生物膜的結(jié)構(gòu)與功能省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第四章生物膜結(jié)構(gòu)與功效

目標(biāo)與要求：經(jīng)過本章學(xué)習(xí)，要求掌握生物膜結(jié)構(gòu)和功效關(guān)系。生物膜在生命活動中功效是多方面，本章重點(diǎn)介紹膜物質(zhì)運(yùn)輸功效，能量轉(zhuǎn)換功效和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功效。1/119生物膜結(jié)構(gòu)與功效

第一節(jié)生物膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié)生物膜與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)谌?jié)生物膜與能量轉(zhuǎn)換第四節(jié)生物膜與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)2/119第一節(jié)生物膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一、生物膜結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn)

1．流動鑲嵌模型2．特點(diǎn)（1）膜蛋白分布不對稱性（2）膜脂流動性及其意義（3）膜蛋白運(yùn)動性二、生物膜體外重建

實(shí)例：Na+-

K+-

ATPase體外重建3/119

細(xì)胞膜流動鑲嵌模型

4/119

生物膜結(jié)構(gòu)不對稱性5/119紅細(xì)胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列

6/119高流動性磷脂雙脂層模型圖7/119磷脂磷脂分子運(yùn)動幾個方式

側(cè)向移動全反式、偏轉(zhuǎn)構(gòu)型旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動翻轉(zhuǎn)運(yùn)動擺動、扭動8/119膜脂相變變相溫度（Tc）凝膠態(tài)液晶態(tài)T<TcT>Tc9/119發(fā)紅光鹼性蕊香紅標(biāo)識人細(xì)胞膜蛋白抗體發(fā)綠光熒光素標(biāo)識小鼠細(xì)胞膜蛋白抗體經(jīng)過細(xì)胞膜融合證實(shí)膜蛋白運(yùn)動示意圖

10/119膜雙脂層形成試驗

11/119Na+-K+-ATPase體外重建Na+-K+-ATPase去污劑微囊脂-去污劑微囊增溶膜蛋白去污劑微囊外加磷脂透析純化膜蛋白Na+-K+-ATPase在脂質(zhì)體上重建純化12/119膜蛋白被去污劑溶解過程

13/119細(xì)胞膜Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)體系重組

14/119第二節(jié)生物膜與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸

一、被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸二、小分子物質(zhì)運(yùn)輸三、生物大分子跨膜運(yùn)輸15/119二．小分子物質(zhì)運(yùn)輸1．Na+.K+-ATPase(1)K.whittam及其同事經(jīng)典試驗(2)Na+.K+-ATPase結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理2.陰離子運(yùn)輸3．糖和氨基酸運(yùn)輸(1)協(xié)同運(yùn)輸（co-transport）(2)基團(tuán)運(yùn)輸（grouptransport)16/119三、生物大分子跨膜運(yùn)輸

1、胞吐和內(nèi)吞作用2、新生蛋白質(zhì)跨膜定向運(yùn)輸（1）分泌蛋白質(zhì)經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸a信號肽(signalsequence)b信號肽假說(signalhypothesis)(2)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)輸a線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)輸特征b導(dǎo)肽（leadersequences）性質(zhì)和特征17/119被動運(yùn)輸（Passivetransport）

物質(zhì)從高濃度一側(cè)經(jīng)過膜運(yùn)輸?shù)降蜐舛纫粋?cè)，即順濃度梯度方向跨膜運(yùn)輸過程稱被動運(yùn)輸。在該過程中△G<0。

主動運(yùn)輸（Actictransport）

凡物質(zhì)逆濃度梯度運(yùn)輸稱主動運(yùn)輸，這一過程進(jìn)行需供給能量。△G=2.3RTlog(C2/C1)+ZF△V>0主動運(yùn)輸特點(diǎn)：

專一性；飽和性；方向性；可被選擇性抑制；需提供能量18/119K.Whittam試驗

試驗設(shè)計：

制備紅細(xì)胞血影（ghost），觀察ATP水解情況和膜內(nèi)外K+，Na+濃度關(guān)系。試驗結(jié)果：

a．紅細(xì)胞內(nèi)ATP水解同時，K+、Na+都按預(yù)定方向跨越細(xì)胞膜（2K+進(jìn)，3Na+出）；b．假如膜內(nèi)外僅有K+或Na+，則ATP水解極少；c．紅細(xì)胞血影只能利用膜內(nèi)ATP，而不能利用膜外ATP；d．K+可被其它正一價離子（如NH4+）取代，而Na+則不能被取代。19/119Na+.K+-ATPase亞基結(jié)構(gòu)及其在膜上定位20/119Na+-K+-ATPase作用模型ATPADP細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)12543621/119Na+.K+-ATPase作用機(jī)制

