细胞的通讯课件

第七章细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识别(一)细胞通讯1、细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生反应的过程。2、细胞以三种方式进行通讯：①分泌化学信号；②直接接触；③间隙连接。1）细胞分泌化学信号的作用方式可分：①内分泌②旁分泌③自分泌④通过化学突触传递信号分子。3）细胞间隙连接通讯信号分子：膜内在蛋白2）细胞间接触性依赖的通讯直接接触，通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的受体分子相结合，影响其他细胞。3、第二信使与分子开关①第二信使第一信使与受体作用后在细胞内最早产生的信号物质称为第二信使。目前公认的第二信使有cAMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等，Ca2+是磷脂酰肌醇信号通路的“第三信使”。②分子开关细胞内信号传递蛋白质(开关蛋白)可分为两类：一类开关蛋白的活性由激酶使之磷酸化而开启，由磷酸酶使之去磷酸化而关闭；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。二、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞。而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信号转导继而对靶细胞产生效应。根据信号传导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属三大家族：①离子通道偶联的受体②G蛋白偶联的受体③酶偶联的受体。(一)离子通道偶联的受体离子通道偶联的受体是细胞表面由多亚基组成的受体—离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递。神经递质通过于受体的结合开闭离子通道，改变质膜的离子通透性，从改变突触后细胞的兴奋。受体是对配体具有特异性选择，是具有同源性的跨膜蛋白。

(二)G蛋白偶联的受体G蛋白偶联受体是细胞表面由单条多肽经7次跨膜形成的受体。

该信号通路是指配体—受体复合物与靶蛋白的作用要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到细胞内。G蛋白是三联体GTP结合调节蛋白，由、、三个亚基组成由G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路，根据产生第二信使的不同，又可分cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。

cAMP信号通路的主要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白激酶A完成的。①激活靶酶：通过对蛋白激酶A的活化进而使下游靶蛋白磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞行为是细胞快速答应胞外信号的过程。②开启基因表达：是一类细胞缓慢应答胞外信号的过程，这就是cAMP信号通路对细胞基因表达的影响。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素G蛋白偶联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录。(三)与酶连接的受体与酶连接的细胞表面受体又称催化性受体，一旦被配基活化即具有酶的活性。包括5类：①受体酪氨酸激酶；②受体丝氨酸激酶/苏氨酸激酶；③受体酪氨酸磷酸酯酶；④受体鸟苷酸环化酶；⑤酪氨酸蛋白激酶联系的受体。1、受体酪氨酸激酶(RTKS)及RTK—Ras蛋白信号①受体酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase，CTKs)又称酪氨酸蛋白激酶受体，是细胞表面一大类重要受体家族，包括6个亚族。CTKs的多肽链只跨膜一次，胞外区是结合配体的结构域，胞内区肽段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点。GDP的释放需要鸟苷酸释放因子(GRF)的促进；Ras蛋白从活化态到失活态的转变，则要GTP酶活化蛋白(GAP)的促进；所以GRF和GAP都与Ras蛋白参与的信号转导有关。GAP因具有SH2结构域可直接与活化的受体蛋白结合。GRF在SH3结构域，但没有SH2结构域，因此需要接头蛋白连接来活化Ras。RTK—Ras信号通路可概括为如下模式：配体RTKadapdorGRFRasRaf(MAPKKK)MAPKKMAPK进入细胞核其他激酶或基因调控蛋白(转录因子)的磷酸化修饰。2、细胞表面其他与酶偶联的受体(1)受体丝氨酸/苏氨酸激酶(2)受体酪氨酸磷酸酯酶(3)受体鸟苷酸环化酶(4)酪氨酸蛋白激酶联系的受体二、通过细胞内受体介导的信号传递细胞信号传递的通路随信号的受体存在的部位不同分为两类：一是通过细胞内受体介导的信号传递；二是通过细胞表面受体介导的信号传递。通过细胞内受体介导的信号传递亲脂性信号分子（如甾类激素）可直接跨越质膜进入细胞内，与细胞质内的受体形成激素复合物，并穿过核膜孔进入细胞核内结合于特异的DNA序列调节基因表达。这一过程可分为初级反应阶段和延迟反应阶段。

