细胞膜及其表面

第五章细胞膜及其表面细胞膜也称质膜。质膜和各种细胞器的膜结构统称生物膜。第一节细胞膜的分子结构和特性教学要求：1.掌握：膜脂的类型：膜蛋白的类型及其功能：膜结构模型；膜的特性。2.熟悉：膜脂的结构。3.了解：膜结构模型、膜特性的研究背景；一、膜的化学组成细胞膜的化学组成：脂质分子、蛋白质分子、糖类分子、还有少量的水、无机盐和金属离子。蛋白质和脂质分子的比例：常因细胞种类的不同而异，变化范围在1∶4～4∶1之间。多数细胞：膜脂约占50%，膜蛋白质约占40%～50%，膜糖类约占1%～10%。功能复杂的膜中蛋白质的比例大（一）、膜脂磷脂（phospholipid）胆固醇（cholesterol）糖脂（glocolipid）亲水脂分子（amphipahicmolecules）

1.磷脂磷脂酰胆碱分子结构鞘磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱2.胆固醇3.糖脂Figure10-5.Across-sectionalviewofasyntheticlipidbilayer,calledablackmembrane.Thisplanarbilayerisformedacrossasmallholeinapartitionseparatingtwoaqueouscompartments.Blackmembranesareusedtomeasurethepermeabilitypropertiesofsyntheticmembranes.膜脂分子的排列特性

脂质体（二）膜蛋白

是细胞膜的重要组成成分，同时也是细胞膜功能的主要承担者膜蛋白种类繁多，功能各异，有：运输蛋白、酶蛋白、信号转导、免疫反应、受体、连接蛋白参与细胞的运动冰冻裂解法证明许多细胞膜中均存在蛋白颗粒。1.内在蛋白又称镶嵌蛋白（mosaicprotien）或整合蛋白（integralprotien）是兼性分子，亲水区域暴露于膜两侧的水溶液中，疏水区则位于脂质双层内部，并与脂质分子的疏水尾相互作用不易分离，只有用去垢剂溶解和纯化才能得到生物学功能极为复杂,与细胞的支持、物质运输、能量转化、信息传递、神经传导以及免疫反应等功能有着密切关系。①,②integralprotein；③,④peripheralprotein；⑤,⑥lipid-anchoredprotein2.膜周边蛋白（peripheralprotein）

分布于细胞膜的内外表面，主要分布于细胞膜的内表面一般用高浓度的盐溶液可将许多膜外周蛋白从膜上洗脱与细胞的胞吞作用、细胞变形运动以及细胞分裂时细胞膜的缢缩有关（三）膜糖

1.糖脂：glycolipid2.糖蛋白：（glycoprotien）在细胞膜上，寡聚糖链只伸向细胞的外表面；在细胞内膜系统中，糖残基都存在于膜腔面。组成寡糖链的单糖数量、种类、结合方式、排列顺序以及有无分支等不同，出现了无数种组合方式。几乎涉及细胞所有的生物学现象。二、膜的分子结构片层结构模型单位膜模型液态镶嵌模型晶格镶嵌模型

（一）片层结构模型

1935年Davson和Danielli提出：脂质分子构成细胞膜的脂质双层；球形蛋白分子结合于脂质双层的内外两侧。（二）单位膜模型

1959年J.D.Robertson

单位膜（7.5nm）该模型认为：所有生物膜都是蛋白质—脂质双层—蛋白质式的三层结构，厚度约为7.5nm。电镜下观察到的亮带为脂质双分子层，厚约3.5nm；脂双层两侧的两条致密暗带为蛋白质层，各厚2nm。

优点：单位膜模型指出了所有生物膜形态结构上的共性，并对膜的属性作出了一定解释。不足之处：把所有的生物膜看成静态的单一结构，忽视了膜的流动性。（三）液态镶嵌模型

S.J.Singer和G.Nicolson

1972年膜的冰冻蚀刻示意图膜的液态镶嵌模型（1）认为生物膜是流动的。膜中的脂质分子和蛋白质分子均可在膜平面上进行侧向移动。（2）认为膜蛋白的分布是不对称性的。在膜的内部或膜的内外表面以各种形式结合着功能各异的蛋白质。缺点：忽视了蛋白质分子对脂质分子流动性的控制作用，忽视了膜的各部分流动性的不均匀性等问题。液态镶嵌模型的主要特点是：1975年，Wallach提出了晶格镶嵌模型：脂质双层可逆地进行着有序（晶态）和无序（液态）的相变；膜蛋白分子对磷脂分子的流动性具有限制作用（界面脂、晶格）；脂质的流动性是局部的。优点：比较合理地解释了生物膜既有流动性，又有相对完整性和稳定性的原因。

