《人体解剖生理学》第三章_细胞的基本功能-上海海洋大学-吴文惠教授》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人体解剖生理学》第三章_细胞的基本功能-上海海洋大学-吴文惠教授（130页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 细胞的生物电现象,第一节 细胞的跨膜信号转导 第二节 细胞的生物电现象与兴奋性 第三节 骨骼肌的收缩,离子通道偶联的受体 G-蛋白偶联的受体 与酶偶联的受体,第一节 细胞表面受体介导的信号跨膜转导,一、细胞跨膜信号转导的概念,信号: 含有信息内容的一种物质或刺激 人体内的信号: 存在于细胞外液中含有信息内容的化学物质, 或机械的、电的、电磁波等刺激,信号的类型,化学信号 激素, 递质, 细胞因子 机械信号 声音 电磁信号 光 电信号 电流,跨膜信号转导 (transmembrane tranduction),外界信号 细胞膜表面 一种或几 种膜蛋白分子构象改变 胞内信号分子 变化 引起
2、相应的效应,二、细胞跨膜信号转导的方式,G蛋白耦联受体介导信号转导 酶耦联受体介导的信号转导 离子通道介导的信号转导,三、G蛋白耦联受体介导的 信号转导 （signal transduction mediated by G protein-linked receptor),G蛋白是鸟苷酸结合蛋白的简称,1. G protein- linked receptor,位于细胞膜、具有特异地识别和结合外来化学信号物质的功能蛋白质,2.G protein (GTP binding protein),位于受体与效应器之间,G蛋白的工作原理,受体构象改变与 G蛋白亚单位结合,配体与 受体结合,亚单位与亚单位
3、分离 与GTP结合成为激发状态 效应器分子被激活 亚单位水解GTP成GDP,亚单位与效应器分子分离 与亚单位结合 等待新信号,G蛋白的种类已多达40余种，大多数存在于细胞膜上，由、三个不同亚单位构成，总分子量为100kDa左右。 目前研究发现，趋化因子受体家族（chemokine receptor family）以及一些神经递质受体都属于G蛋白偶联的7次跨膜受体的超家族。 种类 （1）Gs：细胞表面受体与Gs（stimulating adenylate cyclase g protein,Gs）偶联激活腺苷酸环化酶，产生cAMP第二信使，继而激活cAMP依赖的蛋白激酶。 （2）Gi：细胞表面受
4、体同Gi（inhibitory adenylate cyclase g protein,Gi）偶联则产生与Gs相反的生物学效应。 （3）Gt：可以激活cGMP磷酸二酯酶，同视觉有关。 （4）Go：可以产生百日咳杆菌毒不导致的一系列效应。 （5）Gq：同PLC偶联，在磷脂酰肌醇代谢途径信号传递过程中发挥重要作用。,（6）小G蛋白：近年来研究发现小G蛋白，特别是一些原癌基因表达产物具有广泛的调节功能。Ras蛋白主要参与细胞增殖和信号转导；Rho蛋白对细胞骨架网络的构成发挥调节作用；Rab蛋白则参与调控细胞内膜交通（membrane traffic）。此外，Rho和Rab亚家庭可能分别参与淋巴细胞极
5、化（polarization）和抗原的提呈。某些信号蛋白通过SH-3功能区将酪氨酸激酶途径同一些由小G蛋白所控制的途径连接起来，如Rho（与Ras有30%同源性）调节胞浆中微丝上肌动蛋白的聚合或解离，从而影响细胞形态。这一事实解释了某些含有SH-3的蛋白同细胞骨架某些成份相关联或调节它们的功能。,关键点： 亚单位具有ATP酶的活性，并有与GTP/GDT结合的位点，是发挥功能的重要部分。 亚单位与GDP or GTP结合而具有失活或激活两种形式，这取决于G蛋白是否与受体结合。 亚单位在信号转导过程中发挥重要的分子开关作用。,3.G protein 效应器分子: 腺苷酸环化酶Adenylate c
6、yclase, AC 磷脂酶C Phospholipase C, PLC 4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为“双信使系统”（double messenger system） 磷脂酶A Phospholipase A, PLA 鸟苷酸环化酶 Guanylate cyclase, GC 磷酸二酯酶 phosphodiesterase, PDE,效应器分子的作用 1 作用于特定特定的底物产生特殊的分子（二次信使） 2 产生的特殊分子将细胞膜上的信号传递到胞内 3 影响各种胞内蛋白激酶的
7、活性 4 促进或抑制功能蛋白质的磷酸化，实现对细胞功能的调节。,4.二次信使second messenger,是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子。 细胞外信号分子称first messenger, 细胞内的信号分子则称为second messenger。,环磷酸腺苷(cAMP) 环磷酸鸟苷(cGMP) 三磷酸肌醇 （IP3） 二酰甘油 ( DG) Ca2+,3-5-cyclic adenosine monophosphate,3-5-cyclic guanosine monophosphate,inositol triphosphate,5. Protein kinase,分类
8、： 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶 另一分类： cAMP-dependent protein kinase, PKA Calcium-dependent protein kinase, PKC,6.cAMP-PKA pathway,AC,5-AMP,PDE,PKA,蛋白激酶A,7. IP3-Ca2+ /DG-PKC pathway,PIP2,Gq,receptor,Ligand,PLC,IP3,DG,PKC,IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高。激活各类依赖钙离子的蛋白。用Ca2+载体离子霉素（ionomycin）处理细胞会产生类似的结果。,DG
