受体及跨膜信号转导

1、关于受体及跨膜信号转导现在学习的是第一页，共51页引引 言言生物细胞膜系统的完整性对维持细胞内环境的稳定（如质生物细胞膜系统的完整性对维持细胞内环境的稳定（如质膜）及使细胞内各种代谢过程有条不紊地、互不干扰地（膜）及使细胞内各种代谢过程有条不紊地、互不干扰地（如内膜系统）进行非常必要，是细胞生命活动得以进行的如内膜系统）进行非常必要，是细胞生命活动得以进行的基本条件。基本条件。但是，生命活动也不能在完全隔离的条件下进行，但是，生命活动也不能在完全隔离的条件下进行，在膜上必然要形成某种结构或者机制，保证细胞与在膜上必然要形成某种结构或者机制，保证细胞与外界环境之间、细胞内膜系统间隔形成的各部分之

2、外界环境之间、细胞内膜系统间隔形成的各部分之间，能够进行间，能够进行物质、能量及信息物质、能量及信息的交流。的交流。 现在学习的是第二页，共51页引言引言细胞外的刺激信号以及环境因子等，少部分可以直细胞外的刺激信号以及环境因子等，少部分可以直接跨质膜引起生理反应，多数只能在被质膜上的接跨质膜引起生理反应，多数只能在被质膜上的受受体体识别后，通过膜上信号转换系统，转变为胞内信识别后，通过膜上信号转换系统，转变为胞内信号，才能调节细胞反应。号，才能调节细胞反应。受体受体是细胞接受外界信号的是细胞接受外界信号的“门户门户”，首当其冲是一种关键，首当其冲是一种关键的信号传递组分。的信号传递组分。现在学

3、习的是第三页，共51页受体受体如何识别环境信号，如何将胞外信号转换为胞内信号是如何识别环境信号，如何将胞外信号转换为胞内信号是细胞信号转导研究的关键问题。细胞信号转导研究的关键问题。本章主要讲信号受体的相关内容。本章主要讲信号受体的相关内容。现在学习的是第四页，共51页1 1、受体（、受体（receptorreceptor）的基本概念及其特征）的基本概念及其特征 1.11.1受体与配体的基本概念受体与配体的基本概念 狭义的、经典的受体概念狭义的、经典的受体概念 受体受体(receptor)(receptor)是细胞表面或者亚细胞组分中的一种生物大分是细胞表面或者亚细胞组分中的一种生物大分子物质

4、，可以子物质，可以识别识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体配体,ligand,ligand）结合，从而激活或者启动一系列生物化学反应，最后）结合，从而激活或者启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质（配体）特定的生物效应。导致该信号物质（配体）特定的生物效应。 广义的受体概念广义的受体概念 接受任何刺激接受任何刺激, ,包括非生物环境刺激（如光、机械刺激）和病原包括非生物环境刺激（如光、机械刺激）和病原微生物刺激的微生物刺激的, ,并能够产生一定细胞反应的生物大分子物质都称并能够产生一定细胞反应的生物大分子物质都称为为受体受体。 现在学习的是第五页

5、，共51页细胞外部信号可以被膜上的受体或者细细胞外部信号可以被膜上的受体或者细胞内受体接收胞内受体接收现在学习的是第六页，共51页受体的功能受体的功能: : 识别与放大识别与放大一是一是识别识别自己特异的信号物质自己特异的信号物质配体配体，识别的表现在于两者，识别的表现在于两者结合。结合。 配体配体是指一些信号是指一些信号( (分子分子) )物质，除了与受体结合外，本身并物质，除了与受体结合外，本身并无其它功能；它无其它功能；它唯一的功能唯一的功能就是就是通知细胞通知细胞, ,在环境中存在环境中存在一种特殊信号或者刺激因素在一种特殊信号或者刺激因素。胞外信号分子是主要。胞外信号分子是主要的配体

6、，它可能是离子（如的配体，它可能是离子（如CaCa2 2）、小分子或者多肽蛋白质大）、小分子或者多肽蛋白质大分子物质。分子物质。 在充满无数生物分子的环境中，细胞只所以能够接受某一特定信号在充满无数生物分子的环境中，细胞只所以能够接受某一特定信号，正是受体与配体的，正是受体与配体的识别识别过程。过程。 现在学习的是第七页，共51页受体的功能（续）：受体的功能（续）： 受体的第二个功能是把识别和接受的信号准确无误受体的第二个功能是把识别和接受的信号准确无误的的放大放大并并传递传递到细胞内部，启动一系列胞内到细胞内部，启动一系列胞内信号级联反应，最后导致特定的细胞效应。信号级联反应，最后导致特定的

