑C：沒有N端基質(zhì)靶向序列，含有多個(gè)內(nèi)部靶向序列；倆種膜間隙蛋白（Tim9/10）為外膜與內(nèi)膜之間轉(zhuǎn)運(yùn)的分子伴侶。3.線粒體蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙：途徑A：具有N端基質(zhì)靶向序列和內(nèi)部間隙靶向序列（其過程類似內(nèi)膜蛋白途徑A，需要內(nèi)膜上蛋白酶于膜間隙一側(cè)切割釋放。）；途徑B：通過外膜Tom40孔直接進(jìn)入膜間隙。第十七頁，共291頁。通過后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑對核基因編碼的線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)（圖8-6）A：線粒體蛋白從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)B：線粒體蛋白通過3種途徑從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜C：線粒體蛋白通過2種途徑從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙第十八頁，共291頁。（二）葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入進(jìn)入基質(zhì)與線粒體的相似：葉綠體前體蛋白具有N端葉綠體（基質(zhì)）靶向序列和類囊體靶向序列，進(jìn)入基質(zhì)與線粒體的相似：如前體蛋白非折疊，依賴于基質(zhì)Hsc70水解ATP提供能量。但與線粒體不同的是：不產(chǎn)生跨內(nèi)膜的電化學(xué)梯度。進(jìn)入基質(zhì)后不同蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑不同：一個(gè)是葉綠體SRP依賴途徑（與蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過程相似）；另一種是pH依賴途徑（蛋白質(zhì)與其輔因子結(jié)合，在類囊體靶向序列N端的2個(gè)Arg殘基和跨線粒體內(nèi)膜的pH梯度是折疊蛋白輸入到類囊體腔所必需的。）。第十九頁，共291頁。通過翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑將葉綠體蛋白從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到類囊體腔（圖8-7）Toc：外膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物Tic：內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物第二十頁，共291頁。（三）過氧化物酶體蛋白的分選過氧化物酶體是真核細(xì)胞中唯一利用分子氧氧化底物形成小分子用于合成途徑的細(xì)胞器。由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽衍生出前體膜泡，然后過氧化物酶體的膜蛋白摻入，形成過氧化物酶體雛形。過氧化物酶體靶向信號（PTS）：常見的C端PTS1（Ser-Lys-Leu）和少見的N端PTS2（Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu）?？扇苄约?xì)胞質(zhì)受體識(shí)別并結(jié)合具有PTS序列的基質(zhì)蛋白將其靶向運(yùn)輸?shù)竭^氧化物酶體的基質(zhì)中?？扇苄约?xì)胞質(zhì)受體（Pex5或Pex7）和膜結(jié)合受體（Pex14）似乎與SRP和SRP受體的功能有相似性。需要ATP水解提供能量。可參考圖7-19及相關(guān)內(nèi)容。第二十一頁，共291頁。過氧化物酶體靶向序列1（PTS1）指導(dǎo)的過氧化物酶體基質(zhì)蛋白的輸入（圖8-8）第二十二頁，共291頁。第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸一、膜泡運(yùn)輸概觀二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸四、網(wǎng)格蛋白／接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸五、轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合六、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝第二十三頁，共291頁。一、膜泡運(yùn)輸概觀在細(xì)胞分泌與胞吞過程中，以膜泡運(yùn)輸方式介導(dǎo)的蛋白質(zhì)分選途徑形成細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的膜流。這種膜流具有高度組織性、方向性并維持動(dòng)態(tài)平衡。在細(xì)胞的膜泡運(yùn)輸中，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當(dāng)于重要的物質(zhì)生產(chǎn)車間和供應(yīng)站，而高爾基體是重要的樞紐和集散中心。高爾基體聚集在微管組織中心（MTOC）附近。高爾基體不同的膜囊具有各自不同的成分，其它內(nèi)膜系統(tǒng)的成員也一樣，這是行使復(fù)雜膜泡運(yùn)輸功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。受體蛋白返回原來的膜結(jié)構(gòu)中有利于維持特定膜成分的相對穩(wěn)定，如從受體介導(dǎo)的胞吞泡返回到質(zhì)膜上，從高爾基體順面膜囊返回到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及從溶酶體返回到高爾基體的TGN等。很多蛋白質(zhì)分子的表面可能含有多種介導(dǎo)轉(zhuǎn)移與分選的信號。轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡形成或出芽主要發(fā)生在膜的特異部位，即蛋白信號與受體結(jié)合的部位。細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸需要多種轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡參與，根據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類型：網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡、COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡和COPⅠ包被膜泡，它們分別介導(dǎo)不同的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)途徑第二十四頁，共291頁。蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀（圖8-9）第二十五頁，共291頁。在細(xì)胞合成-分泌與內(nèi)吞途徑中3種不同的主要膜泡運(yùn)輸方式（圖8-10）網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡從TGN出芽和從質(zhì)膜內(nèi)化形成，脫包被后與晚期胞內(nèi)體融合；COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡介導(dǎo)順向運(yùn)輸（二去）；COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)逆向運(yùn)輸（一來）。第二十六頁，共291頁。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中涉及的3種包被膜泡的特征比較（表8-3）第二十七頁，共291頁。二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COPⅡ（包被蛋白Ⅱ）包被膜泡介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)順向運(yùn)輸，即負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。Sar1：一種調(diào)節(jié)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)的小G蛋白，有一個(gè)共價(jià)結(jié)合的疏水N端脂基團(tuán)，幫助其插入ER膜，同膜結(jié)合的Sar1對包被蛋白的進(jìn)一步裝配起募集者作用。膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)既能轉(zhuǎn)運(yùn)膜結(jié)合的蛋白，又能通過膜受體識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)可溶性蛋白，其包裝特異性取決于被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的靶向分選序列，借以區(qū)分哪些膜蛋白或可溶性蛋白將進(jìn)一步包裝轉(zhuǎn)運(yùn)，哪些將作為駐留蛋白而被排除在外，從而使膜泡包被直接選擇靶向序列或分選信號。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白具有雙酸（Asp-X-Glu）分選信號，Sec24亞基為其受體。參見表8-3/-4和圖8-11/-12第二十八頁，共291頁。Sar1蛋白在CopⅡ包被膜泡裝配與去裝配中作用模型（圖8-11）第二十九頁，共291頁。已知的指導(dǎo)蛋白質(zhì)包裝到特異性轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡的分選信號（表8-4）第三十頁，共291頁。不同類型的膜泡運(yùn)輸（圖8-12）A：COPⅡ包被膜泡介導(dǎo)順向運(yùn)輸和COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)逆向運(yùn)輸B：駐留蛋白的回收C：出芽與膜泡包裝第三十一頁，共291頁。三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)膜泡逆向運(yùn)輸（圖8-12B），負(fù)責(zé)從高爾基體反面膜囊到順面膜囊以及從高爾基體順面管網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)，包括再循環(huán)的膜脂雙層、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的可溶性蛋白和膜蛋白（如v-SNARE），是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收錯(cuò)誤分選的逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的重要途徑。ARF（裝配反應(yīng)因子）：一種調(diào)節(jié)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)的小G蛋白，有一個(gè)共價(jià)結(jié)合的疏水N端脂基團(tuán)，幫助其插入ER膜，同膜結(jié)合的ARF對包被蛋白的進(jìn)一步裝配起募集者作用。細(xì)胞器中的蛋白質(zhì)是通過2種機(jī)制保留及回收來維持的：一是轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡將駐留蛋白有效排斥在外；二是對逃逸蛋白的回收機(jī)制，使其返回它們正常駐留的部位。KDEL：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可溶性駐留蛋白C端分選信號，其受體主要定位在TGN區(qū)、COPⅡ和COPⅠ包被膜泡的膜上；KKXX：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白C端分選信號，其受體是COPⅠα和β亞基。第三十二頁，共291頁。四、網(wǎng)格蛋白／接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡介導(dǎo)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向胞內(nèi)體、溶酶體、分泌泡和植物細(xì)胞液泡的運(yùn)輸，也參與質(zhì)膜受體介導(dǎo)的胞吞作用中從細(xì)胞表面運(yùn)往胞內(nèi)體轉(zhuǎn)而到溶酶體的運(yùn)輸。TGN：既是細(xì)胞分泌途徑中物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的主要分選位點(diǎn)，又是網(wǎng)格蛋白包被膜泡的組裝位點(diǎn)。網(wǎng)格蛋白呈三腿結(jié)構(gòu)，也有自組裝形成多角型網(wǎng)格的特性。接頭蛋白（AP）復(fù)合物（異四聚體）一方面將網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格包被連接到膜上（AP的一個(gè)亞基與網(wǎng)格蛋白重鏈遠(yuǎn)端的球形結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合），另一方面又能特異地促使一些膜結(jié)合蛋白（v-SNARE）富集到形成包被的膜區(qū)，并與之特異性結(jié)合，決定哪些蛋白將被包裝轉(zhuǎn)運(yùn)或哪些蛋白將被排除在外，這種特異性是由轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分選信號決定的。ARF也參與網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被的起始裝配。發(fā)動(dòng)蛋白（dynamin）具有GTPase活性，介導(dǎo)網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的縊縮并與供體膜斷裂，這很關(guān)鍵。第三十三頁，共291頁。網(wǎng)格蛋白（A）、多角形網(wǎng)格包被結(jié)構(gòu)（B）及發(fā)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的形成（C）示意圖（圖8-13）第三十四頁，共291頁。五、轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合膜泡運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵步驟至少包括如下過程：①供體膜的出芽、裝配和斷裂，形成不同包被轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡（已學(xué)過）；②在細(xì)胞內(nèi)由馬達(dá)蛋白驅(qū)動(dòng)、以微管為軌道的膜泡運(yùn)輸（以后學(xué)）；③轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與特定靶膜的錨定和融合（現(xiàn)在學(xué)）。膜泡錨定與融合是一個(gè)耗能的特異性過程：其特異性是通過供體膜和靶膜上的蛋白相互作用完成的。小G蛋白R(shí)ab主要介導(dǎo)供體膜和靶膜的錨定：Rab-GTP與特定轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡的表面蛋白相互作用，并通過類異戊二烯基團(tuán)插入轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡內(nèi)。一旦Rab-GTP被結(jié)合在膜泡表面，便與靶膜上的Rab效應(yīng)器結(jié)合蛋白相互作用，從而使轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡被錨定在適當(dāng)?shù)陌心ど?。v-SNARE與t-SNARE蛋白的配對（互補(bǔ)性）是介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜融合的主要機(jī)制：NSF（N-ethylmaleimide-sensitivefactor）即N-乙基馬來酰亞胺敏感因子和SNAP（solubleNSFattachmentprotein）即可溶性NSF結(jié)合蛋白負(fù)責(zé)介導(dǎo)不同類型膜泡的融合，但沒有明顯的特異性；SNARE（SNAPreceptor）即SNAP受體（可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感因子結(jié)合蛋白受體），位于細(xì)胞器和膜泡膜上的跨膜蛋白大家族，介導(dǎo)膜泡與靶細(xì)胞器膜的特異性融合。其中v-SNARE位于膜泡的膜上，與之互補(bǔ)配對的t-SNARE位于靶細(xì)胞器膜上。第三十五頁，共291頁。在供體膜和靶膜之間膜泡的錨定與融合模式圖解（圖8-14）

