生物膜和细胞间信息传递课件

1、生物膜和细胞间信息传递生物膜和细胞间生物膜和细胞间信息传递信息传递（二）（二）生物膜和细胞间信息传递（一）物质运输物质运输 1. 物质转运通过生物膜的化学反应有四物质转运通过生物膜的化学反应有四步：（步：（S代表物质，代表物质，1和和2为生物膜的两侧，为生物膜的两侧，T代表转运体）代表转运体）识别：识别：S1+T1S1-T1转运：转运：S1-T1S2-T2释放：释放：S2-T2T2+S2恢复：恢复：T2T1四、生物膜的功能四、生物膜的功能2. 物质转运的机制有单一转运（物质转运的机制有单一转运（Uniport），同），同向协同转运（向协同转运（Symport），反向协同转运），反向协同转运（A

2、ntiport）。分两大类情况：）。分两大类情况：被动转运被动转运，单纯扩散：直接或通过通道，单纯扩散：直接或通过通道 易化扩散：通过载体蛋白易化扩散：通过载体蛋白 特点：顺电化学梯度，不需消耗特点：顺电化学梯度，不需消耗ATP主动转运主动转运，对抗电化学梯度，需消耗，对抗电化学梯度，需消耗ATP 及蛋及蛋 白载体。白载体。 生物膜和细胞间信息传递（二）膜的接纳体和受体（二）膜的接纳体和受体 膜的接纳体膜的接纳体 1. 如细胞膜上存在如细胞膜上存在LDL（Low Density Lipoprotein）接纳体。）接纳体。LDL与细胞膜接纳与细胞膜接纳体结合，形成体结合，形成LDL-R复合物，复

3、合物被胞复合物，复合物被胞吞，进入初级溶酶体，同时释放吞，进入初级溶酶体，同时释放LDL-R，重返细胞膜。重返细胞膜。 生物膜和细胞间信息传递2. 膜受体膜受体（Receptor） （1）膜受体的概念：）膜受体的概念：指存在于细胞膜上的生指存在于细胞膜上的生物大分子（糖蛋白或脂蛋白）。它们与酶、物大分子（糖蛋白或脂蛋白）。它们与酶、载体蛋白、离子通道或一些无关的生物大载体蛋白、离子通道或一些无关的生物大分子完全不同，具有三个相关联的功能：分子完全不同，具有三个相关联的功能： 信号转导，信号转导， 识别与结合，识别与结合， 产生效应。产生效应。 生物膜和细胞间信息传递(）膜受体的分类：）膜受体的

4、分类： 含离子通道受体含离子通道受体 G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 有酪氨酸激酶活性的受体有酪氨酸激酶活性的受体 （三）膜抗原（三）膜抗原 细胞的抗原性，主要是指膜的抗原性，它起细胞的抗原性，主要是指膜的抗原性，它起着识别作用，标志着个体的特异性。着识别作用，标志着个体的特异性。 （四）某些膜的标记酶（四）某些膜的标记酶 生物膜上含有许多蛋白质，有些具有酶的活性，生物膜上含有许多蛋白质，有些具有酶的活性，而且某些酶只局限分布在某些膜上，成为这些膜而且某些酶只局限分布在某些膜上，成为这些膜的标记酶。的标记酶。生物膜的标记酶生物膜的标记酶 生物生物 膜膜 酶酶质膜质膜 5-核苷酸酶，腺苷酸核苷酸酶，

5、腺苷酸 环化酶，环化酶，Na+,K+-ATP酶酶内质网内质网 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶高尔基复合体高尔基复合体 半乳糖苷转移酶半乳糖苷转移酶线粒体线粒体 ATP合成酶合成酶 生物膜和细胞间信息传递 An Overview of membrane functions 1. Define the boundaries of the cell and its organelles. 2. Serve as loci for specific functions. 3. provide for and regulate transport processes. 4. contain the re

6、ceptors needed to detect external signals. 5. provide mechanisms for cell-to-cell contact, communication and adhesion生物膜和细胞间信息传递（一）含义：（一）含义：细胞外信号通过细胞相应的受体引发细胞外信号通过细胞相应的受体引发细胞内信号转导细胞内信号转导（二）意义：（二）意义： 多细胞生物在进化过程中形成了多层多细胞生物在进化过程中形成了多层次的信息传递和调控系统；细胞间信息传递连接了次的信息传递和调控系统；细胞间信息传递连接了整体信息传递和受体后传递途径。整体信息传递和受体后