细胞内受体细胞内受体通常有两个不同的结构域,一个是与DNA结合的结构域,另一个是激活基因转录的N端结构域。此外有两个结合位点,一个是与配体结合的位点,位于C末端,另一个是与抑制蛋白结合的位点,在没有与配体结合时,则由抑制蛋白抑制了受体与DNA的结合,若是有相应的配体,则释放出抑制蛋白。激素与细胞质中的受体结合tG1变化最大，而tG2+tS+tM则相对稳定。从增殖的角度看，细胞可分为3类：①连续分裂细胞（周期中细胞）；在细胞周期连续运转。②静止期细胞（G0期细胞）；暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞。周期中细胞转化为G0期细胞多发生在G1期。③终端分化细胞。分化程度很高，一旦生成后，则终生不再分裂。（二）细胞周期中各个不同时期及主要事件1、G1期G1期合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂类等，但不合成DNA。细胞周期的运转是沿着G1SG2M的顺序进行的，不同时期出现不同的关键性事件。细胞周期的运转十分有序。这是基因有序表达的结果，与细胞分裂有关的基因，叫细胞分裂周期基因（cdc基因）。此种基因的有序表达，是受到一些控制点调控和监控的。如酵母细胞在DNA开始的稍前有启始点，在哺乳类叫R点（限制点，检验点）。检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时期，如S期检验点、G2期检验点、纺锤体检验点等。这些特异M期即细胞分裂期。真核细胞的细胞分裂产要包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂（成熟分裂）。（三）细胞周期长短测定

二、有丝分裂（一）有丝分裂过程有丝分裂是一个核改组的连续过程，人为地分为6个时期。1、前期染色质浓集成早期染色体，在光镜下早期染色体的两条染色单体已经可以分辨。在每条染色体上，都有一段特殊的DNA序列，称为着丝粒DNA。其所在部位称为着丝粒（主缢痕）。中心体与其周围的微管一起被称为星体（在动物细胞中）。中心体在间期也进行了复制。细胞分裂开始，两个星体即逐渐向细胞的两极运动。6、胞质分裂开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。①动物细胞：胞质分裂开始时，在赤道板周围细胞表面下陷形成环状缢缩，称为分裂沟。分裂沟逐渐加深，直至两个了代细胞完全分开。肌动蛋白和肌球蛋白参与了分裂沟的形成和整个胞质分裂过程。在分裂沟的下方，除肌动蛋白之外，还有微管、小膜泡等物质聚集，共同形成一个环状致密层，称为中间体。胞质分裂机制，和肌肉收缩机制相似。参（图11-13）②植物细胞：植物细胞有细胞壁，其胞质分裂，新壁的形成与动物细胞不同。（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构1、中心体中心粒是一对互相垂直的圆筒状小体，筒壁为9组三联微管组成。中心体由一对中心粒及其周围的无定型物质构成。中心体在S期复制。G2期开始分离，G2晚期到M期，子中心粒不断长大，逐渐分离到两极的两对中心粒具微管组织中心的作用，组织形成纺锤体及星体。2、动粒与着丝粒动粒（着丝点）是附着于着丝粒上的一种细胞器。在S期复制，电镜下为一个圆盘状结构，分内、中、外三层。主要由蛋白质组成，并有少量的RNA和DNA，是有丝分裂时纺锤体微管附着于染色体的部位。