7、细胞效应。 要将胞间信号转换为胞内信号，受体的两个功能缺一不可。要将胞间信号转换为胞内信号，受体的两个功能缺一不可。 现在学习的是第八页，共51页1.2 1.2 受体与配体结合的主要特征受体与配体结合的主要特征 受体与配体结合的结果：受体与配体结合的结果： 受体被激活，并产生受体后信号传递受体被激活，并产生受体后信号传递。 两者结合主要靠两者结合主要靠离子键、氢键、范德华力和疏水作用等离子键、氢键、范德华力和疏水作用等非共价非共价键键，这样的相互作用是，这样的相互作用是可逆的可逆的。 生理条件下，受体与配体之间的结合不可能靠共价键。生理条件下，受体与配体之间的结合不可能靠共价键。 结合的主要特

8、征：结合的主要特征： 1.2.1 1.2.1 特异性特异性 1.2.2 1.2.2 高度的亲和力高度的亲和力 1.2.3 1.2.3 饱和性饱和性 现在学习的是第九页，共51页1.2.1 1.2.1 受体与配体结合的特异性受体与配体结合的特异性 特异性特异性是受体的最基本的特点，否则受体就无法辨认外界是受体的最基本的特点，否则受体就无法辨认外界的特殊信号的特殊信号配体分子，也无法准确地传递信息。配体分子，也无法准确地传递信息。 受体与配体特异性结合受体与配体特异性结合是一种分子识别过程，理论上的作用是一种分子识别过程，理论上的作用过程可能是：过程可能是： 受体受体有有配体结合域配体结合域，靠，

9、靠疏水作用疏水作用在大分子内部形成一个在大分子内部形成一个配体结合口袋。如果受体与配体空间有所互补，即有较大配体结合口袋。如果受体与配体空间有所互补，即有较大的几率进入口袋；进入之后，如果口袋中的氨基酸中有可的几率进入口袋；进入之后，如果口袋中的氨基酸中有可以与配体形成氢键、离子键的，它们就可能靠的更近一些以与配体形成氢键、离子键的，它们就可能靠的更近一些，致使，致使范德华力范德华力发生作用，形成更紧密的结合。发生作用，形成更紧密的结合。配体与受体分子配体与受体分子空间结构的互补性空间结构的互补性是特异结合的主要因素。是特异结合的主要因素。 现在学习的是第十页，共51页1.2.1 1.2.1

10、受体与配体结合的特异性（续）受体与配体结合的特异性（续） 配体与受体空间结构的互补是一个配体与受体空间结构的互补是一个诱导诱导契合契合过过程。程。配体接触受体，引起受体蛋白发生构象变化，使两者配体接触受体，引起受体蛋白发生构象变化，使两者结合更完美。结合更完美。受体的这种构象变化正是它被激活的过程。受体的这种构象变化正是它被激活的过程。 现在学习的是第十一页，共51页在理解受体与配体结合特异性时应该注意：在理解受体与配体结合特异性时应该注意： 受体的特异性不能简单地理解为一种受体仅能够与一种配体结合，受体的特异性不能简单地理解为一种受体仅能够与一种配体结合，或者反之。这种情况只是对特定的细胞类

11、型和生理条件下而言。或者反之。这种情况只是对特定的细胞类型和生理条件下而言。 研究表明，同一细胞或者不同类型的细胞中，同一配体可能有两种或者两种研究表明，同一细胞或者不同类型的细胞中，同一配体可能有两种或者两种以上的不同受体，例如乙酰胆碱有烟碱型和毒蕈型两种受体，肾上腺素有以上的不同受体，例如乙酰胆碱有烟碱型和毒蕈型两种受体，肾上腺素有和和两种受体。两种受体。 同一配体与不同的受体结合产生不同的反应。同一配体与不同的受体结合产生不同的反应。 例如，肾上腺素作用于皮肤黏膜血管上的例如，肾上腺素作用于皮肤黏膜血管上的受体使血管平滑肌收缩；作用于气受体使血管平滑肌收缩；作用于气管平滑肌等使其舒张。又

12、如，胰岛素分子不仅可以高亲和力与某些受体结合，产管平滑肌等使其舒张。又如，胰岛素分子不仅可以高亲和力与某些受体结合，产生很强的调节代谢效应；也可以低亲和力与类胰岛素生长因子受体结合，导致微生很强的调节代谢效应；也可以低亲和力与类胰岛素生长因子受体结合，导致微弱的刺激生长效应。弱的刺激生长效应。 这些事例并非否认受体的特异性。这些事例并非否认受体的特异性。 现在学习的是第十二页，共51页1.2.2 1.2.2 高度的亲和力高度的亲和力 受体与配体的结合服从质量作用定律，可以用简单的可逆平衡式表示受体与配体的结合服从质量作用定律，可以用简单的可逆平衡式表示： KaH+R HRKdHRHRKa Kd

