第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)習(xí)題

1、第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)學(xué)習(xí)要求：1.掌握物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)母鞣N方式及原理2.掌握細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的各種途徑及相關(guān)知識(shí)。3.理解細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并建立細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體的、概括的印象。概要：1.物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)母鞣N方式及原理和相互間的區(qū)別細(xì)胞膜是細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境之間的一種選擇性通透屏障，物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸對(duì)細(xì)胞的生存和生長(zhǎng)是至關(guān)重要的。物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸可分為：被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸兩類方式。被動(dòng)運(yùn)輸包括簡(jiǎn)單擴(kuò)散和載體介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散，物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较蚴怯筛邼舛认虻蜐舛?，不消耗ATP。 負(fù)責(zé)物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白可分為兩類：載體蛋白和通道蛋白。載體蛋白即可介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸也可介導(dǎo)主動(dòng)運(yùn)輸；

2、通道蛋白質(zhì)能介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸。每種載體蛋白能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過一系列的構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)分子的跨膜運(yùn)輸；通道蛋白所介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸不需要與溶質(zhì)分子結(jié)合，通道蛋白多為多次跨膜的離子通道，具有選擇性和門控特性的特點(diǎn)。主動(dòng)運(yùn)輸是由蛋白質(zhì)所介導(dǎo)的物質(zhì)你濃度梯度或電化學(xué)梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式，需要與某種釋放能量的過程相偶聯(lián)。主動(dòng)運(yùn)輸可分為由ATP直接供能和間接供能以及光驅(qū)動(dòng)的三種類型。由于離子的選擇性跨膜運(yùn)輸，產(chǎn)生了膜電位，這對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)是非常重要的。真核細(xì)胞除通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸對(duì)小分子物質(zhì)進(jìn)行運(yùn)輸外，還可以通過胞吞作用和胞吐作用完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。胞吞作用又可分為胞飲作用和

3、吞噬作用。2.細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的各種方式及原理多細(xì)胞生物是一個(gè)繁忙而有序的細(xì)胞社會(huì)，其中進(jìn)行復(fù)雜細(xì)胞通信和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞接受外界信號(hào)，通過一整套特定的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)最終調(diào)節(jié)特異敏感基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，這是細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)的主線，這種反應(yīng)系列稱為細(xì)胞信號(hào)通路。根據(jù)其受體存在的部位不同可分為細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)核細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)兩大類型。細(xì)胞內(nèi)受體一般都有三個(gè)結(jié)構(gòu)域：位于C端的激素結(jié)合位點(diǎn)，位于中部的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)，以及N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。而細(xì)胞表面受體分屬于三個(gè)家族：（1）離子通道耦聯(lián)的受體；（2）G蛋白耦聯(lián)的受體；（3）與酶連接的受體。離子通道耦聯(lián)的受

4、體是多亞基組成的受體-離子通道復(fù)合體，本身既有信號(hào)分子結(jié)合位點(diǎn)，又是離子通道，其跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟。G蛋白耦聯(lián)受體是細(xì)胞表面由單條多肽經(jīng)7次跨膜形成的受體，該信號(hào)通路是指配體-受體復(fù)合物與靶蛋白的作用要通過G蛋白的中介，并在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，才將細(xì)胞外信號(hào)跨膜傳遞到細(xì)胞內(nèi)影響細(xì)胞的行為。G蛋白耦聯(lián)受體信號(hào)通路又可分為cAMP信號(hào)通路和磷脂酰肌醇信號(hào)通路。受體酪氨酸激酶是細(xì)胞表面一大類重要酶連家族，當(dāng)配體與受體結(jié)合后，導(dǎo)致受體二聚化，激活受體酪氨酸蛋白激酶活性隨即引起磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，終致細(xì)胞生理或基因表達(dá)的改變。該信號(hào)通路為：配體 受體酪氨酸激酶 adaptor GRF Ras Raf(

