第六章细胞膜与细胞信号转导

第一节

细胞膜受体膜受体的结构和分类膜受体的特性膜受体的数量与分布当前第1页\共有50页\编于星期三\10点受体（receptor）作为一种具有特定功能的蛋白质，存在于胞膜上或胞质和胞核内，能接受外界信号并将其转化为胞内一系列生物化学反应，从而对细胞的结构或功能产生影响。概述当前第2页\共有50页\编于星期三\10点受体所接受的外界信号（配体）包括神经递质、激素、生长因子、光子、某些化学物质（如可诱导嗅觉和味觉的化学物质）等。不同配体与不同受体结合产生不同的生物学效应。不同组织部位，同一类型受体与配体结合能力也不完全相同。总体而言，受体也有一定的结构和功能规律。当前第3页\共有50页\编于星期三\10点根据分布，受体可分为膜受体（membranereceptor）和胞内受体（intracellularreceptor）。胞内受体的配体多为，脂溶性小分子甾体类激素，如类固醇激素；此外，甲状腺素类激素、维生素D等。当前第4页\共有50页\编于星期三\10点多为跨膜糖蛋白，其肽链可一次或多次穿膜。完整膜受体包括三个部分：识别部（discriminator):胞外域（配体结合区）转换部(transducer):跨膜域（受体与效应部偶联区）效应部(effector):胞内域（产生效应区）膜受体的化学成分和结构当前第5页\共有50页\编于星期三\10点根据细胞信号转导机制，膜受体可分为：（一）生长因子类受体,其本身亦是酪氨酸蛋白激酶，亦称酶偶联受体；（二）某些神经递质的受体，一种或几种离子的离子通道，亦称离子通道偶联受体；（三）G蛋白偶联受体，是神经递质，激素等的受体。膜受体的结构和分类当前第6页\共有50页\编于星期三\10点酪氨酸激酶（tyrosinekinase，trk）：分布：位于胞膜上起受体作用，同时有酪氨酸激酶的作用，也称受体酪氨酸激酶（receptortrk）；位于胞质中，激活后使底物蛋白酪氨酸残基磷酸化。配体：胰岛素、类胰岛素生长因子、血小板生长因子、集落刺激因子和表皮生长因子等。（一）酶偶联受体当前第7页\共有50页\编于星期三\10点酶偶联受体当前第8页\共有50页\编于星期三\10点结构：胞外区为配体结合区，起受体作用。胞质区为激酶活性区，具有酪氨酸激酶活性。配体与配体结合区结合，受体构象变化，胞质区的激酶活性区激活，促使底物磷酸化，从而将胞外信号转导到细胞内。当前第9页\共有50页\编于星期三\10点（二）离子通道偶联受体自身为离子通道的受体，存在于神经、肌肉等可兴奋细胞。配体：神经递质结构特点：常由几个亚单位组成，每个亚单位又有4个疏水跨膜区,羧基和氨基末端均朝向胞外。最早被确认的该型受体是N-乙酰胆碱受体。当前第10页\共有50页\编于星期三\10点乙酰胆碱受体当前第11页\共有50页\编于星期三\10点分布广泛，类型多样，包括多种激素受体、神经递质受体、眼的光激活受体、与嗅觉有关的受体等。配体：神经递质、激素、外源性刺激、化合物。功能：激活G蛋白（三）G蛋白偶联受体当前第12页\共有50页\编于星期三\10点（三）G蛋白偶联受体结构特点：①一条７次跨膜多肽链；

②氨基末端朝向膜外，羧基末端朝向胞内；③氨基末端有糖基化位点，胞内第３个襻和羧基末端各有发生磷酸化的位点，它们与受体活性调控有关。当前第13页\共有50页\编于星期三\10点G-蛋白偶联受体当前第14页\共有50页\编于星期三\10点①特异性与配体通过立体构象互补形成类似锁-钥关系。同一化学信号与不同受体结合，引起的生物学效应不同。如肾上腺素与平滑肌细胞膜上α受体结合，引起平滑肌收缩，与β受体结合，引起平滑肌松弛。②饱和性指受体有限的结合能力。即一个细胞或一定组织内受体数目有限。

