中国医科大学生理学-02-2细胞的跨膜信号转导功能

生命活动中跨膜传输和信号转导的机制研究生命活动是一个极其复杂的过程，需要涉及许多关键机制的调控。

其中，跨膜传输和信号转导是生命活动中的两个重要机制，负责许多生理过程的实现。

这些过程包括细胞内外分子间的相互作用、细胞间通讯、细胞分裂与增殖、细胞死亡等。

本文将介绍跨膜传输和信号转导的基本机制，并会谈到相关的研究工作。

一、跨膜传输跨膜传输是指分子跨越细胞膜，在细胞内外之间进行运输和传递。

细胞膜是由磷脂双层、膜蛋白等多种分子组成的，能够具备生物分子交流的媒介。

在跨膜传输过程中，需要突破细胞膜的这种生理屏障，通过某些通道等方式将物质跨越其中，实现内外分子的交流和运输。

1. 膜通道膜通道是指一些膜蛋白构成的贯通细胞膜的通道，不同的膜通道结构和度分子通过的机制不同。

离子通道就是一种具有典型代表意义的膜通道，负责跨膜离子传递。

离子通道是膜蛋白的一个主要类别，能够诱导阵发性的电势变化，从而影响细胞的生理行为。

目前，已经分离出数百种离子通道，其中包括电压门控离子通道、受体激活离子通道等多种类型。

这些离子通道的研究，为治疗一些离子通道的疾病提供了新的途径。

2. 糖蛋白糖蛋白具有复杂的糖基结构，因此在跨膜传输中的作用尤为关键。

糖蛋白负责细胞在体内外进行交流，成为了生物学界广泛关注的研究对象。

目前已经发现，糖蛋白最主要的功能是作为细胞表面重要的受体，对于调节细胞信号传递和作用很关键。

同时，糖蛋白还具有免疫调控、细胞-细胞粘附、细胞-基质黏附等多种重要的生物学作用。

二、信号转导信号转导是指生物体内外分子通过一系列复杂的过程传递信息和调节细胞行为的过程。

信号转导机制是生物体内重要调节系统之一，能够对内源性、外源性刺激产生的信息进行识别、转导和响应。

通过细胞膜、细胞内分子间信息和能量传递，实现内外世界之间联络。

信号转导对于细胞的生长、增殖、分化、凋亡、应激反应、免疫调节等生理过程具有重要的调控作用。

1. 信号修饰通常情况下，细胞外信号分子与细胞膜上的相关结构或配体结合后，会引起一系列内部反应。

第二节细胞的跨膜信号传递功能第二节细胞的跨膜信号传递功能不论是单细胞生物或组成多细胞有机体的每一个细胞，在它们的生命过程中，都会不断受到来自外部环境的各种理化因素的影响。

在多细胞动物，由于绝大多数细胞是生活在直接浸浴它们的细胞外液、即内环境之中，因此出现在内环境中的各种化学分子，是它们最常能感受到的外来刺激：这不仅是指存在于细胞外液中的激素或其他体液性调节因子；而且就是在神经调节过程中，当神经信息由一个神经元向其他神经元传递或由神经元传给它的效应器细胞时，在绝大多数情况下，也都要通过一种或多种神经递质和调质为中介，通过这些化学分子在距离极小的突触间隙液中的扩散，才能作用到下一级神经元或效应器细胞。

尽管激素和递质（或调质）等分子作为化学信号在细胞外液中播散的距离和范围有所不同，但对接受它们影响的靶细胞并不存在本质的差别。

细胞外液中的各种化学分子，并不需要自身进入它们的靶细胞后才能起作用（一些脂溶性的小分子类固醇激素和甲状腺激素例外，详见第十一章）它们大多数是选择性地同靶细胞膜上具有特异的受体性结构相结合，再通过跨膜信号传递（ transembrane signaling）或跨膜信号转换（transmembrane sognal transduction）过程，最后才间接地引起靶细胞膜的电变化或其他细胞内功能的改变。