5、MAPKKK) MAPKK MAPK 進(jìn)入細(xì)胞核 其他激酶或基因調(diào)控蛋白的磷酸化修飾。它具有廣泛的功能，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖與分化，促進(jìn)細(xì)胞存活，以及細(xì)胞代謝過程中的調(diào)節(jié)與矯正作用。此外，整聯(lián)蛋白是細(xì)胞表面的跨膜蛋白（異二聚體），不僅介導(dǎo)細(xì)胞附著到胞外基質(zhì)上，更重要的是提供了一種細(xì)胞外環(huán)境調(diào)控細(xì)胞內(nèi)活性的通道。整聯(lián)蛋白與胞外配體相互作用，可產(chǎn)生多種信號(hào)和生理反應(yīng)。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是多通路、多環(huán)節(jié)、多層次和高度復(fù)雜的可控過程。細(xì)胞內(nèi)的多條信號(hào)通路相互聯(lián)系，整合為復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?；靖拍睿汉?jiǎn)單擴(kuò)散：又稱自由擴(kuò)散。是物質(zhì)從濃度較大的一側(cè)通過膜向濃度較小一側(cè)擴(kuò)散，擴(kuò)散速度依賴于膜兩側(cè)溶質(zhì)的濃度差及溶質(zhì)分子

6、的大小和電荷性質(zhì)，同時(shí)與透過物質(zhì)的脂溶性程度有關(guān)，同該物質(zhì)在脂肪中的溶解度成正比。通道蛋白：轉(zhuǎn)運(yùn)膜蛋白的一類，橫跨質(zhì)膜可形成親水通道，允許一定大小和一定電荷的溶質(zhì)從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)到另一側(cè)。通道蛋白不直接與小的帶電荷的溶質(zhì)相互作用，而是通過質(zhì)雙層中膜蛋白帶電荷的親水區(qū)形成的親水通道，使帶電荷的溶質(zhì)分子自由地?cái)U(kuò)散。離子通道：是細(xì)胞膜中一類內(nèi)在蛋白構(gòu)成的孔道，可為化學(xué)方式或電學(xué)方式激活，控制離子通過細(xì)胞膜的順勢(shì)流動(dòng)。離子通道有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是具有選擇性，二是屬于門控通道。載體蛋白：又稱為通透酶，是一類膜內(nèi)在蛋白，幾乎都是多次跨膜的蛋白質(zhì)分子。每種載體蛋白能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過一系列構(gòu)象改變，介

7、導(dǎo)溶質(zhì)分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。由載體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)可以是被動(dòng)的，也可是主動(dòng)的。通過動(dòng)力學(xué)分析，經(jīng)通道蛋白進(jìn)行的轉(zhuǎn)運(yùn)是一種簡(jiǎn)單的擴(kuò)散過程，沒有飽和現(xiàn)象；而經(jīng)載體進(jìn)行的轉(zhuǎn)運(yùn)則依賴于溶質(zhì)與載體特異性的結(jié)合，因結(jié)合部位的數(shù)量有限，所以有飽和現(xiàn)象。主動(dòng)運(yùn)輸：是由載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度方向跨膜耗能的運(yùn)輸方式。根據(jù)主動(dòng)運(yùn)輸過程中所需能量來源的不同，可歸納為由ATP直接供能和間接提供能量以及光驅(qū)動(dòng)三種基本類型。對(duì)向運(yùn)輸：是協(xié)同運(yùn)輸?shù)囊环N方式，指物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方向與離子轉(zhuǎn)運(yùn)的方向相反，如動(dòng)物細(xì)胞常通過Na+-H+對(duì)向運(yùn)輸?shù)姆绞?，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH.網(wǎng)格蛋白有被小泡:是胞飲泡或在高爾基體反面管網(wǎng)處形成的小泡.當(dāng)配體與膜

8、上受體結(jié)合后,網(wǎng)格蛋白聚集在膜下一側(cè),逐漸形成直徑50100nm的質(zhì)膜凹陷,稱為網(wǎng)格蛋白有被小窩;一種小分子GTP結(jié)合蛋白在深陷有被小窩的頸部裝配成環(huán),并水解與其結(jié)合的GTP,引起頸部縊縮而形成小泡.膜電位:不同方式的物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng),結(jié)果產(chǎn)生并維持了膜兩側(cè)特定的電荷分布,就形成了膜兩側(cè)的電位差,細(xì)胞膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成的電位差的總和,即為膜電位.細(xì)胞通訊:是指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)的過程.細(xì)胞間的通訊對(duì)于多細(xì)胞生物體的發(fā)生和組織的構(gòu)建、協(xié)調(diào)細(xì)胞的功能，控制細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂都是必需的。自分泌：細(xì)胞合成和分泌的各種物質(zhì)反過來又通過與其本身表面受體的作用，調(diào)節(jié)自身的生

