物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)遞

物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)遞第1頁/共35頁第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)遞第2頁/共35頁第二節(jié)細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞

多細(xì)胞生物有賴于細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞,以協(xié)調(diào)各種細(xì)胞的功能，維持一個(gè)繁忙而有序的細(xì)胞社會(huì)。單細(xì)胞生物有時(shí)也需要細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞。第3頁/共35頁Fig.Buddingyeastcellsrespondingtomatingfactor.(A)Thecellsarenormallyspherical.(B)Inresponsetomatingfactorsecretedbyneighboringyeastcells,theyputoutaprotrusiontowardthesourceofthefactorinpreparationformating.(CourtesyofMichaelSnyder.)一、細(xì)胞通訊與細(xì)胞識(shí)別（一）細(xì)胞通訊（cellcommunication)）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)的反應(yīng)。1、細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行細(xì)胞間通訊2、細(xì)胞間接觸性依賴的通訊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)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)三種方式：第4頁/共35頁Fig.不同的細(xì)胞間通訊方式autocrineGapjunction第5頁/共35頁（二）細(xì)胞識(shí)別與信號(hào)通路細(xì)胞識(shí)別cellrecognition：細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號(hào)物質(zhì)分子（配體）選擇性地相互作用，從而導(dǎo)致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程。信號(hào)通路signalingpathway：細(xì)胞接受外界信號(hào)，通過一整套特定的機(jī)制，將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號(hào)，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，是細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)的主線，這種反應(yīng)系列稱為信號(hào)通路。第6頁/共35頁第7頁/共35頁第8頁/共35頁（三）細(xì)胞的信號(hào)分子與受體1.細(xì)胞的信號(hào)分子親脂性信號(hào)分子：甾類激素、甲狀腺素…親水性信號(hào)分子：神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子、局部化學(xué)遞質(zhì)、大多數(shù)激素…氣體性信號(hào)分子：一氧化氮（NO）…第9頁/共35頁2.受體receptor一種能夠識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配體（信號(hào)分子）的大分子，當(dāng)與配體結(jié)合后，通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signaltransduction)作用將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理的信號(hào)，以啟動(dòng)一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學(xué)效應(yīng)。兩個(gè)功能區(qū)域：配體結(jié)合區(qū)、效應(yīng)區(qū)兩種類型：細(xì)胞內(nèi)受體、細(xì)胞表面受體第10頁/共35頁3.第二信使與分子開關(guān)第一信使：細(xì)胞外信號(hào)分子。第二信使(Secondmassenger)

：第一信使與受體作用后在細(xì)胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號(hào)分子。包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等。功能:啟動(dòng)和協(xié)助細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的逐級(jí)放大。第11頁/共35頁Fig.細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)過程中兩類分子開關(guān)蛋白蛋白激酶蛋白磷酸酯酶分子開關(guān)(Molecularswitches)第12頁/共35頁二、通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞常見細(xì)胞內(nèi)激素的結(jié)構(gòu)第13頁/共35頁Fig.細(xì)胞內(nèi)受體蛋白超家族

細(xì)胞內(nèi)受體的本質(zhì)：激素激活的基因調(diào)控蛋白。三部分組成：中部的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)：富含Cys、鋅指結(jié)構(gòu)C-端激素結(jié)合位點(diǎn)N-端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域第14頁/共35頁Fig.NO在導(dǎo)致血管平滑肌舒張中的作用NO信號(hào)分子的作用機(jī)制血管神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，被激活的血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生并釋放NO，通過擴(kuò)散進(jìn)入臨近平滑肌細(xì)胞，導(dǎo)致血管平滑肌舒張第15頁/共35頁三、通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)跨膜傳遞細(xì)胞表面受體分屬三大家族：離子通道偶聯(lián)的受體(ion-channel-linkedreceptor)G蛋白偶聯(lián)的受體(Gprotein-linkedreceptor)酶偶聯(lián)的受體（enzyme-linkedreceptor)第16頁/共35頁三種類型的細(xì)胞表面受體第17頁/共35頁（一）離子通道偶聯(lián)的受體Fig.在突觸處通過遞質(zhì)門離子通道實(shí)現(xiàn)化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合并開啟突觸后細(xì)胞膜上的遞質(zhì)門離子通道，結(jié)果導(dǎo)致突觸后細(xì)胞膜離子流改變，從而將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。第18頁/共35頁Fig.G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)圖（二）G蛋白偶聯(lián)的受體G蛋白偶聯(lián)的受體是指配體-受體復(fù)合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用通過與G蛋白的偶聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將包外信號(hào)跨膜傳遞到胞內(nèi)影響細(xì)胞的行為。Fig.細(xì)胞外信號(hào)結(jié)合所誘導(dǎo)的G蛋白的活化第19頁/共35頁Fig.Gs的調(diào)節(jié)作用：Gs偶聯(lián)受體激活腺苷酸環(huán)化酶的模型1.cAMP信號(hào)通路（1）Rs和Ri（2）Gs和Gi（3）腺苷酸環(huán)化酶第20頁/共35頁Fig.cAMP的合成與降解G蛋白活化的腺苷酸環(huán)化酶第21頁/共35頁Fig.cAMP特異地活化cAMP依賴的蛋白激酶第22頁/共35頁Fig.cAMP信號(hào)通路對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的激活信號(hào)分子與受體結(jié)合通過G蛋白活化腺苷酸環(huán)化酶，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增高激活蛋白激酶A，被活化的蛋白激酶A（催化亞基）轉(zhuǎn)為進(jìn)入細(xì)胞核，使基因調(diào)控蛋白（cAMP應(yīng)答結(jié)合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因調(diào)控蛋白與靶基因調(diào)控序列結(jié)合，增強(qiáng)靶基因的表達(dá)。第23頁/共35頁Fig.磷脂酰肌醇信號(hào)通路圖解2.磷脂酰肌醇信號(hào)通路第24頁/共35頁Fig.受體酪氨酸激酶（RTKs）的7個(gè)亞族（注：書中列6個(gè)）（三）與酶連接的受體1.受體酪氨酸激酶及RTK-Ras通路第25頁/共35頁Fig.配基所誘導(dǎo)的受體酪氨酸激酶（RTKs）的信號(hào)傳遞方式第26頁/共35頁Fig.活化的RTK激活Ras蛋白：接頭蛋白連接活化的RTK與Ras激活蛋白（如GRF），導(dǎo)致GDP-GTP交換，活化的Ras蛋白誘發(fā)信號(hào)通路的“下游事件”。第27頁/共35頁Fig.活化的PKC和Ras蛋白激活的激酶磷酸化級(jí)聯(lián)放大激活的Ras蛋白扳動(dòng)三種蛋白激酶的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)和放大信號(hào)，即聯(lián)反應(yīng)的最后，才能磷酸化一些基因調(diào)控蛋白，改變基因表達(dá)模式；這是終致細(xì)胞行為（包括細(xì)胞增殖或分化，細(xì)胞存活或凋亡）改變的關(guān)鍵；通過PKC激活的靶酶可能是Raf，也可能是其它絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。第28頁/共35頁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)系的受體第29頁/共35頁四、由細(xì)胞表面整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)傳遞第30頁/共35頁第31頁