第二节膜表面受体介导的信号转导

细胞生物学中的膜受体结构与信号转导细胞膜受体是生物学研究中的一个重要课题，它们对于细胞的正常生理功能以及疾病的形成都具有重要的影响。

膜受体是指位于细胞膜上的蛋白质，能够响应外界信号分子的结合并传递信号，从而控制细胞的生理活动。

这些外界信号分子可以是激素、神经递质、细胞因子等。

膜受体的结构及其信号转导机制是近年来生物学研究的热门领域之一。

一、膜受体结构膜受体分为离子通道型、酪氨酸激酶型、酰基酶型、G蛋白偶联型等几种类型。

其中，G蛋白偶联型受体在人体中是最广泛存在的一类受体。

它们的结构都由七个跨膜螺旋结构组成，可使蛋白质从细胞膜内部贯穿到膜外，每个螺旋结构中具有不同的氨基酸序列。

这些螺旋结构组成一个类似于枪托的外形，被称为“7TMB”（seven transmembrane helices bundle）结构。

7TMB结构是G蛋白偶联型受体与其他一些受体分子的独特标志。

二、信号转导信号转导是指外界信号分子与膜受体结合后，膜受体内部启动级联反应的过程，将信号传递给细胞内部，引起细胞活动的变化。

G蛋白偶联型受体是信号转导过程中重要的参与者。

它们通过膜上的七个跨膜结构与G蛋白相互作用，从而引起以下信号转导事件：1.激活腺苷酸酶（adenylyl cyclase）：当一个激动剂分子与负责激动剂作用的G蛋白偶联型受体结合时，该受体活跃化，离开G蛋白并促进腺苷酸酶的活化，催化cAMP（环磷酸腺苷）的形成，cAMP 激活蛋白激酶A（PKA）而引发细胞内的后续反应过程。

2.使钙离子脱敏：肌肉收缩的调节和其他生理过程中，钙离子扮演了重要的角色。

G蛋白偶联型受体上的钙离子通道蛋白与 G蛋白偶联型受体互作，导致钙离子水平在细胞内缓慢下降。

这就使得钙离子接收体在没有外部钙离子贡献的情况下，难以响应内源性信号分子的作用。

3.激活酪氨酸激酶：一些受体是酪氨酸激酶受体。

受到激活剂分子的激励后，它们会召集酪氨酸激酶进入细胞内。

该过程又分为两次活化，第一次活化发生在受体和酪氨酸激酶之间，第二次则是在酪氨酸激酶与其底物的内部反应。

细胞信号传导的途径细胞信号传导是维持生命活动的重要过程，它使得细胞能够感知和响应外界环境的各种刺激。

一旦信号被传递到细胞内部，它将引发一系列分子事件，最终导致特定的细胞行为或生物学功能的改变。

本文将针对细胞信号传导的主要途径进行探讨。

一、细胞膜上的受体介导的信号传导细胞膜上的受体是感知外界刺激的主要途径之一。

它们可以分为离子通道受体和酪氨酸激酶（RTK）受体两大类。

离子通道受体可以通过改变细胞膜上的离子通道通透性，使离子进出细胞，从而改变细胞内离子浓度和电位，引发信号传导。

而RTK受体则可以激活下游的信号转导蛋白，如Ras/MAPK通路和PI3K/AKT通路等，进一步调控细胞的增殖、分化和存活等生理功能。

二、胞内受体介导的信号传导除了细胞膜上的受体，胞内受体也起着重要的作用。

胞内受体主要指核受体家族，如雌激素受体（ER）和孕酮受体（PR）等。

这些受体位于细胞核内，当配体如激素结合到受体上时，受体会发生构象改变，形成激活状态。

激活的受体-配体复合物将与DNA结合，调控特定基因的转录，进而影响细胞的生物过程和功能。

三、细胞内信号传导通路在细胞内部，信号通常通过一系列信号转导通路进行传递。

其中，Ras/MAPK通路和PI3K/AKT通路是最为经典和重要的两条通路。

Ras/MAPK通路的激活依赖于RTK受体的激活，它能够调节基因表达、细胞生长和分化等过程。

PI3K/AKT通路则与细胞的存活、增殖和细胞周期调控密切相关。

四、细胞间的信号传导除了细胞内信号传导，细胞间的信号传导也是维持组织和器官功能的重要手段。

细胞间的信号传导可以通过细胞间直接接触的方式，如通过细胞间连接和细胞间通道进行信号传递。

此外，细胞还可以通过释放信号分子，如细胞因子、神经递质等，在周围环境中扩散，并作用于距离较远的细胞，实现信号传导。

细胞信号传导是一个复杂而精密的过程，涉及多个信号分子和通路的相互作用。

了解细胞信号传导的途径对于揭示细胞功能和生物学过程具有重要意义。

受体介导的信号转导随着现代科学技术的不断发展，受体介导的信号转导已经成为细胞学研究的一个重要领域。

对于细胞内外环境的信息传递以及细胞生命活动的调节、控制和调控，信号转导扮演着至关重要的角色，而受体介导的信号转导则是信号转导中最为重要的环节之一。

一、受体介导的信号转导的定义和作用受体介导的信号转导是指生物体内分子信号在外界刺激下，通过细胞膜上的受体分子传递到细胞内，从而激活一系列的生化反应，最终调控细胞的生理功能和代谢活动。