机体和细胞也可能受到化学信号以外的其他性质的刺激，如机械的、电的和一定波长电磁波等来自外界环境的刺激的影响；但在动物进化的过程中，这些刺激信号大都由一些在结构和功能上高度分化了的特殊的感受器细胞来感受，引起相应的感受器细胞出现某种电反应。

仔细分析各种感受器细胞接受它们所能感受的某种特异刺激信号的过程时发现（如耳蜗毛细胞接受声波振动和视网膜光感受细胞接受光刺激等），它们也涉及到外来刺激信号的跨膜传递，即刺激信号也要先作用于膜结构中的感受性结构，才能引起感受器细胞的电变化和随后的传入神经冲动。

细胞的跨膜信号转导1、跨膜信号转导或跨膜信号传递的共性各种外界信号(物理、生物、化学等信号)↓膜蛋白构型变化↓信号传递到膜内↓靶细胞功能变化(如电变化)２、跨膜信号转导的方式有3种:①离子通道介导②G蛋白耦联介导③酶耦联受体介导3、受体定义:能与激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并引起其功能的改变的生物大分子分类:部位——胞膜、胞浆、胞核受体配基——胆碱能、肾上腺素能、多巴胺能受体结构——离子通道、Ｇ蛋白、酶、转录调控受体特征: ①高度特异性②饱与性③竞争抑制④亲与力⑤可逆性⑥高效性功能:①识别与结合②传递信息一、由离子通道介导的跨膜信号传导(一)、化学门控通道——配体门控通道定义:当膜外特定的化学信号(配体)与膜上的受体结合后通道就开放,因而称为化学门控通道或配体门控通道,也称为通道型受体分布:神经元突触后膜,肌细胞终板膜受体—化学信号结合位点-促离子型受体转到途径:化学信号膜通道蛋白↘↙通道蛋白变构↓通道开放↓离子异化扩散↓完成跨膜信号传导↓产生效应(二)、电压门控通道分布在除突触后膜与终板膜以外的细胞膜(三)、机械门控通道定义:感受机械刺激引发细胞功能改变的通道结构二、由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导1、G蛋白耦联受体就是一种与细胞内侧Ｇ蛋白的激活有关的独立受体蛋白质分子2、G蛋白就是鸟苷酸结合蛋白:G蛋白未被激活时,她与一个分子的GDP结合,G蛋白的激活很短暂3、G蛋白效应器,:催化生成第二信使的酶与离子通道４、蛋白激酶:丝氨酸∕苏氨酸激酶可就是底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化, 包括:蛋白激酶A、蛋白激酶G、蛋白激酶C5、几条主要跨膜信号转导途径①受体－G蛋白－AC信号转导途径Gs ＡTP→cＡＭP↑﹢↗↘﹢﹢↗↘配体+受体Ａ C PKA﹢↘↗﹣﹣↘↗GｉＡTP→ｃAMＰ↑②受体-Ｇ蛋白－ＰＬＣ信号转导途径IP3+IP３受体→内质网或肌浆网释放Ga+ＰLC ↗PIL2→→→Gｉ﹨Gp↘DG→→受体。

细胞信号转导途径的功能和调节细胞信号转导途径是生命体系中最基本的调节与交流机制之一，它依靠一系列的分子、蛋白质和化学物质，将外部环境的信号转化为内部信号，控制细胞的行为和功能。