膜受体的特性当前第15页\共有50页\编于星期三\10点③高亲和力即与配体的亲和力，强大、迅速而且敏感。④可逆性非共价键结合。配体与受体结合引发生物效应后，二者解离，受体恢复原来的状态，再与配体结合。⑤特定的组织定位受体在体内的分布，从数量到种类均有组织特异性。如促肾上腺皮质激素随血液流经全身，但只作用于肾上腺皮质细胞，原因是其他细胞膜上无相应受体。

膜受体的特性当前第16页\共有50页\编于星期三\10点一种细胞膜上可能存在几种不同受体。如脂肪细胞，胞膜上有肾上腺素，胰高血糖素，胰岛素等几种受体，且数目各不相同。同一受体在不同胞膜上数目可能不同。随细胞生理状态不同（如生长速度，分化速度等）和外界环境变化，数目发生改变。

膜受体的数量与分布当前第17页\共有50页\编于星期三\10点配体浓度对自身受体数量的调节。如胰岛素受体。血胰岛素浓度降低，靶细胞胰岛素受体数目上升，血胰岛素浓度越高，胰岛素受体数目减少。受体在细胞膜上分布不均匀，呈散在分布或局部“成簇”分布。

膜受体的数量与分布当前第18页\共有50页\编于星期三\10点第二节膜受体与信号转导化学信号分子与G蛋白细胞内主要信号通路当前第19页\共有50页\编于星期三\10点化学信号分子根据溶解度，信号分子分为：①亲水性信号分子：

包括神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数肽类激素等，需与胞膜上相应受体结合。②亲脂性信号分子：

如类固醇激素和甲状腺素等，易穿过靶细胞膜与胞质或胞核与相应受体结合。当前第20页\共有50页\编于星期三\10点

G蛋白也称鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotide-bindingprotein）结构特点：①α，β，γ三个不同亚单位组成的异聚体。②具有GTP酶活性，能结合GTP，并分解GTP形成GDP。③本身构象改变可激活效应蛋白，实现胞外信号向胞内传递过程。当前第21页\共有50页\编于星期三\10点

G蛋白作用机制α亚单位+GDP，静息状态，G蛋白以3聚体形式存在；配体与受体结合，α亚单位+GTP，功能状态，α与βγ亚单位分离并活化。β亚单位浓度调节G蛋白作用强度。当前第22页\共有50页\编于星期三\10点细胞内主要的信号通路（一）cAMP信号通路（二）磷酯酰肌醇信号通路（三）具有酪氨酸激酶活性的受体信号通路（四）鸟苷酸环化酶与cGMP（五）一氧化氮信号当前第23页\共有50页\编于星期三\10点（一）cAMP信号通路主要组分：①激活型受体（Rs）或抑制型受体（Ri）；②活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；③腺苷酸环化酶（adenylatecyclase，AC）位于细胞膜上的G蛋白效应蛋白之一，是cAMP信号通路的关键酶，催化ATP生成cAMP。当前第24页\共有50页\编于星期三\10点抑制腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶当前第25页\共有50页\编于星期三\10点Gs偶联受体激活AC模型当前第26页\共有50页\编于星期三\10点（一）cAMP信号通路④环腺苷酸（cAMP），最早阐明的第二信使分子。主要效应：激活靶酶，cAMP依赖的蛋白激酶A（cAMP-dependentproteinkinase,PKA）,来调节细胞的新陈代谢，是细胞快速应答胞外信号的过程。调节基因表达，是细胞缓慢应答胞外信号的过程。当前第27页\共有50页\编于星期三\10点cAMP激活PKAPKA包含2个催化亚基，2个调节亚基，无cAMP时，以钝化复合体存在，cAMP+调节亚基，其构象改变，催化亚基与之分离，催化靶蛋白，调节细胞代谢。当前第28页\共有50页\编于星期三\10点cAMP信号通路对基因转录的激活信号分子G蛋白ACcAMPPKACREB基因表达CREB（cAMPresponsive-elementbindingprotein），基因表达调节因子，激活后可启动基因表达。当前第29页\共有50页\编于星期三\10点cAMP的合成与分解PPiATPACMg2+cAMP5´-AMP