7、传递途径。 细胞外信号：细胞外信号：生长因子、细胞因子、活性肽、激生长因子、细胞因子、活性肽、激素及其他理化环境改变等刺激。素及其他理化环境改变等刺激。五、细胞间信息传递及调控五、细胞间信息传递及调控 生物膜和细胞间信息传递（三）细胞间（三）细胞间 的相互作用的分类：的相互作用的分类： 细胞与细胞细胞与细胞 细胞与细胞外基质（细胞与细胞外基质（extracellular matrix） 细胞与生长因子细胞与生长因子生物膜和细胞间信息传递细胞与细胞、细胞和分子的相互作用细胞与细胞、细胞和分子的相互作用生物膜和细胞间信息传递（四）细胞间联络的三类模式（四）细胞间联络的三类模式内分泌内分泌（auto

8、crine)旁分泌（旁分泌（paracrine）自分泌（自分泌（endocrine) 生物膜和细胞间信息传递（五）小分子信息物质与间隙连接（五）小分子信息物质与间隙连接 间隙连接间隙连接（gap junction）：是电子显微镜）：是电子显微镜下观察到的并列细胞间的连接结构，同时可测下观察到的并列细胞间的连接结构，同时可测到离子的迁移和电导的改变，没有明显的酶活到离子的迁移和电导的改变，没有明显的酶活性。间隙连接的主要蛋白分子量约性。间隙连接的主要蛋白分子量约27kD, 称之为称之为连接素（连接素（connexin），推测六个连接素组成连），推测六个连接素组成连接小体，相邻两个细胞质膜的连接小

9、体对接形接小体，相邻两个细胞质膜的连接小体对接形成通道间隙连接。成通道间隙连接。生物膜和细胞间信息传递A model of a gap junction. 间隙连接的作用间隙连接的作用 、信息物质通过细胞间隙连接、信息物质通过细胞间隙连接使细胞群体形成整体。使细胞群体形成整体。小分小分子物质（分子量小于子物质（分子量小于1500D）可通过间隙连接由一个细胞邻）可通过间隙连接由一个细胞邻近的细胞，使细胞群成为整体。近的细胞，使细胞群成为整体。、间隙连接、间隙连接维持细胞稳态（维持细胞稳态（homeostasis）如果稳态遭破如果稳态遭破坏，间隙连接可起整合作用（坏，间隙连接可起整合作用（inte

10、gration），如创伤修复，），如创伤修复，创伤边缘的细胞死亡，间隙连接通道边缘关闭，可防止其他创伤边缘的细胞死亡，间隙连接通道边缘关闭，可防止其他细胞的死亡，接着创伤讯号的传递有启动一系列修复机制细胞的死亡，接着创伤讯号的传递有启动一系列修复机制 。 、细胞外、细胞外pH、钙离子浓度的变化以及环境污染物等化学物、钙离子浓度的变化以及环境污染物等化学物质可导致质可导致细胞间通道通透性的改变细胞间通道通透性的改变，也可通过间隙连接介导。，也可通过间隙连接介导。 生物膜和细胞间信息传递Figure11-33Three classes of channel proteins.Thepostulat

11、edrelationshipbetweenthenumberofproteinsubunitsandporediameter.(AdaptedfromB.Hille,IonicChannelsofExcitableMembranes,2nded.Sunderland,MA:Sinauer,1992.)生物膜和细胞间信息传递六六 、表面抗原与细胞粘附分子表面抗原与细胞粘附分子 1. 细胞表面抗原决定簇（细胞表面抗原决定簇（CD系统）系统）细胞标细胞标志志 细胞表面有上万种分子，近十多年来，确定了细胞表面有上万种分子，近十多年来，确定了起起细胞标志作用细胞标志作用的蛋白抗原决定簇两百多种，涉及白的

12、蛋白抗原决定簇两百多种，涉及白细胞以外的抗原和细胞表面甚微的细胞因子受体，细胞以外的抗原和细胞表面甚微的细胞因子受体，如如CD10, 表达抗原的主要细胞在淋巴系祖细胞和粒表达抗原的主要细胞在淋巴系祖细胞和粒细胞，分子量为细胞，分子量为100kD，又称急淋共同抗原。，又称急淋共同抗原。生物膜和细胞间信息传递2. 细胞粘附分子（细胞粘附分子（cell adhesion molecules, CAMs） 细胞粘附分子（细胞粘附分子（cell adhesion molecules, CAMs）是细胞膜蛋白的组成部分，属糖蛋白，）是细胞膜蛋白的组成部分，属糖蛋白，与形态形成调节有关，被认为是与形态形成调