如果說Rab蛋白主要是控制轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與適當(dāng)靶膜的錨定，那么，介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜融合的主要機(jī)制是v-SNARE/t-SNARE蛋白的配對。第三十六頁，共291頁。六、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝和去組裝是整體上認(rèn)識(shí)細(xì)胞生命活動(dòng)應(yīng)該關(guān)注的重要問題。生物大分子的組裝方式大體可分為自我裝配（self-assembly）、協(xié)助裝配（aided-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)體系之間的組裝。有些裝配過程需ATP或GTP提供能量。各類型的裝配具有以下生物學(xué)意義：（1）減少和校正蛋白質(zhì)合成中出現(xiàn)的錯(cuò)誤；（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。事實(shí)上細(xì)胞內(nèi)許多代謝活動(dòng)往往涉及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與核酸、蛋白質(zhì)與磷脂等組裝成特定的復(fù)合體，這些復(fù)合體構(gòu)成了細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與功能單位。膜圍繞的細(xì)胞器大體分為2類：一是內(nèi)膜系統(tǒng)；二是含有DNA的細(xì)胞器。細(xì)胞器的組裝同樣涉及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與核酸、蛋白質(zhì)與膜脂的組裝，其運(yùn)輸和組裝過程與方式也更為復(fù)雜。細(xì)胞骨架體系在整個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系中起著重要的組織作用。第三十七頁，共291頁。本章概要真核細(xì)胞中除線粒體和植物細(xì)胞葉綠體中能合成少量蛋白質(zhì)外，絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都是由核基因編碼，起始合成均發(fā)生在游離核糖體上，然后或在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（游離核糖體）中完成翻譯過程，或在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合核糖體上完成合成。然而，蛋白質(zhì)發(fā)揮結(jié)構(gòu)或功能作用的部位幾乎遍布細(xì)胞的各種區(qū)間或組分。因此必然存在不同的機(jī)制以確保蛋白質(zhì)分選，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞的特定部位，也只有蛋白質(zhì)各就各位并組裝成結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體，才能參與實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的各種生命活動(dòng)。信號肽學(xué)說是解釋分泌性蛋白在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的重要理論，該過程是包括蛋白質(zhì)N端的信號肽、信號識(shí)別顆粒和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上信號識(shí)別顆粒的受體等因子共同協(xié)助完成的。蛋白質(zhì)分選包括蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、門控轉(zhuǎn)運(yùn)和膜泡運(yùn)輸?shù)戎饕霓D(zhuǎn)運(yùn)方式。其分選指令存在于多肽鏈自身，繼信號假說提出與確證后，人們又發(fā)現(xiàn)一系列的信號序列，指導(dǎo)蛋白的靶向轉(zhuǎn)運(yùn)。細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)难芯窟M(jìn)展較大，包括COPⅡ包被膜泡介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)順向運(yùn)輸，即負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸；COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)膜泡逆向運(yùn)輸，負(fù)責(zé)從cis高爾基體網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)，包括再循環(huán)的膜脂雙層、某些蛋白質(zhì)如v-SNARE和回收錯(cuò)誤分選的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；網(wǎng)格蛋白/AP包被膜泡介導(dǎo)的蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體以及分泌泡的運(yùn)輸，也參與受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞作用。包被膜泡的組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)及其與靶膜的融合是一個(gè)特異性的、需能的過程，膜泡錨定與融合的特異性是通過供體膜和靶膜上的蛋白相互作用完成的。細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝和去組裝是整體上認(rèn)識(shí)細(xì)胞生命活動(dòng)應(yīng)該關(guān)注的重要問題。第三十八頁，共291頁。第九章細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第一節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第三節(jié)G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第四節(jié)酶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第五節(jié)其他細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號通路第六節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的整合與控制第三十九頁，共291頁。第一節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述一、細(xì)胞通訊二、信號分子與受體三、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)及其特性第四十頁，共291頁。一、細(xì)胞通訊（1）多細(xì)胞生物是一個(gè)有序而可控的細(xì)胞社會(huì)，這種社會(huì)性的維持不僅依賴于細(xì)胞的物質(zhì)代謝與能量代謝，更有賴于細(xì)胞間通訊與信號調(diào)控，從而以不同的方式協(xié)調(diào)細(xì)胞的行為，諸如細(xì)胞生長、分裂、分化、凋亡及其它各種生理功能。細(xì)胞通訊（cellcommunication）：指信號細(xì)胞發(fā)出的信息（配體/信號分子）傳遞到靶細(xì)胞并與其受體相互作用，通過細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引起靶細(xì)胞產(chǎn)生特異性生物學(xué)效應(yīng)的過程。（細(xì)胞）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）：指細(xì)胞將外部信號轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨響?yīng)答反應(yīng)的過程。這是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間通訊的關(guān)鍵過程。細(xì)胞信號傳遞（cellsignaling）：通過信號分子與受體的相互作用，將外界信號經(jīng)細(xì)胞質(zhì)膜傳遞至細(xì)胞內(nèi)部，通常傳遞至細(xì)胞核，并引發(fā)特異生物學(xué)效應(yīng)的過程。細(xì)胞通訊可概括為3種方式：（1）細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間通訊，這是多細(xì)胞生物普遍采用的通訊方式；（2）細(xì)胞間接觸性依賴的通訊，即一方具有跨膜配體另一方具有細(xì)胞表面受體，包括細(xì)胞-細(xì)胞黏著和細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏著；（3）動(dòng)物細(xì)胞間通過間隙連接、植物細(xì)胞間通過胞間連絲，通過交換小分子實(shí)現(xiàn)通訊。第四十一頁，共291頁。不同的細(xì)胞通訊方式（圖9-1）A：內(nèi)分泌B：旁分泌C：化學(xué)突觸通訊D：自分泌E：細(xì)胞間接觸依賴性通訊第四十二頁，共291頁。一、細(xì)胞通訊（2）