在生物学中，信号转导途径被广泛应用于各个领域的研究，如癌症、免疫系统、神经系统、心血管系统等。

本文将介绍细胞信号转导途径的功能和调节。

一、细胞信号转导途径的功能1、调节细胞的生长和分化细胞信号转导途径可以通过一种名为“激酶受体”的蛋白质，调节细胞的生长和分化。

激酶受体可以识别并结合到外部生物化学信号，然后触发一种磷酸化的反应，进而激活下游的信号分子，从而调节细胞的代谢和生物学行为。

2、细胞间的相互作用细胞信号转导途径可以促进细胞间的相互作用，从而调节细胞的行为和功能。

例如，细胞因子可以诱导白细胞收缩，引起局部的炎症反应；而胰岛素可以诱导肝脏和肌肉细胞摄取葡萄糖，从而控制血糖水平。

3、细胞的应激反应细胞信号转导途径同时可以对细胞进行应激反应，使其适应环境变化。

例如，如果细胞暴露在紫外线下，细胞表面的一种蛋白质就会被激活，进而启动一条细胞信号转导途径，从而促进DNA的修复和细胞的生长和分化。

二、细胞信号转导途径的调节1、细胞外膜受体的调节细胞外膜受体是细胞信号转导途径中最重要的受体，因为它们可以识别并结合到许多外部信号，从而控制细胞的功能。

为了调节细胞的功能，还可以通过调节细胞外膜受体的数量、位置和生物物理性质，来调节细胞信号转导途径的反应。

2、蛋白质的招募和磷酸化状态蛋白质在细胞信号转导途径中也起着至关重要的作用。

通过招募和磷酸化状态的调节，可以控制信号分子的活性和功能，从而影响细胞的代谢和生物学行为。

3、细胞内的调节因子细胞内的调节因子也可以通过调控基因表达，影响细胞信号转导途径中的信号反应。

例如，过度的细胞凋亡和细胞周期不良等问题，可以通过调节一个名为“Bcl-2”调节蛋白的表达和功能，来得到改善。

细胞信号转导途径是细胞相互传递信息的过程，它可以促进细胞的交流和调节，对于生物体的生长和发育具有重要意义。

细胞信号转导及其功能细胞信号转导是细胞内部的一种重要的调控机制，对于细胞生长、代谢、分化、凋亡等各个生物学过程都有着重要作用。

细胞信号转导的复杂性和丰富性使其成为了当前生命科学领域中研究的热点之一。

一、细胞信号转导的定义和基本原理细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，涉及到细胞膜、细胞器和细胞质中的分子。

在这个过程中，一个外部信号通过与探测器分子结合，启动了一系列下游信号传递过程，直到传递到细胞的内部，从而发挥作用。

细胞信号转导可以分为两类：直接转导和间接转导。

直接转导是指外界信号能够通过膜分子通道直接到达细胞内部，而间接转导是指外界信号通过细胞膜表面的受体蛋白与下游信号分子发生反应，最终影响细胞内的生理功能。

细胞信号转导的基本原理是组成信号通路的蛋白质分子，它们在特定的位置相互作用，发挥传递信号的作用。

这些相互作用涉及到激酶、磷酸酶、离子通道等蛋白质分子，它们通过磷酸化、蛋白质酶的降解等方式调整其活性，从而对下游信号传导产生影响。

二、细胞信号转导的信号通路与细胞功能细胞间的信号转导过程包括了多种信号通路，如细胞外信号依赖性激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）信号通路、细胞表面受体信号传导、核因子κB（NF-κB）信号通路、细胞内钙离子信号转导等等。

每个信号通路都涉及到一系列信号分子，其中包括激活酶、硫酸酯酶、G蛋白等，这些信号分子在不同细胞类型中发挥了不同的生物学作用。

RTK信号通路是细胞信号转导过程中的一个典型例子。

这个信号通路包括活性化蛋白激酶（tyrosine kinase，TK）的激活、下游信号的传递、细胞内信号传递过程的通路选择、蛋白质的调解等。

这个信号通路在细胞的生长、分化、发育、凋亡等重要生物学过程中发挥了关键的作用。

另一个重要的信号通路是细胞内钙离子信号转导。

当细胞表面的受体受到外界信号作用后，细胞膜中的离子通道会打开，让钙离子流入细胞。

这个过程叫做钙感受器。