生物膜的結(jié)構(gòu)與功能教材

第四章生物膜的結(jié)構(gòu)與功能

目的與要求：通過本章學(xué)習(xí)，要求掌握生物膜的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。生物膜在生命活動中的功能是多方面的，本章重點(diǎn)介紹膜的物質(zhì)運(yùn)輸功能，能量轉(zhuǎn)換功能和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。生物膜的結(jié)構(gòu)與功能

第一節(jié)生物膜的結(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)第一節(jié)生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn)

1．流動鑲嵌模型

2．特點(diǎn)（1）膜蛋白分布的不對稱性（2）膜脂的流動性及其意義

（3）膜蛋白的運(yùn)動性二、生物膜體外重建

實(shí)例：Na+-

K+-

ATPase的體外重建

細(xì)胞膜流動鑲嵌模型

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

高流動性磷脂雙脂層模型圖磷脂磷脂分子運(yùn)動的幾種方式

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、扭動膜脂的相變變相溫度（Tc）凝膠態(tài)液晶態(tài)T<TcT>Tc發(fā)紅光鹼性蕊香紅標(biāo)記的人細(xì)胞膜蛋白抗體發(fā)綠光熒光素標(biāo)記的小鼠細(xì)胞膜蛋白抗體通過細(xì)胞膜融合證明膜蛋白運(yùn)動示意圖

膜雙脂層形成實(shí)驗(yàn)

Na+-K+-ATPase的體外重建Na+-K+-ATPase去污劑微囊脂-去污劑微囊增溶的膜蛋白去污劑微囊外加的磷脂透析純化的膜蛋白Na+-K+-ATPase在脂質(zhì)體上重建純化膜蛋白被去污劑溶解的過程

細(xì)胞膜Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)體系的重組

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)的運(yùn)送三、生物大分子的跨膜運(yùn)送二．小分子物質(zhì)的運(yùn)送

1．Na+.K+-ATPase(1)K.whittam及其同事的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

(2)

Na+.K+-ATPase的結(jié)構(gòu)和作用的機(jī)理

2.陰離子運(yùn)送

3．糖和氨基酸的運(yùn)送

(1)協(xié)同運(yùn)送（co-transport）

(2)基團(tuán)運(yùn)送（grouptransport)三、生物大分子的跨膜運(yùn)送

1、胞吐和內(nèi)吞作用2、新生蛋白質(zhì)的跨膜定向運(yùn)送（1）分泌蛋白質(zhì)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的運(yùn)送

a信號肽(signalsequence)

b

信號肽假說(signalhypothesis)(2)線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送

a線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)送的特征

b導(dǎo)肽（leadersequences）的性質(zhì)和特征被動運(yùn)送（Passivetransport）

物質(zhì)從高濃度一側(cè)通過膜運(yùn)送到低濃度一側(cè)，即順濃度梯度的方向跨膜運(yùn)送的過程稱被動運(yùn)輸。在該過程中△G<0。

主動運(yùn)送（Actictransport）

凡物質(zhì)逆濃度梯度的運(yùn)送稱主動運(yùn)送，這一過程進(jìn)行需供給能量?！鱃=2.3RTlog(C2/C1)+ZF△V>0主動運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)：

專一性；飽和性；方向性；可被選擇性抑制；需提供能量K.Whittam的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

制備紅細(xì)胞血影（ghost），觀察ATP水解情況和膜內(nèi)外K+，Na+濃度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

a．紅細(xì)胞內(nèi)ATP水解的同時(shí)，K+、Na+都按預(yù)定方向跨越細(xì)胞膜（2K+進(jìn)，3Na+出）；

b．如果膜內(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(jià)離子（如NH4+）取代，而Na+則不能被取代。Na+.K+-ATPase的亞基結(jié)構(gòu)及其在膜上定位Na+-K+-ATPase的作用模型ATPADP細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)125436Na+.K+-ATPase作用機(jī)制

脂雙層細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的協(xié)同運(yùn)送系統(tǒng)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)菌中糖通過基團(tuán)運(yùn)送的主動運(yùn)送

糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

細(xì)胞膜上HCO3-和Cl-的交換

真核細(xì)胞膜陰離子通道結(jié)構(gòu)域

糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)

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

一些真核細(xì)胞多肽鏈上N-端的信號肽的結(jié)構(gòu)

信號肽假說示意圖

線粒體外膜線粒體內(nèi)膜帶有導(dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體跨膜運(yùn)送過程示意圖內(nèi)外膜接觸位點(diǎn)的蛋白質(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的自由能變化3.Mitchell的化學(xué)滲透假說（chemiosmotichypothesis）