通過胞外信號所介導(dǎo)的細(xì)胞通訊通常包括如下6個(gè)步驟：①信號細(xì)胞合成并釋放信號分子（配體）；②轉(zhuǎn)運(yùn)信號分子至靶細(xì)胞；③信號分子與靶細(xì)胞表面受體特異性結(jié)合并導(dǎo)致受體被激活；④活化的受體啟動(dòng)靶細(xì)胞內(nèi)一種或多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑；⑤引發(fā)細(xì)胞代謝、功能或基因表達(dá)的改變；⑥解除信號并導(dǎo)致細(xì)胞反應(yīng)終止。

本章討論后4步！第四十三頁，共291頁。二、信號分子與受體（一）信號分子（二）受體（三）第二信使與分子開關(guān)第四十四頁，共291頁。（一）信號分子信號分子（signalmolecule）：指細(xì)胞的信息載體，種類繁多，包括化學(xué)信號（①各類激素、②神經(jīng)遞質(zhì)和③局部介質(zhì)等）和物理信號（聲、光、電和溫度等）。激素（hormone）：激素是內(nèi)分泌細(xì)胞合成的化學(xué)信號分子，它們經(jīng)血液循環(huán)被送到體內(nèi)各個(gè)部位作用于靶細(xì)胞。神經(jīng)遞質(zhì)（neurotransmitter）：突觸前端釋放的一種化學(xué)物質(zhì)，與突觸后靶細(xì)胞結(jié)合，并改變靶細(xì)胞的膜電位。局部介質(zhì)（localmediator）：即由各種不同類型的細(xì)胞合成并分泌到細(xì)胞外液中的信號分子，它只能作用于周圍的細(xì)胞，典型的如生長因子、淋巴因子和前列腺素等。根據(jù)化學(xué)信號（分子）的化學(xué)性質(zhì)可分為3類：①氣體性信號分子（可自由擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞直接激活效應(yīng)酶，如NO）、②疏水性信號分子（可穿過細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞內(nèi)受體結(jié)合成激素-受體復(fù)合物來調(diào)節(jié)基因表達(dá)，如甾類激素和甲狀腺素）和③親水性信號分子（只能通過與靶細(xì)胞表面受體結(jié)合而啟動(dòng)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，如大多數(shù)蛋白類激素、神經(jīng)遞質(zhì)和局部介質(zhì)）。第四十五頁，共291頁。信號分子舉例（表9-1）第四十六頁，共291頁。（二）受體（1）受體（recsptor）：受體是一種能夠識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配體（信號分子）的大分子，大多數(shù)為糖蛋白，少數(shù)是糖脂，還有的是糖蛋白和糖脂組成的復(fù)合物。細(xì)胞內(nèi)受體（intracellularreceptor）與細(xì)胞表面受體（cell-surfacereceptor）：細(xì)胞內(nèi)受體位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)或核基質(zhì)中，其本質(zhì)是依賴疏水性激素激活的轉(zhuǎn)錄因子。細(xì)胞表面受體位于細(xì)胞質(zhì)膜上，主要識(shí)別和結(jié)合親水性信號分子，包括分泌型信號分子（如多肽類激素、神經(jīng)遞質(zhì)和生長因子等）或膜結(jié)合型信號分子（如細(xì)胞表面抗原和細(xì)胞表面黏著分子等）。細(xì)胞表面受體按其功能分為3大家族：（1）離子通道偶聯(lián)受體（ionchannel-coupledreceptor）：受體-離子通道；（2）G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupledreceptor，GPCR）：受體·G蛋白；（3）酶連/聯(lián)受體（enzyme-linkedreceptor）：受體-酶或受體·酶。受體至少有2個(gè)功能域：不管哪種類型的受體，一般至少有2個(gè)功能域，即結(jié)合配體的功能域和產(chǎn)生效應(yīng)的功能域，分別具有結(jié)合特異性和效應(yīng)特異性。第四十七頁，共291頁。三種類型的細(xì)胞表面受體（圖9-2）第四十八頁，共291頁。（二）受體（2）受體通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引發(fā)2種主要的細(xì)胞反應(yīng)：受體結(jié)合特異性配體后而被激活，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑將胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，引發(fā)2種主要的細(xì)胞反應(yīng)：一是細(xì)胞內(nèi)存量蛋白活性或功能的改變，進(jìn)而影響細(xì)胞代謝功能的短期反應(yīng)（快反應(yīng)）；二是影響細(xì)胞內(nèi)特殊蛋白的表達(dá)量，最常見的方式是通過轉(zhuǎn)錄因子的修飾激活或抑制基因表達(dá)的長期反應(yīng)（慢反應(yīng)），最后的綜合效應(yīng)是改變細(xì)胞的行為。靶細(xì)胞對外界信號產(chǎn)生反應(yīng)：受體與配體空間結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性是二者特異性結(jié)合的主要因素，但并不意味著受體與配體之間是簡單的一對一的關(guān)系。靶細(xì)胞對外界信號產(chǎn)生反應(yīng)：一是通過受體對信號結(jié)合的特異性，二是通過細(xì)胞本身固有的特征。第四十九頁，共291頁。細(xì)胞表面受體轉(zhuǎn)導(dǎo)胞外信號引發(fā)兩類主要反應(yīng)：快反應(yīng)和慢反應(yīng)（圖9-3）第五十頁，共291頁。（三）第二信使與分子開關(guān)（1）

第二信使（secondmessenger）：第二信使是指第一信使分子（胞外激素或其他配體）與細(xì)胞表面受體結(jié)合后，導(dǎo)致在胞內(nèi)產(chǎn)生（或釋放）的非蛋白類小分子，通過其濃度變化（增加或減少）來應(yīng)答胞外信號，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶和非酶蛋白的活性，從而在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中行使攜帶和放大信號的功能。目前公認(rèn)的第二信使包括cAMP、cGMP、Ca2+、

DAG（二酰甘油）、IP3（1,4,5-三磷酸肌醇）和PIP3（3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇）等。分子開關(guān)（

molecularswitch）：分子開關(guān)是指通過活化（開啟）和失活（關(guān)閉）2種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來控制下游靶蛋白的活性的調(diào)控蛋白。