13、 Ka1HRHR式中：式中：HH为游离配体浓为游离配体浓度，度，RR为未结合的受体浓为未结合的受体浓度，度，HRHR为配体受体复为配体受体复合物浓度。合物浓度。KaKa和和KdKd分别为分别为结合常数（亲和常数）和结合常数（亲和常数）和解离常数解离常数.Kd.Kd值为值为50%50%受体受体被配体结合时的配体浓度被配体结合时的配体浓度，代表受体的亲和力，其，代表受体的亲和力，其值愈小亲和力愈高。值愈小亲和力愈高。 有些受体与配体结合过程中亲和力会发生变化，多数情况下为负协有些受体与配体结合过程中亲和力会发生变化，多数情况下为负协同效应同效应（negative cooperation）, ,即部

14、分配体与受体结合后，引即部分配体与受体结合后，引起配体与受体之间亲和力下降，加速解离；个别配体则表现为起配体与受体之间亲和力下降，加速解离；个别配体则表现为正协同作用正协同作用（positive cooperation）。）。 现在学习的是第十三页，共51页1.2.3 1.2.3 配体与受体结合的饱和性配体与受体结合的饱和性 配体与受体结合一般很快达到饱和，亲和力很高，称为配体与受体结合一般很快达到饱和，亲和力很高，称为特异性特异性结合结合；特异性结合反映出受体在靶细胞上的数目是一定的。；特异性结合反映出受体在靶细胞上的数目是一定的。 但是，这种数目的恒定性是相对的，有时配体本身会对受体数目产

15、生影但是，这种数目的恒定性是相对的，有时配体本身会对受体数目产生影响，发生上调或者下调响，发生上调或者下调(up or down regulation)(up or down regulation)，即增加或者减少受体数，即增加或者减少受体数目。这可能是动物细胞产生目。这可能是动物细胞产生“脱敏作用脱敏作用”或者或者“超敏作用超敏作用”的原因。的原因。 如果在配体浓度很高如果在配体浓度很高时也不能达到饱和，时也不能达到饱和，则为则为非特异性结合非特异性结合，它们的亲和力很低。低亲它们的亲和力很低。低亲和力的非特异性结合可能和力的非特异性结合可能是一种物理吸附作用。是一种物理吸附作用。 图图3.

16、1 3.1 人肝癌细胞胰岛素表面特异受人肝癌细胞胰岛素表面特异受体检测体检测P30P30现在学习的是第十四页，共51页1.3 1.3 受体存在的位置与种类受体存在的位置与种类 大多数受体存在于细大多数受体存在于细胞表面，水溶性信号分胞表面，水溶性信号分子以及大多数脂溶性信子以及大多数脂溶性信号分子都是与细胞表面号分子都是与细胞表面受体，并将信号传递到受体，并将信号传递到胞内。胞内。 但是，也有一些脂溶但是，也有一些脂溶性信号分子可以直接跨性信号分子可以直接跨越质膜，与细胞内受体越质膜，与细胞内受体结合。结合。 前者即前者即细胞表面细胞表面受体受体，后者即，后者即细胞细胞内受体内受体。细胞外部信

17、号可以被膜上的细胞外部信号可以被膜上的受体或者细胞内受体接收受体或者细胞内受体接收现在学习的是第十五页，共51页2. 2. 核受体及其作用特点核受体及其作用特点 2 21 1 核受体核受体 疏水性的配体可以靠分子扩散进入细胞，然后与胞内受体结合，引起疏水性的配体可以靠分子扩散进入细胞，然后与胞内受体结合，引起受体的构象变化，增加受体与受体的构象变化，增加受体与DNADNA的亲和力，最终起调节基因转录活的亲和力，最终起调节基因转录活性的作用。此类受体进入细胞核，作用位点通常在细胞核，所以称性的作用。此类受体进入细胞核，作用位点通常在细胞核，所以称为为核受体核受体。 从细胞信号转导角度看，这些疏水

18、信号分子比水溶性信号分从细胞信号转导角度看，这些疏水信号分子比水溶性信号分子（子（1 1）在体内存留时间长在体内存留时间长，且（，且（2 2）通过调节基因表达通过调节基因表达起作用起作用，因此常常引起（，因此常常引起（3 3）长期的细胞效应长期的细胞效应，如生长发育的，如生长发育的调节。调节。（动物甾类激素受体多为此类）（动物甾类激素受体多为此类）现在学习的是第十六页，共51页2.2 2.2 动物甾类激素受体（核受体）作用的基本特征动物甾类激素受体（核受体）作用的基本特征 一个典型的动物细胞约有一个典型的动物细胞约有1 1万个甾类受体，每个受体可逆地以万个甾类受体，每个受体可逆地以高亲和力与专

