第五章 物質的跨膜運輸與信號傳遞

1、第五章 物質的跨膜運輸與信號傳遞(transmembrane transport and signal transduction)第一節(jié) 物質的跨膜運輸(transmembrane transport)一、被動運輸（passive transport）1.特點：運輸方向、跨膜動力、能量消耗、膜轉運蛋白2.類型：簡單擴散（simple diffusion）、協(xié)助擴散（facilitated diffusion）3.膜轉運蛋白：載體蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性質；介導被動運輸與主動運輸。通道蛋白（channel proteins）具有離子選擇性，轉運速率高；

2、離子通道是門控的；只介導被動運輸類型：電壓門通道（voltage-gated channel）配體門通道（ligand-gated channel）壓力激活通道（stress-activated channel）二、主動運輸（active transport）1.特點：運輸方向、能量消耗、膜轉運蛋白被動與主動運輸?shù)谋容^ 2.類型：三種基本類型由ATP直接提供能量的主動運輸鈉鉀泵（結構與機制）鈣泵（Ca2+-ATP酶）質子泵：P-型質子泵、V-型質子泵、H+-ATP酶協(xié)同運輸（cotransport）由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式物質的跨膜

3、轉運與膜電位三、胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）作用：完成大分子與顆粒性物質的跨膜運輸，又稱膜泡運輸或批量運輸bulk transport）。屬于主動運輸。1.胞吞作用胞飲作用（pinocytosis）與吞噬作用（phagocytosis）。胞飲作用與吞噬作用主要有三點區(qū)別受體介導的內(nèi)吞作用及包被的組裝胞內(nèi)體（endosome）及其分選作用2.胞吐作用組成型的外排途徑（constitutive exocytosis pathway）所有真核細胞連續(xù)分泌過程，用于質膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質組分、營養(yǎng)或信號分子）。 default pathway：除某些有

4、特殊標志的駐留蛋白和調節(jié)型分泌泡外，其余蛋白的轉運途徑：粗面內(nèi)質網(wǎng)高爾基體分泌泡細胞表面調節(jié)型外排途徑（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌細胞 儲存刺激釋放 產(chǎn)生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機制，分選信號存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白來決定 膜流：動態(tài)過程對質膜更新和維持細胞的生存與生長是必要的囊泡與靶膜的識別與融合第二節(jié) 細胞通訊與信號傳遞(cell communication and signal transduction)一、細胞通訊與細胞識別(cell communication and cell recog

5、nition)1.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(chǎn)生相應的反應。細胞間的通訊對于多細胞生物體的發(fā)生和組織的構建，協(xié)調細胞的功能，控制細胞的生長、分裂、分化和凋亡是必須的。細胞通訊方式：分泌化學信號進行通訊內(nèi)分泌（endocrine）旁分泌（paracrine）自分泌（autocrine）化學突觸（chemical synapse）接觸性依賴的通訊細胞間直接接觸，信號分子與受體都是細胞的跨膜蛋白間隙連接實現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)2.細胞識別（cell recognition）概念：細胞通過其表面的受體與胞外信號物質分子（配體）選擇性地相互作用

6、，進而導致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細胞整體的生物學效應的過程。 信號通路（signaling pathway）細胞識別是通過各種不同的信號通路實現(xiàn)的。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(nèi)信號，最終調節(jié)特定基因的表達，引起細胞的應答反應，這種反應系列稱之為細胞信號通路。二、細胞的信號分子與受體(signal molecule and receptor)1.信號分子（signal molecule）親脂性信號分子親水性信號分子氣體性信號分子(NO)2.受體（receptor）多為糖蛋白細胞內(nèi)受體:為胞外親脂性信號分子所激活激素激活的基因調控蛋白（胞內(nèi)受體超家族）細

7、胞表面受體:為胞外親水性信號分子所激活細胞表面受體分屬三大家族： 離子通道偶聯(lián)的受體（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linked receptor）酶偶連的受體（enzyme-linked receptor）受體的功能：介導物質跨膜運輸(受體介導的內(nèi)吞作用)信號轉導：受體的激活（activation）（級聯(lián)反應）；受體失敏（desensitization）關閉反應、減量調節(jié)（down-regulation）降低反應。3.第二信使（second messenger）4.分子開關（molecular switches）三、通過細胞內(nèi)