①G蛋白超家族開關(guān)：GTP結(jié)合蛋白，包括三聚體（大G蛋白）和單體（小G蛋白），都具有GTPase活性，都具有2種存在狀態(tài)：即G蛋白·GDP為失活的“關(guān)閉”狀態(tài)，而G蛋白·GTP為活化的“開啟”狀態(tài)。GEF即鳥苷酸交換因子通過以GTP交換G蛋白上的GDP引發(fā)G蛋白構(gòu)象改變而活化（開啟）。隨著結(jié)合的GTP的水解形成GDP，則恢復(fù)失活（關(guān)閉）。GTP的水解速率被GAP即GTPase促進(jìn)蛋白和RGS即G蛋白信號調(diào)節(jié)子所促進(jìn)，被GDI即鳥苷酸解離抑制蛋白所抑制。第五十一頁，共291頁。4種常見的細(xì)胞內(nèi)第二信使及其主要效應(yīng)（圖9-4）第五十二頁，共291頁。G蛋白開關(guān)活化（開）與失活（關(guān)）的轉(zhuǎn)換（圖9-5）GEF（guaninenucleotide-exchangefactor）即鳥苷酸交換因子GAP（GTPase-acceleratingprotein）即GTPase促進(jìn)蛋白R(shí)GS（regulatorofGprotein-signaling）即G蛋白信號調(diào)節(jié)子GDI（guaninenucleotidedissociationinhibitor）即鳥苷酸解離抑制蛋白第五十三頁，共291頁。（三）第二信使與分子開關(guān)（2）②蛋白激酶/蛋白磷酸酶開關(guān)：通過蛋白激酶（proteinkinase，PK）使靶蛋白磷酸化和通過蛋白磷酸酶（proteinphosphatase，PP）使靶蛋白去磷酸化，從而調(diào)節(jié)靶蛋白的活化（開啟）與失活（關(guān)閉）。當(dāng)有些靶蛋白被磷酸化時(shí)活化（開啟），則去磷酸化時(shí)失活（關(guān)閉）；有些靶蛋白具有相反的變化模式。蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化可以改變蛋白質(zhì)的電荷并改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，從而導(dǎo)致該蛋白質(zhì)活性的增強(qiáng)或降低，這是細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種調(diào)節(jié)機(jī)制，在代謝調(diào)節(jié)、基因表達(dá)和細(xì)胞周期調(diào)控中均具有重要作用。細(xì)胞內(nèi)許多蛋白，諸如結(jié)構(gòu)蛋白、酶、膜通道蛋白和信號蛋白其活性變化都是通過蛋白激酶/蛋白磷酸酶開關(guān)調(diào)節(jié)的，并具有靶蛋白特異性。

③此外，鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）可通過與Ca2+的結(jié)合或解離分別處于活化（開啟）或失活（關(guān)閉）的狀態(tài)。第五十四頁，共291頁。靶蛋白磷酸化和去磷酸化是細(xì)胞調(diào)節(jié)靶蛋白活性的一種普遍機(jī)制（圖9-6）

蛋白激酶（PK）/蛋白磷酸酶（PP）：將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到其它蛋白質(zhì)上（或相反）的酶，通常對其它蛋白質(zhì)的活性具有調(diào)節(jié)作用。第五十五頁，共291頁。三、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)及其特性（一）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成及信號蛋白的相互作用（二）細(xì)胞內(nèi)信號蛋白復(fù)合物的裝配（三）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的主要特性第五十六頁，共291頁。（一）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成及信號蛋白的相互作用細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號通路通常由下列5個(gè)步驟組成：①激活受體：形成配體-受體復(fù)合物；②產(chǎn)生第二信使（或活化的信號蛋白）：信號初級跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)；③起始信號放大的級聯(lián)反應(yīng)：由第二信使或信號蛋白復(fù)合物起始；④細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)：通過酶、轉(zhuǎn)錄因子或細(xì)胞骨架等方式引起；⑤終止或降低細(xì)胞反應(yīng)：如受體脫敏或下調(diào)。信號傳遞鏈：細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是由細(xì)胞內(nèi)多種行使不同功能的信號蛋白所組成的信號傳遞鏈，具有可調(diào)控的動(dòng)態(tài)特征，涉及細(xì)胞內(nèi)信號蛋白復(fù)合物的裝配。蛋白質(zhì)模式結(jié)合域（modularbindingdomain）：蛋白質(zhì)模式結(jié)合域通常由40~120個(gè)氨基酸殘基組成，一側(cè)有較淺凹陷的球形結(jié)構(gòu)域，雖不具酶活性，但能識(shí)別蛋白質(zhì)上特定基序或特定修飾位點(diǎn)，它們與識(shí)別對象的親和性較弱，因而有利于快速和反復(fù)進(jìn)行精細(xì)的組合式網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。細(xì)胞內(nèi)信號蛋白的相互作用是靠蛋白質(zhì)模式結(jié)合域所特異性介導(dǎo)的，多種模式結(jié)合域經(jīng)多重相互作用極大地拓展了細(xì)胞內(nèi)信號網(wǎng)絡(luò)的多樣性。第五十七頁，共291頁。SH2結(jié)構(gòu)域（Srchomology2domain）：由約100個(gè)氨基酸殘基組成，可特異性結(jié)合圍繞磷酸酪氨酸（p-Tyr）殘基的氨基酸序列。含有SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)家族包括多種功能性成員：①酶（enzyme）：含有1或2個(gè)與催化序列相聯(lián)系的SH2結(jié)構(gòu)域，如PK、PP、PLC、Ras、Pho、GAP和GEF等；②錨定蛋白（dockingprotein）：IRS（胰島素受體底物）等；③接頭蛋白（adaptor）：含單個(gè)SH2和多個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域，如Grb2（生長素受體結(jié)合蛋白2）等；④調(diào)節(jié)蛋白（regulator）：STAT通路；⑤轉(zhuǎn)錄因子；⑥癌蛋白（oncoprotein）。SH2結(jié)構(gòu)域第五十八頁，共291頁。細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的組成（圖9-7）第五十九頁，共291頁。細(xì)胞內(nèi)信號蛋白之間的相互作用是靠蛋白質(zhì)模式結(jié)合域所特異性介導(dǎo)的示意圖（圖9-8）IRS1：胰島素受體底物第六十頁，共291頁。蛋白質(zhì)模式結(jié)合域及其結(jié)合基序特異性（表9-2）第六十一頁，共291頁。（二）細(xì)胞內(nèi)信號蛋白復(fù)合物的裝配信號蛋白復(fù)合物的生物學(xué)意義：細(xì)胞內(nèi)信號蛋白復(fù)合物的形成在時(shí)空上增強(qiáng)細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)的速度、效率和反應(yīng)的特異性。細(xì)胞內(nèi)信號蛋白復(fù)合物的裝配可能有3種不同類型：（1）基于支架蛋白預(yù)先裝配成等待激活的信號復(fù)合物；（2）在（自磷酸化）活化受體上裝配信號復(fù)合物；（3）在受體活化的肌醇磷脂錨定位點(diǎn)上裝配信號復(fù)合物（募集具有PH結(jié)構(gòu)域信號蛋白）