19、一甾类激素结合。高亲和力与专一甾类激素结合。甾类激素受体复合体形成的甾类激素受体复合体形成的“二步模型二步模型”：激素受体存在于细胞质中，与甾类激素结合后被激激素受体存在于细胞质中，与甾类激素结合后被激活，其分子构象即发生改变，从而容易从核膜孔进活，其分子构象即发生改变，从而容易从核膜孔进入细胞核内。且由于其亲和力改变，容易与染色质入细胞核内。且由于其亲和力改变，容易与染色质结合。因此大量激素受体复合体聚集在核内。这结合。因此大量激素受体复合体聚集在核内。这就是激素由胞质到核内转移的就是激素由胞质到核内转移的“二步模型二步模型”。后来提出的后来提出的“胞核模型胞核模型”认为，有的受体原来就存在

20、于核内。认为，有的受体原来就存在于核内。 现在学习的是第十七页，共51页2.2 甾类激素受体作用的基本特征（续）甾类激素受体作用的基本特征（续） 激素受体复合体可以识别并结合到专一的激素受体复合体可以识别并结合到专一的DNADNA序列上，从而序列上，从而诱导基因转录活性。这种诱导基因转录活性。这种复合体就是一种转录调节因子（反式复合体就是一种转录调节因子（反式作用因子）作用因子）。这种激素受体结合的这种激素受体结合的DNADNA序列，即为序列，即为激素调节元件激素调节元件（hormone regulatory elements, HREhormone regulatory elements,

21、HRE）。）。甾类激素受体调节的基因活化常常分甾类激素受体调节的基因活化常常分两步进行两步进行：对少数基因转录活性的直接作用称为对少数基因转录活性的直接作用称为初级反应初级反应；由这些基因产物继而激活其它基因，称为由这些基因产物继而激活其它基因，称为延缓性次级反应延缓性次级反应。次级反应常常对初级效应起到了次级反应常常对初级效应起到了扩增扩增的作用。但是，的作用。但是，也有一些初级产物具有也有一些初级产物具有反馈反馈调控作用，即这些产物阻遏了调控作用，即这些产物阻遏了初级反应基因的进一步转录。初级反应基因的进一步转录。现在学习的是第十八页，共51页甾类激素受体调节的基因活化过程甾类激素受体调节

22、的基因活化过程图图3.2 3.2 果蝇细胞中蜕皮激素诱导基因活化的初级与次级反应模型果蝇细胞中蜕皮激素诱导基因活化的初级与次级反应模型现在学习的是第十九页，共51页2.3 2.3 甾类激素核受体的结构和功能甾类激素核受体的结构和功能从克隆得到的从克隆得到的cDNAcDNA序列，已经推断出多种序列，已经推断出多种甾类激素受体的氨基酸序列。甾类激素受体的氨基酸序列。甾类受体的甾类受体的基本结构特征基本结构特征：氨基酸总数由氨基酸总数由400400到到900900不等；不等；共同特点是有三个主要共同特点是有三个主要功能区功能区：DNA结合区（结合区（C区）区）激素结合区（激素结合区（E区）区）受体调

23、节区（受体调节区（A/B区）区）现在学习的是第二十页，共51页2.3 甾类激素受体的结构和功能甾类激素受体的结构和功能DNADNA结合区（结合区（C C区）：区）：激素结合区（激素结合区（E E区）区）: : 它是与靶基因中它是与靶基因中激素反应元件结合激素反应元件结合的序列，富含的序列，富含CysCys，每两个，每两个CysCys络合一个络合一个ZnZn2 2形成锌指结构。它位于受体分子中部，富含碱性氨基酸，便于与带负电荷形成锌指结构。它位于受体分子中部，富含碱性氨基酸，便于与带负电荷的的DNADNA序列结合，保守性强。其中含有一个核定位序列序列结合，保守性强。其中含有一个核定位序列（nuc

24、lear location sequence, NLS）, ,它由它由8 8个氨基酸组成，可决定甾受体进入细胞核。个氨基酸组成，可决定甾受体进入细胞核。位于位于C C端，由端，由250250个氨基酸组成个氨基酸组成, ,它是与甾激素它是与甾激素结合、将受体活化，并能进一步与结合、将受体活化，并能进一步与DNADNA结合的结合的关键结构。在非活性受体的关键结构。在非活性受体的C C区与区与E E区上结合区上结合着一种着一种抑制蛋白抑制蛋白（热激蛋白），它妨碍热激蛋白），它妨碍了受体与了受体与DNADNA的结合的结合；激素与激素与E E区区结合后改结合后改变了其构象，使抑制蛋白解离下来，从而使变了