9、長(zhǎng)和分化，即細(xì)胞對(duì)其自身分泌的物質(zhì)起反應(yīng)的現(xiàn)象。自分泌信號(hào)常見于病理?xiàng)l件下。離子通道耦聯(lián)受體：是由多亞基組成的受體-離子通道復(fù)合體，本身既有信號(hào)結(jié)合位點(diǎn)，又是離子通道。其跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟，又稱門控離子通道。此受體主要見于可興奮細(xì)胞間的突觸信號(hào)傳遞。G蛋白耦聯(lián)受體：指配體-受體復(fù)合物與靶蛋白(酶或離子通道)的作用要通過與GTP結(jié)合的調(diào)節(jié)蛋白(G蛋白)的耦聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使,才能將外界信號(hào)跨膜傳遞到細(xì)胞內(nèi)影響細(xì)胞的行為受體.信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo):指耦聯(lián)的各種保外刺激信號(hào)與其相應(yīng)的生理效應(yīng)之間的一系列反應(yīng)機(jī)制.或者說是將細(xì)胞膜外的刺激信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞應(yīng)答的過程.即由細(xì)胞膜受體接受信息經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)信使傳

10、入或胞質(zhì)因子直接活化進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),導(dǎo)致特定基因的激活和表達(dá)的過程.第二信使:為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的次級(jí)信號(hào),指胞內(nèi)信號(hào)分子,是由胞外刺激信號(hào)(第一信使)與受體作用后在胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號(hào)分子.現(xiàn)已知道的有:camp、cGMP、IP3、GD等。這些信使各自有自身的循環(huán)作用途徑，同時(shí)又會(huì)相互影響，形成反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。其相互調(diào)節(jié)控制的關(guān)系十分復(fù)雜。G蛋白：又稱為GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，是耦聯(lián)受體接受信號(hào)與第二信使的產(chǎn)生之間的膜上信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，故又稱耦聯(lián)蛋白質(zhì)或信號(hào)轉(zhuǎn)換蛋白。由、和三個(gè)亞基組成。G蛋白的耦聯(lián)功能靠GTP的結(jié)合蛋白或水解產(chǎn)生的變構(gòu)作用完成，當(dāng)G蛋白與受體結(jié)合而結(jié)合時(shí)，它就同時(shí)結(jié)合上GTP，繼而觸發(fā)效

11、應(yīng)器，把胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)，而當(dāng)GTP水解為GDP后，G蛋白就回到原處構(gòu)象，失去信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能。分子開關(guān)：是使細(xì)胞內(nèi)一系列信號(hào)傳遞的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，能在正、負(fù)反饋兩個(gè)方面得到精確控制分子機(jī)制，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞作為分子開關(guān)的蛋白質(zhì)可分為兩類：一類開關(guān)蛋白的火星由蛋白激酶使之磷酸化而開啟，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而關(guān)閉，許多由可逆磷酸化控制的開關(guān)蛋白是開關(guān)蛋白本身，在細(xì)胞內(nèi)構(gòu)成信號(hào)傳遞的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)；另一類主要開關(guān)蛋白由GTP結(jié)合蛋白組成，結(jié)合GTP而激活，結(jié)合GDP而失活。肌醇磷脂信號(hào)系統(tǒng)：在胞外信號(hào)為膜受體接受后，以G蛋白為中介，由質(zhì)膜中磷脂酶C水解PIP2產(chǎn)生肌醇-1，4，5-三磷酸和二酯酰

