細(xì)胞的通訊課件

第七章細(xì)胞通訊與信號傳遞一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別(一)細(xì)胞通訊1、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)生反應(yīng)的過程。2、細(xì)胞以三種方式進(jìn)行通訊：①分泌化學(xué)信號；②直接接觸；③間隙連接。1）細(xì)胞分泌化學(xué)信號的作用方式可分：①內(nèi)分泌②旁分泌③自分泌④通過化學(xué)突觸傳遞信號分子。3）細(xì)胞間隙連接通訊信號分子：膜內(nèi)在蛋白2）細(xì)胞間接觸性依賴的通訊直接接觸，通過與質(zhì)膜結(jié)合的信號分子與其相接觸的靶細(xì)胞質(zhì)膜上的受體分子相結(jié)合，影響其他細(xì)胞。3、第二信使與分子開關(guān)①第二信使第一信使與受體作用后在細(xì)胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號物質(zhì)稱為第二信使。目前公認(rèn)的第二信使有cAMP、三磷酸肌醇(IP3)、二?；视?DG)等，Ca2+是磷脂酰肌醇信號通路的“第三信使”。②分子開關(guān)細(xì)胞內(nèi)信號傳遞蛋白質(zhì)(開關(guān)蛋白)可分為兩類：一類開關(guān)蛋白的活性由激酶使之磷酸化而開啟，由磷酸酶使之去磷酸化而關(guān)閉；另一類主要開關(guān)蛋白由GTP結(jié)合蛋白組成，結(jié)合GTP而活化，結(jié)合GDP而失活。二、通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞親水性化學(xué)信號分子（包括神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白激素、生長因子等）一般不能直接進(jìn)入細(xì)胞。而是通過與細(xì)胞表面特異受體的結(jié)合，進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)繼而對靶細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)。根據(jù)信號傳導(dǎo)機(jī)制和受體蛋白類型的不同，細(xì)胞表面受體分屬三大家族：①離子通道偶聯(lián)的受體②G蛋白偶聯(lián)的受體③酶偶聯(lián)的受體。(一)離子通道偶聯(lián)的受體離子通道偶聯(lián)的受體是細(xì)胞表面由多亞基組成的受體—離子通道復(fù)合體，本身既有信號結(jié)合位點(diǎn)，又是離子通道，其跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟。主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳遞。神經(jīng)遞質(zhì)通過于受體的結(jié)合開閉離子通道，改變質(zhì)膜的離子通透性，從改變突觸后細(xì)胞的興奮。受體是對配體具有特異性選擇，是具有同源性的跨膜蛋白。

(二)G蛋白偶聯(lián)的受體G蛋白偶聯(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。

該信號通路是指配體—受體復(fù)合物與靶蛋白的作用要通過與G蛋白的偶聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到細(xì)胞內(nèi)。G蛋白是三聯(lián)體GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，由、、三個(gè)亞基組成由G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路，根據(jù)產(chǎn)生第二信使的不同，又可分cAMP信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。