9、结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C，PKC可以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化使不同的细胞产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和分化等。DG的作用可用佛波醇酯（phorbol ester）模拟。,四、酶耦联受体介导的信号转导,1. 酪氨酸激酶受体介导的信号转导,特点： 酶与受体是同一膜蛋白 这类受体一般只有一个-螺旋，膜外 侧肽链有与配体结合位点， 膜内侧肽链有 蛋白激酶的活性。,GRB2是生长因子受体结合蛋白2 Growth factor receptor-bound protein 2 MAPK为有丝分裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein
10、 kinase，MAPK SOS 能与GRB2结合， 本身是一种鸟嘌呤核苷酸交换因子， 并能与Ras蛋白结合 Ras RasGTP具有活性，RasGDP无活性， 在通过受体酪氨酸激酶介导的信号转导中发挥中心作用，是一种关键成分 Raf 丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又称MAPKKK）,RPTK-Ras信号通路可概括如下： 配体RPTKadaptorSOSRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核转录因子基因表达。 受体酪氨酸蛋白激酶(receptor protein tyrosine kinase, RPTK),2. 结合酪氨酸激酶的受体,特点： 受体本身没有酶的活性
11、，当它与配体结合后，就可与酪氨酸激酶结合，并激活酪氨酸激酶,促红细胞生成素 生长激素 催乳素,3. 具有鸟苷酸环化酶的受体,特点： 只有一个跨膜-螺旋，膜外侧肽链 （N端）有与配体结合位点，而膜内侧 肽链（C端）有鸟苷酸环化酶（guanylyl cyclase,GC）,受体 GC,信号转导过程,GTP,cGMP,PKG,配体,ANP心房钠尿肽,五、离子通道介导的信号转导,信号转导过程,信号 胞膜上的通道蛋白 离子 通道打开或关闭 离子跨膜流动 膜电位变化（去极化、超极化） 细胞功能改变,1. 化学信号化学门控离子通道,神经突触谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸,神经肌肉接头 乙酰胆硷,N2型Ach受体阳
12、离子通道是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质，形成一种结构为2的梅花状通道样结构；每个亚单位的肽链都要反复贯穿膜4次；在5个亚单位中，Ach的结合位点在亚单位上，结合后可引起通道结构的开放，然后靠相应离子的易化扩散而完成跨膜信号转导,运动神经末梢 Ach Ach 门控通道 蛋白（a亚单位） 通道开放 大量Na+ 流入胞内 胞膜去极化产生终板电位 完成化学信号向生物电信号的转换,2 电信号电压门控离子通道,刺激 细胞膜电位的变化 电 压门控离子通道开放或关闭 离子内流或外流 新信号形成,电压门控通道又称电压依赖性或电压敏感性离子通道:因膜电位变化而开启和关闭，以最容易通过的离子命名，如K+、N
13、a+、Ca2+、Cl-通道4种主要类型，各类型又分若干亚型。 分子结构与化学门控通道类似，但分子结构中存在一些对跨膜电位的改变敏感的结构域或亚单位，诱发整个通道分子功能状态的改变。,3机械信号-机械门控离子通道,机械信号（声） 耳蜗毛细胞纤毛弯曲 毛细胞上机械门控离子通道开放 离子跨 膜流动 耳蜗微音器电位,离子通道型受体,离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，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。,神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转
14、换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。 如：乙酰胆碱受体以三种构象存在，两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。,离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸的受体。,信号转导的特性 1 信号作用于细胞膜上的受体 2 受体以及所联系的下游信号分子引起生物效应 3 相同的外来信号分子作用于细胞膜上的受体可以引发不同的生物效应 4 不同的外来信号分子作用于细胞膜上的受体可以引发相同的生物效应,信
15、号分子生物效应的不确定性,药物与信号转导的关系 1 大多数化学药物通过作用于细胞膜上的特异性受体而 发挥其药理作用。 2 激动剂 药物与受体结合使之激动，这类药物与生物 信号发挥的作用相似。 3 拮抗剂 药物与受体结合不使之激动，这类药物减弱 了生物信号的作用。,生物电现象是以细胞为单位产生的，以细胞膜两侧带电离子的不均衡分布和离子的选择性跨膜转运为基础。 细胞膜的生物电现象主要有两种表现形式，即安静时的静息电位和受刺激时产生的膜电位的改变（包括局部电位和动作电位）。,第二节 细胞的生物电现象,一、静息电位（resting potential） 细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。 极化：静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态称为膜的极化。 超极化：当静息时膜内外电位差的数值向膜内负值加大的方向变化时,RP由 -70-90mV ，称为膜的超极化。,当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。 当A电极位于细胞膜外， B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。 当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。,静息电位的测量,静息电位形成的原理 （1） 细胞膜内、外的离子浓度差,枪乌贼巨轴突细胞膜两侧主要离子浓度,静息电位的产生（扩散-电位差-平衡） 原因 静息电位指安静时存在于细胞两侧的外正内负的电位差。其形成原