在这个过程中，受体分子扮演着关键的角色，它们既能识别具体的外界信号，又能启动一系列下游的信号传递分子，促进生物体对外界环境变化的适应和反应。

二、受体介导的信号转导的类型目前，关于受体介导的信号转导存在着多种分类方式，其中常见的有以下几种：1、离子通道型受体介导的信号转导这种类型的受体介导的信号转导，传递过程中虽然不需要通过多种信号转导蛋白，但是具有快速、短暂和在静息态下低能耗的特点，常见的受体有神经递质受体和离子通道，在激活时通过控制物体表面区域的离子浓度来促进离子的通道形成，从而实现信号的快速传递。

2、酶联受体介导的信号转导酶联受体介导的信号转导常见于生长因子和激素家族，通过它们，能够引发一系列的生化反应过程，从而调节生物体的生长发育和细胞增殖等生命活动。

酶联受体介导的信号转导机理比离子通道类型更为复杂，需要在激活过程中依赖其他多种信号转导蛋白的共同作用。

3、G蛋白偶联受体介导的信号转导这种类型的信号转导，可以在细胞表面上识别多种化学物质，包括激素、神经递质、细胞杀伤因子等，并能启动一系列下游的信号传递过程，以实现对于外界环境的适应和反应。

在G蛋白偶联受体介导的信号转导中，G蛋白的激活是关键的一环，它能够调节去极化和建立离子梯度等一系列过程，从而影响下游的生化反应过程。

三、受体介导的信号转导的应用由于受体介导的信号转导在细胞生物学和微生物学中的重要作用，其相关研究也已经成为了生物技术和医学研究的热点之一。

第二节膜表面受体介导的信号转导亲水性化学信号分子：* 有神经递质、蛋白激素、生长因子等* 它们不能直接进入细胞只能通过膜表面的特异受体，传递信号使靶细胞产生效应膜表面受体主要有三类（图8-7）：①离子通道型受体（ion-channel-linked receptor）存在于可兴奋细胞②G蛋白耦联型受体（G-protein-linked receptor）③酶耦联的受体（enzyme-linked receptor）后2类存在于大多数细胞在信号转导的早期表现为一系列蛋白质的逐级磷酸化使信号逐级传送和放大。

图8-7 膜表面受体主要有3类一、离子通道型受体离子通道型受体（图8-8）：* 离子通道的受体即，配体门通道（ligand-gated channel）* 主要存在于神经、肌肉等，可兴奋细胞其信号分子为神经递质* 神经递质＋受体，而改变通道蛋白的构象离子通道，开启or关闭改变质膜的离子通透性瞬间（1/1000秒），胞外化学信号→电信号继而改变突触后细胞的兴奋性* 位于细胞膜上的受体，一般4次跨膜位于质网上的受体，一般6次跨膜* 离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸、五羟色胺的受体阴离子通道，如甘氨酸＆γ－氨基丁酸的受体* 如：乙酰胆碱受体（图8-9、10）以三种构象存在2分子乙酰胆碱的结合使通道处于开放构象但受体处于通道开放构象状态，时限十分短暂在几十毫微秒，又回到关闭状态然后，乙酰胆碱与受体解离受体恢复到初始状态做好重新接受配体的准备图8-8 离子通道型受体synaptic cleft：突触间隙图8-9 乙酰胆碱受体结构模型图8-10 乙酰胆碱受体的三种构象图8-11 神经肌肉接触点处的离子通道型受体二、G蛋白耦联型受体G蛋白* 3聚体GTP结合的调节蛋白，简称G蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）由α、β、γ，3个亚基组成位于质膜胞质侧* α 和γ亚基，通过共价结合的脂肪酸链尾部，与细胞膜结合* G蛋白在信号转导过程中，起着分子开关的作用（图8-12）当α亚基与GDP结合时，处于关闭状态与GTP结合时，处于开启状态* α亚基具有GTP酶活性其GTP酶的活性能被RGS（regulator of G protein signaling）增强RGS也属于GAP（GTPase activating protein）图8-12 G蛋白分子开关G蛋白耦联型受体，为7次跨膜蛋白（图8-13）* 受体胞外结构域，识别胞外信号分子，并与之结合* 胞结构域，与G蛋白耦联调节相关酶活性在细胞产生第二信使将胞外信号跨膜→胞* G蛋白耦联型受体包括，多种神经递质、肽类激素＆趋化因子的受体在味觉、视觉＆嗅觉中，接受外源理化因素的受体亦属G蛋白耦联型受体图8-13 G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白由G蛋白耦联受体介导的细胞信号通路主要包括：cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路（一）cAMP信号途径在cAMP信号途径中胞外信号＆相应受体结合→调节腺苷酸环化酶活性→通过第二信使cAMP水平的变化→将胞外信号→胞信号1、cAMP信号的组分①激活型激素受体（Rs）or 抑制型激素受体（Ri）②活化型调节蛋白（Gs）or 抑制型调节蛋白（Gi）③腺苷酸环化酶相对分子量为150KD的糖蛋白跨膜12次在Mg2+ 或Mn2+的存在下腺苷酸环化酶，催化ATP→cAMP（图8-14）。