25、其构象，使抑制蛋白解离下来，从而使DNADNA结合区暴露而活化。除此之外，结合区暴露而活化。除此之外，E E区还与区还与核定位和受体二聚化有关。核定位和受体二聚化有关。现在学习的是第二十一页，共51页受体调节区（受体调节区（A/BA/B区）区）: :受体分子受体分子N N端的端的A/BA/B区，有一个非激素依赖的组成性区，有一个非激素依赖的组成性转录激活转录激活结构，可以决定结构，可以决定启动启动子专一性和细胞专一性子专一性和细胞专一性。另一个转录激活结构在。另一个转录激活结构在C C端激素结合区（端激素结合区（E E区），为区），为激素依赖的转录激活结构。激素依赖的转录激活结构。2.3 甾类

26、激素受体的结构和功能甾类激素受体的结构和功能图图3.4 3.4 甾类激素受体的作用模型甾类激素受体的作用模型 P.33P.33现在学习的是第二十二页，共51页 大多数大多数胞间胞间化学信号分子的受体属于细胞表面受体。化学信号分子的受体属于细胞表面受体。 所有的所有的水溶性水溶性信号分子（如动物的多肽激素、神经递质和信号分子（如动物的多肽激素、神经递质和生长因子）以及个别生长因子）以及个别脂溶性脂溶性的激素（如前列腺素）都与靶的激素（如前列腺素）都与靶细胞表面专一受体结合。细胞表面专一受体结合。细胞表面受体细胞表面受体与胞外配体（胞间信号）结合与胞外配体（胞间信号）结合，通常，通常使胞内第二信使

27、胞内第二信使水平增加使水平增加，从而引起生理效应。常常引起，从而引起生理效应。常常引起短暂而迅速短暂而迅速的细胞反的细胞反应的特点。应的特点。有些也可以有些也可以调节基因表达，产生长期的效应，调节基因表达，产生长期的效应，3、细胞膜表面受体 现在学习的是第二十三页，共51页 根据受体的信号转换机制和受体分子的共同结构特根据受体的信号转换机制和受体分子的共同结构特点，将质膜表面受体分为：点，将质膜表面受体分为：3、细胞膜表面的受体（续） 离子通道型受体；离子通道型受体；G G蛋白偶联受体；蛋白偶联受体；招募型受体；招募型受体；酶活性受体；酶活性受体；核转移型受体。核转移型受体。现在学习的是第二十

28、四页，共51页植物细胞膜植物细胞膜表面的受体表面的受体有三种类型有三种类型： 植物细胞膜表面的受体 G蛋白偶联受体蛋白偶联受体离子通道型受体离子通道型受体酶联（活性）受体酶联（活性）受体植物细胞表面受体也有类似的三类：植物细胞表面受体也有类似的三类：现在学习的是第二十五页，共51页细细胞胞表表面面的的信信号号受受体体G蛋蛋白白偶偶联联受受体体酶联（活性）受体酶联（活性）受体离子通道型受体离子通道型受体现在学习的是第二十六页，共51页3.1 3.1 类受体蛋白激酶（类受体蛋白激酶（receptor-like protein kinases, receptor-like protein kinas

29、es, RLKsRLKs）酶联受体）酶联受体 酶联受体的特点是：酶联受体的特点是： 受体本身是一种具有受体本身是一种具有跨膜结构跨膜结构的的酶蛋白酶蛋白，其胞外域与配体结，其胞外域与配体结合而被激活，通过胞内侧激酶反应，将胞外信号传至胞内。合而被激活，通过胞内侧激酶反应，将胞外信号传至胞内。 此类受体最重要的是动物中的生长因子，如胰岛素。它们本此类受体最重要的是动物中的生长因子，如胰岛素。它们本身具有身具有酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶活性。活性。 整个分子分为整个分子分为3 3个结构域个结构域：这一结构既具有受体的功能，又具有把胞外信号直接转换成胞这一结构既具有受体的功能，又具有把胞外信号直接

30、转换成胞内效应的功能，是一种内效应的功能，是一种“经济经济”有效的信号跨膜传递途径。有效的信号跨膜传递途径。 利用分子生物学手段从植物中鉴定了多个与动物的受体蛋白激酶（利用分子生物学手段从植物中鉴定了多个与动物的受体蛋白激酶（RPKsRPKs）同源的基）同源的基因，鉴于在植物体内这些基因的产物还不明确，故而称它们为因，鉴于在植物体内这些基因的产物还不明确，故而称它们为类受体蛋白激酶类受体蛋白激酶（RLKsRLKs）。这种受体属于）。这种受体属于酶联受体酶联受体。 胞外配体结合区胞外配体结合区细胞内激酶活性区细胞内激酶活性区跨膜结构区跨膜结构区现在学习的是第二十七页，共51页3.1.1 植物中植