電子的動力→質(zhì)子的動力→ATP合成4.ATP酶的結(jié)構(gòu)與功能

ATP酶的旋轉(zhuǎn)催化理論二．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的比較1．葉綠體的結(jié)構(gòu)和光合鏈線粒體結(jié)構(gòu)示意圖

FADH2呼吸鏈NADH呼吸鏈

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的變化FADH2呼吸鏈的自由能變化

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

2H+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

線粒體ATP酶

氧化磷酸化重建示意圖Boyer和Walker的工作

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亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象(L)有利于ADP和Pi結(jié)合，一種構(gòu)象(T)可使結(jié)合的ADP和Pi合成ATP，第三種構(gòu)象(O)使合成的ATP容易被釋放出來。在ATP合成過程中，三個β亞基依次進(jìn)行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜H+提供。

英國科學(xué)家Walker通過x光衍射獲得高分辯率的牛心線粒體ATP酶晶體的三維結(jié)構(gòu)，證明在ATP酶合成ATP的催化循環(huán)中三個β亞基的確有不同構(gòu)象，從而有力地支持了Boyer的假說。

Boyer和Walker共同獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎ATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型

III

IVIII定子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流通過Fo引起亞基III寡聚體和

及

亞基一起轉(zhuǎn)動,這種旋轉(zhuǎn)配置

/

亞基之間的不對稱的相互作用,引起催化位點(diǎn)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變,

亞基的中心

-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.ATP酶作用機(jī)理

ADP+PiProtenFluxH+ATP+H2O

ATPADP+PiProtenFlux有于ADP與Pi結(jié)合的構(gòu)象有于ADP與Pi生成的構(gòu)象有利于ATP釋放的構(gòu)象葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖光合電子傳遞鏈

光合電子傳遞鏈葉綠體ATP酶光合磷酸化示意圖

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NADPH

H2O光子光子ATPee氧化磷酸化:

O2

有機(jī)物NADHH2O氧化e

ATPATPATPe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)胞表面受體的跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)三、具有酶活性的細(xì)胞表面受體的跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

四、蛋白質(zhì)的可逆磷酸化及其對基因表達(dá)的調(diào)控

五、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本規(guī)律和研究前景一．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)的類型1．研究內(nèi)容及進(jìn)展細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念

生物細(xì)胞中進(jìn)行著復(fù)雜的新陳代謝過程，其中包括物質(zhì)代謝和能量代謝。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，揭示出生物細(xì)胞還存在著另一種特殊的代謝過程，它傳遞著環(huán)境變化的信息，調(diào)節(jié)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)。細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究內(nèi)容

在遺傳密碼破譯及轉(zhuǎn)錄、翻譯的基本規(guī)律獲得突破之后，如何控制細(xì)胞基因的增殖、分化、發(fā)育就成為生物學(xué)的最大挑戰(zhàn)，而環(huán)境刺激在此過程中起著重要調(diào)節(jié)作用。因而“細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”的任務(wù)是研究細(xì)胞感受和轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)境刺激的分子途徑以及生物個體發(fā)育過程中如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)和調(diào)節(jié)代謝生理反應(yīng)等問題。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)信號傳遞的方式80年代以后

信號的跨膜轉(zhuǎn)換及胞內(nèi)信號的存在90年代以來

該領(lǐng)域科學(xué)家獲得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)的可逆磷酸化

1994年

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

1998年

Fishergot和Egenano，NO作為信號分子的作用

細(xì)胞和細(xì)胞環(huán)境間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)類型通過分泌化學(xué)介質(zhì)間接聯(lián)系型通過間隙置換直接聯(lián)系型通過質(zhì)膜結(jié)合分子直接接觸型２．細(xì)胞信號主要種類

(2)物理信號光、電、磁場、輻射(1)生物大分子的結(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）的類別和特點(diǎn)

b細(xì)胞內(nèi)信號分子（第二信使）的類別和特點(diǎn)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的結(jié)構(gòu)模式胞間信號分子的類別

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)胞間通訊的化學(xué)分子由專一的突軸結(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（某些化學(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。胞間通訊信號分子的特點(diǎn)

a．作用的特異性b．作用的復(fù)雜性c．不同信號分子的時(shí)間效應(yīng)各異

激素信號：相對緩慢而彌散；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，作用迅速，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，影響基因表達(dá),表現(xiàn)為持續(xù)效應(yīng)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)胞表面受體接受后，通過G蛋白偶聯(lián)激活同樣處于膜上的酶或離子通道而產(chǎn)生的，這樣才能完成跨膜的信號轉(zhuǎn)換，最后導(dǎo)致細(xì)胞反應(yīng)。如果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)了第二信使的作用。第一信使和第二信使圖解