12、甘油兩種胞內(nèi)信號(hào)，因此又稱為雙信號(hào)系統(tǒng)，分別形成兩個(gè)信號(hào)傳遞途徑，調(diào)節(jié)和控制一系列的生理反應(yīng)。催化性受體：指與酶連接的細(xì)胞表面受體，目前已知的這類受體都是跨膜蛋白，當(dāng)細(xì)胞外信號(hào)分子與受體結(jié)合即激活該受體細(xì)胞內(nèi)段的酶活性。SH結(jié)構(gòu)域：制首先在Src蛋白中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)高度保守的結(jié)構(gòu)域。原癌基因c-src的蛋白質(zhì)產(chǎn)物c-src 是細(xì)胞膜上的酪氨酸蛋白激酶，其家族中其它蛋白質(zhì)與Src具有同源性的結(jié)構(gòu)域稱為Src同源結(jié)構(gòu)域或SH結(jié)構(gòu)域，在Src分子中，SH1就是激酶結(jié)構(gòu)域，SH2結(jié)構(gòu)域能與含有磷酸化酪氨酸的蛋白質(zhì)結(jié)合，SH3就是激酶識(shí)別富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域。SH2和SH3都參與Src家族與其它蛋白質(zhì)的選擇性

13、結(jié)合，但無催化活性。受體超家族：結(jié)構(gòu)上具有較高性同源性的一類受體稱為受體超家族。他們的基因也具有較高的同源性。一般來說，受體超家族成員在某些結(jié)構(gòu)特征或功能上具有相似性，在另一些功能上有不盡相同，因此他們相互間如何協(xié)調(diào)作用的問題近年來很受重視。問答題1.以鈉鉀泵為例說明主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)理。Na+ -K+泵存在于一切動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜上，是由和二種亞基組成的跨膜多次的膜整合蛋白，具有ATP酶活性，因此，也被稱作Na+ -K+泵ATP酶。亞基是具有組織特異性的糖蛋白，其工作模式是在a亞基的細(xì)胞內(nèi)側(cè)與Na+相結(jié)合促進(jìn)ATP水解，a亞基上的一個(gè)天冬氨酸殘基磷酸化，引起a亞基的構(gòu)象改變，將Na+逆濃度梯度泵出細(xì)

14、胞，同時(shí)細(xì)胞外的K+與a亞基的另一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使其去磷酸化，a亞基構(gòu)象再次發(fā)生變化將K+逆濃度梯度泵進(jìn)細(xì)胞，完成整個(gè)循環(huán)。每個(gè)循環(huán)消耗一個(gè)ATP分子，泵出3個(gè)Na+和泵進(jìn)2個(gè)K+.由此可以看出，主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)理是在膜載體的協(xié)助下，由ATP功能，直接或間接將所有轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)逆濃度梯度運(yùn)出或運(yùn)進(jìn)細(xì)胞的過程。2.概述H+泵的類型與作用。H+-ATP酶指轉(zhuǎn)運(yùn)H+的ATP酶或稱H+泵.可分為三種類型:一種與Na+-K+泵和Ca2+類似，在轉(zhuǎn)運(yùn)H+的過程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞膜上，稱為P型質(zhì)子泵。P型質(zhì)子泵是植物生命活動(dòng)過程中的主宰酶，對(duì)植物許多生命活動(dòng)起著重要的調(diào)控作用，它在礦質(zhì)元素

15、轉(zhuǎn)運(yùn)中的主要作用是：（1）使細(xì)胞質(zhì)的pH升高，但由于細(xì)胞質(zhì)較強(qiáng)的緩沖作用，這種升高并不顯著。細(xì)胞質(zhì)的pH值通常在7.07.5之間。（2）使細(xì)胞壁的pH值降低。由于細(xì)胞壁的緩沖能力較小，其pH值通常降到5.55.0。（3）使細(xì)胞質(zhì)相對(duì)于細(xì)胞壁表現(xiàn)電負(fù)性。由于將陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞質(zhì)而保留陰離子，就使質(zhì)膜從內(nèi)到外形成負(fù)的電勢(shì)差。第二種存在于動(dòng)物細(xì)胞溶酶體膜和植物細(xì)胞液泡膜上，轉(zhuǎn)運(yùn)H+過程中不形成磷酸化的中間體，稱為V型質(zhì)子泵，其功能是從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中泵出H+進(jìn)入細(xì)胞器，有助于保持細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中性環(huán)境和細(xì)胞器內(nèi)的酸性pH.植物液泡膜H+-ATPase與質(zhì)膜H+-ATPase的區(qū)別：（1）其轉(zhuǎn)運(yùn)H+時(shí)，不與A

