1、第五章第五章 物質的跨膜運輸與信號傳遞物質的跨膜運輸與信號傳遞 物質的跨膜運輸物質的跨膜運輸 細胞通訊與信號傳遞細胞通訊與信號傳遞第五章第五章 物質的跨膜運輸與信號傳遞物質的跨膜運輸與信號傳遞 物質的跨膜運輸物質的跨膜運輸 細胞通訊與信號傳遞細胞通訊與信號傳遞 被動運輸被動運輸（passive transport）主動運輸主動運輸（active transport）胞吞作用（胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（）與胞吐作用（exocytosis）物質的跨膜運輸是細胞維持正常生命活動的基礎之一。 細胞通訊與細胞識別 細胞的信號分子與受體 通過細胞內受體介導的信號傳遞 通過細胞表面受體介

2、導的信號跨膜傳遞 由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞 細胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網絡整合信息被動運輸（被動運輸（passive transport）特點特點：運輸方向、跨膜動力、能量消耗、膜轉運蛋白類型類型：簡單擴散（simple diffusion）、協助擴散（facilitated diffusion）膜轉運蛋白：載體蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性質； 介導被動運輸與主動運輸。 通道蛋白（channel proteins）具有離子選擇性，轉運速率高； 離子通道是門控的；只介導被動運輸 類型： 電壓門通道（voltage-gated channel

3、） 配體門通道（ligand-gated channel） 壓力激活通道（stress-activated channel） 特點特點：運輸方向、能量消耗、膜轉運蛋白 被動與主動運輸的比較 類型類型：三種基本類型 由由ATP直接提供能量的主動運輸直接提供能量的主動運輸 鈉鉀泵鈉鉀泵 （結構與機制） 鈣泵（鈣泵（Ca2+-ATP酶） 質子泵質子泵：P-型質子泵、V-型質子泵、H+-ATP酶 協同運輸協同運輸（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋白協同作用， 靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式 物質的跨膜轉運與物質的跨膜轉運與膜電位膜電位 胞吞作用（胞吞作用（endo

4、cytosis）與胞吐作用（與胞吐作用（exocytosis）作用作用：完成大分子與顆粒性物質的跨膜運輸，又稱膜泡運輸或批量運輸（bulk transport）。屬于主動運輸。 胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用胞吞作用胞吞作用 胞飲作用（pinocytosis）與吞噬作用（phagocytosis）。胞飲作用與吞噬作用主要有三點區別特 征內吞泡的大小轉運方式內吞泡形成機制胞飲作用吞噬作用小于150nm大于250nm。連續發生的過程需受體介導的信號觸發過程需要籠形蛋白形成包被 及接合素蛋白連接需要微絲及其結合蛋白的參與受體介導的內吞作用及包被的組裝 胞內體（endosome）及其分選作用 胞吐

5、作用胞吐作用 組成型的外排途徑（constitutive exocytosis pathway） 所有真核細胞 連續分泌過程 用于質膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質組分、營養或信號分子） default pathway：除某些有特殊標志的駐留蛋白和調節型分泌泡外，其余蛋白的轉運途徑：粗面內質網高爾基體分泌泡細胞表面 調節型外排途徑（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌細胞 儲存刺激釋放 產生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機制， 分選信號存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白 來決定 膜流膜流：動態過程對質膜更新和維持細胞的生存與生

6、長是必要的 囊泡與靶膜的囊泡與靶膜的識別與融合識別與融合 細胞通訊細胞通訊（cell communication）細胞識別細胞識別（cell recognition）細胞通訊細胞通訊（cell communication）一個細胞發出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。細胞間的通訊對于多細胞生物體的發生和組織的構建，協調細胞的功能，控制細胞的生長、分裂、分化和凋亡是必須的。細胞通訊方式： 分泌化學信號進行通訊 內分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化學突觸（chemical synapse） 接觸性依賴的通訊 細胞間直接接觸，信號分

7、子與受體都是細胞的跨膜蛋白 間隙連接實現代謝偶聯或電偶聯細胞識別細胞識別（cell recognition） 概念： 細胞通過其表面的受體與胞外信號物質分子（配體）選擇性地相互作用，進而導致胞內一系列生理生化變化，最終表現為細胞整體的生物學效應的過程。 信號通路（signaling pathway） 細胞識別是通過各種不同的信號通路實現的。 細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節特定基因的表達，引起細胞的應答反應，這種反應系列稱之為細胞信號通路。 信號分子信號分子（signal molecule） 親脂性信號分子 親水性信號分子 氣體性信號分子(NO) 受體