各種刺激

激素（第一信使）失活的激素腺苷酸環(huán)化酶或磷脂酶C

cAMP或IP3、DG

（第二信使）酶活性通透性及其他生理反應(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)３．受體(receptor)及跨摸信號轉(zhuǎn)換(1)

受體的概念、特征及分類(4)受體的研究方法：親和技術(shù)提純受體；標(biāo)記配體法檢測受體；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；具有酶活性的受體(2)

細(xì)胞內(nèi)受體的作用機(jī)制受體的概念

受體（receptor）是細(xì)胞表面或在細(xì)胞組分中的一種天然分子，可以識別并特異地與有生物活性的化學(xué)信號分子（配體）結(jié)合，從而激活或啟動細(xì)胞內(nèi)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最后導(dǎo)致該信號物質(zhì)特定的生物效應(yīng)。絕大多數(shù)受體為蛋白質(zhì),極少數(shù)為非蛋白受體.

受體的特點(diǎn)

受體與配體結(jié)合具有特異性、親和性、飽和性受體的類別

細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞表面受體細(xì)胞表面受體的三種類型

C、具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的靶酶或離子通道配體G-蛋白活化的G-蛋白兩種類型門控離子通道示意圖分子克隆技術(shù)獲得微量受體

從細(xì)胞中提取所有mRNA（其中含有能正常表達(dá)所需受體蛋白的mRNA），逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，將其重組入載體質(zhì)粒，繼而讓其轉(zhuǎn)染缺乏受體的培養(yǎng)細(xì)胞群，其中少數(shù)細(xì)胞可能含有能編碼受體所需的cDNA，并表達(dá)成表面受體。標(biāo)記配體法檢測受體

用化學(xué)或酶學(xué)方法合成一種標(biāo)記配體，將其加入含有受體的樣品（細(xì)胞或細(xì)胞膜）中，使標(biāo)記配體和受體結(jié)合平衡后再測定結(jié)合或游離的標(biāo)記配體數(shù)量，由此得出受體的濃度和解離常數(shù)。

去垢劑溶解的膜蛋白從柱中洗去未結(jié)合的蛋白將受體從固定化的alprenolol上洗下來洗脫下來的受體-alprenolol

復(fù)合體去掉非特異蛋白受體顆粒alprenolol加過量的加洗脫液親和層析法提純?腎上腺素受體

制備所需細(xì)胞表面受體的表達(dá)克隆法A.DNA重組靶細(xì)胞mRNAcDNA終止信號啟動子質(zhì)粒DNAB.轉(zhuǎn)染及表達(dá)編碼無關(guān)蛋白質(zhì)的DNA編碼所需受體的DNA核內(nèi)質(zhì)粒復(fù)制所需受體表達(dá)所需受體的細(xì)胞粘附于培養(yǎng)瓶底粘合在瓶底的配體粘附細(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2、細(xì)胞內(nèi)受體的跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

(１)甾類激素受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本特征

(２)

甾類激素受體的結(jié)構(gòu)和功能類固醇激素作用原理示意圖

(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)啟動次初級反應(yīng)基因果蠅細(xì)胞中脫皮激素誘導(dǎo)基因活化的初級與次級反應(yīng)模型

DNA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二、與G蛋白偶聯(lián)的跨摸信號轉(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)之間的“crosstalk”G蛋白的概念

G蛋白（GTP-bindingprotein）一般是指一類與膜受體偶聯(lián)的異三聚體結(jié)合蛋白，其具有和GTP結(jié)合并催化GTP水解成GDP的能力，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的信號傳遞體。另外還發(fā)現(xiàn)一類分子量較小的“小G蛋白”（smallGTP-bindingprotein），其特點(diǎn)是它們都是單體，存在于不同的細(xì)胞部位，在細(xì)胞信號傳遞中也扮演著重要的角色，Ras蛋白是該家族中最重要的成員。異三聚體

G

蛋白的結(jié)構(gòu)激素信號通過G蛋白激活靶酶

TargetenzymeSecondarymessengercAMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

（1）cAMP的發(fā)現(xiàn)和第二信史學(xué)說的提出（2）受體通過G蛋白與cAMP環(huán)化酶偶聯(lián)的模型（3）信號分子cAMP的產(chǎn)生和滅活（4）cAMP信號系統(tǒng)傳遞模型（5）cAMP信號調(diào)節(jié)的生理過程受體通過G蛋白與cAMP環(huán)化酶偶聯(lián)的模型

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)象暴露出蛋白的結(jié)合位點(diǎn)B.膜上擴(kuò)散導(dǎo)致配體-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，引起