16、TP末端Pi結(jié)合，（2）水解1分子ATP運(yùn)送2個(gè)H+進(jìn)入液泡；（3）不依賴于K+的激活；（4）對(duì)釩酸鹽不敏感，被NO3-抑制。第三種存在于葉綠體類囊體、線粒體內(nèi)膜和多數(shù)細(xì)菌脂膜上，他以相反的方向來發(fā)揮其生理作用，即H+順濃度梯度運(yùn)動(dòng)，將所釋放的能量與ATP合成耦聯(lián)起來。3. cAMP和cGMP都是第二信使,他們的主要區(qū)別是什么?cAMP和cGMP雖然都是第二信使,但他們有明顯的區(qū)別L1)盡管cGMP和cAMP一樣廣泛分布于動(dòng)物和微生物細(xì)胞中,但濃度比cAMP低得多.(2)催化他們產(chǎn)生的酶及方式不同: cAMP是由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的腺苷酸環(huán)化酶催化形成的,該酶屬于有多個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域的膜內(nèi)在蛋白;

17、而催化cGMP形成的酶本身就是受體,有的存在于質(zhì)膜上,有的有利于細(xì)胞質(zhì)中.(3)兩者的效應(yīng)器不同,cAMP激活蛋白激酶A，cGMP激活蛋白激酶G，所以，他們引起的細(xì)胞效應(yīng)也不同，cAMP和cGMP在生理上有拮抗作用，如在肝細(xì)胞中，cAMP濃度增加，促進(jìn)糖原分解，而cGMP則促進(jìn)糖原合成；在平滑肌中，cAMP濃度增高使細(xì)胞松弛，而cGMP濃度增高使細(xì)胞收縮；cAMP對(duì)細(xì)胞增殖起伏調(diào)控作用，而cGMP則為細(xì)胞增殖的鄭調(diào)控因子，等等。所以曾經(jīng)有人將其與我國(guó)中醫(yī)理論的陰陽學(xué)說聯(lián)系起來。（4）使cAMP和cGMP滅活的磷酸二酯酶也有差異。4.細(xì)胞以那種方式進(jìn)行通訊，各種方式間有何不同？細(xì)胞以三種方式進(jìn)行

18、通訊：（1）細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行細(xì)胞間相互通訊，這是多細(xì)胞生物體最普遍的采用的通訊方式；（2）細(xì)胞間接觸依賴性通訊，細(xì)胞間直接接觸，通過與質(zhì)膜結(jié)合的信號(hào)分子影響其它細(xì)胞；（3）細(xì)胞間形成間隙連接使細(xì)胞質(zhì)相互溝通，通過交換小分子來實(shí)現(xiàn)代謝耦聯(lián)或電耦聯(lián)。三者間異同比較如下：細(xì)胞三種通訊方式的比較類型 通訊方式 主要功能細(xì)胞間接觸 細(xì)胞間直接接觸，通過質(zhì)膜結(jié)合的信號(hào) 進(jìn)行細(xì)胞的識(shí)別、粘合和排斥依賴性通訊 分子影響其它細(xì)胞。沒有胞質(zhì)溝通通訊連接 細(xì)胞間相互接觸并形成間隙連接或胞間 使連接的細(xì)胞間在較小分子上 連絲，使細(xì)胞質(zhì)相互溝通 互通有無，從而進(jìn)行代謝或活動(dòng) 的耦聯(lián)與協(xié)調(diào)分泌化學(xué)信號(hào) 相隔一定距

19、離的細(xì)胞相互作用，往往是 引發(fā)的反應(yīng)復(fù)雜多樣，在細(xì)胞進(jìn)行胞間通訊 一細(xì)胞分泌化學(xué)信號(hào)分子，并在體液中 生命活動(dòng)中有著非常重要的作用擴(kuò)散運(yùn)輸，另一細(xì)胞通過其相應(yīng)受體捕獲信號(hào)分子后，并引發(fā)相應(yīng)的反應(yīng)。5.細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性主要表現(xiàn)是什么？細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性主要表現(xiàn)為多通路、多環(huán)節(jié)、多層次、整合性、非線性和高度復(fù)雜的可控性。（1）多途徑、多層次的細(xì)胞信號(hào)通路具有收斂和發(fā)散的特點(diǎn)。每種受體都能識(shí)別與結(jié)合各自的特異性配體，來自各種非相關(guān)受體的信號(hào)可在細(xì)胞內(nèi)收斂成激活一個(gè)共同的效應(yīng)器的信號(hào)，從而引起細(xì)胞生理、生化反應(yīng)和細(xì)胞行為的改變。另外，來自相同配體的信號(hào)，又可發(fā)散激活各種不同的效應(yīng)器，導(dǎo)致多樣化的