对液态镶嵌模型的补充:(四）脂伐是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，结构致密，是蛋白质的停泊平台，与膜的信号转导、蛋白质的分选有关。1977年Jain和White又提出了板块模型（blockymodel）

三、膜的理化特性细胞膜的不对称性细胞膜的流动性（一）细胞膜的不对称性1.膜蛋白的不对称性分布（绝对性）外周蛋白的不对称分布内在蛋白的不对称分布糖蛋白

EFPF小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻糖脂全部分布在细胞膜的外侧单层

组成膜两个单层的膜脂种类不同2.脂质双层的不对称性膜脂、膜蛋白以及膜表面的糖脂和糖蛋白在细胞膜上的不对称分布，导致膜功能的不对称以及物质运输和信号传递的方向性，从而保证了细胞代谢功能的正常进行。（二）膜的流动性细胞膜的流动性（fluidity）是指膜蛋白和膜脂分子的运动性

1.膜脂分子的运动侧向扩散旋转运动自身摆动翻转运动2.膜蛋白分子的运动侧向扩散旋转扩散1970年，Edidin等人用细胞融合间接荧光抗体免疫标记实验证明了膜蛋白的侧向扩散。光脱色恢复技术（fluorescencerecoveryafterphotobleaching,FRAP）细胞融合间接免疫荧光法光致漂白荧光恢复法3.影响细胞膜流动性的因素

脂肪酸链的长度与不饱和度的影响胆固醇的影响卵磷脂和鞘磷脂比值的影响蛋白质的影响温度的影响第二节细胞表面及其特化结构教学要求：1.掌握：细胞外被的概念；桥粒、封闭、间隙连接的结构分布和功能；细胞外基质的主要物质类型和功能。2.了解：细胞表面的特式结构概念：包围在细胞质外层的一个复合结构体系和多功能体系，是细胞与外环境物质相互作用，并产生各种复杂功能的部位。包括细胞的质膜、质膜外的细胞外被以及质膜内的胞质溶胶层。功能复杂：对细胞起支持和保护，与整个细胞的行为、生理活动、相互识别、黏着、物质运输、信息转导、细胞运动、生长分化、衰老以及病理过程都有密切关系。细胞表面一、细胞外被和胞质溶胶层（一）细胞外被概念：细胞外被（cellcoat）或糖萼，是动物细胞膜外的一层绒毛状的多糖物质，厚5～20nm，由细胞膜糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展、交织而成。糖链通常不超过15个单糖残基，称低聚糖链。特点：寡聚糖链末端常连接带负电荷的唾液酸，使寡糖链彼此排斥，僵直分布；糖链交织成网状结构，细胞得到支持和保护；糖链上的亲水集团和负电荷能吸引大量的水分子和Na+、Ca2+等阳离子，为细胞生命活动提供稳定的微环境。功能：寡糖链蕴藏着巨大的信息，是细胞识别、信号传递、免疫应答和粘着的分子基础。（二）胞质溶胶概念：质膜下面一层厚0.1-0.2μm的较粘滞无结构的液体物质。特点：含较高浓度的蛋白质，分布着较多的微丝和微管。功能：赋予细胞强的抗张强度，维持细胞的极性、形态和调节膜蛋白的分布，与细胞运动密切相关。二、细胞表面的特殊结构微绒毛褶皱圆泡细胞内褶纤毛和鞭毛微绒毛皱褶（ruffle）细胞表面的扁形突起，也称为片足（lamellipodia）。在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。内褶内褶（infolding）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，以相反的方式扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。纤毛和鞭毛纤毛（cilia）和鞭毛（flagella）是细胞表面伸出的条状运动装置。二者在发生和结构上并没有什么差别。纤毛和鞭毛都来源于中心粒。三、细胞的连接细胞连接（celljunction）：是多细胞生物各种组织的相邻细胞，通过细胞膜局部的特化区域形成的细胞装配结构。功能：加强细胞间的机械联系和组织牢固性；沟通细胞间信息传递和物质交流；将相关细胞连接成协调活动的有机整体。类型：紧密连接、锚定连接、通讯连接。（一）紧密连接（tightjunction）概述：亦称封闭连接（occludingjunction），广泛存在于各种有腔脏器管腔面上皮细胞游离缘的侧表面，如小肠上皮细胞。结构：封闭索（sealingstrand）是紧密连接的基本结构——紧密结合的膜蛋白颗粒组成嵴，相邻细胞膜上的嵴对应排列，就像拉链头对头地连接成封闭索。封闭索交织成网状，将相邻细胞紧密连接在一起。功能：连接相邻细胞外；封闭上皮细胞间隙，保证组织内环境的相对稳定；将上皮细胞游离面和基底面不同功能的转运蛋白限制在各自的范围，保证物质转运的方向性。TightJunctioninEpitheliaofRabbitTightJunctions