着丝粒是指染色体主缢痕部位的染色质。由卫星DNA构成3、纺锤体纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关的细胞器。组成纺锤体的微管可以分为两种类型，即动粒微管和极性微管。（三）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制（1）前期Ⅰ根据细胞形态的变化，又可将前期Ⅰ人为地划分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等5个阶段。①细线期（凝集期）染色质开始凝集，但乃呈单条细线。②偶线期（配对期）主要发生同源染色体配对，此过程称为联会。联会的同源染色体间形成一种特殊结构叫联会复合体（SC）。联会的一对同源染色体共有4条紧密结合在一起的染色单体，称为四分体。另一个重要事件是合成在S期未合成的0.3%的DNA。③粗线期（重组期）染色体明显变粗，同源染色体之间发生DNA片段交换，在SC的梯状结构中出现重组节，通过重组节发生活跃的重组过程。④双线期（合成期）同源染色体分开，但有几点相连，同源染色体之间的接触点称为交叉。每一个四分体上至少有丝分裂个交叉。⑤终变期（再凝集期）染色体更加变粗。交叉明显，数量减少。交叉向染色体的端部移行，称为端化。核膜、核仁消失。纺锤体形成。（2）中期Ⅰ同源染色体的每一对姊妹染色单体在着丝粒处并连在一起，1对动粒朝向同一极，同源染色体的两个染色体通过动粒微管分别连向不同的极。四分体逐渐向赤道方向移动，最终排列在赤道面上。（3）后期Ⅰ同源染色体的两个染色体分离，分别移向一极。每极的染色体数比亲代细胞减少了一半，为1n。第1染色体为1二分体，仍由2条染色单体组成，因而每极的DNA含量仍是2C（C代表1个基因组或单倍的DNA量）。（4）末期Ⅰ，胞质分裂和减数分裂间期细胞进一步的变化主要有两种类型：①染色体到达两极，并逐渐进行去凝集。核被期重新装配，形成两个子细胞核。此时的间期细胞不再进行DNA复制，称为减数分裂间期；②细胞进入末期后，不是完全回复到间期阶段，而是立即准备进行第二次减数分裂。第一次分裂后，产生2个细胞。有的生物细胞质不分裂。2、减数分裂Ⅱ与有丝分裂过程基本相同，可分为前、中、后、末期。通过第二次分裂，每个核的DNA含量又减少一半，为1C。经过第二次减数分裂，共形成4个单倍体细胞。高等动物的雄配子与雌配子的发生有所不同，在雌性动物通过减数分裂形成4个有功能的精子，后者只形成一个有功能的卵子，其余3个细胞变成极体。减数分裂不仅是使有性生殖的生物种类染色体数目保持稳定的机制，而且是使生物变异的机制。减数分裂中，由于有同源染色体的配对，不同对同源染色体分裂时的自由组合，非姊妹染色单体间DNA片断交换、重组，而形成了庞大数量的不同基因组成的配子，从而增加了变异性。（三）减数分裂过程的特殊结构及变化1、性染色体的分离2、联会复合体的基因重组联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时所形成的一种临时性结构，由中央成分组和位于两侧的侧成分共同构成。主要成分是蛋白质，另外DNA、RNA也是联会复合体的组成成分之一。第二节细胞周期的调控一、MPF的发现及其作用MPF，即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子，或M期促进因子。将M期细胞和不同时期的间期细胞溶合，诱导间期细胞产生形态各异的染色质凝集，称之为染色体超前凝集（PCC）。此种染色体则称为超前凝集染色体。PCC形态反映该细胞在间期所处细胞周期位置，G1期PCC为单线状，S期为粉末状，G2期为双线染色体。这种现象提示在M期细胞中可能存在一种诱导染色质凝集的因子。在HeLa细胞中证实，G2期开始出现能引起蛙卵母细胞生发泡破裂（GVBD）的因子，同时引起染色质凝集，这种促成熟活性物质（MPA）在G2M过渡期达到峰值。这种诱导减数分裂成熟的物质称为有丝分裂因子（MF），以后在其它细胞也提取出类似的MF，后将这类物质统称为细胞周期调控因子（MPF）。二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系cdc2基因是裂殖酵母细胞中最重要的基因之一。也是第一个被分离出来的cdc基因。在裂殖酵母细胞周期调控过程中，p34cdc2激酶起着关键性调节作用。在芽殖酵母中，也有一个关键性的cdc基因，称为cdc28。是第二个被分离出来的cdc基因。P34cdc28也是一种蛋白激酶，和p34cdc2一样，在G2/M转换过程中起