22/119脂雙層細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸系統(tǒng)23/119細(xì)胞質(zhì)

糖磷酸磷酸轉(zhuǎn)換酶系統(tǒng)糖細(xì)菌膜細(xì)胞外丙酮酸PEP細(xì)菌中糖經(jīng)過基團(tuán)運(yùn)輸主動運(yùn)輸24/119

糖基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

25/119

細(xì)胞膜上HCO3-和Cl-交換

26/119真核細(xì)胞膜陰離子通道結(jié)構(gòu)域

27/119糖基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)

28/119分泌蛋白質(zhì)合成和胞吐作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體泡泡泡融入質(zhì)膜核糖體芽泡29/119

一些真核細(xì)胞多肽鏈上N-端信號肽結(jié)構(gòu)

30/119

信號肽假說示意圖

31/119線粒體外膜線粒體內(nèi)膜帶有導(dǎo)肽線粒體蛋白質(zhì)前體跨膜運(yùn)輸過程示意圖內(nèi)外膜接觸位點(diǎn)蛋白質(zhì)通道線粒體hsp70受體蛋白hsp70導(dǎo)肽蛋白酶切除導(dǎo)肽32/119第三節(jié)生物膜與能量轉(zhuǎn)換

一．氧化磷酸化能量轉(zhuǎn)換機(jī)制二．光合磷酸化能量轉(zhuǎn)化機(jī)制33/119一．氧化磷酸化能量轉(zhuǎn)換機(jī)制

1.線粒體結(jié)構(gòu)和呼吸鏈組成2呼吸鏈電子傳遞過程中自由能改變3.Mitchell化學(xué)滲透假說（chemiosmotichypothesis）

電子動力→質(zhì)子動力→ATP合成4.ATP酶結(jié)構(gòu)與功效

ATP酶旋轉(zhuǎn)催化理論34/119二．光合磷酸化能量轉(zhuǎn)化機(jī)制

2．光合磷酸化機(jī)理3．氧化磷酸化和光合磷酸化比較1．葉綠體結(jié)構(gòu)和光合鏈35/119線粒體結(jié)構(gòu)示意圖

36/119

FADH2呼吸鏈NADH呼吸鏈

37/119

OHNADOHNADH2221+?++++

00￠￠D-=DEnFG()[]32.082.5.962---=o107.220--=molKJ×.×NADH呼吸鏈電子傳遞過程中自由能改變38/119FADH2呼吸鏈自由能改變

OHFADOFADH22221+=+()[]18.082.05.962--′′-=0￠￠D-=DEnFGo10.183-×-=molKJ

39/1192H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高質(zhì)子濃度H2O2e-2e-2e-+++++++++__________質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜磷酸化

氧化

化學(xué)滲透假說示意圖

40/119線粒體ATP酶

41/119

氧化磷酸化重建示意圖42/119Boyer和Walker工作

美國科學(xué)家Boyer為解釋ATP酶作用機(jī)理,提出旋轉(zhuǎn)催化假說，認(rèn)為ATP合成酶β亞基有三種不一樣構(gòu)象，一個構(gòu)象(L)有利于ADP和Pi結(jié)合，一個構(gòu)象(T)可使結(jié)合ADP和Pi合成ATP，第三種構(gòu)象(O)使合成ATP輕易被釋放出來。在ATP合成過程中，三個β亞基依次進(jìn)行上述三種構(gòu)象交替改變，所需能量由跨膜H+提供。

英國科學(xué)家Walker經(jīng)過x光衍射取得高分辯率牛心線粒體ATP酶晶體三維結(jié)構(gòu)，證實(shí)在ATP酶合成ATP催化循環(huán)中三個β亞基確實(shí)有不一樣構(gòu)象，從而有力地支持了Boyer假說。

Boyer和Walker共同取得1997年諾貝爾化學(xué)獎43/119ATPase旋轉(zhuǎn)催化模型

III

IVIII定子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流經(jīng)過Fo引發(fā)亞基III寡聚體和

