分子细胞生物学-赵艳第五章物质的跨膜运输与信号传递ZY课件

第五章

物质的跨膜运输与信号传递第一节物质的跨膜运输第二节细胞通讯与信号传递在活细胞中质膜对物质的

通透有高度的选择性第一节物质的跨膜运输物质通过质膜的三种主要途径被动运输主动运输内吞作用与外排作用包括：简单扩散（自由扩散）:

不耗能，不需要膜蛋白。

协助扩散（促进扩散）:

不耗能，需要膜蛋白。（一）、简单扩散BACKabcd人工脂分子的透性疏水分子：O2、N2、苯小的不带电荷的极性分子：水、脲、甘油大的不带电的极性分子：葡萄糖、蔗糖等离子：Na+、H+、K+、HCO3－、Ca＋、Cl－分子通过人工的无蛋白的脂双分子层时，按浓度梯度进行扩散，其扩散速率基本上决定于分子的大小、及在油中的相对溶解度（二）、协助扩散在特异的膜蛋白“协助”物质转运1、载体蛋白载体具有高度的特异性；可逆的结合和分离；特定的载体只运输一个类型的化合物，或一种分子、离子。载体蛋白1）通道蛋白：

一般认为它是横跨质膜形成的水的通道，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通过。亲水部分疏水部分2、通道蛋白A:配体门通道对细胞外的特定物质（配体）与其表面受体结合时发生反应，引起门通道蛋白的一种成分发生构象变化，门打开。B:电位门通道细胞内外特异离子浓度发生变化时或其它刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。二、主动运输

载体蛋白介导，物质逆浓度梯度或者电化学梯度由低向高浓度运输，此过程需要供应能量。

ATP直接功能；按所需能量来源分类：ATP间接功能；光能驱动

主动运输1、钠钾泵示意图工作过程：膜内侧Na+、Mg2+与酶结合，激活了ATP活性，使ATP分解成ADP和Pi，高能磷酸根与酶结合，引起酶构象变化，这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因此，在膜的外侧释放Na+，而与K+结合；K+与酶结合后，促使酶去磷酸化，酶的构象又恢复原状，于是与K+的结合部位转向膜内侧，去磷酸化酶的构象与Na+的亲和力高，与K+的亲和力低，使K+在膜的内侧被释放。2、钠泵和载体协同运输系统ATPADP+Pi3Na+对向运输共运输2K+三、胞吞作用和胞吐作用1.胞饮与吞噬2.受体介导的胞吞作用3.胞吐作用

胞饮与吞噬液体固体胞饮吞噬胞吐作用第二节细胞通讯与信号传递细胞通讯细胞识别通过细胞内受体介导的信号传递通过细胞表面受体介导的信号传递整联蛋白介导的信号传递细胞信号传递的基本特征细胞通讯的几种类型BACK2、细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯的过程：化学信号分子的合成信号细胞释放化学信号分子信号分子转运至靶细胞识别信号分子（通常是通过特异性受体识别）信号的跨膜传递生物学效应（二）、细胞识别与信号通路

细胞识别：细胞通过其表面受体同胞外配体相互作用，引起一系列生理生化变化，并最终表现为整体生物学效应的过程。

信号通路：细胞接受外界信号，经过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，并启动特定基因的表达,引起细胞应答反应。

（三）细胞的信号分子和受体1）信号分子：传递信号的分子，是与细胞受体结合，改变受体的性质,引起一系列反应。

分为：亲脂性信号分子：(小分子)甾类激素，甲状腺素亲水性信号分子:(大分子)神经递质、生长因子、肾上腺素等2）受体：选择性结合某种特定配体的大分子。

胞内受体表面受体

具有两个功能区域与配基结合的区域（结合特异性）产生效应的区域（效应特异性）同一种化学信号分子对不同的靶细胞可产生不同的效应。如：肾上腺素的受体、受体

受体可分为A、离子通道耦联的受体

如：突触后膜神经递质受体。神经递质通过与受体的结合开闭离子通道，改变离子的通透性。B、与G蛋白耦联的受体受体通过与GTP结合的调节蛋白（G蛋白）的耦联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内。如：cAMP途径C、具有催化功能的受体受体是跨膜蛋白，其胞质区域具有酪氨酸激酶的活性。如：具有酪氨酸激酶活性的受体（生长因子受体）受体3）第二信使和分子开关第二信使：位于细胞内继续传递第一信使信号的分子。如：cAMP、肌醇磷脂等。分子开关：在细胞的信号通路中起正负反馈调节的蛋白。开关蛋白（如：蛋白激酶）GTP结合蛋白二、通过细胞内受体介导的信号传递

C端：激素结合位点；中部：锌指结构的DNA结合位点或者抑制性蛋白Hsp90结合位点；N端：转录激活结构域。

有三个结构域：(P129)1、胞内受体：是激素激活的基因调控蛋白。2、传递过程：该通路的细胞外界信号分子为亲脂性的小分子，分子量在300Da左右，如：甾类激素，可通简单扩散跨越质膜进入细胞内，在膜上没有特异的受体；激素与胞质受体结合形成复合体，能穿过核孔膜；激素－受体复合体进入细胞核，与核内受体结合，形成激素－胞质受体－核质受体复合物，核内受体是一种依赖于激素的转录增强子，进而启动DNA的转录；甾类激素可以诱导原初反应和次级反应；即：A：直接诱导少数特殊基因转录的原初反应阶段；B：基因产物再活化其他基因，产生一种延迟的次级反应。这种反应对激素原初作用起放大效应。mRNA蛋白质原初反应蛋白质mRNA次级反应三、通过细胞表面受体介导的信号传递离子通道耦联的受体