20、細(xì)胞應(yīng)答。（2）細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)即具有專一性又有作用機(jī)制的相似性。正如信號(hào)通路的收斂或發(fā)散特征中所見到的情況，不同的外源信號(hào)可能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生相似的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；如不同細(xì)胞因子與受體組成的復(fù)合體中往往含有共同亞基。由此誘導(dǎo)相似的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；一個(gè)配體與受體結(jié)合可誘發(fā)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑；G蛋白與受體耦聯(lián)可介導(dǎo)腺苷酸環(huán)化酶和PLC等，分別引出cAMP和磷脂酰肌醇答謝兩種信號(hào)通路。（3）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程具有信號(hào)放大作用，但這種放大作用又必須受到適當(dāng)控制，這表現(xiàn)為信號(hào)的放大作用和信號(hào)所啟動(dòng)的作用的終止并存。一旦破壞了這種正負(fù)反饋機(jī)制，細(xì)胞就會(huì)發(fā)生病變。（4）當(dāng)細(xì)胞長(zhǎng)期暴露在某種形式的刺激下，細(xì)胞對(duì)刺激的反應(yīng)將會(huì)降低，這就

21、是細(xì)胞進(jìn)行適應(yīng)，而且適應(yīng)的方式還有不同，這就更增加信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性。（5）細(xì)胞無時(shí)無刻不處在復(fù)雜環(huán)境的信號(hào)轟炸之下，這些信號(hào)分別獲協(xié)同啟動(dòng)細(xì)胞各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最后作出合理的應(yīng)答反應(yīng)。因此細(xì)胞各種不同的信號(hào)通路絕不可能是彼此孤立的。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)最重要的特征之一是構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它具有高度的非線性和整合性的特點(diǎn)，而且還具有一定的自我修復(fù)和補(bǔ)償能力。6.蛋白質(zhì)可逆磷酸化在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的意義？ 蛋白質(zhì)磷酸化與脫磷酸化在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有特殊的優(yōu)點(diǎn)。他們作為胞內(nèi)信使的直接或間接的靶酶，通過控制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中其它酶類或蛋白質(zhì)的活性，使細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)作出相應(yīng)的反應(yīng)。與細(xì)胞代謝的其他調(diào)節(jié)方式相比

22、，蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化共價(jià)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一， 這種方式在胞內(nèi)介導(dǎo)胞外信號(hào)時(shí)具有專一應(yīng)答的特點(diǎn)。與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)的蛋白激酶類主要受控于胞內(nèi)信使，這種共價(jià)修飾的調(diào)節(jié)方式顯然比變構(gòu)調(diào)節(jié)較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響，能比較專一地催化與外界刺激有關(guān)的生化反應(yīng)，使細(xì)胞對(duì)這些胞外信號(hào)作出準(zhǔn)確的應(yīng)答。第二， 磷酸化與脫磷酸化可以控制細(xì)胞內(nèi)已存在酶的活性酶量，使應(yīng)答反應(yīng)更有效。一個(gè)典型的例子就是糖分解代謝中糖原磷酸化酶活性的調(diào)節(jié)，被磷酸化的酶具有活性，脫磷酸化的酶無活性，這種共價(jià)修飾使得胞內(nèi)已存在酶的活性被激活或凍結(jié)，從而調(diào)節(jié)了活性酶的含量。與酶的重新合成與分解相比，這種方式使細(xì)胞對(duì)外界刺激做出