。第六十二頁，共291頁。細(xì)胞內(nèi)信號蛋白復(fù)合物裝配的3種類型（圖9-9）A：基于支架蛋白B：基于受體活化域C：基于肌醇磷脂第六十三頁，共291頁。（三）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的主要特性（1）特異性（specificity）：“結(jié)合”特異性、飽和性和可逆性以及“效應(yīng)器”特異性。（2）放大效應(yīng)（amplification）：效應(yīng)器蛋白（酶或離子通道蛋白）引發(fā)級聯(lián)反應(yīng)（放大效應(yīng)）。（3）網(wǎng)絡(luò)化效應(yīng)與正反饋（positivefeedback）和負(fù)反饋（negativefeedback）環(huán)路：網(wǎng)絡(luò)化效應(yīng)有利于克服分子間相互作用的隨機(jī)性對細(xì)胞生命活動(dòng)的負(fù)面干擾；正反饋和負(fù)反饋環(huán)路對于及時(shí)校正反應(yīng)的速率和強(qiáng)度是最基本的調(diào)控機(jī)制。（4）整合作用（integration）：細(xì)胞通過整合不同的信息，對細(xì)胞外信號分子的特異性組合做出程序性反應(yīng)，甚至做出生死抉擇，這樣才能維持生命活動(dòng)的有序性。第六十四頁，共291頁。第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一、細(xì)胞內(nèi)核受體及其對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)二、NO作為氣體信號分子進(jìn)入靶細(xì)胞直接與酶結(jié)合第六十五頁，共291頁。一、細(xì)胞內(nèi)核受體及其對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)信號分子（類固醇激素、甲狀腺素、維生素D和視黃酸）是一些與細(xì)胞內(nèi)受體相互作用的親脂性小分子；但個(gè)別親脂性小分子（如前列腺素）的受體卻在細(xì)胞質(zhì)膜上。細(xì)胞內(nèi)受體的本質(zhì)是依賴激素激活的轉(zhuǎn)錄因子。信號分子的作用是將抑制性蛋白從細(xì)胞內(nèi)受體上解離，使受體上的DNA結(jié)合位點(diǎn)暴露而激活。激素·受體復(fù)合物與基因的特殊調(diào)節(jié)區(qū)即激素應(yīng)答元件（HRE）結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。細(xì)胞內(nèi)受體一般都含有3個(gè)功能域：N端是轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，中部是DNA（或抑制性蛋白Hsp90）結(jié)合域，C端是激素結(jié)合域。中部結(jié)構(gòu)域是高度保守富含Cys的區(qū)域，具有2個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)重復(fù)單位。類固醇激素誘導(dǎo)的基因活化通常分為2個(gè)階段：①快速的初級反應(yīng)階段：即直接激活少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄；②延遲的次級反應(yīng)階段：即初級反應(yīng)的基因產(chǎn)物再激活其它基因轉(zhuǎn)錄，對初級反應(yīng)起放大作用。第六十六頁，共291頁。細(xì)胞內(nèi)受體蛋白及其作用模型（圖9-10）第六十七頁，共291頁。二、NO作為氣體信號分子進(jìn)入靶細(xì)胞直接與酶結(jié)合血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞是NO的生成細(xì)胞，NO合酶（NOS）（需要NADPH）在催化精氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸的同時(shí)釋放出NO。NO是一種具有自由基性質(zhì)的脂溶性氣體分子，可透過細(xì)胞膜快速擴(kuò)散，通過作用于鄰近（平滑肌）靶細(xì)胞而發(fā)揮作用。可溶性氣體NO作為局部介質(zhì)在許多組織中發(fā)揮作用，其主要機(jī)制是激活靶細(xì)胞內(nèi)具有鳥苷酸環(huán)化酶（GC）活性的NO受體。NO可與GC活性中心的Fe2+結(jié)合，改變酶的構(gòu)象，導(dǎo)致GC活性增強(qiáng)，cGMP水平升高。cGMP激活依賴cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌動(dòng)-肌球蛋白復(fù)合物信號通路，導(dǎo)致血管平滑肌舒張。硝酸甘油為什么能用于治療心絞痛？硝酸甘油能在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為NO，可舒張血管，從而減輕心臟負(fù)荷和心肌的需氧量。第六十八頁，共291頁。NO在導(dǎo)致血管平滑肌舒張中的作用（圖9-11）第六十九頁，共291頁。第三節(jié)G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一、G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)與激活二、G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路第七十頁，共291頁。一、G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)與激活（1）大G蛋白：大G蛋白是三聚體G蛋白的簡稱，由Gα、Gβ和Gγ3種亞基組成，其中Gα亞基具有GTPase活性，作為分子開關(guān)，Gβ和Gγ亞基以二聚體形式存在，Gα和Gβγ亞基分別通過共價(jià)結(jié)合的脂分子錨定在質(zhì)膜上。Gα、Gβ和Gγ各有27種、5種和13種。大G蛋白的作用：①當(dāng)配體與受體結(jié)合時(shí)，受體與大G蛋白（偶聯(lián)）結(jié)合，發(fā)生GTP與GDP交換，導(dǎo)致大G蛋白解離，游離出來的Gα·GTP結(jié)合并激活效應(yīng)器蛋白，從而傳遞信號；當(dāng)Gα·GTP水解成Gα·GDP時(shí)，則處于失活的關(guān)閉狀態(tài)，終止信號傳遞并導(dǎo)致大G蛋白的重新裝配，恢復(fù)系統(tǒng)進(jìn)入靜息狀態(tài)。②在有些信號途徑中，效應(yīng)器蛋白是離子通道，其活性受游離的Gβγ亞基激活與調(diào)節(jié)。第七十一頁，共291頁。與G蛋白偶聯(lián)受體相聯(lián)系的效應(yīng)蛋白的激活機(jī)制（圖9-12）第七十二頁，共291頁。一、G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)與激活（2）G蛋白偶聯(lián)受體（Gproteincoupledreceptor，GPCR）：

G蛋白偶聯(lián)受體都含有7次疏水跨膜α螺旋段，N端在細(xì)胞外側(cè)，C端在細(xì)胞胞質(zhì)側(cè)。其中胞外環(huán)狀結(jié)構(gòu)域（E4環(huán)）結(jié)合胞外信號（配體）；跨膜螺旋5（H5）和螺旋6（H6）之間的胞內(nèi)環(huán)狀結(jié)構(gòu)域（C3環(huán)）對于受體與G蛋白之間的相互作用具有重要作用。受體活化G蛋白：與受體偶聯(lián)的大G蛋白作為“活化”與“失活”轉(zhuǎn)換的分子開關(guān)而起作用。推測配體與受體的E4環(huán)結(jié)合會(huì)引起H5和H6螺旋的彼此相對移動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致C3環(huán)構(gòu)象改變，從而容許結(jié)合并激活Gα亞基。G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)無數(shù)胞外信號的細(xì)胞應(yīng)答：包括多種對蛋白或肽類激素、局部介質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)和氨基酸或脂肪酸衍生物等配體識(shí)別與結(jié)合的受體，以及哺乳類嗅覺、味覺受體和視覺的光激活受體（視紫紅質(zhì)）。第七十三頁，共291頁。G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)圖（圖9-13）第七十四頁，共291頁。哺乳類三聚體G蛋白的主要種類及其效應(yīng)器（表9-3）第七十五頁，共291頁。二、G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路

根據(jù)G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）在質(zhì)膜上的效應(yīng)蛋白的不同又可分為3類（1）調(diào)節(jié)離子通道的GPCR，如心肌細(xì)胞的乙酰膽堿受體，其效應(yīng)蛋白是K+通道；（2）激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶的GPCR，細(xì)胞內(nèi)第二信使為cAMP；（3）激活磷脂酶C的GPCR，細(xì)胞內(nèi)第二信使包括IP3、Ca2+、DAG。

（一）激活離子通道的G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路（二）激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶的G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路（三）激活磷脂酶C（以IP3和DAG作為雙信使）的G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的信號通路第七十六頁，共291頁。（一）激活離子通道的G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路1.心肌細(xì)胞上M型（蠅蕈堿）Ach受體激活G蛋白開啟K+通道