8、受體（receptor）多為糖蛋白 第二信使第二信使（second messenger） 分子開關分子開關（molecular switches）細胞內受體: 為胞外親脂性信號分子所激活 激素激活的基因調控蛋白（胞內受體超家族）細胞表面受體: 為胞外親水性信號分子所激活 細胞表面受體分屬三大家族： 離子通道偶聯的受體（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶聯的受體（G-protein-linked receptor）酶偶連的受體（enzyme-linked receptor）受體的功能： 介導物質跨膜運輸(受體介導的內吞作用) 信號轉導：受體的激活（activati

9、on） （級聯反應）； 受體失敏（desensitization） 關閉反應、 減量調節（down-regulation） 降低反應。通過細胞內受體介導的信號傳遞通過細胞內受體介導的信號傳遞 甾類激素介導的甾類激素介導的信號通路信號通路 兩步反應兩步反應階段階段： 初級反應階段：直接活化少數特殊基因轉錄的，發生迅速；次級反應：初級反應產物再活化其它基因產生延遲的放大作用。一氧化氮介導的一氧化氮介導的信號通路信號通路通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞 離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 G-蛋白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞蛋

10、白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 細胞表面其它與酶偶聯的受體細胞表面其它與酶偶聯的受體信號途徑信號途徑特點：特點：受體/離子通道復合體，四次/六次跨膜蛋白跨膜信號轉導無需中間步驟主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞有選擇性：配體的特異性選擇和運輸離子的選擇性 cAMP信號通路信號通路 磷脂酰肌醇信號通路磷脂酰肌醇信號通路 受體酪氨酸激酶及受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路蛋白信號通路 細胞表面其它與酶偶聯的受體細胞表面其它與酶偶聯的受體受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體酪氨酸磷酸酯酶 受體鳥苷酸環化酶（ANPs-signals）酪氨酸蛋白激酶聯系的受體 兩大家族：一是與Src蛋白家

11、族相聯系的受體；二是與Janus激酶家族聯系的受體。 信號轉導子和轉錄激活子（signal transducer and signal transducer and actvator of transcriptionactvator of transcription，STATSTAT）與JAK-STAT途徑。 反應鏈：激素G-蛋白偶聯受體G-蛋白腺苷酸環化酶cAMP cAMP依賴的蛋白激酶A基因調控蛋白基因轉錄 組分及其分析 G-蛋白偶聯受體 G-蛋白活化與調節 效應酶腺苷酸環化酶 GPLR的失敏（desensitization）與減量調節細菌毒素對G蛋白的修飾作用GPLR的失敏的失敏：例：腎

12、上腺素受體被激活后，10-15秒cAMP驟增，然后在不到1min內反應速降，以至消失。受體活性快速喪失（速發相）-失敏（desensitization）； 機制：受體磷酸化 受體與Gs解偶聯，cAMP反應停止并被PDE降解。 兩種Ser/Thr磷酸化激酶： PKA 和腎上腺素受體激酶（ ARK）， 負責受體磷酸化； 胞內協作因子撲獲蛋白（ arrestin）-結合磷酸化的受體，抑制其功能活性（ arrestin 已克隆、定位11q13）。 反應減弱（遲發相）-減量調節（down-regulation） 機制：受體-配體復合物內吞，導致表面受體數量減少，發現 arrestin可直接與Clathr

13、in結合，在內吞中起adeptors作用； 受體減量調節與內吞后受體的分選有關。 “雙信使系統”反應鏈：胞外信號分子G-蛋白偶聯受體G-蛋白 IP3胞內Ca2+濃度升高Ca2+結合蛋白(CaM)細胞反應 磷脂酶C(PLC) DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH 受體酪氨酸激酶及受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路蛋白信號通路 受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 包括6個亞族 信號轉導信號轉導：配體受體受體二聚化受體的自磷酸化 激活RTK胞內信號蛋白啟動信號傳導 RTK- Ras信號通路信號通路： 配體RTK adaptor G