及

亞基一起轉(zhuǎn)動,這種旋轉(zhuǎn)配置

/

亞基之間不對稱相互作用,引發(fā)催化位點(diǎn)性質(zhì)轉(zhuǎn)變,

亞基中心

-螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子,亞基I和II與

亞基組合在一起組成定子,它壓住

/

異質(zhì)六聚體.44/119ATP酶作用機(jī)理

ADP+PiProtenFluxH+ATP+H2O

ATPADP+PiProtenFlux有于ADP與Pi結(jié)合構(gòu)象有于ADP與Pi生成構(gòu)象有利于ATP釋放構(gòu)象45/119葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖46/119光合電子傳遞鏈

光合電子傳遞鏈47/119葉綠體ATP酶48/119光合磷酸化示意圖

49/119光合磷酸化和氧化磷酸化能量轉(zhuǎn)化機(jī)理比較

光合磷酸化O2

有機(jī)物NADPHH2O光子光子ATPee氧化磷酸化:

O2

有機(jī)物NADHH2O氧化e

ATPATPATPe50/119第四節(jié)生物膜與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述二、與G-蛋白偶聯(lián)細(xì)胞表面受體跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)三、含有酶活性細(xì)胞表面受體跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

四、蛋白質(zhì)可逆磷酸化及其對基因表示調(diào)控五、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基本規(guī)律和研究前景51/119一．細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述

3、細(xì)胞信號主要種類4、受體及跨摸信號轉(zhuǎn)換2、細(xì)胞間和細(xì)胞環(huán)境間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)類型1．研究內(nèi)容及進(jìn)展52/119細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概念

生物細(xì)胞中進(jìn)行著復(fù)雜新陳代謝過程，其中包含物質(zhì)代謝和能量代謝。伴隨生命科學(xué)發(fā)展，揭示出生物細(xì)胞還存在著另一個特殊代謝過程，它傳遞著環(huán)境改變信息，調(diào)整和控制著物質(zhì)與能量代謝以及生理反應(yīng)與生長發(fā)育，這一體系稱為細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。53/119細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究內(nèi)容

在遺傳密碼破譯及轉(zhuǎn)錄、翻譯基本規(guī)律取得突破之后，怎樣控制細(xì)胞基因增殖、分化、發(fā)育就成為生物學(xué)最大挑戰(zhàn)，而環(huán)境刺激在此過程中起著主要調(diào)整作用。因而“細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”任務(wù)是研究細(xì)胞感受和轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)境刺激分子路徑以及生物個體發(fā)育過程中怎樣調(diào)整基因表示和調(diào)整代謝生理反應(yīng)等問題。54/119細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究進(jìn)展

80年代以前

胞間激素、神經(jīng)遞質(zhì)信號傳遞方式80年代以后

信號跨膜轉(zhuǎn)換及胞內(nèi)信號存在90年代以來

該領(lǐng)域科學(xué)家取得4次諾貝爾獎

1991年

Nelzer和Sokmann，單個細(xì)胞膜離子通道

1992年

Krebs和Fisher，

糖元代謝中蛋白質(zhì)可逆磷酸化

1994年

Gilman和Rodbell，G蛋白及其向細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)信號作用

1998年

Fishergot和Egenano，NO作為信號分子作用55/119

細(xì)胞和細(xì)胞環(huán)境間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)類型經(jīng)過分泌化學(xué)介質(zhì)間接聯(lián)絡(luò)型經(jīng)過間隙置換直接聯(lián)絡(luò)型經(jīng)過質(zhì)膜結(jié)合分子直接接觸型56/119２．細(xì)胞信號主要種類

(2)物理信號光、電、磁場、輻射(1)生物大分子結(jié)構(gòu)信號a蛋白質(zhì)b核酸c多糖及糖蛋白、糖脂類(3)化學(xué)信號a細(xì)胞間信號分子（第一信使）類別和特點(diǎn)b細(xì)胞內(nèi)信號分子（第二信使）類別和特點(diǎn)57/119低聚寡糖鏈跨膜糖蛋白脂雙層糖被糖殘基唾液酸糖脂多糖被結(jié)構(gòu)模式58/119胞間信號分子類別

a．內(nèi)分泌激素（動植物、昆蟲激素）

b．神經(jīng)遞質(zhì)（是神經(jīng)系統(tǒng)胞間通訊化學(xué)分子由專一突軸結(jié)構(gòu)釋放。主要有膽堿、氨基酸類、單胺類、肽類）。c．局部化學(xué)介導(dǎo)因子（一些化學(xué)信號物質(zhì)分泌到細(xì)胞外液后很快被吸收或破壞，只作用于鄰近細(xì)胞如組胺、前列腺素、神經(jīng)生長因子）。d．氣體信號分子，如NO。59/119胞間通訊信號分子特點(diǎn)