Sealoffbodycavities Restrictdiffusionof membranecomponentsTightJunction（二）锚定连接anchoringjunction锚定连接由骨架纤维介导，可分为粘着连接和桥粒连接。1.粘着连接（adheringjunction）

（1）粘着带（adhesionbelt）：位于上皮细胞顶端的外侧面、紧密连接的下方。通过一种依赖Ca2+的粘合机制使相邻细胞的跨膜糖蛋白相互粘着；微丝束平行环绕细胞膜并与跨膜糖蛋白相连；相邻细胞膜在粘着带处有15～20nm的间隙。功能：增强组织的机械性能；在脊椎动物形态发生过程中起重要作用。AdhesionBelt是细胞与胞外基质的一种连接方式。粘着斑是膜下微丝束的终末，通过粘着斑连接蛋白与跨膜糖蛋白连接。跨膜糖蛋白是细胞外基质中纤粘连蛋白的受体，介导细胞与细胞外基质粘着。粘着斑的形成与解离对细胞的铺展和迁移有重要意义，如成纤维细胞在培养过程中的贴壁、铺展等。（2）粘着斑（adhesionplaque）2.桥粒连接desmosomejunction（1）点状桥粒（spotdesmosome）：似铆钉，相邻细胞膜相互平行，有宽约30nm的间隙。结构：盘状胞质斑（cytoplasmicplaque），厚约15～20nm；中间纤维被更细的纤维系牢在胞质斑上；跨膜连接糖蛋白附着于胞质斑上，将两个细胞连接在一起。功能：抵抗外来的张力、压力及撕裂力。与疾病：天疱疮是一种桥粒结构缺陷疾病，上皮层细胞松开，组织液漏入表皮，导致水疱形成。（2）半桥粒（hemidesmosome）：只有点状桥粒的一半，通过与胞质斑相连的跨膜连接糖蛋白将上皮组织与基底膜连接在一起。Desmosome（三）通讯连接包括间隙连接、化学突触、胞间连丝。1.间隙连接相邻细胞膜间深处，存在着2～3nm的间隙。连接子间隙连接单位Gapjunction间隙连接介导的细胞通讯代谢偶联：间隙连接允许离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸和维生素等代谢物从一个细胞迅速到达另一个细胞，使细胞产生代谢偶联，借以实现细胞间通讯，进而协调细胞群的各种代谢活动。如在胚胎早期发育和细胞的分化。电偶联：连接子有离子通道作用，间隙连接区的电阻远低于膜的其它部位，便于离子通过迅速进入相邻细胞，使相邻细胞膜去极化，产生兴奋。如心肌细胞的同步收缩和舒张。间隙连接的通透性调节：实验证明，间隙连接的通透性受细胞内Ca2+水平、pH值、电压梯度和细胞外信号的调节。2.化学突触化学突触（chemicalsynapse）是存在于神经元和神经元之间、神经元和效应器细胞之间的细胞连接方式。由突触前膜、突触间隙和突触后膜构成，通过释放神经递质传导神经冲动。四、细胞外基质ECM(extracellularmatrix)是细胞外大分子构成的网络。包括：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白等。ECM在结缔组织中含量较高。ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。如：角膜、肌腱。ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。MACROMOLECULARORGANIZATIONOFECM（一）氨基聚糖及蛋白聚糖1．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。可分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。氨基聚糖的分子特性及分布2．蛋白聚糖proteoglycan是氨基聚糖（除HA）与核心蛋白质的共价结合物。核心蛋白质的Ser残基在高尔基体中装配上GAG链。首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）连接到Ser残基上，然后再延长糖链。除HA及肝素外，其他GAG均不游离存在。HA以非共价键连接许多蛋白聚糖单体巨分子。AProteoglycanComplex.Galactose N-Acetyl-D-glucosamineD-glucuronicacidN-Acetyl-D-galactosamine（二）胶原和弹性蛋白1.胶原Collagen的组成：由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。collagenstructureStructuresofthecollagen原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。合成：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌。原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。类型：已知至少19种胶原，由不同的结构基因编码。I、II、III、V、XI型胶原为有横纹的纤维形结构。是人体最丰富的蛋白，占蛋白总量的30％以上。功能：参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。Collagenfibrilsaroundafibroblast2.弹性蛋白（elastin)形态：是弹性纤维的主要成分，高度疏水，呈无规则卷曲状。分布：皮肤的结缔组织中。Figure