Ach→M型Ach受體→Gi蛋白（GiαGβγ）→Gβγ→K+通道→K+外流→超極化→減緩心肌細(xì)胞的收縮頻率2.光受體活化誘發(fā)cGMP門控陽離子通道的關(guān)閉光→視紫紅質(zhì)（感受弱光刺激）→Gt蛋白（傳導(dǎo)素）（GtαGβγ）→Gtα→cGMP-PDE（磷酸二酯酶）抑制性γ亞基→cGMP-PDE（α/β）→破壞cGMP（水解）→cGMP門控陽離子通道關(guān)閉→膜瞬間超極化→視神經(jīng)→腦第七十七頁，共291頁。心肌細(xì)胞上M型乙酰膽堿受體的活化與效應(yīng)器K+通道開啟的工作模型（圖9-14）第七十八頁，共291頁。視桿細(xì)胞中Gt蛋白偶聯(lián)的光受體誘導(dǎo)的陽離子通道的關(guān)閉（圖9-15）第七十九頁，共291頁。（二）激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶的G蛋白偶聯(lián)受體不同的配體-受體復(fù)合物或刺激或抑制腺苷酸環(huán)化酶（AC）活性：受體和G蛋白都有刺激性的（Rs和Gs）和抑制性的（Ri和Gi）。不同的激素-受體復(fù)合物，偶聯(lián)不同的G蛋白（僅Gα亞基不同），導(dǎo)致激活或抑制AC活性。腺苷酸環(huán)化酶（AC）：12次跨膜蛋白，含2個(gè)胞質(zhì)側(cè)催化結(jié)構(gòu)域，2個(gè)膜整合結(jié)構(gòu)域（每個(gè)含6個(gè)跨膜α螺旋）。AC催化cAMP的生成。cAMP磷酸二酯酶（cAMP-PDE）：水解cAMP的磷酸二酯酶。蛋白激酶A（PKA）：意為cAMP激活型蛋白激酶，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族。無活性時(shí)，2個(gè)調(diào)節(jié)亞基和2個(gè)催化亞基（R2C2）；有活性時(shí)（依賴cAMP與R亞基結(jié)合而釋放出C亞基），僅2個(gè)催化亞基（C2）。cAMP與R亞基是以協(xié)同方式結(jié)合的，即第一個(gè)cAMP的結(jié)合會(huì)促進(jìn)第二個(gè)cAMP的結(jié)合，因此胞內(nèi)cAMP水平的很小變化就能導(dǎo)致PKA的C亞基快速釋放而活化。幾個(gè)重要結(jié)論：（1）通過激素引發(fā)的某些抑制物的解離導(dǎo)致酶的迅速活化是各種信號通路的普遍特征；（2）雖然許多激素刺激G蛋白偶聯(lián)受體導(dǎo)致PKA的激活，但是細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)可能只依賴于細(xì)胞表達(dá)的特殊PKA異構(gòu)體和PKA底物；（3）雖然PKA在不同類型的細(xì)胞中作用于不同底物，但PKA總是磷酸化相同序列的基序：X-R-R/K-X-S/T-Φ。第八十頁，共291頁。脂肪細(xì)胞受激素誘導(dǎo)的AC激活與抑制（圖9-16）第八十一頁，共291頁。哺乳動(dòng)物AC的結(jié)構(gòu)與該酶同Gsα-GTP的相互作用（圖9-17）A：哺乳動(dòng)物腺苷酸環(huán)化酶的結(jié)構(gòu)示意圖B：包含牛Gsα亞基、狗Ⅴ型腺苷酸環(huán)化酶和鼠Ⅱ型腺苷酸環(huán)化酶催化結(jié)構(gòu)域的重組三維結(jié)構(gòu)第八十二頁，共291頁。PKA的結(jié)構(gòu)與活化示意圖（圖9-18）第八十三頁，共291頁。cAMP-PKA信號對肝和肌細(xì)胞糖原代謝的調(diào)節(jié)（圖9-19）第八十四頁，共291頁。cAMP-PKA信號通路對基因轉(zhuǎn)錄的激活（圖9-20）激素→GPCR→Gs蛋白（Gsα）→AC→cAMP→PKA→C2

→CREB→CREB-CBP→CRE→靶基因轉(zhuǎn)錄第八十五頁，共291頁。為什么不同的信號（配體）通過類似的機(jī)制會(huì)引發(fā)多種不同的細(xì)胞反應(yīng)？

GPCR存在的多種異構(gòu)體、G蛋白不同亞基組合的多樣性以及一些酶存在的多種異構(gòu)體決定了通過類似機(jī)制可產(chǎn)生眾多不同的細(xì)胞反應(yīng)?；魜y毒素與百日咳毒素對G蛋白的特殊作用：霍亂毒素具有ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性，進(jìn)入細(xì)胞催化胞內(nèi)的NAD+中的ADP-核糖基共價(jià)結(jié)合在Gsα亞基上，結(jié)果使Gsα亞基喪失GTPase活性，導(dǎo)致Gsα亞基被“鎖定”在持續(xù)活化狀態(tài)并不斷地激活A(yù)C，cAMP增加100倍以上，致使細(xì)胞大量Na+和水分子持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。百日咳毒素催化Giα亞基ADP-核糖基化，結(jié)果阻止與Giα亞基結(jié)合的GDP的釋放，使Giα亞基被“鎖定”在非活化狀態(tài)，導(dǎo)致氣管上皮細(xì)胞內(nèi)cAMP水平升高，促使液體、電解質(zhì)和黏液分泌減少。第八十六頁，共291頁。（三）激活磷脂酶C（以IP3和DAG作為雙信使）的G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號通路磷脂酰肌醇代謝途徑：雙信使DAG和IP3來自膜結(jié)合的磷脂酰肌醇（PI）。磷脂酰肌醇（PI）→磷脂酰肌醇-4-磷酸（PIP）→磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）→二酰甘油（DAG）＋肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）→DAG是親脂性分子，錨定在膜上；IP3擴(kuò)散在細(xì)胞質(zhì)中。磷脂酶C（phospholipaseC）的β異構(gòu)體（PLC

β）：催化PIP2水解產(chǎn)生二酰甘油（DAG）和肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）2個(gè)第二信使分子。蛋白激酶C（PKC）：意為Ca2+激活型蛋白激酶，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族，可廣泛磷酸化多種不同的蛋白質(zhì)底物。DAG和Ca2+共同激活PKC：①錨定在質(zhì)膜上的DAG使PKC轉(zhuǎn)位結(jié)合于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)；②

IP3刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，使胞質(zhì)Ca2+濃度升高；③

DAG和Ca2+共同激活PKC，廣泛磷酸化多種底物蛋白。DAG也可單獨(dú)激活一些PKC。第八十七頁，共291頁。磷脂酰肌醇代謝途徑（圖9-21）第八十八頁，共291頁。IP3-Ca2+和DAG-PKC雙信使信號通路（圖9-22）配體→GPCR→Go/Gq蛋白（Goα/Gqα）→PLC

β→PIP2→（DAG）+IP3

→IP3R→

Ca2+

→PKC轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜上→DAG激活PKC→調(diào)節(jié)代謝或基因轉(zhuǎn)錄第八十九頁，共291頁。1.IP3-Ca2+信號通路與鈣火花IP3-Ca2+信號通路：配體→GPCR→Go/Gq蛋白（Goα/Gqα）→PLC

