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1、第五章第五章 细胞膜及其表面细胞膜及其表面第四节第四节 细胞膜与细胞识别细胞膜与细胞识别细胞生物与遗传学教研室细胞生物与遗传学教研室张艳芬张艳芬E-mail: E-mail: Tel:3029114(O)Tel:3029114(O)2008.32008.31一、膜受体的概念一、膜受体的概念 存在于细胞膜表面的特殊蛋白质，能特异性识存在于细胞膜表面的特殊蛋白质，能特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活细胞内一系列别并结合胞外信号分子，进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。应。 细胞识别（细胞识别（cell recognitio
2、n） :细胞通过其表细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，而导致胞内一系列生理生化变化，最相互作用，而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 21、膜受体的的分子结构、膜受体的的分子结构 膜受体的化学成分多为糖蛋白，也有糖脂和糖膜受体的化学成分多为糖蛋白，也有糖脂和糖脂蛋白（为糖脂和糖蛋白的复合物）。脂蛋白（为糖脂和糖蛋白的复合物）。 三个结构域：三个结构域： 细胞外域细胞外域 （识别部）（识别部） 一个或多个跨膜域一个或多个跨膜域 （转换部）（转换部） 细胞内域
3、细胞内域 （效应部）（效应部）3 从受体所相关配体的类型来分：可分为从受体所相关配体的类型来分：可分为神经递质受体、激素受体、药物受体、细胞神经递质受体、激素受体、药物受体、细胞黏附受体、细菌毒素受体、病毒受体、疟原黏附受体、细菌毒素受体、病毒受体、疟原虫受体等；虫受体等； 按受体本身的化学或功能特性来分，可按受体本身的化学或功能特性来分，可分为：分为：G蛋白偶联受体、受体酪氨酸激酶、蛋白偶联受体、受体酪氨酸激酶、配体闸门通道、细胞因子受体，配体闸门通道、细胞因子受体，TGF受体受体等。等。2、膜受体的类型、膜受体的类型45 离子通道型受体离子通道型受体u由多亚基组成，本身既有信号结合位点，又
4、是由多亚基组成，本身既有信号结合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。u根据受体的氨基酸组成及跨膜区的特点，可将离根据受体的氨基酸组成及跨膜区的特点，可将离子通道型受体分为三类，子通道型受体分为三类，类受体主要存在于神经、类受体主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，以乙酰胆碱受体为代表。肌肉等可兴奋细胞，以乙酰胆碱受体为代表。6乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体7Acetylcholine receptor have three conformations(构象构象)8Mediated by the Ion-Linked Receptors which con
5、vert chemical signals into electrical ones9 G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体是膜受体中最大的家族，分布广泛、类型多样，几是膜受体中最大的家族，分布广泛、类型多样，几乎遍布所有的细胞。乎遍布所有的细胞。10 具备酶活性的受体具备酶活性的受体受体蛋白既是受体又是酶，一旦与配体结合受体蛋白既是受体又是酶，一旦与配体结合即激活受体胞内段的酶活性即激活受体胞内段的酶活性 ，又称催化受体，又称催化受体 (catalytic receptor)。受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶 (Receptor tyrosine kinase)； 受体丝氨酸受体丝氨酸/苏氨酸激酶苏氨