13、节有关，被认为是形态调节的主要形态调节的主要成分成分。但是。但是CAMs的作用不仅是将细胞粘合在一的作用不仅是将细胞粘合在一起，大部分起，大部分CAMs相互作用的同时伴随着有增殖相互作用的同时伴随着有增殖和分化信号的传递。和分化信号的传递。生物膜和细胞间信息传递细胞粘附分子细胞粘附分子主要分三大类：主要分三大类：粘附受体的粘附受体的免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族：主要介导免疫和：主要介导免疫和炎症反应炎症反应整合素（整合素（integrins）族：在细胞与细胞以及细胞）族：在细胞与细胞以及细胞与基质间粘附中起作用。与基质间粘附中起作用。选择素选择素（selectin）族：在淋巴细胞）族：在淋

14、巴细胞“归巢归巢”、血小板及白细胞与内皮细胞相互中起作用的分子。血小板及白细胞与内皮细胞相互中起作用的分子。生物膜和细胞间信息传递Major families of cell-adhesion molecules (CAMs）生物膜和细胞间信息传递 Integral membrane proteins are built of multiple domains. Cadherin and the immunoglobulin (Ig) superfamily of CAMs mediate homophilic cell-cell adhesion. For cadherin, calcium

15、 binding to sites (orange) between the five domains in the extracellular segment is necessary for cell adhesion; the N-terminal domain (blue) causes cadherin to dimerize and to bind cadherin dimers from the opposite membrane. The Ig superfamily contains multiple domains (green) similar in structure

16、to immunoglobulins and frequently contain type III fibronectin repeats (purple). In a heterophilic interaction, the lectin domain of selectins binds carbohydrate chains in mucin-like CAMs on adjacent cells in the presence of Ca2+. The lectin domain is separated from the membrane by a series of repea

17、ted domains. The major cell-matrix adhesion molecule, integrin, is a heterodimer of and subunits. They bind to the cell-binding domain of fibronectin, laminin, or other matrix molecules.生物膜和细胞间信息传递3. 细胞因子细胞因子 细胞因子（细胞因子（cytokine）是指活细胞产生的多肽）是指活细胞产生的多肽或蛋白类物质，在体液内仅含或蛋白类物质，在体液内仅含pg至至ng/ml浓度，半浓度，半衰期仅数分钟至数

18、小时，有很强的生物活性，对衰期仅数分钟至数小时，有很强的生物活性，对细胞增殖、分化或其它细胞功能有明显的作用。细胞增殖、分化或其它细胞功能有明显的作用。 激素和细胞因子没有本质区别，属细胞因子激素和细胞因子没有本质区别，属细胞因子的范畴。的范畴。生物膜和细胞间信息传递集落刺激因子类（集落刺激因子类（CSFs） 在造血祖细胞的半固体培养中，在不同的造在造血祖细胞的半固体培养中，在不同的造血细胞系列特异的因子作用下，长出不同系列的血细胞系列特异的因子作用下，长出不同系列的细胞集落，根据集落的不同，称为集落刺激因子细胞集落，根据集落的不同，称为集落刺激因子类（类（colony stimulating

19、 factor）。）。 人类的人类的CSFs是一组低分子量的酸性蛋白，与是一组低分子量的酸性蛋白，与小鼠相应的小鼠相应的CSFs有不同的氨基酸序列同源性。有不同的氨基酸序列同源性。 如如 EPO、Multi-CSF （IL-3）生物膜和细胞间信息传递 EPO（Erythropoietin, 红细胞生成素，红细红细胞生成素，红细胞集落刺激因子），最早发现的造血因子，重组胞集落刺激因子），最早发现的造血因子，重组的人类的人类EPO在临床大量使用，对肾性贫血有较在临床大量使用，对肾性贫血有较好的疗效，是目前最有疗效的细胞因子之一。好的疗效，是目前最有疗效的细胞因子之一。 TPO (Thrombopo

20、ietin, 血小板生成素，巨核血小板生成素，巨核细胞生长和发育因子细胞生长和发育因子)，该因子并非仅在成熟巨，该因子并非仅在成熟巨核细胞胞浆脱落产生血小板时才起作用，而是整核细胞胞浆脱落产生血小板时才起作用，而是整个血小板生成过程中必不可少的。个血小板生成过程中必不可少的。生物膜和细胞间信息传递白细胞介素类（白细胞介素类（IL） 白细胞介素（白细胞介素（interleukin）是由激活的白细）是由激活的白细胞产生的一类低分子量分泌蛋白。通常为糖基胞产生的一类低分子量分泌蛋白。通常为糖基化的，含化的，含 螺旋，无螺旋，无 折叠。有重要的免疫功能折叠。有重要的免疫功能和其他功能，其它细胞也能和其