14、RFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進入細胞核其它激酶或基因調控蛋白（轉錄因子）的磷酸化修鈽。G蛋白偶聯受體介導的蛋白偶聯受體介導的MAPK的激活的激活 RTKs的的失敏失敏（desensitization）G蛋白偶聯受體介導的蛋白偶聯受體介導的MAPK的激活的激活MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又稱ERK（extracelular signal-regulated kinase）-真核細胞廣泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。 MAPK的底物：膜蛋白（受體、酶）、胞漿蛋白、核骨架蛋白、及多種核內或胞漿內的轉錄調控因子-在細胞增殖和分化中具

15、有重要調控作用。 PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的亞基依賴于Ras激活MAPK，具體機制還有待深入研究； PKC、PLC與G蛋白偶聯受體介導的MAPK激活 PKC和PLC 參與G蛋白偶聯受體激活MAPK ： G蛋白偶聯受體激活G蛋白； G蛋白亞基或 亞基激活PLC，促進膜磷脂代謝； 磷脂代謝產物（ DAG + IP3 ）激活PKC； PKC 通過Ras 或 Raf 激活MAPK ； 由于PKC對鈣的依賴性不同，所以G蛋白偶聯受體 MAPK途徑對鈣要 求不同； PKA對G蛋白偶聯受體 MAPK途徑的負調控 迄今未發現和制備出MAPK組成型突變（dominant negative mutant）

16、，提示細胞難于忍受MAPK的持續激活（MAPK的去活是細胞維持正常生長代謝所必須）。主要機制：特異性的Tyr/Thr磷脂酶可選擇性地使MAPK去磷酸化，關閉MAPK信號。 cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活cAMP依賴的PKA；PKA可能通過RTK或通過抑制Raf-Ras相互作用起負調控作用。RTKs的失敏的失敏： 催化性受體的效應器位于受體本身，因此失敏即酶活性速發抑制。機制：受體的磷酸化修飾。EGF受體Thr654的磷酸化導致RTK活性的 抑制，如果該位點產生Ala突變，則阻止活性抑制，后又發現C 端的Ser1046/7也是磷酸化位點。磷酸化位點所在的C端恰好是 SH2蛋白的結合部

17、位。引起受體磷酸化的激酶： PKC-作用于Thr654； CaMK2（Ca2+和CaM依賴的激酶2）-作用于Ser1046/7還發現：EGF受體是CDK的靶蛋白，提示和周期調控有關。 RTK晶體結構研究表明， RTK激活后形成穩定的非抑制性構象；磷酸化修飾后，形成抑制性構象，引起失敏。 RTK失敏對細胞正常功能所必須， RTK 的持續激活將導致細胞生長失控。 由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞整合蛋白與粘著斑導致粘著斑裝配的信號通路有兩條 粘著斑的功能： 一是機械結構功能； 二是信號傳遞功能 通過粘著斑由整合蛋白介導的信號傳遞通路：由細胞表面到細胞核的信號通路由細

18、胞表面到細胞質核糖體的信號通路細胞信號傳遞的基本特征細胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網絡整合信息與蛋白激酶的網絡整合信息細胞信號傳遞的基本特征細胞信號傳遞的基本特征：具有收斂（convergence）或發散（divergence）的特點細胞的信號傳導既具有專一性又有作用機制的相似性信號的放大作用和信號所啟動的作用的終止并存細胞以不同的方式產生對信號的適應(失敏與減量調節) 蛋白激酶的蛋白激酶的網絡整合信息網絡整合信息與與信號網絡系統信號網絡系統中的中的cross talk 簡單擴散與協助擴散的比較在動物、植物細胞由載體蛋白介導的協同運輸異同點的比較GPLR：種類繁多，真核細胞普遍表達（7次跨膜）信號分子包括：感覺信號（光、嗅、聲等；激素、神經遞質等）GPLR的效應器：AC、PLC、PLA2、GRK（ GPLR 激酶）、PDE、PI3K、離子通道等（A）細胞內受體蛋白作用模型;（B）幾種胞內受體蛋白超家族成員 乙酰膽堿N受體（260KD）外周型：5個亞基組成（2）調節主要為亞基變化通道開啟：Na+ 內流，K+外流，膜去極化。GPLR的C端富含Ser 和Thr磷酸化位點-受體磷酸化失敏機制亞基-被異戊酰化（isoprenyl