6、酸激酶 (Receptor serine/threonine kinase) ；受体酪氨酸磷酸酯酶受体酪氨酸磷酸酯酶 (Receptor of tyrosine phophatase); 受体鸟苷环化酶受体鸟苷环化酶 (Receptor guanyate cyclase)； 酪氨酸激酶偶联受体酪氨酸激酶偶联受体(tyrosine kinase-linked receptors)。11酪氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白激酶受体 具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体：一些生：一些生长因子与相应受体结合后，活化受体本身的酪长因子与相应受体结合后，活化受体本身的酪氨酸蛋白激酶，激酶再磷酸
7、化靶蛋白的酪氨酸氨酸蛋白激酶，激酶再磷酸化靶蛋白的酪氨酸残基，再通过一系列磷酸化的级联反应，影响残基，再通过一系列磷酸化的级联反应，影响基因的表达。基因的表达。不需要通过不需要通过G G蛋白，由受体本身的酪氨酸蛋白蛋白，由受体本身的酪氨酸蛋白激酶的激活来完成信号跨膜的传导。激酶的激活来完成信号跨膜的传导。一次跨膜蛋白，胞外区与配体结合，胞内区一次跨膜蛋白，胞外区与配体结合，胞内区是酪氨酸蛋白激酶的催化部位。是酪氨酸蛋白激酶的催化部位。12The stimulation of the tyrosine kinaseThe form of a dimer is a universal mechan
8、ism that the enzyme linked receptors, one transmembrane, were sitmulated. 受体的激酶活受体的激酶活性被激活性被激活,在在空间结构上形空间结构上形成了一个或数成了一个或数个个SH2结合位结合位点点,通过这些通过这些位点位点,受体可受体可与具有与具有SH2结结构域的蛋白结构域的蛋白结合合,并使之激并使之激活。活。13 特异性识别和结合相应的配体。特异性识别和结合相应的配体。与配体结合后与配体结合后, ,可将其相互作用的可将其相互作用的信号向其它信号分子传导。信号向其它信号分子传导。与配体结合后与配体结合后, ,可使细胞产生生
9、物可使细胞产生生物学效应。学效应。14特异性与非决定性特异性与非决定性 化学信号与受体之间的结合具有一定的专一性，化学信号与受体之间的结合具有一定的专一性，这种专一性是依靠分子与分子之间的立体构象互补。这种专一性是依靠分子与分子之间的立体构象互补。这就使受体能够从众多的胞外信号分子中选择其所要这就使受体能够从众多的胞外信号分子中选择其所要的结合信号的基本原因。的结合信号的基本原因。 虽然这种结合有特异性，但这种特异性并非绝对虽然这种结合有特异性，但这种特异性并非绝对严格。某些化学信号可以与一种以上的受体结合，从严格。某些化学信号可以与一种以上的受体结合，从而使细胞产生不同的效应。如肾上腺素既能
10、与而使细胞产生不同的效应。如肾上腺素既能与受体结受体结合，引起平滑肌收缩；又能与合，引起平滑肌收缩；又能与受体结合，引起平滑肌受体结合，引起平滑肌松弛。这说明，即使同一化学信号，由于所激活的受松弛。这说明，即使同一化学信号，由于所激活的受体不同，对细胞发生的调节作用也不同。体不同，对细胞发生的调节作用也不同。 15配体具备强的亲和力配体具备强的亲和力 当溶液中只有相对低浓当溶液中只有相对低浓度的配体时，就能使靶细胞膜上的受体与配体结合度的配体时，就能使靶细胞膜上的受体与配体结合达到保和。达到保和。受体配体结合后显示可饱和性受体配体结合后显示可饱和性 一个细胞或一个细胞或一定量组织内受体数目是有