G蛋白耦联的受体与酶连接的受体

通过细胞表面受体介导的信号传递1、CAMP信号通路激素G蛋白偶联的受体G蛋白C-cyclasec-AMPc-AMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白GenetranscriptioncAMP信号通路：细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内的第二信使cAMP的水平变化，引起细胞反应的信号通路。cAMP可被磷酸脂酶限制性地降解清除通路。质膜上的五种成分刺激型激素受体（Rs）抑制型激素受体(Ri)与GTP结合的刺激型调节蛋白(Gs)与GTP结合的抑制型调节蛋白(Gi)催化成分（C）：腺苷酸环化酶CR受体Rs、Ri位于质膜的外表面，有两个结合位点；一个与细胞外信号分子结合，另一个与G蛋白结合。调节蛋白（信号转化蛋白）G蛋白有三个亚基：、、;Gi、Gs的、亚基

基本相同；亚基有两个结合位点，一个是与GTP结合位点，具有GTP酶活性，能水解GTP；另一个是修饰位点，能被细胞毒素ADP核糖基化修饰。Gs（s）:被霍乱毒素ADP核糖基化，Gi（i）:被百日咳毒素ADP核糖基化；1、激素不和受体结合时，Gs蛋白的、、三亚基呈结合状态，亚基与GDP结合，腺苷酸环化酶没有活性，（此时R、G、C三者分开）；2、激素与受体结合，导致受体构象改变，并与G蛋白结合；3、GTP取代与G结合的GDP，导致G蛋白亚基、解离，亚基与腺苷酸环化酶结合，使ATP转化成cAMP；Gs的调节过程：4、

－GTP具有GTP酶活性，将GTP水解为GDT，使与C分离，腺苷酸环化酶C失去活性，、、重新结合，受体恢复到为活化状态。腺苷酸环化酶CATPcAMP蛋白激酶A（无活性）蛋白激酶A（有活性）蛋白酶（无活性）蛋白酶（有活性）总结RsRiGsGiC-+ATPcAMPAMP磷酸二酯酶蛋白质蛋白质－P霍乱：霍乱的症状：流经小肠上皮血管中的水分大量进入肠腔，患者由于严重脱水、腹泻而死亡。机理：霍乱毒素可以穿越细胞表面进入细胞溶质，催化细胞内的NAD＋的ADP核糖基共价添加到Gs的亚基修饰位点上，而且是不可逆修饰；使亚基与GTP结合，但是丧失了GTP酶的活性，使GTPGDP,GTP永久结合在亚基上，使亚基处于持续的活化状态；腺苷酸环化酶不可逆的永久活化，使细胞溶质中的cAMP增加100倍以上，cAMP的增加导致膜蛋白让量的水分通透进入肠腔。2、磷脂酰肌醇信号通路PLCIP3DGCaPKCGeneexpression2+肌醇磷脂：主要分布在质膜内侧，其总量约占膜磷脂总量的10％主要有三种：磷脂酰肌醇（PI）磷脂酰肌醇－4－磷酸（PIP）磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸（PIP2）信号通路（双信使系统IP3/Ca2+、DG/PKC）外界信号分子质膜上受体肌醇酯（磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸PIP2）磷脂酶水解1、4、5三磷酸肌醇IP3二酰基甘油DG动员细胞内源钙到细胞质中钙离子作用钙调素形成钙调素－酶复合物蛋白激酶C蛋白质磷酸化细胞反应信号分子的灭活：

通过细胞内生化代谢完成。

IP3：通过肌醇磷酸脂循环途径；

DG：通过两种途径终止其信使作用；被二酰基甘油激酶磷酸化为磷脂酸，进入肌醇磷脂循环，被二酰基甘油脂酶水解成单脂酰甘油。（见P141）四、与酶连接的受体受体酪氨酸激酶及RTK-RAS途径受体丝氨酸/苏氨酸激酶受体酪氨酸/磷酸酯酶受体鸟苷酸环化酶酪氨酸蛋白激酶联系的受体及JAK-STAT途径经典的细胞信号转导途径：

受体接受刺激跨膜机制产生第二信使蛋白质可逆磷酸化模式传递信息，调节细胞反应。非经典跨质膜与胞内信号途径：受体可以单独完成跨膜信号传递；胞内信号传递不产生经典意义上的第二信使；受体胞内域具有磷酸化等酶活性或募集胞质酶蛋白能力；以级联磷酸化反应为主的跨胞质信号转导；最终调节基因表达和细胞反应。RTK-Ras途径ReceptorRTKRafMAPK级联反应Gene调控蛋白RTK为细胞表面一大类重要受体家族。受体的二聚化是一次跨膜受体被激活的普遍机制。Ras是Ras基因表达的产物。1、具有受体功能的酪氨酸蛋白激酶（receptortyrosineproteinkinase,RTKs）目前对该受体的结构域功能了解最为清楚；RTKs已有50多种，包括：生长因子受体、胰岛素受体等；胞内结构域具有酪氨酸激酶（TPK）催化结构；1）RTKs家族的基本结构：RTKs类除胰岛素受体外，其余受体都由一条单跨膜肽链组成。可分为三个结构区：细胞外的配体结合区细胞内部具有酪氨酸激酶活性区连接这两个区的跨膜结构NCATP底物结合区2）以表皮生长因子受体

（EGF-R为例）EGF受体在膜上以无活性的单体形式存在；与配体EGF结合后，