a．作用特異性b．作用復(fù)雜性c．不一樣信號分子時間效應(yīng)各異

激素信號：相對遲緩而彌散；但后果深遠(yuǎn)，影響面廣

神經(jīng)遞質(zhì)信號：短距離傳遞信息，作用快速，準(zhǔn)確集中d．水溶、脂溶性胞間信號有別

水溶性信號分子：與膜表面受體結(jié)合，介導(dǎo)短暫反應(yīng)

脂溶性信號分子：與膜內(nèi)受體結(jié)合，影響基因表示,表現(xiàn)為連續(xù)效應(yīng)60/119胞內(nèi)信號分子類別

a．cAMP與cGMPb．肌醇三磷酸（IP3）和甘油二酯（DG）c．Ca2+

胞內(nèi)信號分子特點(diǎn)胞內(nèi)信號分子是在胞間信號被細(xì)胞表面受體接收后，經(jīng)過G蛋白偶聯(lián)激活一樣處于膜上酶或離子通道而產(chǎn)生，這么才能完成跨膜信號轉(zhuǎn)換，最終造成細(xì)胞反應(yīng)。假如我們將胞間信號分子看作第一信史，則胞內(nèi)信號分子正是充當(dāng)了第二信使作用。61/119第一信使和第二信使圖解

各種刺激

激素（第一信使）失活激素腺苷酸環(huán)化酶或磷脂酶C

cAMP或IP3、DG（第二信使）酶活性通透性及其它生理反應(yīng)內(nèi)分泌腺類固醇激素、甲狀腺等激素釋放細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)62/119３．受體(receptor)及跨摸信號轉(zhuǎn)換(1)受體概念、特征及分類(4)受體研究方法：親和技術(shù)提純受體；標(biāo)識配體法檢測受體；分子克隆技術(shù)獲取微量受體(3)細(xì)胞表面受體種類與結(jié)構(gòu)：離子通道受體；G蛋白偶聯(lián)型受體；含有酶活性受體(2)

細(xì)胞內(nèi)受體作用機(jī)制63/119受體概念

受體（receptor）是細(xì)胞表面或在細(xì)胞組分中一個天然分子，能夠識別并特異地與有生物活性化學(xué)信號分子（配體）結(jié)合，從而激活或開啟細(xì)胞內(nèi)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最終造成該信號物質(zhì)特定生物效應(yīng)。絕大多數(shù)受體為蛋白質(zhì),極少數(shù)為非蛋白受體.

受體特點(diǎn)

受體與配體結(jié)合含有特異性、親和性、飽和性受體類別

細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞表面受體64/119細(xì)胞表面受體三種類型

C、含有酶活性受體配體無活性狀態(tài)活化狀態(tài)A、離子通道型受體離子B、G-蛋白偶聯(lián)型受體靶酶或離子通道活化靶酶或離子通道配體G-蛋白活化G-蛋白65/119兩種類型門控離子通道示意圖66/119分子克隆技術(shù)取得微量受體

從細(xì)胞中提取全部mRNA（其中含有能正常表示所需受體蛋白mRNA），逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，將其重組入載體質(zhì)粒，繼而讓其轉(zhuǎn)染缺乏受體培養(yǎng)細(xì)胞群，其中少數(shù)細(xì)胞可能含有能編碼受體所需cDNA，并表示成表面受體。67/119標(biāo)識配體法檢測受體

用化學(xué)或酶學(xué)方法合成一個標(biāo)識配體，將其加入含有受體樣品（細(xì)胞或細(xì)胞膜）中，使標(biāo)識配體和受體結(jié)合平衡后再測定結(jié)合或游離標(biāo)識配體數(shù)量，由此得出受體濃度和解離常數(shù)。

68/119去垢劑溶解膜蛋白從柱中洗去未結(jié)合蛋白將受體從固定化alprenolol上洗下來洗脫下來受體-alprenolol復(fù)合體去掉非特異蛋白受體顆粒alprenolol加過量加洗脫液親和層析法提純?腎上腺素受體

