第二十六章 信号传导

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1、第二十六章信号传导质膜使细胞与其外环境隔离开来，仅允许脂溶性小分子通过，比如内固醇类激(Steroidhormone)素能通过质膜进入细胞质内。但不允许水溶性的物质，如离子、小的无机分子、多肽或蛋白质自由通过质膜。亲水性物质跨膜依赖于细胞外侧与质膜蛋白质成分之间的反应，这谢胞外分子通常称为配体(Ligand)，而与其结合的质膜蛋白质称为受体(Receptor)。细胞对外部刺激分子的应答可分为两个基本类型，如图26.1所示：·物质-分子或大分子——实际上由脂质双分子层从胞外转移到胞内。·外界信号的传导是通过改变质膜蛋白质的性质激活其胞质结构域(Cytosoli

2、cdomain)。物理性转移的物质从离子到小分子，如糖类，一直到大分子如蛋白质。主要有三条由质膜蛋白质控制的运输路线，如图26.2所示。图26.1纵览：外界信息或通过配体的移动传到图26.2不同大小的信号递质进入细胞的途径有胞内，或通过信号传达到胞内。三种：离子通道；受体介导的配体转运；受体本身进入细胞。·通道(Channel)控制离子的运输：细胞中存在钾、钠、钙离子等不同离子通道。通过应答适当信号关闭和启开通道，从而决定细胞内的离子水平(这是神经系统细胞的一个非常重要的特点)。·另一种转运小分子的方式是通过受体本身将分子从膜的一侧运输到另一侧。运输体(Tr

3、ansportor)对糖类等重要小分子进行运输。目标分子在质膜外侧与受体结合，然后在内质膜侧释放出来。·配体结合可能激活内吞(Endocytosis)过程，在此过程中，配体-受体复合体一起通过内吞进细胞内。最后，配体和受体分开，受体回到细胞外表面准备下一循环或会被分解掉。如同二十五章描述的那样，内吞作用是通过外被膜泡从膜的一侧运输至另一侧实现的。1PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversionhttp://www.fineprint.com信号传导涉及到细胞外配体与跨膜蛋白质之间的相互作用。跨膜蛋白质在膜内和

4、膜外都有结构域。配体结合使受体从非活性状态变成活性状态。这种相互作用的基本原理是受体在胞外结构域与配体的结合改变了胞质结构域的活性。通过此过程将信号有效地传导过膜，这个过程称为信号传导(Signaltransduction)。信号传导提供了一种放大(Amplification)原始信号的有效方法。信号传导的基本原理在于受体的活性形式能够激发细胞内酶的活性。这种内移胞质信号比胞外的原始信号(如配体)要强很多，能直接活化一系列蛋白质或者伴随着细胞内小分子数量的增加。对胞外信号的传导应答而产生的分子称为第二信使(Secondmessenger)。与之相对的是第一信

5、使(Firstmessenger)，即细胞外的配体。两种主要的信号传导方式如图26.3所示。·受体胞内结构域具有蛋白质激酶(Proteinkinase)活性。当配体结合到受体胞外结构域上时，激酶活性就被激活，磷酸化自己的胞质结构域。这种自动磷酸化(Autophosphorylation)使受体能够结合并活化靶蛋白质。活化的靶蛋白质又与细胞内其它底物发生反应。最普遍的激酶受体是酪氨酸激酶(Tyrosinekinase)，但是也有一些丝氨酸/色氨酸激酶受体。·受体能与内膜表面相连的G蛋白相互作用。G蛋白的名字是由于它们能与鸟苷酸结合而来。G蛋白的非活性形式是与G

6、DP结合的三亚基复合物。由于配体的结合，作用于G蛋白的受体会使GDP被GTP代替，并且使G蛋白9解聚成带有GTP的一个单独亚基和其余两个亚基组成的复合物。或是单个亚基或是两个亚基的复合物都能与膜上的靶蛋白质作用，接着靶蛋白质又和细胞质内的靶底物反应。此反应链通常能够增加第二信使的产生，典型例子是产生cAMP。26.1载体和离子通道形成水溶性跨膜途径质膜对水溶向物质的不可通透性可能使膜两侧维持不同水势。细胞质内的离子环境和细胞外的离子环境很不同。在细胞质中，不同的细胞器有不同的离子环境。一个引人注意的例子是内吞体(Endosome)和融酶体(Lysosome)

7、中始终保持酸性pH值条件，这与运进来2+的蛋白质的功能紧密相关(见第25章)。另一个例子是内质网中能维持Ca储备。细胞核是一个例外，它和胞质有相似的环境。这是因为核孔在核膜上形成了相对较大的孔隙，使离子和小分子能够自由扩散。胞质环境的一个值显著特点是阳离子(～150mM)比阴离子(～10mM)多。原因在于很多细胞组成成分都带负电荷，如核酸中磷酸骨架的每一个磷酸单位就有很多的负电荷。因此需要大量的阳离子来平衡这些固定的负电荷从而达到电中性。+-细胞内Na和Cl的浓度比较低，但是，细胞外这些离子的浓度高达100mM。而钾离子的情况正好相反。这种浓度差异为每一种离

8、子创造了一个跨膜浓度梯度。由于内膜和外膜的磷脂组成不