19-50

Stretchinganetworkofelastinmolecules.

Themoleculesarejoinedtogetherbycovalentbonds(indicatedinred)togenerateacross-linkednetwork.Inthemodelshowneachelastinmoleculeinthenetworkcanexpandandcontractasarandomcoil,sothattheentireassemblycanstretchandrecoillikearubberband.3.非胶原糖蛋白已鉴定的FN亚单位20种以上。由同一基因编码，转录后拼接不同，形成多种异型分子。纤连蛋白（fibronectin,FN)纤粘连蛋白Fibronectin（FN）类型：血浆FN：V字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。细胞FN：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。结构：含糖4.5－9.5％。每条FN有5－7个有特定功能的结构域。fibronectindimer组装：FN不自发组装成纤维，通过细胞表面受体指导下进行。肿瘤细胞表面的FN纤维减少，因细胞表面的FN受体异常所致。功能：FN可将细胞连接到ECM上；FN上的RGD（Arg-Gly-Asp）序列可与细胞表面的整合素结合。人工合成的RGD三肽可抑制细胞在FN基质上粘附。Fibronectinhelpsconnecttheinsideofthecelltotheoutside第三节细胞膜与物质的跨膜运输穿膜运输（transmembrane)小分子物质和离子膜泡运输(transportbyvesicleformation)大分子和颗粒物质教学要求：1.掌握：膜转运蛋白的类型和特点；简单扩散、协助扩散和主动运输；胞吞作用、胞吐作用和受体介导的内吞作用；2.熟悉：膜转运系统异常与疾病一、穿膜运输（一）小分子和离子的穿膜机制介导运输的膜运输蛋白可将它们分为两类：通道蛋白（channelprotein）载体蛋白（carrierprotein）所有结构已知的膜运输蛋白都是多次穿膜的膜蛋白。一种膜运输蛋白往往只能运输一种特定的离子或分子，基因突变会引起细胞膜上某些相关运输蛋白的减少或缺失，导致先天性的对某种特异性物质的吸收障碍。通道蛋白（channelprotein）K+channel

4thsubunitnotshown载体蛋白小分子物质和离子的穿膜运输被动转运（passivetransport)主动转运（activetransport)\代谢相关转运（二）小分子和离子的穿膜运输方式1.简单扩散2.离子通道扩散电压门控通道配体门控通道机械门控通道神经肌肉连接3.易化扩散(帮助扩散)概念：是物质由低浓度一侧通过膜到高浓度一侧，同时消耗代谢能的一种物质运输方式。在运输过程中，需要载体蛋白的参与。（1）钠泵（2）钙泵4.离子泵（1）钠泵构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。Na+-K+-ATP酶有两种互变的构象，每秒可水解100个ATP分子，水解一个ATP分子能同时转运3个Na+出胞和2个K+入胞细胞质钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大亚基小亚基钾结合部位Mg+++NaK泵小结钠钾泵的作用：维持细胞膜两侧正常的离子梯度膜的正常兴奋性细胞渗透压的平衡以细胞容积的恒定