31、物中RLKs的种类和结构的种类和结构 不同种类不同种类RLKsRLKs的的胞内结构域胞内结构域同源性较高，而胞外结构域的氨基同源性较高，而胞外结构域的氨基酸序列相差较大。依据酸序列相差较大。依据胞外结构域胞外结构域的不同，可将的不同，可将RLKsRLKs分为以下几分为以下几类：类： （1 1）富含亮氨酸重复区（）富含亮氨酸重复区（leucine-rich repeatsleucine-rich repeats， LRRsLRRs）的）的RLKs RLKs LRR-RLKsLRR-RLKs是数量最多的一类是数量最多的一类RLKsRLKs。广泛存在于多种植物中。广泛存在于多种植物中。结构特点是结构

32、特点是胞外结构域含有重复出现的亮氨酸胞外结构域含有重复出现的亮氨酸。 LRRLRR是有串联排列的具有是有串联排列的具有leu-x-leu-x-leu-x-x-Asn-x-leuleu-x-leu-x-leu-x-x-Asn-x-leu的保的保守序列组成。守序列组成。 现在学习的是第二十八页，共51页（2） 具具S结构域（结构域（Sdomain）的）的RLKs （3 ）类表皮生长因子）类表皮生长因子RLKs（EGF-like RLKs） （4 ）类肿瘤坏死因子受体（类肿瘤坏死因子受体（TNFR-Like）的）的RLKs （5 ）凝集素样（）凝集素样（lectin-like）RLKs（6 ）几丁质

33、酶相关）几丁质酶相关RLK(chitinase-related RLK)（7 ）类细菌双组分系统受体激酶类细菌双组分系统受体激酶 现在学习的是第二十九页，共51页 RLKs RLKs多属于多属于丝氨酸丝氨酸/ /苏氨酸苏氨酸激酶，但也有少数以激酶，但也有少数以酪氨酸酪氨酸为磷为磷酸化位点。酸化位点。 3.1.2 3.1.2 植物植物RLKsRLKs的生物学功能的生物学功能 动物中的受体蛋白激酶的基本特征之一是具有动物中的受体蛋白激酶的基本特征之一是具有自磷酸化自磷酸化活性，并且大多数自磷酸化位点为活性，并且大多数自磷酸化位点为酪氨酸酪氨酸。而植物中发现的。而植物中发现的RLKsRLKs多数为多

34、数为丝氨酸丝氨酸/ /苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶，即它们的，即它们的自磷酸化自磷酸化位点为丝氨酸或（和）苏氨酸位点为丝氨酸或（和）苏氨酸。这些。这些RLKsRLKs磷酸化位点的磷酸化位点的差异暗示，在植物细胞中不同的差异暗示，在植物细胞中不同的RLKsRLKs可能具有不同的功可能具有不同的功能。能。植物中的植物中的RLKsRLKs可能具有以下几个方面的功能：可能具有以下几个方面的功能：现在学习的是第三十页，共51页（1 1） 调控植物的生长发育调控植物的生长发育 （2） 参与植物防御反应参与植物防御反应 （3） 参与激素信号传递参与激素信号传递 现在学习的是第三十一页，共51页3.2 G蛋白

35、偶联受体（蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCR） G G蛋白偶联受体必需与蛋白偶联受体必需与G G蛋白耦合，才能产生胞内信使（如蛋白耦合，才能产生胞内信使（如cAMPcAMP、cGMPcGMP、DGDG、IPIP3 3等），将信号传递到胞内。在动物中等），将信号传递到胞内。在动物中G G蛋白偶联蛋白偶联受体是经典的、十分普遍的受体，在植物中有报道。受体是经典的、十分普遍的受体，在植物中有报道。 3.2.1 GPCR 的结构的结构 植物植物G蛋白偶联受蛋白偶联受体体GPCR1的结构的结构7 7次跨膜结构是次跨膜结构是G G蛋白蛋白耦合受体的基本特征耦合受

36、体的基本特征。现在学习的是第三十二页，共51页3.2.1 GPCR 的结构的结构 由一个由一个单肽链单肽链组成，形成组成，形成7 7个个螺旋跨膜结构，每个疏水跨膜区段螺旋跨膜结构，每个疏水跨膜区段由由20-2520-25个氨基酸组成。各区段之间数目不等的氨基酸组成了环状个氨基酸组成。各区段之间数目不等的氨基酸组成了环状结构。胞内、胞外各有结构。胞内、胞外各有3 3个环。个环。N N端由端由30-5030-50个氨基酸，在胞外；个氨基酸，在胞外；C C端端氨基酸数目相差较大，在胞内。氨基酸数目相差较大，在胞内。其中其中5-65-6胞内环与胞内环与C C端有亲水性，与端有亲水性，与G G蛋白相互作