69/119制備所需細(xì)胞表面受體表示克隆法A.DNA重組靶細(xì)胞mRNAcDNA終止信號開啟子質(zhì)粒DNAB.轉(zhuǎn)染及表示編碼無關(guān)蛋白質(zhì)DNA編碼所需受體DNA核內(nèi)質(zhì)粒復(fù)制所需受體表示所需受體細(xì)胞粘附于培養(yǎng)瓶底粘合在瓶底配體粘附細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)D.從粘附細(xì)胞中提純質(zhì)粒DNA并克隆

DNA質(zhì)粒70/1192、細(xì)胞內(nèi)受體跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

(１)甾類激素受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基本特征(２)甾類激素受體結(jié)構(gòu)和功效71/119類固醇激素作用原理示意圖72/119

(A)初級反應(yīng)脫皮激素脫皮激素受體（B）次級反應(yīng)次級反應(yīng)蛋白質(zhì)活化受體活化受體激活初級反應(yīng)基因誘導(dǎo)合成幾種蛋白質(zhì)初級合成蛋白質(zhì)關(guān)閉初級反應(yīng)基因初級反應(yīng)蛋白質(zhì)開啟次初級反應(yīng)基因果蠅細(xì)胞中脫皮激素誘導(dǎo)基因活化初級與次級反應(yīng)模型

73/119DNA結(jié)合位點(diǎn)暴露絞鏈區(qū)抑制蛋白激素結(jié)合部位基因激活區(qū)域DNA結(jié)合區(qū)域甾素激甾醇類激素受體作用模型74/119二、與G蛋白偶聯(lián)跨摸信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

1、G-蛋白（GTP-bindingprotein）與跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)2、胞內(nèi)信使cAMP和cGMP系統(tǒng)3、胞內(nèi)信使IP3與DG（雙信使）系統(tǒng)4、胞內(nèi)信使Ca2+系統(tǒng)5、cAMP與與Ca2+信號系統(tǒng)之間“crosstalk”75/119G蛋白概念

G蛋白（GTP-bindingprotein）普通是指一類與膜受體偶聯(lián)異三聚體結(jié)合蛋白，其含有和GTP結(jié)合并催化GTP水解成GDP能力，由α、β、γ三個亞基組成，可充當(dāng)細(xì)胞膜上受體和靶酶之間信號傳遞體。另外還發(fā)覺一類分子量較小“小G蛋白”（smallGTP-bindingprotein），其特點(diǎn)是它們都是單體，存在于不一樣細(xì)胞部位，在細(xì)胞信號傳遞中也飾演著主要角色，Ras蛋白是該家族中最主要組員。76/119異三聚體

G

蛋白結(jié)構(gòu)77/119激素信號經(jīng)過G蛋白激活靶酶

TargetenzymeSecondarymessenger78/119cAMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

（1）cAMP發(fā)覺和第二信史學(xué)說提出（2）受體經(jīng)過G蛋白與cAMP環(huán)化酶偶聯(lián)模型（3）信號分子cAMP產(chǎn)生和滅活（4）cAMP信號系統(tǒng)傳遞模型（5）cAMP信號調(diào)整生理過程79/119受體經(jīng)過G蛋白與cAMP環(huán)化酶偶聯(lián)模型

受體蛋白G蛋白腺苷酸環(huán)化酶GDPGDPGDPGDPGDPGTPGTP

A.信號分子結(jié)合改變受體構(gòu)象暴露出蛋白結(jié)合位點(diǎn)B.膜上擴(kuò)散造成配體-受體與Gs蛋白結(jié)合從而將其激活并進(jìn)行GTP-GDP交換C.GDP為GTP所取代，引發(fā)

亞基從G蛋白復(fù)合體中解離，暴露出

亞基上腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合位點(diǎn)

D.

亞基結(jié)合并激活環(huán)化酶，產(chǎn)生許多cAMP分子E.GTP水解，使

亞基回到原初構(gòu)象，從而與環(huán)化酶脫離，環(huán)化酶失活，

亞基與

再結(jié)合F.環(huán)化酶重復(fù)激活，除非信號分子從受體上解離并離開受體回到原初構(gòu)象GDPGTPATPcAMP80/119cAMP激活蛋白激酶作用機(jī)理