2.Ca2+-ATP酶位置：肌质网膜上。结构：Ca2+-泵是由约1000个氨基酸组成的跨膜蛋白，钙调蛋白通过与Ca2+-泵的结合调节其活性，催化ATP水解产生的能量。通过变构、反复的磷酸化和去磷酸化，将Ca2+-逆向转运至细胞外或进入肌质网。Ca2+-泵每秒钟能水解10个ATP分子，每水解一个ATP分子，能转运两个Ca2+出胞或进入肌质网。

5.伴随运输是一种间接消耗代谢能的运输方式，溶质分子逆浓度梯度跨膜运输所需的能量来自离子的电化学梯度，同时也需要膜上的特异性载体。在动物细胞中，驱动主动运输的离子通常是Na+。在植物和细菌，驱动溶质分子逆浓度梯度运输的不是Na+而是H+。钠钾泵驱动的葡萄糖主动运输二、膜泡运输细胞在转运某些大分子和颗粒物质的过程中，物质被包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过囊泡与细胞膜的融合进行转运，故称为膜泡运输。膜泡运输的特点是：被转运的大分子物质不与细胞质内其它大分子或细胞器直接接触和混合囊泡只与特定的膜融合，导致细胞内外大分子的直接转运在转运过程中需要消耗代谢能。膜泡转运可分为胞吞作用和胞吐作用。（一）胞吞作用胞吞作用（endocytosis）是指颗粒或液体物质通过细胞膜内陷形成内吞泡，将外界物质摄入细胞的过程。根据内吞物质的形态、大小和特异程度不同，胞吞作用可分为：吞噬作用（phagocytosis）胞饮作用（pinocytosis）受体介导的内吞作用胞吐作用吞噬作用胞饮作用吞噬体吞饮体1.吞噬作用

细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。2.胞饮作用

细胞摄取液体和溶质分子，形成胞饮泡（pinocyticvesicle）的过程。胞饮泡或称胞饮体（pinosome）。3.受体介导的内吞作用

指被转运的物质与细胞膜上专一性的受体结合诱发的内吞作用，是细胞摄入特定溶质大分子的过程。这种胞吞作用是在细胞膜的特化区域进行的，这个区域称有被小窝（coatedpit）。

动物细胞摄取胆固醇颗粒LDL颗粒（二）胞吐作用胞吐作用（exocytosis）是指细胞将合成的外输性物质和代谢废物由内膜系统包围形成分泌小泡，从细胞内部逐渐移向细胞膜并与细胞膜融合，将内容物排至细胞外的过程。真核细胞的分泌活动几乎都是以胞吐的方式进行的

胞吐作用有两种：结构分泌途径（constitutivepathwayofsecretion）调节分泌途径（regulatedpathwayofsecretion）结构分泌几乎存在于所有细胞中，而调节分泌只存在于某些特化的分泌细胞

细胞通过胞吞和胞吐作用加速了细胞内外物质的交流和膜相系统的循环更新第六、八节细胞膜与细胞识别教学要求：1.掌握：受体的概念、类型、结构和生物学特性。2.了解：受体的分布和数量；受体与细胞识别的机制信号分子根据其溶解性可分为水溶性和脂溶性两类。水溶性信号分子必须通过膜受体的转导机制起作用脂溶性信号分子，如甾体激素（性激素、肾上腺皮质激素、蜕皮激素等）则直接进入细胞核，与相应受体结合为复合体，直接调节基因的转录和表达。一细胞膜受体的概念受体（receptor）是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子。分布于细胞表面的称膜受体或称细胞表面受体，与细胞识别（cellrecognition）、免疫反应（immunoreaction）、细胞间信号传递（intercellularsignalstransport）以及代谢调节等密切相关。分布于胞浆内或细胞核内的受体称细胞内受体。配体配体（ligand）是指能与特异受体识别并结合，经过信号转导机制的作用，转变成细胞内信使，引起细胞内各种生物效应的细胞外信号分子，它们一般不参与细胞内的物质代谢和能量代谢过程。例如:激素、神经递质、化学介质、细胞因子（生长因子、淋巴因子等）、细菌毒素、化学药物、物理因子（如光子）等。膜表面受体胞内受体1膜受体的分子结构单体型受体