37、用。蛋白相互作用。现在学习的是第三十三页，共51页 研究发现植物中的研究发现植物中的GCR1GCR1在植物的生长发育过程中可能具有重要作在植物的生长发育过程中可能具有重要作用，可能参与了细胞分裂素的信号转导过程。但详细情况还需要研究用，可能参与了细胞分裂素的信号转导过程。但详细情况还需要研究 3.2.2 GPCR的功能的功能 现在学习的是第三十四页，共51页3.3 离子通道型谷氨酸受体（离子通道型谷氨酸受体（ionotropic Glutamate receptor, iGluR） 离子通道型受体的共同特点是由多亚基组成的离子通道型受体的共同特点是由多亚基组成的受体受体/ /离子通离子通道复合

38、体道复合体，除了具有信号接受部位，除了具有信号接受部位以外以外，本身又是离子通道，本身又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤，反应快，一般只需几秒钟。其跨膜信号转导无需中间步骤，反应快，一般只需几秒钟。 一般分为两类：一般分为两类：一类是配体依赖性复合体，另一类是电压依赖性一类是配体依赖性复合体，另一类是电压依赖性复合体。复合体。 现在学习的是第三十五页，共51页3.4 3.4 招募型受体招募型受体胞内域没有酶活性，受体本身没有任何信号放大作用；胞内域没有酶活性，受体本身没有任何信号放大作用；一旦与配体结合，便招募激酶或者接头蛋白，激活下游信号途径一旦与配体结合，便招募激酶或者接头蛋白，激活

39、下游信号途径，但是一般不产生经典的报内第二信使。，但是一般不产生经典的报内第二信使。这类受体常需要共受体或者受体寡聚化，来提供信号的特异性。这类受体常需要共受体或者受体寡聚化，来提供信号的特异性。 如细胞因子受体，肿瘤坏死因子受体等。如细胞因子受体，肿瘤坏死因子受体等。现在学习的是第三十六页，共51页3.5 3.5 核转移型受体核转移型受体 很少有质膜受体作为转录因子起作用，诱导基很少有质膜受体作为转录因子起作用，诱导基因表达。因表达。 但是在在果蝇中发现的质膜受体但是在在果蝇中发现的质膜受体NotchNotch，具有转录，具有转录活性，它是在接收信号后被分泌酶裂解，释放出片活性，它是在接收信

40、号后被分泌酶裂解，释放出片段并转移到核中，与转录因子结合，形成转录复合段并转移到核中，与转录因子结合，形成转录复合体，调节基因转录活性。体，调节基因转录活性。现在学习的是第三十七页，共51页4 4、细胞表面受体的跨膜信号转换、细胞表面受体的跨膜信号转换 不同于核内受体，细胞表面受体结合胞外信号分子后，只有不同于核内受体，细胞表面受体结合胞外信号分子后，只有将其转换为将其转换为胞内信号胞内信号，才能影响靶细胞的反应。而前者可以直，才能影响靶细胞的反应。而前者可以直接进入核内调节基因表达。接进入核内调节基因表达。质膜表面受体将胞外信号转换为胞内信号有如下几种方式质膜表面受体将胞外信号转换为胞内信号

41、有如下几种方式: : 质膜表面受体转换质膜表面受体转换信号的方式信号的方式产生细胞内第二信使产生细胞内第二信使酶促信号直接跨膜转换酶促信号直接跨膜转换内在化作用内在化作用效应酶产生第二信使效应酶产生第二信使; ;离子通道开放产生第二信使离子通道开放产生第二信使. .现在学习的是第三十八页，共51页 第二信使浓度在细胞内短暂的升高，激活了一种或者数种第二信使浓度在细胞内短暂的升高，激活了一种或者数种靶酶或者靶蛋白，通常是蛋白激酶，从而调节细胞活性，而靶酶或者靶蛋白，通常是蛋白激酶，从而调节细胞活性，而受体本身并不跨膜进入细胞内。受体本身并不跨膜进入细胞内。 这是最主要的、这是最主要的、最基本的一

42、种方式。胞最基本的一种方式。胞外配体与质膜表面受体外配体与质膜表面受体结合后，产生多种胞内结合后，产生多种胞内第二信使，如第二信使，如cAMPcAMP、cGMPcGMP、IPIP3 3与与DGDG、cADPRcADPR、CaCa2 2等。等。 41 产生细胞内第二信使产生细胞内第二信使 图3.7 几种主要胞内信使的结构现在学习的是第三十九页，共51页产生胞内信使的途径又包括以下两种：产生胞内信使的途径又包括以下两种： 411 效应酶产生第二信使效应酶产生第二信使 如膜上存在的如膜上存在的腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶，可以在受体激活下，可以在受体激活下催化催化ATPATP形成形成cAMPcAMP。在