β→PIP2→IP3

→IP3R→

Ca2+

→PKC轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜→PKC被DAG激活→調(diào)節(jié)代謝或基因轉(zhuǎn)錄IP3的主要功能：IP3結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3門控受體（IP3R）Ca2+通道，引發(fā)該通道釋放貯存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，使胞質(zhì)中游離Ca2+濃度瞬時(shí)提高。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+濃度的升降因素：①升的因素：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3受體（IP3R）通道和萊恩素受體（RyR）通道，質(zhì)膜上的Ca2+通道；②降的因素：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+泵，質(zhì)膜上的Ca2+泵和Ca2+-Na+通道。Ca2+作為第二信使發(fā)揮作用。鈣火花（Ca2+spark）：在短短的10ms內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)某一微區(qū)Ca2+探針Fluo-3的熒光強(qiáng)度驟升1倍，隨后又在20ms內(nèi)消失，故稱鈣火花。鈣火花的發(fā)生是一個(gè)“擴(kuò)散-反應(yīng)”的過程，即Ca2+從一簇萊恩素受體構(gòu)成的發(fā)放源放出，向周圍擴(kuò)散，并通過不同的分子機(jī)制回收或清除，以恢復(fù)細(xì)胞質(zhì)中正常的Ca2+濃度。鈣火花是微區(qū)鈣信號傳導(dǎo)基本單元，顯示出鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，在時(shí)間、空間和幅度上形成多尺度、多層次上的精細(xì)結(jié)構(gòu)。鈣火花在時(shí)空上的疊加形成了細(xì)胞水平的鈣振蕩。第九十頁，共291頁。細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平調(diào)控示意圖與心肌細(xì)胞鈣火花（圖9-23）A：細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平調(diào)控示意圖B：Fluo-3染色心肌細(xì)胞的共聚焦顯微圖像（示鈣火花的空間特征）C：鈣振蕩（上圖）與鈣火花（下圖）的時(shí)間-空間特征第九十一頁，共291頁。受鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)的酶（表9-4）鈣調(diào)蛋白（calmodulin,CaM）：每個(gè)CaM分子由148氨基酸殘基組成，含2個(gè)EF手結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域可結(jié)合2個(gè)Ca2+。CaM是一種廣泛分布的高度保守的小分子Ca2+結(jié)合（應(yīng)答）蛋白，參與許多Ca2+依賴性的生理反應(yīng)與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Ca2+通過形成Ca2+-CaM復(fù)合物將靶酶激活或抑制，這是一種受Ca2+濃度控制的可逆反應(yīng)。第九十二頁，共291頁。2.DAG-PKC信號通路DAG-PKC信號通路：配體→GPCR→Go/Gq蛋白（Goα/Gqα）→PLC

β→PIP2→DAG→PKC→調(diào)節(jié)代謝或基因轉(zhuǎn)錄DAG的主要功能：DAG結(jié)合在質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的PKC。PKC有2個(gè)功能區(qū)：親水的催化活性中心和疏水的膜結(jié)合區(qū)。當(dāng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的PKC與Ca2+結(jié)合并轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，才被DAG活化。PKC的功能：PKC是Ca2+和PS依賴性的Ser/Thr蛋白激酶，具有廣泛的作用底物，參與眾多生理過程，既涉及許多細(xì)胞“短期生理效應(yīng)”如細(xì)胞分泌、肌肉收縮等，又涉及細(xì)胞增殖、分化等“長期生理效應(yīng)”。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2條途徑：一是PKC激活一條蛋白激酶的級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致特殊轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化和激活，進(jìn)而使特殊基因轉(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)中的轉(zhuǎn)錄因子擺脫抑制狀態(tài)釋放出來，進(jìn)入細(xì)胞核激活特殊基因的轉(zhuǎn)錄。第九十三頁，共291頁?；罨腜KC激活基因轉(zhuǎn)錄的兩條細(xì)胞內(nèi)途徑（圖9-24）第九十四頁，共291頁。第四節(jié)酶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

酶聯(lián)受體又稱催化性受體，當(dāng)胞外配體與受體的胞外部分結(jié)合時(shí)即激活受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的酶活性，這類受體至少包括5類：①受體酪氨酸激酶；②受體絲氨酸/蘇氨酸激酶；③受體酪氨酸磷酸酯酶；④受體鳥苷酸環(huán)化酶；⑤酪氨酸蛋白激酶聯(lián)受體。一、RTK-Ras蛋白信號通路二、PI3K-PKB(Akt)信號通路三、TGF-β-Smad信號通路四、JKA-STAT信號通路第九十五頁，共291頁。一、RTK-Ras蛋白信號通路受體酪氨酸激酶（receptortyrosinekinase，RTK）：所有RTK的N端位于細(xì)胞外，是配體結(jié)合域，C端位于細(xì)胞內(nèi)，具有酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，并具有自磷酸化位點(diǎn)，因此RTK是能將自身或胞質(zhì)中底物上的酪氨酸殘基磷酸化的細(xì)胞表面受體。RTK的胞外配體與主要功能：RTK的胞外配體通常是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，如多種生長因子、胰島素和胰島素樣生長因子。RTK主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、發(fā)育、增殖、分化、存活和凋亡，以及細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)與校正作用；另有一個(gè)亞族（Eph）的主要功能是刺激血管發(fā)生和指導(dǎo)細(xì)胞及軸突遷移。RTK的二聚化和結(jié)合蛋白：二聚化是一次跨膜的酶聯(lián)受體被激活的普遍機(jī)制?；罨腞TK通過磷酸酪氨酸殘基可以結(jié)合多種細(xì)胞質(zhì)中帶有SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白：①接頭蛋白：如GRB2（生長因子受體結(jié)合蛋白2）本身雖不具酶活性，也沒有傳遞信號的性質(zhì)，但其作用是偶聯(lián)活化受體與其它信號蛋白，參與構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物；②在信號通路中有關(guān)的酶：如GAP（GTP酶活化蛋白）、PLCγ（磷脂酶Cγ）、PI3K（3-磷脂酰肌醇激酶）、SyP（蛋白磷酸酯酶）以及Src類的非RTK等。這2類RTK結(jié)合蛋白都具有2個(gè)高度保守而無催化活性的結(jié)構(gòu)域即SH2和SH3。

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Pro的基序。第九十六頁，共291頁。受體酪氨酸激酶（RTK）的7個(gè)亞族（圖9-25）EGF：表皮生長因子；IGF-1：胰島素樣生長因子；NGF：神經(jīng)生長因子；PDGF：血小板衍生生長因子；M-CSF：巨噬細(xì)胞集落刺激因子；FGF：成纖維細(xì)胞生長因子；VEGF：血管內(nèi)皮生長因子。第九十七頁，共291頁。配體結(jié)合所誘導(dǎo)的RTK的二聚化與自磷酸化圖解（圖9-26）第九十八頁，共291頁。Ras蛋白（Rasprotein）：小G蛋白家族成員，分布于質(zhì)膜胞質(zhì)一側(cè)，屬于分子開關(guān)蛋白，在信號從細(xì)胞表面受體傳遞到細(xì)胞核內(nèi)的過程中發(fā)揮重要作用。Ras蛋白GTP-GDP轉(zhuǎn)換機(jī)制：GEF（鳥苷酸交換因子）使Ras蛋白活化（開啟）；GAP（GTP酶活化蛋白）使Ras蛋白失活（關(guān)閉）?；罨腞TK激活Ras蛋白：即GRB2作為一種接頭蛋白既與活化RTK上特異磷酸酪氨酸殘基結(jié)合又與胞質(zhì)蛋白鳥苷酸交換因子Sos結(jié)合，Sos與Ras結(jié)合導(dǎo)致Ras被活化。第九十九頁，共291頁。Ras蛋白GTP-GDP轉(zhuǎn)換機(jī)制（圖9-27）第一百頁，共291頁?；罨腞TK激活Ras蛋白（圖9-28）第一百零一頁，共291頁。Ras-MAPK磷酸化級聯(lián)反應(yīng)：（1）Raf（MAPKKK）：Raf又稱促分裂原活化蛋白激酶激酶的激酶，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。（2）Mek（MAPKK）：Mek又稱促分裂原活化蛋白激酶的激酶，屬于蘇氨酸/酪氨酸蛋白激酶。（3）Erk（MAPK）：Erk又稱促分裂原活化的蛋白激酶，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。RTK-Ras-MAPK信號通路：