21、他功能，其它细胞也能 产生。产生。Il-1 （功能多，免疫调节核造血调节等）（功能多，免疫调节核造血调节等）Il-2 （免疫应答的关键因子，（免疫应答的关键因子，T细胞生长因子）细胞生长因子）IL-4（主要生物学活性为刺激（主要生物学活性为刺激B细胞生长）。细胞生长）。生物膜和细胞间信息传递 转化生长因子族（转化生长因子族（TGF- s） 是一类结构相似，生物活性相近，生是一类结构相似，生物活性相近，生物学作用广泛的细胞因子。是必不可少的细物学作用广泛的细胞因子。是必不可少的细胞因子（广泛存在于各种组织，胚胎发育早胞因子（广泛存在于各种组织，胚胎发育早期即出现，结构保守。用基因敲除法丧失期即出

22、现，结构保守。用基因敲除法丧失TGF- 基因的小鼠均基因的小鼠均“胎死宫中胎死宫中”。）。）生物膜和细胞间信息传递肿瘤坏死因子（肿瘤坏死因子（TNF） 包括两型：肿瘤坏死因子（包括两型：肿瘤坏死因子（TNF- ）和淋）和淋巴毒素（巴毒素（ TNF- ）。）。 TNF- 由脂多糖诱导单核由脂多糖诱导单核-巨噬细胞产生，巨噬细胞产生，注射于肿瘤组织可引起瘤块出血性坏死。注射于肿瘤组织可引起瘤块出血性坏死。 TNF在炎症核肿瘤中起重要作用。在炎症核肿瘤中起重要作用。生物膜和细胞间信息传递干细胞生长因子（干细胞生长因子（SCF，MGF） 造血干细胞生长的重要协同因子，在肥造血干细胞生长的重要协同因子，

23、在肥大细胞的增殖、分化中起重要作用。大细胞的增殖、分化中起重要作用。 SCF的主要生物血功能在造血调节方面，的主要生物血功能在造血调节方面，与其它造血因子联合作用有明显增强的集落与其它造血因子联合作用有明显增强的集落形成刺激作用，对成熟细胞没有作用。形成刺激作用，对成熟细胞没有作用。生物膜和细胞间信息传递白血病抑制因子（白血病抑制因子（Leukemia inhibitoryfactor LIF） 名不副实的多功能细胞因子，在不同组织有广泛名不副实的多功能细胞因子，在不同组织有广泛的作用，因而有许多名称，如：分化抑制因子，分的作用，因而有许多名称，如：分化抑制因子，分化诱导因子，胆碱能神经元的分

24、化因子等。化诱导因子，胆碱能神经元的分化因子等。 对白血病细胞增殖的抑制和促分化作用曾非常引对白血病细胞增殖的抑制和促分化作用曾非常引人注目，但长期动物实验结果显示并不能用作治疗人注目，但长期动物实验结果显示并不能用作治疗白血病。白血病。生物膜和细胞间信息传递干扰素（干扰素（IFNs） IFN是个古老的基因，抗病毒作用和对细胞是个古老的基因，抗病毒作用和对细胞生长的调节作用。生长的调节作用。 现知干扰素分两型三大类：现知干扰素分两型三大类： I 型包括型包括IFN- 和和IFN- ，分别有白细胞和成，分别有白细胞和成纤维细胞产生，均有抗病毒作用。纤维细胞产生，均有抗病毒作用。 II型为免疫型为

25、免疫IFN或或IFN- ，由细胞产生，无抗，由细胞产生，无抗病毒活性。病毒活性。生物膜和细胞间信息传递神经生长因子神经生长因子(nerve grough factor, NGF) 最早发现的生长因子，是两条各有最早发现的生长因子，是两条各有118个氨基个氨基酸的相同肽链组成的二聚体蛋白质，由神经细胞酸的相同肽链组成的二聚体蛋白质，由神经细胞的靶细胞所分泌。除有神经系统的发育、生长和的靶细胞所分泌。除有神经系统的发育、生长和维持作用外，还有与炎症、创伤愈合、血小板形维持作用外，还有与炎症、创伤愈合、血小板形态变化等功能。态变化等功能。生物膜和细胞间信息传递表皮生长因子（表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF） 种类多，数量大，构成种类多，数量大，构成EGF家族。生物血活性十家族。生物血活性十分广泛，对多种组织来源的上皮细胞均有促增殖作分广泛，对多种组织来源的上皮细胞均有促增殖作用。用。 前体分子大，是一个由前体分子大，是一个由1168个氨基酸组成的跨膜个氨基酸组成的跨膜蛋白，其中蛋白，其中53个氨基酸被切下成为有细胞外活性的个氨基酸被切下成为有细胞外活性的EGF信号分子。信号分子。生物膜和细胞间信息传递成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子(FGF) 既能刺激成纤维细胞生长，又对血管生长有