亞基從G蛋白復(fù)合體中解離，暴露出

亞基上腺苷酸環(huán)化酶的結(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GDPGTPATPcAMPcAMP激活蛋白激酶的作用機(jī)理

cAMP的和成與分解腺苷酸環(huán)化酶

cAMP磷酸二酯酶肽類激素通過cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖

ATP

cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細(xì)胞的生理過程細(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cAMP信號系統(tǒng)傳遞模型

cAMP信號傳遞過程中的放大作用

cAMP參與的某些生理過程

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cGMP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抑制的PDEADP-核糖環(huán)化酶cGMP激和的PDEcGMP依賴的蛋白激酶cAMP依賴的蛋白激酶離子流動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-CcAMP3、胞內(nèi)信使—IP2與DG（雙信使途徑）（1）雙信使（IP3/Ca2+和DG/PKC）途徑的發(fā)現(xiàn)

（2）

磷脂酸肌醇循環(huán)（3）受體通過G蛋白與磷脂酶C(PLC)偶聯(lián)的

雙信使系統(tǒng)模型（4）IP3/Ca2+信號傳遞途徑

（5）

DG/PKC信號傳遞途徑及其多樣性

（6）雙信使途徑之間的相互作用

PIP2DGIP3

磷脂酶C(PLC)雙信使信號的產(chǎn)生

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

磷脂酸肌醇循環(huán)及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

刺激受體

Ca2+通道

Ca2+泵IP4引起胞外Ca2+的跨膜內(nèi)流IP3引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放IP3引起胞內(nèi)Ca2+的動員示意圖

PIP3IP3DGDG磷脂酶CPKC

依賴Ca2+和PS的蛋白激酶PS

磷脂酰絲氨酸活化的PKCPKC-PS-DG-Ca2+

復(fù)合物PKC的激活機(jī)制圖解PKC的生理功能的多樣性

1對膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能的調(diào)節(jié)2對膜受體功能的調(diào)節(jié)3參與代謝的調(diào)節(jié)（如通過催化磷酸化反應(yīng)調(diào)節(jié)酶活性）4參與生物活性物質(zhì)的合成與分泌5對轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)作用（通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性間接調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄活動）IP2/Ca2+和DG/PKC途徑之間的相互作用Ca2+調(diào)節(jié)的生理反應(yīng)PKC調(diào)節(jié)的生理反應(yīng)細(xì)胞生理效應(yīng)4、胞內(nèi)信使—Ca2+

（1）細(xì)胞內(nèi)Ca2+平衡及Ca2+釋放

（2）鈣信使的信號傳遞—鈣結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（3）Ca2+-CaM依賴性蛋白激（CaM-PK）的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理（4）CaM-PK的生物學(xué)效應(yīng)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)胞中的Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

植物細(xì)胞鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)體系鈣結(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+信使的靶分子主要是鈣結(jié)合蛋白，即其信號傳遞是通過鈣結(jié)合蛋白介導(dǎo)的。

鈣結(jié)合蛋白的種類：（1）具有EF手形結(jié)構(gòu)的鈣結(jié)合蛋白家族，如鈣調(diào)素(Calmodulin,CaM)

（2）依賴鈣的磷脂結(jié)合蛋白-附加蛋白家族（annexin）Ca2+EF鈣調(diào)素的結(jié)構(gòu)Ca2+

CaM復(fù)合體對靶酶的活化作用+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CaM-PK的底物及其功能底物蛋白功能乙酰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cAMP與與Ca2+信號系統(tǒng)之間的“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代謝水平功能水平三．具有酶活性的表面受體信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

2、具有受體功能的Ser/Thr蛋白激酶

1、具有受體功能的Tyr蛋白激酶(receptorproteintyrosinekinase,RPTK)

（1）RPTK的基本結(jié)構(gòu)（2）RPTK的活化與跨摸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

(3)RPTK受體的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

RPTK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RPTK受體激酶激活機(jī)理

配體無活性單體有活性單體ATPADP受體自身磷酸化PPPPPP磷酸化底物底物RPTK型受體的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路PLC-

PI-3KPIP2DGIPI2PKCCa2+P21-rasSer家族成員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)胞膜四、蛋白質(zhì)的可逆磷酸化及其對基因表達(dá)的調(diào)控

1、蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化2、蛋白質(zhì)可逆磷酸化在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的特點(diǎn)和意義3、蛋白質(zhì)的磷酸化與基因表達(dá)的調(diào)控

蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化

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：雙重底物型轉(zhuǎn)錄因子磷酸化對DNA結(jié)合的影響p–p–p–p–p–IIIIIIIVVATP

ADP蛋白激酶

磷酸化位點(diǎn)

調(diào)節(jié)因子p–轉(zhuǎn)錄因子