cAMP信號通路的主要效應(yīng)是激活靶酶和開啟基因表達(dá)，這是通過蛋白激酶A完成的。①激活靶酶：通過對蛋白激酶A的活化進(jìn)而使下游靶蛋白磷酸化，從而影響細(xì)胞代謝和細(xì)胞行為是細(xì)胞快速答應(yīng)胞外信號的過程。②開啟基因表達(dá)：是一類細(xì)胞緩慢應(yīng)答胞外信號的過程，這就是cAMP信號通路對細(xì)胞基因表達(dá)的影響。該信號途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：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(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄。(三)與酶連接的受體與酶連接的細(xì)胞表面受體又稱催化性受體，一旦被配基活化即具有酶的活性。包括5類：①受體酪氨酸激酶；②受體絲氨酸激酶/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)系的受體。1、受體酪氨酸激酶(RTKS)及RTK—Ras蛋白信號①受體酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase，CTKs)又稱酪氨酸蛋白激酶受體，是細(xì)胞表面一大類重要受體家族，包括6個(gè)亞族。CTKs的多肽鏈只跨膜一次，胞外區(qū)是結(jié)合配體的結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)區(qū)肽段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點(diǎn)。GDP的釋放需要鳥苷酸釋放因子(GRF)的促進(jìn)；Ras蛋白從活化態(tài)到失活態(tài)的轉(zhuǎn)變，則要GTP酶活化蛋白(GAP)的促進(jìn)；所以GRF和GAP都與Ras蛋白參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。GAP因具有SH2結(jié)構(gòu)域可直接與活化的受體蛋白結(jié)合。GRF在SH3結(jié)構(gòu)域，但沒有SH2結(jié)構(gòu)域，因此需要接頭蛋白連接來活化Ras。RTK—Ras信號通路可概括為如下模式：配體RTKadapdorGRFRasRaf(MAPKKK)MAPKKMAPK進(jìn)入細(xì)胞核其他激酶或基因調(diào)控蛋白(轉(zhuǎn)錄因子)的磷酸化修飾。2、細(xì)胞表面其他與酶偶聯(lián)的受體(1)受體絲氨酸/蘇氨酸激酶(2)受體酪氨酸磷酸酯酶(3)受體鳥苷酸環(huán)化酶(4)酪氨酸蛋白激酶聯(lián)系的受體二、通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞細(xì)胞信號傳遞的通路隨信號的受體存在的部位不同分為兩類：一是通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞；二是通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號傳遞。通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞親脂性信號分子（如甾類激素）可直接跨越質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的受體形成激素復(fù)合物，并穿過核膜孔進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)結(jié)合于特異的DNA序列調(diào)節(jié)基因表達(dá)。這一過程可分為初級反應(yīng)階段和延遲反應(yīng)階段。

細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞內(nèi)受體通常有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域,一個(gè)是與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域,另一個(gè)是激活基因轉(zhuǎn)錄的N端結(jié)構(gòu)域。此外有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn),一個(gè)是與配體結(jié)合的位點(diǎn),位于C末端,另一個(gè)是與抑制蛋白結(jié)合的位點(diǎn),在沒有與配體結(jié)合時(shí),則由抑制蛋白抑制了受體與DNA的結(jié)合,若是有相應(yīng)的配體,則釋放出抑制蛋白。激素與細(xì)胞質(zhì)中的受體結(jié)合tG1變化最大，而tG2+tS+tM則相對穩(wěn)定。從增殖的角度看，細(xì)胞可分為3類：①連續(xù)分裂細(xì)胞（周期中細(xì)胞）；在細(xì)胞周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。②靜止期細(xì)胞（G0期細(xì)胞）；暫時(shí)脫離細(xì)胞周期，不進(jìn)行增殖，但在適當(dāng)刺激下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期的細(xì)胞。周期中細(xì)胞轉(zhuǎn)化為G0期細(xì)胞多發(fā)生在G1期。③終端分化細(xì)胞。分化程度很高，一旦生成后，則終生不再分裂。（二）細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)期及主要事件1、G1期G1期合成細(xì)胞生長所需要的各種蛋白質(zhì)、糖類、脂類等，但不合成DNA。細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)是沿著G1SG2M的順序進(jìn)行的，不同時(shí)期出現(xiàn)不同的關(guān)鍵性事件。細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)十分有序。這是基因有序表達(dá)的結(jié)果，與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因，叫細(xì)胞分裂周期基因（cdc基因）。此種基因的有序表達(dá)，是受到一些控制點(diǎn)調(diào)控和監(jiān)控的。如酵母細(xì)胞在DNA開始的稍前有啟始點(diǎn)，在哺乳類叫R點(diǎn)（限制點(diǎn)，檢驗(yàn)點(diǎn)）。檢驗(yàn)點(diǎn)不僅存在于G1期，也存在于其他時(shí)期，如S期檢驗(yàn)點(diǎn)、G2期檢驗(yàn)點(diǎn)、紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)等。這些特異M期即細(xì)胞分裂期。真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂產(chǎn)要包括兩種方式，即有絲分裂和減數(shù)分裂（成熟分裂）。（三）細(xì)胞周期長短測定