11、限的。一定量组织内受体数目是有限的。受体配体的结合是可逆的受体配体的结合是可逆的 有特定的组织定位有特定的组织定位 受体在体内的分布，在种受体在体内的分布，在种类和数量上均呈现特定的模式，即受体只存在于靶类和数量上均呈现特定的模式，即受体只存在于靶细胞。体内一定的细胞表面有一定的受体，某种细细胞。体内一定的细胞表面有一定的受体，某种细胞之所以成为某种化学信号特定的靶细胞，是由于胞之所以成为某种化学信号特定的靶细胞，是由于这种细胞膜上有接受这种化学信号的受体。这种细胞膜上有接受这种化学信号的受体。16一种细胞膜上可以有几种不同的受体，如一种细胞膜上可以有几种不同的受体，如脂肪细胞膜上含有肾上腺素
12、、胰高血糖素、脂肪细胞膜上含有肾上腺素、胰高血糖素、胰岛素等激素受体，它们的数量各不相同。胰岛素等激素受体，它们的数量各不相同。同一受体在不同细胞膜上的数目也不同。同一受体在不同细胞膜上的数目也不同。一般受体的密度为一般受体的密度为1210个个/细胞，且在正细胞，且在正常的生理条件下相对衡定，但也会随着不常的生理条件下相对衡定，但也会随着不同的生理状态或外界环境变化而变化。同的生理状态或外界环境变化而变化。17如果某一配体分子与受体结合后能使受体被激活，如果某一配体分子与受体结合后能使受体被激活，说明该配体分子具有说明该配体分子具有“内在活性内在活性”。有些物质与受。有些物质与受体亲和力大、内
13、在活性也大，这类物质就为受体的体亲和力大、内在活性也大，这类物质就为受体的激动剂激动剂。有些物质与受体的亲和力虽大，但不产生内在活性，有些物质与受体的亲和力虽大，但不产生内在活性，这类物质就为受体的这类物质就为受体的阻断剂阻断剂。阻断剂的分子结构与其受体的配体有一定的相似之阻断剂的分子结构与其受体的配体有一定的相似之处，它们能与受体结合，但不引发后续的内在活性，处，它们能与受体结合，但不引发后续的内在活性，这样就起到了竞争性抑制作用；有的阻断剂分子与这样就起到了竞争性抑制作用；有的阻断剂分子与受体的配体分子结构不同，但可能结合于受体的其受体的配体分子结构不同，但可能结合于受体的其它位置上，改变
14、了受体分子的构象，从而起到配体它位置上，改变了受体分子的构象，从而起到配体分子不能与之发生识别结合的作用。分子不能与之发生识别结合的作用。18二、膜受体与细胞识别 Cell recognition :细胞间以及细胞与环细胞间以及细胞与环境中分子的识别过程，从而导致细胞出现境中分子的识别过程，从而导致细胞出现相继的一系列生理生化变化，最终表现为相继的一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。细胞整体的生物学效应的过程。 细胞膜受体细胞膜受体是细胞识别的关键要素之是细胞识别的关键要素之一。一。 19（一）细胞识别现象（一）细胞识别现象低等动物海绵：是由很多细胞聚集而成的多细低等动物
15、海绵：是由很多细胞聚集而成的多细胞群体。胞群体。高等动物体内的中性粒细胞、巨噬细胞等具有高等动物体内的中性粒细胞、巨噬细胞等具有吞噬异物的能力，也是细胞的一种识别现象；吞噬异物的能力，也是细胞的一种识别现象；血液中白细胞能识别侵入的细菌并将其吞噬，血液中白细胞能识别侵入的细菌并将其吞噬，而从不吞噬血液中自己的正常细胞，这是异种而从不吞噬血液中自己的正常细胞，这是异种间的细胞识别。间的细胞识别。受精过程有种的特异性受精过程有种的特异性 。细胞识别对动物细胞胚胎早期的发育，起着极细胞识别对动物细胞胚胎早期的发育，起着极为重要的作用。为重要的作用。20（二）细胞识别的分子基础（二）细胞识别的分子基础
16、各种细胞识别功能的分子机制并不完全一样，各种细胞识别功能的分子机制并不完全一样，但已知各类细胞的识别但已知各类细胞的识别大部分都与细胞膜中的大部分都与细胞膜中的糖蛋白分子有关糖蛋白分子有关。由于各种细胞表面寡糖链中的单糖种类、数目、由于各种细胞表面寡糖链中的单糖种类、数目、排列顺序和结合方式不同，使糖链具有多样性排列顺序和结合方式不同，使糖链具有多样性和复杂性，它象和复杂性，它象“接受天线接受天线”一样，能识别细一样，能识别细胞外各种信息分子，其中，唾液酸对细胞识别胞外各种信息分子，其中，唾液酸对细胞识别有重要意义，是细胞识别的基础。有重要意义，是细胞识别的基础。21 海绵细胞能够重新聚集是与