:多是跨膜糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白，是一条多肽链一次跨膜或是一条多肽链反复多次跨膜.（多数生长因子受体、细胞因子受体、LDL受体等）活性部位+调节部位复合型受体:由多肽链组成亚单位，再由几个亚单位聚合成多聚体（胰岛素受体、N-乙酰胆碱受体等）调节受体+催化受体或称效应器+转换蛋白（一）膜受体的结构和类型2.膜受体的类型配体闸门通道受体G蛋白偶联受体受体酪氨酸激酶（二）膜受体的特性特异性（specificity）高亲和性（highaffinity）饱和性（saturability）可逆性（reversibility）特定的组织定位二、膜受体与细胞识别（一）细胞识别的现象细胞识别（cellrecognition）：是指细胞对同种和异种细胞、对同源和异源细胞的辨认和鉴别过程。细胞识别还包括细胞的各种生物大分子与各种信号分子之间的相互作用。细胞识别和粘着的普遍性：细胞识别是生物界的一种普遍现象，具有种属特异性和组织特异性。如受精是同种精子和卵子之间互相识别结合的过程；体外心肌细胞相互识别并聚集。肿瘤细胞表面抗原常有变异或受到遮蔽，T细胞表面受体失去对它的鉴别力，发生免疫逃避。（二）识别的分子基础B.Theformsofcellcommunication-----DifferenttypesofchemicalsignalscanbereceivedbycellsGapjunctionEachcellisprogrammedtorespondtospecificcombinationsofexreaceluularsignalmolecules（三）细胞识别所引起的反应类型第七节膜受体与细胞的信号转导教学要求：1.掌握：G蛋白的类型、结构和作用机制2.熟悉：化学信号分子；cAMP、PIP2信号通路。3.了解：cGMP、NO、酪氨酸蛋白激酶等信号通路；一、细胞化学信号分子、受体及G蛋白信号分子根据其溶解性可分为水溶性和脂溶性两类。水溶性信号分子必须通过膜受体的转导机制起作用脂溶性信号分子，如甾体激素（性激素、肾上腺皮质激素、蜕皮激素等）则直接进入细胞核，与相应受体结合为复合体，直接调节基因的转录和表达。（一）化学信号及其受体（二）G蛋白

具有特异的GTP结合位点，其活性受GTP调控，故称之为G蛋白（G-protein，Gp）。G蛋白种类繁多，但它们在结构和功能上有许多共性。式量约100KDa的可溶性膜蛋白，由α、βγ三个亚单位组成异三聚体，位于膜受体和效应器之间细胞膜的胞质面。TheimportanceofG-proteins"fortheirdiscoveryofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells"TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994AlfredG.Gilman

MartinRodbell1、G蛋白家族根据α亚基的结构和活性分为：GsGiGqGTP-bindingregulatoryproteinG蛋白偶联的受体二、CAMP信号通路组成成分：信号受体(Receptor):7次跨膜的膜整合蛋白。激活型受体（Rs）或抑制型受体（Ri）；G-蛋白:

活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；催化成分：即腺苷酸环化酶（C）

（1）信号受体(Receptor)（2）G-蛋白

激活型抑制型受体激活型受体(Rs)抑制型受体(Ri)G-蛋白激活型的G-蛋白（Gs）抑制型G-蛋白(Gi)靶蛋白腺苷酸环化酶（C）腺苷酸环化酶：

跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMPphosphodiesterase,PDE）：降解cAMP生成5’-AMP，起终止信号的作用。DegredationofcAMPcAMP信号途径可表示为：激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白磷酸化→基因转录。

不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为葡糖1-磷酸，而抑制糖原合成。在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE（cAMPresponseelement）是DNA上的调节区域2.DAG-PKC、IP3-Ca2+信号通路概述：甘油二酯、三磷酸肌醇和Ca2+信号通路是非核苷酸类的第二信使通路，三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DG或DAG）为第二信使。当细胞外信号作用于靶细胞的相应受体后，通过G-蛋白的转导作用，首先激活细胞膜胞质面的磷脂酶C（phospholipasePLC），PLC将磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）降解为水溶性的IP3和脂溶性的DAG，IP3和DAG的浓度瞬间升高。IP3和DAG分别激活两条独立而又相互协调的信号传导通路：即IP3-Ca2+和DAG-PKC（蛋白激酶C）信号通路。磷脂肌醇信号途径磷脂酰肌醇信号通路G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2IP3DG受体