二、有絲分裂（一）有絲分裂過程有絲分裂是一個(gè)核改組的連續(xù)過程，人為地分為6個(gè)時(shí)期。1、前期染色質(zhì)濃集成早期染色體，在光鏡下早期染色體的兩條染色單體已經(jīng)可以分辨。在每條染色體上，都有一段特殊的DNA序列，稱為著絲粒DNA。其所在部位稱為著絲粒（主縊痕）。中心體與其周圍的微管一起被稱為星體（在動物細(xì)胞中）。中心體在間期也進(jìn)行了復(fù)制。細(xì)胞分裂開始，兩個(gè)星體即逐漸向細(xì)胞的兩極運(yùn)動。6、胞質(zhì)分裂開始于細(xì)胞分裂后期，完成于細(xì)胞分裂末期。①動物細(xì)胞：胞質(zhì)分裂開始時(shí)，在赤道板周圍細(xì)胞表面下陷形成環(huán)狀縊縮，稱為分裂溝。分裂溝逐漸加深，直至兩個(gè)了代細(xì)胞完全分開。肌動蛋白和肌球蛋白參與了分裂溝的形成和整個(gè)胞質(zhì)分裂過程。在分裂溝的下方，除肌動蛋白之外，還有微管、小膜泡等物質(zhì)聚集，共同形成一個(gè)環(huán)狀致密層，稱為中間體。胞質(zhì)分裂機(jī)制，和肌肉收縮機(jī)制相似。參（圖11-13）②植物細(xì)胞：植物細(xì)胞有細(xì)胞壁，其胞質(zhì)分裂，新壁的形成與動物細(xì)胞不同。（二）與有絲分裂直接相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)1、中心體中心粒是一對互相垂直的圓筒狀小體，筒壁為9組三聯(lián)微管組成。中心體由一對中心粒及其周圍的無定型物質(zhì)構(gòu)成。中心體在S期復(fù)制。G2期開始分離，G2晚期到M期，子中心粒不斷長大，逐漸分離到兩極的兩對中心粒具微管組織中心的作用，組織形成紡錘體及星體。2、動粒與著絲粒動粒（著絲點(diǎn)）是附著于著絲粒上的一種細(xì)胞器。在S期復(fù)制，電鏡下為一個(gè)圓盤狀結(jié)構(gòu)，分內(nèi)、中、外三層。主要由蛋白質(zhì)組成，并有少量的RNA和DNA，是有絲分裂時(shí)紡錘體微管附著于染色體的部位。