81/119cAMP和成與分解腺苷酸環(huán)化酶cAMP磷酸二酯酶82/119肽類激素經(jīng)過cAMP-蛋白激酶調(diào)整代謝示意圖

ATP

cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)磷酸化作用改變細(xì)胞生理過程細(xì)胞膜細(xì)胞膜cR蛋白激酶（無活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）受體環(huán)化酶激素G蛋白83/119cAMP信號系統(tǒng)傳遞模型84/119

cAMP信號傳遞過程中放大作用

85/119cAMP參加一些生理過程

生理過程細(xì)胞組織促進(jìn)糖原分解抑制糖原合成肝、肌肉、脂肪細(xì)胞促進(jìn)糖原異生肝、腎促進(jìn)甘油三酯及膽固醇水解脂肪細(xì)胞、肝、肌肉、產(chǎn)生類固醇細(xì)胞抑制脂類合成肝、脂肪組織促進(jìn)類固醇激素合成腎上腺皮質(zhì)、睪丸間質(zhì)細(xì)胞增強(qiáng)膜透性（離子）神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞增強(qiáng)膜透性（水）腎、膀胱、皮膚基因轉(zhuǎn)錄微生物乳糖操縱子、酶誘導(dǎo)蛋白質(zhì)合成分解效應(yīng)（肝）、選擇性蛋白質(zhì)合成（腎上腺皮質(zhì)）細(xì)胞分裂與分化肝瘤細(xì)胞86/119cGMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路模式圖一氧化氮合成酶血紅素氧化酶其它靶分子漿可溶型鳥苷酸環(huán)化酶脫受體結(jié)合型鳥苷酸環(huán)化酶cGMP門控離子通道cGMP抑制PDEADP-核糖環(huán)化酶cGMP激和PDEcGMP依賴蛋白激酶cAMP依賴蛋白激酶離子流動cAMP反應(yīng)性cAMP反應(yīng)性cADPR合成蛋白磷酸化蛋白磷酸化cGMPANP/BNPCNPSTa/GuanylinNOCOGC-AGC-BGC-CcAMP87/1193、胞內(nèi)信使—IP2與DG（雙信使路徑）（1）雙信使（IP3/Ca2+和DG/PKC）路徑發(fā)覺

（2）

磷脂酸肌醇循環(huán)（3）受體經(jīng)過G蛋白與磷脂酶C(PLC)偶聯(lián)

雙信使系統(tǒng)模型（4）IP3/Ca2+信號傳遞路徑

（5）

DG/PKC信號傳遞路徑及其多樣性（6）雙信使路徑之間相互作用88/119

PIP2DGIP3

磷脂酶C(PLC)雙信使信號產(chǎn)生

89/119

PA:磷脂酸MG:單酰甘油AA:花生四烯酸磷脂酸肌醇循環(huán)90/119PLCDGPIP2IP3雙信使系統(tǒng)模式圖

91/119磷脂酸肌醇循環(huán)及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)92/119

刺激受體

Ca2+通道Ca2+泵IP4引發(fā)胞外Ca2+跨膜內(nèi)流IP3引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放IP3引發(fā)胞內(nèi)Ca2+動員示意圖

93/119PIP3IP3DGDG磷脂酶CPKC依賴Ca2+和PS蛋白激酶PS磷脂酰絲氨酸活化PKCPKC-PS-DG-Ca2+復(fù)合物PKC激活機(jī)制圖解94/119PKC生理功效多樣性

1對膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)功效調(diào)整2對膜受體功效調(diào)整3參加代謝調(diào)整（如經(jīng)過催化磷酸化反應(yīng)調(diào)整酶活性）4參加生物活性物質(zhì)合成與分泌5對轉(zhuǎn)錄過程調(diào)整作用（經(jīng)過調(diào)整轉(zhuǎn)錄因子活性間接調(diào)整基因轉(zhuǎn)錄活動）95/119IP2/Ca2+和DG/PKC路徑之間相互作用Ca2+調(diào)整生理反應(yīng)PKC調(diào)整生理反應(yīng)細(xì)胞生理效應(yīng)96/1194、胞內(nèi)信使—Ca2+

（1）細(xì)胞內(nèi)Ca2+平衡及Ca2+釋放

（2）鈣信使信號傳遞—鈣結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)與功效（3）Ca2+-CaM依賴性蛋白激（CaM-PK）結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理（4）CaM-PK生物學(xué)效應(yīng)97/119線粒體肌質(zhì)網(wǎng)

Na+-Ca2+交換器鈣泵Na+..Ca2+ATP酶離子通道動物肌細(xì)胞中Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