17、细胞表面的两海绵细胞能够重新聚集是与细胞表面的两种种糖蛋白糖蛋白有关：一种被认为是凝集因子，另一有关：一种被认为是凝集因子，另一种是凝集因子受体。种是凝集因子受体。 分析从不同海绵分离出的凝集因子发现，分析从不同海绵分离出的凝集因子发现，它们的氨基酸组成相似，但糖的组成不同。它们的氨基酸组成相似，但糖的组成不同。 凝集因子具有种属特异性，可识别同种海凝集因子具有种属特异性，可识别同种海绵细胞表面的受体并结合，再在钙离子的作用绵细胞表面的受体并结合，再在钙离子的作用下，凝集因子通过自身的聚合将海绵细胞黏合下，凝集因子通过自身的聚合将海绵细胞黏合在一起。在一起。22 巨噬细胞只能识别、吞噬衰老的红
18、巨噬细胞只能识别、吞噬衰老的红细胞，而不吞噬正常的红细胞，这是因细胞，而不吞噬正常的红细胞，这是因为为衰老的红细胞表面的糖链丧失了唾液衰老的红细胞表面的糖链丧失了唾液酸，酸，暴露出了半乳糖残基，这是巨噬细暴露出了半乳糖残基，这是巨噬细胞识别的标记。正常红细胞表面由于有胞识别的标记。正常红细胞表面由于有唾液酸覆盖，而不能被识别。唾液酸覆盖，而不能被识别。 细胞通过表面受体的作用，识别自细胞通过表面受体的作用，识别自我和非我，其识别的结果将引起不同的我和非我，其识别的结果将引起不同的细胞反应。细胞反应。23（三）细胞识别所引起的反应类型（三）细胞识别所引起的反应类型 配体进入细胞配体进入细胞：如哺
19、乳动物肝细胞对如哺乳动物肝细胞对血清糖蛋白的识别和胞吞作用的过程。肝血清糖蛋白的识别和胞吞作用的过程。肝细胞表面有专一识别半乳糖基的受体，当细胞表面有专一识别半乳糖基的受体，当血清糖蛋白（如血清铜蓝蛋白）非还原性血清糖蛋白（如血清铜蓝蛋白）非还原性末端除去唾液酸，暴露次末端半乳糖基后，末端除去唾液酸，暴露次末端半乳糖基后，它们中的它们中的90以上就通过胞饮作用进入细以上就通过胞饮作用进入细胞。胞。 近近20种血清糖蛋白均有这种现象，被种血清糖蛋白均有这种现象，被认为是血清糖蛋白更新的基础，有一定的认为是血清糖蛋白更新的基础，有一定的普遍性。普遍性。24 细胞黏着：细胞黏着：可分为细胞与细胞间的
20、黏着和可分为细胞与细胞间的黏着和细胞外基质间的黏着。细胞外基质间的黏着。 细胞与细胞间的黏着是生殖细胞的结合、细胞与细胞间的黏着是生殖细胞的结合、胚胎发育分化、病原体入侵等生物过程的起始胚胎发育分化、病原体入侵等生物过程的起始步骤。现已找到约步骤。现已找到约20种参与细胞间黏着的表面种参与细胞间黏着的表面糖蛋白分子，它们都是存在于细胞膜上的受体，糖蛋白分子，它们都是存在于细胞膜上的受体，在细胞黏着中起作用，有的依赖钙离子，有的在细胞黏着中起作用，有的依赖钙离子，有的不依赖。不依赖。 细胞与细胞外基质的黏着是一个以表面受细胞与细胞外基质的黏着是一个以表面受体为媒介，并有胞外基质中的配体分子和细胞
21、体为媒介，并有胞外基质中的配体分子和细胞内骨架系统参与的跨膜过程。内骨架系统参与的跨膜过程。25 细胞内功能活动的改变：细胞内功能活动的改变：信息分子信息分子被受体识别结合后，激活细胞膜内的某被受体识别结合后，激活细胞膜内的某些成分，将其所带信息转变成细胞内信些成分，将其所带信息转变成细胞内信号，再引起多种生理变化和一系列生物号，再引起多种生理变化和一系列生物化学反应。化学反应。 很多激素和神经递质就是以这种信很多激素和神经递质就是以这种信息传递机制发挥作用的。息传递机制发挥作用的。26v 概念：概念：cell recognition ; receptorv归纳膜受体的种类及作用的特点。归纳膜受体的种类及作用的特点。v概述细胞识别所引起的反应类型。概述细胞识别所引起的反应类型。v简述细胞识别的分子基础。简述细胞识别的分子基础。v请说明请说明G蛋白的结构特点及机制蛋白的结构特点及机制.27