8、受體介導的信號傳遞(signal transduction by the intracellular receptor)1.甾類激素介導的信號通路兩步反應階段：初級反應階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉錄的，發(fā)生迅速；次級反應：初級反應產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的放大作用。2.一氧化氮介導的信號通路四、通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞(signal transduction by the cell membrane receptor)1. 離子通道偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞2.信號途徑特點：受體/離子通道復合體，四次/六次跨膜蛋白跨膜信號轉導無需中間步驟主要存在于神經(jīng)細胞或其他可興奮細胞間的突觸

9、信號傳遞有選擇性：配體的特異性選擇和運輸離子的選擇性3. G-蛋白偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞4.cAMP信號通路 反應鏈：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基因調控蛋白基因轉錄組分及其分析G-蛋白偶聯(lián)受體 G-蛋白活化與調節(jié)效應酶腺苷酸環(huán)化酶GPLR的失敏（desensitization）與減量調節(jié)細菌毒素對G蛋白的修飾作用GPLR的失敏：例：b腎上腺素受體被激活后，10-15秒cAMP驟增，然后在不到1min內(nèi)反應速降，以至消失。受體活性快速喪失（速發(fā)相）-失敏（desensitization）；機制：受體磷酸化受體與Gs解偶聯(lián)，cAMP反應停止并被P

10、DE降解。兩種Ser/Thr磷酸化激酶：PKA和b腎上腺素受體激酶（ b ARK），負責受體磷酸化；胞內(nèi)協(xié)作因子b撲獲蛋白（ b arrestin）-結合磷酸化的受體，抑制其功能活性（ b arrestin 已克隆、定位11q13）。反應減弱（遲發(fā)相）-減量調節(jié)（down-regulation）機制：受體-配體復合物內(nèi)吞，導致表面受體數(shù)量減少，發(fā)現(xiàn)b arrestin可直接與Clathrin結合，在內(nèi)吞中起adeptors作用；受體減量調節(jié)與內(nèi)吞后受體的分選有關磷脂酰肌醇信號通路“雙信使系統(tǒng)”反應鏈：胞外信號分子G-蛋白偶聯(lián)受體G-蛋白IP3胞內(nèi)Ca2+濃度升高Ca2+結合蛋白(CaM)細胞反

11、應磷脂酶C(PLC)DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內(nèi)pH受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）包括6個亞族信號轉導：配體受體受體二聚化受體的自磷酸化激活RTK胞內(nèi)信號蛋白啟動信號傳導RTK- Ras信號通路：配體RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進入細胞核其它激酶或基因調控蛋白（轉錄因子）的磷酸化修鈽。G蛋白偶聯(lián)受體介導的MAPK的激活RTKs的失敏（desensitization）3.細胞表面其它與酶偶聯(lián)的受體受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體酪氨酸磷酸酯酶受

12、體鳥苷酸環(huán)化酶（ANPs-signals）酪氨酸蛋白激酶聯(lián)系的受體兩大家族：一是與Src蛋白家族相聯(lián)系的受體；二是與Janus激酶家族聯(lián)系的受體。信號轉導子和轉錄激活子（signal transducer and actvator of transcription，STAT）與JAK-STAT途徑。五、由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞(signal transduction by the integrin protein of cell membrane)整合蛋白與粘著斑1.導致粘著斑裝配的信號通路有兩 2.粘著斑的功能：一是機械結構功能；二是信號傳遞功能3.通過粘著斑由整合蛋白介導的信號傳遞通路：由細胞表面到細胞核的信號通路由細胞表面到細胞質核糖體的信號通路六、細胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息(basic feature of signal transduction and signal network information of protein kinasase)1.細胞信號傳遞的基本特征：具有收斂（convergence）或發(fā)散（divergence）的特點細胞的信號傳導既具有專一性又有作用機制