磷酸二酯酶H2OMg2+当前第30页\共有50页\编于星期三\10点（二）磷脂酰肌醇信号通路主要组分：胞外信息分子：乙酰胆碱、血管紧张素等；G蛋白，磷脂酶C(phospholipaseC,PLC)：催化二磷酸磷脂酰肌醇PIP2，形成1,4,5三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）；蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)当前第31页\共有50页\编于星期三\10点磷脂酰肌醇信号通路PLC催化PIP2生成IP3和DAG，IP3结合并打开内质网膜Ca2+通道，Ca2+释放入胞质，通过钙调蛋白引起细胞反应，DAG和Ca2+一起激活PKC。当前第32页\共有50页\编于星期三\10点IP3与Ca2+释放当前第33页\共有50页\编于星期三\10点钙调蛋白(calmodulin,CaM)钙受体蛋白，了解最多钙结合蛋白。广泛分布于真核细胞，由一条多肽链组成，有四个Ca2+结合位点。CaM本身无活性，与Ca2+结合，其构象改变，形成4Ca2+·CaM的活性形式，进而磷酸化多种蛋白质，调节胞内代谢。当前第34页\共有50页\编于星期三\10点②活化的PKC可以引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基磷酸化；还可以调节基因表达。

PKC（proteinkinaseC）①非活性状态时存在于细胞质，细胞受到刺激时则紧密结合于细胞膜内面，受DAG作用而活化。当前第35页\共有50页\编于星期三\10点PKC对基因的早期活化和晚期活化当前第36页\共有50页\编于星期三\10点（三）具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体信号通路酪氨酸蛋白激酶,(tyrosine–proteinkinase,TPK)分类:受体型TPK（胞膜上）如胰岛素受体、生长因子受体等，非受体型TPK（胞浆）。当前第37页\共有50页\编于星期三\10点信号分子结合RTK，RTK二聚化和自磷酸化，形成一个或数个SH2(Src（原癌基因）homology)结合位点,与胞内具有SH2结构域的蛋白质结合并将其激活。当前第38页\共有50页\编于星期三\10点

活化的RTK激活Ras蛋白（原癌基因产物，类似G蛋白的G亚单位）当前第39页\共有50页\编于星期三\10点活化的PKC和Ras蛋白激活的激酶磷酸化级联反应当前第40页\共有50页\编于星期三\10点（四）鸟苷酸环化酶与cGMP组成：鸟苷酸环化酶(guanylatecyclase,GC)胞膜结合性GC存在于胞膜，单次跨膜蛋白，胞外结构域与信号分子结合，胞质侧分解GTP为cGMP。可溶性GC存在于胞质，需要一氧化氮（NO）的激活。cGMP不同细胞，作用底物不同。视网膜光感受器上，作用于离子通道；别的细胞激活PKG（cGMP-dependentproteinkinase)PKG使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化当前第41页\共有50页\编于星期三\10点膜结合性GC当前第42页\共有50页\编于星期三\10点NOGCPKG蛋白质磷酸化GCG蛋白GTPcGMP激素R胞膜当前第43页\共有50页\编于星期三\10点（五）一氧化氮信号NO在血管内皮细胞和神经细胞中生成。在一氧化氮合酶（NOS）催化下，L精氨酸生成NO和L瓜氨酸。NOS钙离子/钙调素敏感性酶。当前第44页\共有50页\编于星期三\10点NO和cGMP动脉平滑肌收缩性的调节NO的作用机理：乙酰胆碱→血管内皮细胞→Ca2+浓度→NOS激活→NO→血管平滑肌细胞→可溶性GC→cGMP→平滑肌细胞的Ca2+→平滑肌舒张→血管扩张。NONO当前第45页\共有50页\编于星期三\10点（一）受体异常是许多疾病的致病因素受体异常包括受体的数量、结构或调节功能异常，不能正确介导信号传递的病理过程。第三节细胞膜与医药学当前第46页\共有50页\编于星期三\10点1.家族性高胆固醇血症基因突变引起的LDL受体异常症。(1)受体合成障碍最常见，约占50%(2)受体转运障碍在内质网合成的受体前体不能正常转运至高尔基体(3)受体与配体结合障碍受体的配体结合区缺乏或变异(4)受体内吞障碍与LDL结合后不能内吞入细胞当前第47页\共有50页\编于星期三\10点2.重症肌无力（myadstheniagravis）是一种神经肌肉疾病，患者的体内产生了抗乙酰胆碱受体的抗体，抗体与乙酰胆碱受体结合，封闭了乙酰胆碱的作用，并促进乙酰胆碱受体的分解，使患者体内受体的数目明显减少，导致通过乙酰胆碱受体进行的信号传导过