43、某些胞外信号刺激作用下，细胞内。在某些胞外信号刺激作用下，细胞内cAMPcAMP浓度可以在几秒之浓度可以在几秒之内增加数倍，从而产生调节细胞反应的信号。内增加数倍，从而产生调节细胞反应的信号。cAMPcAMP在完成其功能后又被在完成其功能后又被cAMPcAMP磷酸二脂酶（磷酸二脂酶（PDEPDE）降低到正常水）降低到正常水平，从而终止了胞内信号。平，从而终止了胞内信号。胞内另一种信使胞内另一种信使cGMPcGMP也可能是通过类似的途径产生和发挥效应也可能是通过类似的途径产生和发挥效应的。的。 现在学习的是第四十页，共51页411 效应酶产生第二信使效应酶产生第二信使( (续续) ) 胞内信使胞

44、内信使IPIP3 3和和DGDG则是由受体接受胞外信号后，激活膜上则是由受体接受胞外信号后，激活膜上的另一类酶的另一类酶磷脂酶磷脂酶C C（PLCPLC），分解质膜内侧分布的一种），分解质膜内侧分布的一种磷脂磷脂磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇4 4，5 5二磷酸（二磷酸（PIPPIP2 2）产生的。）产生的。IPIP3 3和和DGDG通过不同的生化途径调节细胞反应（后面讲）。通过不同的生化途径调节细胞反应（后面讲）。 以上信使都是由膜上以上信使都是由膜上酶催化酶催化产生的，而且其底物都产生的，而且其底物都是含有两个高能磷酸键的化合物是含有两个高能磷酸键的化合物ATPATP和和PIPPIP2 2。 一般来

45、讲，受体对膜上效应酶的作用是以一般来讲，受体对膜上效应酶的作用是以G G蛋白为中蛋白为中介的。介的。现在学习的是第四十一页，共51页412 离子通道开放产生第二信使离子通道开放产生第二信使 离子通道型离子通道型受体受体/ /离子通道复离子通道复合体，可以在配体或者电压门合体，可以在配体或者电压门控下，通过离子通道开放直接控下，通过离子通道开放直接产生第二信使；产生第二信使； 还有一类离子通道本身并无胞还有一类离子通道本身并无胞外配体结合区或电压敏感接受外配体结合区或电压敏感接受结构，其开放首先是配体与受结构，其开放首先是配体与受体结合体结合, ,受体被活化，活化受受体被活化，活化受体再通过体再

46、通过G G蛋白调节离子蛋白调节离子通道通道的开放，从而产生胞内信的开放，从而产生胞内信使。使。 细胞可以利用极大的跨膜细胞可以利用极大的跨膜CaCa2 2浓度差传浓度差传递胞外信号（图递胞外信号（图3 38 8）。）。 图3.8细胞表面受体产生胞内钙信号的两条途径现在学习的是第四十二页，共51页4.2 4.2 酶促信号直接跨膜转换酶促信号直接跨膜转换 有些细胞表面受体，在胞外到胞内信号转换时并不产生特殊胞有些细胞表面受体，在胞外到胞内信号转换时并不产生特殊胞内第二信使物质，而是通过一种简单而直接的作用，即受体本内第二信使物质，而是通过一种简单而直接的作用，即受体本身身胞内域胞内域具有酶的催化活

47、性（具有酶的催化活性（酶联受体酶联受体）。如受体酪氨酸蛋白）。如受体酪氨酸蛋白激酶，它位于胞外的部分具有受体功能，接受信号后激活了胞激酶，它位于胞外的部分具有受体功能，接受信号后激活了胞内具有蛋白激酶活性的结构，从而使胞内某些蛋白质的酪氨酸内具有蛋白激酶活性的结构，从而使胞内某些蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，进而在细胞内形成信号传递途径，调节某种生理残基磷酸化，进而在细胞内形成信号传递途径，调节某种生理反应，这样反应，这样通过一种蛋白质完成了胞外通过一种蛋白质完成了胞外胞内信号的转换。胞内信号的转换。一些生长因子和细胞因子可以通过这种方式起作用。一些生长因子和细胞因子可以通过这种方式起作用。 现在

48、学习的是第四十三页，共51页4.3 内在化作用内在化作用 在动物上研究发现，许多多肽信号进入靶细胞可能在动物上研究发现，许多多肽信号进入靶细胞可能是借助于细胞受体介导的内吞作用（是借助于细胞受体介导的内吞作用（endocytosisendocytosis）或者）或者叫做内在化作用（叫做内在化作用（internalizationinternalization）。）。 如胰岛素与成纤维细胞表面的呈弥散分布的受体相结合，几分钟如胰岛素与成纤维细胞表面的呈弥散分布的受体相结合，几分钟内胰岛素受体复合体就成簇聚集在细胞凹陷处，形成包被坑（内胰岛素受体复合体就成簇聚集在细胞凹陷处，形成包被坑（coated coated pitpit）, ,随后被摄入受体囊（随后被摄入受体囊（receptors