23、迅速反應(yīng)更為有效。第三， 蛋白質(zhì)磷酸化在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中一個(gè)最重要的特點(diǎn)是對(duì)外界信號(hào)具有級(jí)聯(lián)放大作用，因?yàn)樗且悦刚{(diào)節(jié)反應(yīng)為基礎(chǔ)的。胞外即使有很微弱的信號(hào)也可以通過一系列連鎖反應(yīng)得到充分的放大。細(xì)胞外只要有微量激素就可以引起胞內(nèi)cAMP水平增高，通過磷酸化的級(jí)聯(lián)放大，使無活性的磷酸化酶轉(zhuǎn)化成有活性的形式。在一系列反應(yīng)中，前一反應(yīng)的產(chǎn)物是后一反應(yīng)中的催化劑，每次修飾就產(chǎn)生一次放大作用，而這種放大作用可以高大成千上萬倍。第四， 蛋白質(zhì)磷酸化與脫磷酸化幾乎涉及所有的生理過程，功能上具有多樣性。除了其主要功能之一調(diào)節(jié)酶的活性以外，從磷蛋白在胚胎發(fā)育中的營(yíng)養(yǎng)作用到細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、分裂分化的調(diào)控、基因表達(dá)甚至癌

24、變，都有這一過程的參與；調(diào)節(jié)的對(duì)象，可以使酶類、功能蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白和各種受體等等。最近人們發(fā)現(xiàn)一種非常有趣的現(xiàn)象，在某些情況下，已知具有一定功能的某些蛋白質(zhì)可被磷酸化，但磷酸化時(shí)的結(jié)果對(duì)其功能并沒有什么影響，這種情況被稱為“啞態(tài)”磷酸化。后來發(fā)現(xiàn)，這些磷酸酸化的蛋白質(zhì)常常是蛋白水解酶的“靶子”而被降解。因此磷酸化作用還可能參與活性分子的滅活，而成為某些生理過程的調(diào)節(jié)方式。由此可見磷酸化與脫磷酸化反應(yīng)作用范圍之廣泛。第五， 磷酸化與脫磷酸化在細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的持續(xù)反應(yīng)中具有重要作用，信號(hào)引起的細(xì)胞效應(yīng)中，許多是相當(dāng)持久地，如細(xì)胞的分裂、分化等過程。雖然胞內(nèi)信號(hào)分子的壽命可能性很短，但蛋白激酶一旦被

25、激活，其活性卻可以通過某些方式維持較長(zhǎng)時(shí)間；更重要的是，被他們磷酸化所調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)或酶類，其效應(yīng)可能維持更長(zhǎng)時(shí)間，直到被蛋白磷酸酶脫去磷酸根為止。7.如何區(qū)分G蛋白的種類？根據(jù)G蛋白的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可將其分為兩大家族，其中一大家族是三聯(lián)體，它是由三個(gè)亞單位組成，、和，a亞單位結(jié)合GDP或GTP。當(dāng)信號(hào)刺激受體時(shí)，改變了的受體促使G蛋白發(fā)生變化：GDP從a亞單位上游解離下來，GTP則取代他的位置。此變化促使a亞單位解離。a亞單位沿著膜內(nèi)表面擴(kuò)散，直到他和酶或離子通道發(fā)生聯(lián)系。A亞單位對(duì)效應(yīng)酶的抑制性或刺激性活性取決于a亞單位的特點(diǎn)。A亞單位結(jié)合的GTP的水解使其失活而與、亞單位重新結(jié)合，作用被阻斷。

26、在三聯(lián)體G蛋白中，還可根據(jù)其作用分為激活型G蛋白（Gs）和抑制型G蛋白（Gi）兩類。許多G蛋白是基于特定細(xì)菌素對(duì)他們的修飾來區(qū)分的。這些細(xì)菌毒素將ADP-核糖從煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）加到G蛋白上。此反應(yīng)被稱為ADP-核糖基化。某些情況下，ADP-核糖基化激活G蛋白，而在其他情況下，它使G蛋白失活。G蛋白的另一個(gè)家族由單個(gè)亞單位組成，這些單體G蛋白也被稱為Ras蛋白家族或小G蛋白。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中已知有三種Ras（H-、K-、N-Ras），還有一些相似蛋白如Rac和Rho。這些蛋白質(zhì)參與了細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的調(diào)節(jié)。通過膜結(jié)合絡(luò)氨酸激酶的自身磷酸化作用及與調(diào)節(jié)蛋白的相互作用，使Ras蛋白被間