98/119植物細(xì)胞鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)體系99/119鈣結(jié)合蛋白胞內(nèi)信使系統(tǒng)共同特點(diǎn)之一是，胞內(nèi)信號產(chǎn)生后，要與其靶分子（靶蛋白或靶酶）作用而傳遞信息，繼而產(chǎn)生生理反應(yīng)。Ca2+信使靶分子主要是鈣結(jié)合蛋白，即其信號傳遞是經(jīng)過鈣結(jié)合蛋白介導(dǎo)。

鈣結(jié)合蛋白種類：（1）含有EF手形結(jié)構(gòu)鈣結(jié)合蛋白家族，如鈣調(diào)素(Calmodulin,CaM)（2）依賴鈣磷脂結(jié)合蛋白-附加蛋白家族（annexin）Ca2+EF100/119鈣調(diào)素結(jié)構(gòu)101/119Ca2+

CaM復(fù)合體對靶酶活化作用+Ca2+CaMCa2+CaM酶X(有活性)酶X(無活性)酶X-----蛋白激酶、磷酸酯酶、核苷酸環(huán)化酶、離子通道蛋白、肌肉收縮蛋白102/119鈣調(diào)素依賴蛋白激酶（CaM-PK）作用機(jī)制示意圖PPATPATPP底物底物P底物底物蛋白磷酸酶Mg2+/ATPCa2+/CaM催化結(jié)構(gòu)域抑制結(jié)構(gòu)域連接結(jié)構(gòu)域103/119CaM-PK底物及其功效底物蛋白功能乙酰CoA羧化酶脂肪酸合成ATP-檸檬酸裂解酶脂肪酸合成環(huán)核苷酸磷酸二酯酶環(huán)腺苷酸代謝鳥苷酸環(huán)化酶環(huán)磷酸鳥苷代謝糖原合成酶糖代謝丙酮酸激酶糖代謝磷酸果糖激酶糖原分解核糖體蛋白5S蛋白質(zhì)合成Ryanodine受體.心肌Ca2+釋放三磷酸肌醇(IP3)受體IP3刺激Ca2+外排104/119cAMP與與Ca2+信號系統(tǒng)之間“crosstalk”生理反應(yīng)cAMPCa2+激酶R亞基激酶C亞基磷酸蛋白Ca2+CaM依賴PDECaM(無活性)Ca2+CaM(活性)Ca2+CaM結(jié)合蛋白Ca2+CaM依賴蛋白磷酸酶Ca2+CaM依賴蛋白激酶蛋白磷酸酶抑制因子P-蛋白質(zhì)糖原合成酶MLCK代謝水平功效水平105/119三．含有酶活性表面受體信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

2、含有受體功效Ser/Thr蛋白激酶

1、含有受體功效Tyr蛋白激酶(receptorproteintyrosinekinase,RPTK)（1）RPTK基本結(jié)構(gòu)（2）RPTK活化與跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(3)RPTK受體胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路106/119RPTK結(jié)構(gòu)示意圖半胱氨酸殘基酪氨酸殘基激酶活性區(qū)跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)配體結(jié)合區(qū)N-末端C-末端細(xì)胞外區(qū)域細(xì)胞內(nèi)區(qū)域質(zhì)膜107/119RPTK受體激酶激活機(jī)理

配體無活性單體有活性單體ATPADP受體本身磷酸化PPPPPP磷酸化底物底物108/119RPTK型受體細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路PLC-

PI-3KPIP2DGIPI2PKCCa2+P21-rasSer家族組員Raf-1MEKMAPKMAPK激酶生長因子受體PIP2PIP3Ser/Thr蛋白激酶細(xì)胞分裂原活化蛋白激酶細(xì)胞膜109/119四、蛋白質(zhì)可逆磷酸化及其對基因表示調(diào)控

1、蛋白質(zhì)磷酸化和脫磷酸化2、蛋白質(zhì)可逆磷酸化在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中特點(diǎn)和意義3、蛋白質(zhì)磷酸化與基因表示調(diào)控

110/119蛋白質(zhì)磷酸化和脫磷酸化

蛋白激酶ATPADP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Pn蛋白磷酸酶nPiH2O分類第一類：Ser/Thr型第二類：Tyr型分類第一類：Ser/Thr型第二類：Tyr型第三類：雙重底物型111/119轉(zhuǎn)錄因子磷酸化對DNA結(jié)合影響p–p–p–p–p–IIIIIIIVVATP

ADP蛋白激酶

磷酸化位點(diǎn)

調(diào)整因子p–