著絲粒是指染色體主縊痕部位的染色質(zhì)。由衛(wèi)星DNA構(gòu)成3、紡錘體紡錘體是細(xì)胞分裂過程中的一種與染色體分離直接相關(guān)的細(xì)胞器。組成紡錘體的微管可以分為兩種類型，即動粒微管和極性微管。（三）有絲分裂過程中染色體運(yùn)動的動力機(jī)制（1）前期Ⅰ根據(jù)細(xì)胞形態(tài)的變化，又可將前期Ⅰ人為地劃分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期等5個(gè)階段。①細(xì)線期（凝集期）染色質(zhì)開始凝集，但乃呈單條細(xì)線。②偶線期（配對期）主要發(fā)生同源染色體配對，此過程稱為聯(lián)會。聯(lián)會的同源染色體間形成一種特殊結(jié)構(gòu)叫聯(lián)會復(fù)合體（SC）。聯(lián)會的一對同源染色體共有4條緊密結(jié)合在一起的染色單體，稱為四分體。另一個(gè)重要事件是合成在S期未合成的0.3%的DNA。③粗線期（重組期）染色體明顯變粗，同源染色體之間發(fā)生DNA片段交換，在SC的梯狀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)重組節(jié)，通過重組節(jié)發(fā)生活躍的重組過程。④雙線期（合成期）同源染色體分開，但有幾點(diǎn)相連，同源染色體之間的接觸點(diǎn)稱為交叉。每一個(gè)四分體上至少有絲分裂個(gè)交叉。⑤終變期（再凝集期）染色體更加變粗。交叉明顯，數(shù)量減少。交叉向染色體的端部移行，稱為端化。核膜、核仁消失。紡錘體形成。（2）中期Ⅰ同源染色體的每一對姊妹染色單體在著絲粒處并連在一起，1對動粒朝向同一極，同源染色體的兩個(gè)染色體通過動粒微管分別連向不同的極。四分體逐漸向赤道方向移動，最終排列在赤道面上。（3）后期Ⅰ同源染色體的兩個(gè)染色體分離，分別移向一極。每極的染色體數(shù)比親代細(xì)胞減少了一半，為1n。第1染色體為1二分體，仍由2條染色單體組成，因而每極的DNA含量仍是2C（C代表1個(gè)基因組或單倍的DNA量）。（4）末期Ⅰ，胞質(zhì)分裂和減數(shù)分裂間期細(xì)胞進(jìn)一步的變化主要有兩種類型：①染色體到達(dá)兩極，并逐漸進(jìn)行去凝集。核被期重新裝配，形成兩個(gè)子細(xì)胞核。此時(shí)的間期細(xì)胞不再進(jìn)行DNA復(fù)制，稱為減數(shù)分裂間期；②細(xì)胞進(jìn)入末期后，不是完全回復(fù)到間期階段，而是立即準(zhǔn)備進(jìn)行第二次減數(shù)分裂。第一次分裂后，產(chǎn)生2個(gè)細(xì)胞。有的生物細(xì)胞質(zhì)不分裂。2、減數(shù)分裂Ⅱ與有絲分裂過程基本相同，可分為前、中、后、末期。通過第二次分裂，每個(gè)核的DNA含量又減少一半，為1C。經(jīng)過第二次減數(shù)分裂，共形成4個(gè)單倍體細(xì)胞。高等動物的雄配子與雌配子的發(fā)生有所不同，在雌性動物通過減數(shù)分裂形成4個(gè)有功能的精子，后者只形成一個(gè)有功能的卵子，其余3個(gè)細(xì)胞變成極體。減數(shù)分裂不僅是使有性生殖的生物種類染色體數(shù)目保持穩(wěn)定的機(jī)制，而且是使生物變異的機(jī)制。減數(shù)分裂中，由于有同源染色體的配對，不同對同源染色體分裂時(shí)的自由組合，非姊妹染色單體間DNA片斷交換、重組，而形成了龐大數(shù)量的不同基因組成的配子，從而增加了變異性。（三）減數(shù)分裂過程的特殊結(jié)構(gòu)及變化1、性染色體的分離2、聯(lián)會復(fù)合體的基因重組聯(lián)會復(fù)合體是同源染色體之間在減數(shù)分裂前期聯(lián)會時(shí)所形成的一種臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，由中央成分組和位于兩側(cè)的側(cè)成分共同構(gòu)成。主要成分是蛋白質(zhì)，另外DNA、RNA也是聯(lián)會復(fù)合體的組成成分之一。第二節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控一、MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用MPF，即卵細(xì)胞促成熟因子，或細(xì)胞促分裂因子，或M期促進(jìn)因子。將M期細(xì)胞和不同時(shí)期的間期細(xì)胞溶合，誘導(dǎo)間期細(xì)胞產(chǎn)生形態(tài)各異的染色質(zhì)凝集，稱之為染色體超前凝集（PCC）。此種染色體則稱為超前凝集染色體。PCC形態(tài)反映該細(xì)胞在間期所處細(xì)胞周期位置，G1期PCC為單線狀，S期為粉末狀，G2期為雙線染色體。這種現(xiàn)象提示在M期細(xì)胞中可能存在一種誘導(dǎo)染色質(zhì)凝集的因子。在HeLa細(xì)胞中證實(shí)，G2期開始出現(xiàn)能引起蛙卵母細(xì)胞生發(fā)泡破裂（GVBD）的因子，同時(shí)引起染色質(zhì)凝集，這種促成熟活性物質(zhì)（MPA）在G2M過渡期達(dá)到峰值。這種誘導(dǎo)減數(shù)分裂成熟的物質(zhì)稱為有絲分裂因子（MF），以后在其它細(xì)胞也提取出類似的MF，后將這類物質(zhì)統(tǒng)稱為細(xì)胞周期調(diào)控因子（MPF）。二、p34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關(guān)系cdc2基因是裂殖酵母細(xì)胞中最重要的基因之一。也是第一個(gè)被分離出來的cdc基因。在裂殖酵母細(xì)胞周期調(diào)控過程中，p34cdc2激酶起著關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用。在芽殖酵母中，也有一個(gè)關(guān)鍵性的cdc基因，稱為cdc28。是第二個(gè)被分離出來的cdc基因。P34cdc28也是一種蛋白激酶，和p34cdc2一樣，在G2/M轉(zhuǎn)換過程中起