27、接激活。激活和失活的Ras的相對(duì)數(shù)量由鳥嘌呤核苷酸釋放因子（GRF）和GTP枚活化蛋白（GAP）決定。由于這些蛋白促使GTP向GDP或GDP向GTP變換，他們分別影響Ras蛋白活性，而使其具有分子開關(guān)的作用。一些Ras蛋白可被腫瘤抑制基因產(chǎn)物如人類神經(jīng)纖維瘤類型-1蛋白反向調(diào)節(jié)。NF-1基因產(chǎn)物刺激Ras蛋白GTP酶活性，使GTP水解成GDP和Pi，由此抑制Ras蛋白的活性。Ras蛋白一般刺激一個(gè)蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，而三聯(lián)體G蛋白通常不僅激活，有時(shí)也會(huì)抑制酶的活性如對(duì)腺苷酸環(huán)化酶。單體Ras蛋白的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的下游事件還有很多是未知的。8.三聯(lián)體G蛋白影響什么樣的蛋白質(zhì)和酶？三聯(lián)體G蛋白直接影響

28、的酶主要有腺苷酸環(huán)化酶和磷酸酯酶。這些酶通過催化產(chǎn)生第二信使如cAMP、IP3和DG，擴(kuò)大微弱信號(hào)，所以他們?cè)谛盘?hào)通路中非常重要。腺苷酸環(huán)化酶受G蛋白影響，從ATP合成cAMP,使細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)（第二信號(hào)）。磷脂酶如磷脂酶C（PLC）和磷脂酶A（PLA）也受G蛋白影響，磷脂酶C催化膜結(jié)合的磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）水解成肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（DG）。PIP2是真核生物質(zhì)膜內(nèi)常見的磷脂酰肌醇合成。少量此磷脂被一個(gè)膜激酶轉(zhuǎn)變成磷脂酰肌醇4-磷酸（PIP）。類似地，PIP被另一個(gè)激酶轉(zhuǎn)變成磷脂先機(jī)春，5-二磷酸（PIP2）。選擇題：1. 鈉鉀泵是由、兩個(gè)

29、亞基組成，當(dāng)a亞基上的（B）磷酸化才可能引起a亞基構(gòu)象變化，而將鈉泵出細(xì)胞外。A 甘氨酸 B 天冬氨酸 C 丙氨酸 D 胱氨酸2. PKC在沒有被激活時(shí)，游離于細(xì)胞質(zhì)中，一旦被激活就成為膜結(jié)合蛋白，這種變化依賴于（C）。A 磷脂和Ca2+ B IP3和Ca2+ C DG和Ca2+ D DG和磷脂3. 在下列通訊系統(tǒng)中，手提可以自身磷酸化的是（B）。A 鳥苷酸環(huán)化酶系統(tǒng) B 絡(luò)氨酸蛋白激酶系統(tǒng)C 腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng) D 肌醇磷脂系統(tǒng)4. 以下物質(zhì)不屬于第二信使的是（A）。A NO B cGMP C DG D cAMP 5. 關(guān)于V型質(zhì)子泵哪一項(xiàng)是不正確的（B）。A 存在于線粒體和內(nèi)膜系統(tǒng)的膜上B

30、工作時(shí)，沒有磷酸化和氣磷酸化C 運(yùn)輸時(shí)，是由高濃度相低濃度進(jìn)行D 存在于線粒體膜和葉綠體膜的內(nèi)囊體的膜上6. 鳥嘌呤核苷酸釋放因子的作用是（B）。A 抑制Ras B 激活Ras C 抑制三聯(lián)體G蛋白D 激活三聯(lián)體G蛋白 E 以上均不是7. GTP酶激活蛋白（GAP）的作用是（A）。A 抑制Ras B 激活Ras C 抑制三聯(lián)體G蛋白D 激活三聯(lián)體G蛋白 E 以上均不是8. 基因轉(zhuǎn)位過程中所需的能量來自（B）。A ATP B. 磷酸烯醇式丙酮酸 .膜兩側(cè)a+電化學(xué)梯度 D. 膜兩側(cè)H+電化學(xué)梯度9. 表皮生長(zhǎng)因子跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是通過以下（A）方式實(shí)現(xiàn)的。A 活化絡(luò)氨酸激酶 B 活化腺苷酸環(huán)化酶D 活化磷酸二酯酶 D 抑制腺苷酸環(huán)化酶10. 其細(xì)胞質(zhì)區(qū)域?qū)儆诮j(luò)氨酸激酶的膜內(nèi)在蛋白是（D）受體。A EGF B PDGF C