组成成分：

◆信号受体：◆G-蛋白◆效应物：磷脂酶C（PLC）磷脂酰肌醇信号通路效应→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应.→DG→激活PKC→蛋白磷酸化.或促Na+/H+交换使胞内pH.内源Ca2+库（内质网中的Ca2+）钙调蛋白（calmodulin，CaM）可结合钙离子将靶蛋白（如：CaM-Kinase）活化。受CaM调节的酶:腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、钙调蛋白激酶、Ca2+-ATP酶……蛋白激酶C位于细胞质，Ca2+浓度升高时，PKC转位到质膜内表面，被DG活化(PIP2水解释放出的DG是水不溶的(非极性的)，一直停留在质膜上)。PKC属蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶，PKC具有广泛的作用底物，参与众多生理过程，既涉及许多细胞“短期生理效应”如细胞分泌、肌肉收缩等，又涉及细胞增殖、分化等“长期生理效应”。它们是两条既独立而又相互协调的信号通路，共同完成细胞内的代谢调节活动。

在细胞增殖和细胞癌变方面：IP3和DAG都有促进细胞增殖的效应。

在免疫反应中：被激活的巨噬细胞形成IP3，使Ca2+浓度升高，触发巨噬细胞的趋化、分泌及吞噬，参与免疫反应。

对神经细胞膜兴奋性的作用：IP3能降低神经细胞膜的兴奋性；DAG-PKC增加神经细胞膜的兴奋性。IP3-Ca2+和DAG-PKC通路的关系IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2、或磷酸化为IP4。Ca2+被质膜上的钙泵和Na+-Ca2+交换器抽出细胞，或被内质网膜上的钙泵抽回内质网。DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG激酶磷酸化成为磷脂酸；二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。五、cGMP信号通路1.cGMP信号通路：环磷酸鸟苷（cGMP）和鸟苷酸环化酶（GC）一起构成与cAMP起拮抗作用的另一重要的环核苷酸类第二信使系统。NO能激活GC，是一种即有第一信使又有第二信使特征的信号分子。2.GC有两种存在形式：二者的结构特性不同。膜受体结合型GC：膜受体结合型GC具有细胞外肽类激素结合区，与细胞外肽类激素结合型使GC活化，GTP→cGMP。胞浆可溶型GC（sGC）：以血红素为辅基，血红素Fe2+与含NO化合物或NO亲和力高，NO与之结合后形成亚硝基-血红素复合物，激活sGC，促进cGMP的合成。

NOsignalingTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1998"fortheirdiscoveriesconcerningnitricoxideasasignallingmoleculeinthecardiovascularsystem"RobertF.Furchgott

LouisJ.Ignarro

FeridMurad

SUNYHealthScienceCenterBrooklyn,NY,USA1916-

UCLASchoolofMedicineLosAngeles,CA,USA1941-

UniversityofTexas,HealthScienceCenterDallas,TX,USA1936-

USAUSAUSA3.细胞中cGMP和cAMP的浓度和作用是拮抗的。cAMP水平升高时：促使糖原分解，促进基因表达合成特异蛋白质，进而促进细胞分化。cGMP水平升高时：则促进糖原的合成，加速DNA的复制，导致细胞分cGM裂。4.cGMP的作用机制：cGMP通过调控离子通道的通透性、通过磷酸二脂酶（PDE）对细胞内cGMP水平的调控、以及通过cGMP依赖性蛋白激酶G（PKG）对靶蛋白的磷酸化的调控，来介导cGMP在细胞中的生物效应。例如，引起视网膜光信号的传导，引起血管、气管、胃肠道等多种平滑肌的舒张，促进横纹肌对糖原的合成等。5.cGMP的作用机制举例：cGMP通过调控光受体特异的Na+-Ca2+通道的通透性介导视网膜光信号的传导。在视网膜视杆细胞未受光刺激时：细胞内cGMP浓度较高，cGMP直