配體→RTK→GRB2→Sos→Ras→Raf（MAPKKK）→Mek（MAPKK）→Erk（MAPK）→進(jìn)入細(xì)胞核→其它激酶或轉(zhuǎn)錄因子→改變靶蛋白活性或改變基因表達(dá)通過PKC激活的靶酶可能是Raf，也可能是不同的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。第一百零二頁，共291頁。活化的Ras蛋白激活的MAPK磷酸化級聯(lián)反應(yīng)（圖9-29）第一百零三頁，共291頁。二、PI3K-PKB(Akt)信號通路（一）

PI3K-PKB(Akt)信號通路（二）PI3K-PKB信號通路的生物學(xué)作用第一百零四頁，共291頁。（一）

PI3K-PKB（Akt）信號通路PI3K（磷脂酰肌醇-3-激酶）：PI3K由2個(gè)亞基組成：一個(gè)p110催化亞基；一個(gè)p85調(diào)節(jié)亞基，具有SH2結(jié)構(gòu)域，可結(jié)合活化的RTK和多種GF受體胞內(nèi)段磷酸酪氨酸殘基，被募集到質(zhì)膜，使其催化亞基靠近質(zhì)膜內(nèi)小葉的PI。PI3K既具有磷脂酰肌醇激酶活性〔PI-4-P（PIP）→PI-3,4-P2（PIP2

）；PI-4,5-P2（PIP2

）→PI-3,4,5-P3

（PIP3）〕，又具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性。質(zhì)膜上PI-3-P錨定位點(diǎn)：多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和許多蛋白激酶都是通過與質(zhì)膜上PI-3-P錨定位點(diǎn)的結(jié)合而被激活的，進(jìn)而介導(dǎo)多種下游信號通路。PKB（蛋白激酶B）：PKB是反轉(zhuǎn)錄病毒癌基因v-akt的編碼產(chǎn)物（Akt），屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，除中間激酶結(jié)構(gòu)域外，其N端還含有1個(gè)PH結(jié)構(gòu)域，能緊密結(jié)合PI-3-P的3位磷酸基團(tuán)。PKB的激活：PKB轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜上僅部分活化，還需PKD1（也含有PH結(jié)構(gòu)域）使其活性位點(diǎn)上的關(guān)鍵蘇氨酸殘基磷酸化和PKD2（mTOR）使其上絲氨酸磷酸化，這時(shí)PKB才完全活化。完全活化的PKB從質(zhì)膜上解離，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞核，進(jìn)而磷酸化多種相應(yīng)的靶蛋白，產(chǎn)生影響細(xì)胞行為的廣泛效應(yīng)：諸如促進(jìn)細(xì)胞存活、改變細(xì)胞代謝和致使細(xì)胞骨架重組等。第一百零五頁，共291頁。PI3K-PKB（Akt）信號通路（圖9-30）

存活信號→RTK→PI3K→PI-3-P→PKB/PDK1轉(zhuǎn)位（PDK1和PDK2分別使PKB的蘇氨酸和絲氨酸磷酸化）→PKB活化游離→重新活化凋亡抑制蛋白→抑制細(xì)胞凋亡第一百零六頁，共291頁。（二）PI3K-PKB信號通路的生物學(xué)作用

PI3K-PKB信號通路參與多種生長因子、細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)等的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，特別是在防止細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞存活以及影響細(xì)胞糖代謝等方面具有重要作用。（1）PI3K-PKB信號通路對細(xì)胞生存的促進(jìn)作用是活化的PKB所誘發(fā)的諸多細(xì)胞反應(yīng)中最值得關(guān)注的事件。（2）PI3K-PKB信號通路促進(jìn)胰島素刺激的葡萄糖攝取與儲(chǔ)存（糖原合成）。（3）PI3K是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選或內(nèi)吞/內(nèi)化過程中重要的調(diào)節(jié)因子。第一百零七頁，共291頁。三、TGF-β-Smad信號通路TGF-β（轉(zhuǎn)化生長因子-β

）：TGF-β是以非活性形式存在細(xì)胞外基質(zhì)中結(jié)構(gòu)相關(guān)的信號分子超家族，經(jīng)蛋白酶作用形成以二硫鍵連接的同源或異源二聚體才成為成熟的活化形式。TGF-β不僅會(huì)影響細(xì)胞的增殖、分化，而且在細(xì)胞外基質(zhì)形成、創(chuàng)傷愈合、胚胎發(fā)育、組織分化、骨重建、免疫調(diào)節(jié)以及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中都有重要作用。TGF-β受體（轉(zhuǎn)化生長因子-β受體）：由RⅠ、RⅡ和RⅢ組成，其中最為豐富的RⅢ受體是質(zhì)膜上的蛋白聚糖，負(fù)責(zé)結(jié)合并富集成熟的TGF-β，對信號傳遞起促進(jìn)作用；RⅠ和RⅡ（磷酸化）受體是二聚體跨膜蛋白，直接參與信號傳遞，其胞質(zhì)側(cè)結(jié)構(gòu)域具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，所以TGF-β受體在本質(zhì)上是受體絲氨酸/蘇氨酸激酶。Smad蛋白：Smad是Sma和Mad的縮寫，現(xiàn)已知有3種Smad轉(zhuǎn)錄因子起調(diào)控作用，包括受體調(diào)節(jié)的R-Smad（Smad2和Smad3）、輔助性co-Smad（Smad4）和抑制性I-Smad（imp-β），3種Smad在信號通路中分別發(fā)揮不同作用。第一百零八頁，共291頁。TGF-β-Smad信號通路（圖9-31）TGF-β→TGF-β·RⅢ/RⅡ→TGF-β·RⅢ/RⅡ·

RⅠ→R-Smad→R-Smad·co-Smad·I-Smad→Ran-GTP使I-Smad與NLS解離→核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子（TFE3）與R-Smad·co-Smad結(jié)合→激活或抑制特定靶基因→抑制細(xì)胞增殖第一百零九頁，共291頁。四、JKA-STAT信號通路細(xì)胞因子（cytokine）：細(xì)胞因子是影響和調(diào)控多種類型細(xì)胞（如造血細(xì)胞和免疫細(xì)胞）增殖、分化、遷移、成熟和凋亡的活性因子，包括干擾素（interferon,IFN）、白介素（IL）、集落刺激因子（colony-stimulatingfactor）、促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin,Epo）和某些激素（如生長激素和催乳素）等，它們都是小的信號分子。細(xì)胞因子受體：即細(xì)胞表面一類與酪氨酸蛋白激酶偶聯(lián)的受體，其活性依賴于非受體酪氨酸蛋白激酶。受體的活化機(jī)制與RTK非常相似，受體所介導(dǎo)的胞內(nèi)信號通路也多與RTK介導(dǎo)的胞內(nèi)信號通路重疊。與細(xì)胞因子受體相聯(lián)的胞質(zhì)酪氨酸蛋白激酶（JAK

）：一類新近發(fā)現(xiàn)的Janus激酶（JAK）家族，其成員包括Jak1、Jak2、Jak3和Tyk2。JAK的N端為受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，C端為激酶結(jié)構(gòu)域。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT）：在JAK的直接底物中發(fā)現(xiàn)的一類新的銜接子蛋白是轉(zhuǎn)錄因子，即STAT具有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活的雙重功能。STAT蛋白N端具有SH2結(jié)構(gòu)域和核定位信號（NLS），中間為DNA結(jié)合域，C端有一個(gè)保守的對其活化至關(guān)重要的酪氨酸殘基。第一百一十頁，共291頁。JAK-STAT信號通路（圖9-32）

細(xì)胞因子→細(xì)胞因子受體（二聚化）→JAK（JAK交叉磷酸化并將受體磷酸化）→STAT結(jié)合與活化（與受體結(jié)合并被JAK磷酸化）→STAT二聚化而游離（暴露NLS）