第一节 细胞膜的结构与功能.doc

第一节 细胞膜的结构与功能一. 细胞膜的结构l 双层脂质分子：磷脂70%，胆固醇低于30%，少量鞘脂类；磷脂酰肌醇分布在靠胞浆侧，参与信息传递l 蛋白质：表面Pr；结合Pr（整合Pr）20-30个疏水性AA，组成一个段落，形成螺旋l 糖类：特异性的标志，作为抗原决定簇、受体识别部分起到细胞膜上的蛋白质1. 通道（channel）转运带电离子，数量多，与细胞调控复杂而精密有关通道分类：1）化学门控通道(chemically-gated channel)2 、 、 、5 4 螺旋( 第二个 螺旋是通道内壁) ，亚单位是受体 ； 2）电压门控通道(voltage-gated channel) 、1 、2 为4 个结构域，46 螺旋（第四个 螺旋接受电信号，2 、3 为内壁） 3）机械门控通道(mechanically-gated channel) 内耳毛细胞 4）细胞间通道(intercellular channel) 6 个亚单位，H+ 、Ca2+ 调控 2. 载体（carrier）l 高度特异性l 饱和性l 竞争性抑制3. 细胞表面受体的种类与结构1）离子通道型受体：多亚基组成受体/离子通道复合体nAch R；Glu R；Asp R；Gly R；GABAA R；5-HT3 R；ATP R2五聚体，其中GABAAR为五聚体，为Cl-通道 3）具有酶活性受体（酶联受体）l 酪氨酸激酶受体 (PTK)PDGF 、EGF 、 胰岛素、NGF 统称为生长因子型神经肽受体 l 丝/苏氨酸激酶受体l 与鸟苷酸环化酶（Guanyly cyclases, GC） 偶联的受体跨膜转运(transmembrane transport)：体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。1. 被动转运(passive transport)1) 单纯扩散（simple diffusion）l 脂溶性物质由高低浓度侧的净移动。l 扩散：通量(flux), 摩尔/cm2秒 浓度差 膜通透性(脂溶性,分子量,带电状况)l 单纯扩散物质：O2、CO2、乙醇、 尿素、少量激素、水(还可通过水通道water channel ，即水孔蛋白aquaprin来跨膜转运)2)易化扩散（facilitated diffusion）非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质(通道、载体)帮助顺电化学梯度的跨膜转运l 载体介导（carrier mediated）l 载体蛋白上有结合位点载体蛋白变构，运到另一侧低浓度侧分离, 氨基酸、葡萄糖l 特点： 高度结构特异性 饱和现象 竞争性抑制 通道介导（channel mediated）转运带电离子，数量多，这与细胞功能调控复杂而精密有关l 通透性：物质通过膜的难易程度 取决于通道是否开放及开放的程度及数量 取决于膜两侧的浓度差或电位差 通道是否开放： 电压/化学/机械变化； 时间l 功能：不是转运代谢物，而是离子流动引起电位变化，将外来信号转变为细胞自身信号电变化2. 主动转运(active transport) 细胞膜通过本身某种耗能过程，借助细胞膜某些蛋白质的帮助，将非脂溶性物质分子或离子逆电化学梯度差进行的转运。 根据转运能量是否直接来源于ATP的不同分为：原发和继发两种主动转运形式。1) 原发性主动转运(primary active transport)l Na-K泵 ：a、b亚单位组成的四聚体Pr，a亚单位转运Na+、K+，分解ATP。 其它泵l H+泵(H+-ATP酶，H+-K+-ATP酶)：分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关l Ca2+泵(Ca2+-ATP酶)：主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上，与肌肉收缩有关 2) 继发性主动转运(secondary active transport)：联合转运 (cotransport)l 转运体（transporter）： 膜中特殊蛋白质l Gs与Na+转运：Gs转运所需的能量不直接来自ATP，而来自Na+的高势能 小肠吸收葡萄糖、氨基酸，单胺递质重摄取，甲状腺细胞聚碘等均属于此3. 出胞与入胞或转运 大分子物质团 块 l 出胞(exozytose) ：囊泡与质膜融合； 入胞(endozytose) ：接触，质膜形成内陷 三种入胞方式:l 吞噬作用l 胞饮作用l 受体介导式入胞胆固醇运铁蛋白，Vit B12运输Pr部分多肽类一. 细胞信号转导概述(一) 概念 不同形式的外界信号作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中的一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发被作用细胞相应的功能改变，包括细胞出现电反应或其它功能改变。 (二) 细胞跨膜转导的类型 虽然跨膜信号转导涉及多种刺激信号，在多种细胞引发多种功能变化，但转导途径是有限的。 l 根据感受和传导过程分l 根据受体存在的部位分1. 根据感受和传导过程分为1) 具有特异感受结构的通道Pr 完成的跨膜信号转导 l 化学门控通道 ：感受化学信号，引起通道变化 l 电压门控通道 ：感受电压信号，引起通道变化 l 机械门控通道 ：感受机械信号 ，引起通道变化 2) R-G- 效应器酶组成的跨膜信号转导 3) 酶偶联受体（TKR 、GC ）完成的跨膜信号转导系统 2. 根据受体存在的部位分为1) 细胞内受体介导：GC-R，类固醇激素，甲状腺素2) 细胞膜受体介导 l 离子通道受体 l G- 蛋白偶联受体 l 酶偶联受体 二. 跨膜信号转导的途径与机制(一) 离子通道受体介导的跨膜信号转导nAch-R，GABA-R，Glu-R， Gly-R，Asp-R，5-HR-R如，神经-肌肉接头传递 (二) G-蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导1. G-蛋白偶联受体l 单肽链，7个疏水区形成7个a螺旋，II区与配体结合，V、VI之间的环状结构及膜内C端肽与G结合2. G蛋白：是一个家族，Gs、Gi/Go、Gt、Gq、Gg等 基本结构： 100KD ，a 、b 、g 三个亚基，主要是a ，既是GTP 结合点，又是GTP 酶。 过去认为bg 起锚钉作用，仅对a 亚基功能起调节作用，现在发现也可激活胞内靶分子。bg 除调节AC 、PLC 、离子通道，对a 亚基起协调拮抗作用外，还可参与激活TKR 转导系统。有些细胞毒素可修饰a 亚基，改变生理特性。 4. 作用途径 配体是多种多样的，配体与受体是特异的，G蛋白也有多种，最后的效果是看影响哪种效应器酶（AC，PLC），产生哪种第二信使（cAMP、IP3、DAG），激活哪种PK（PKA、CaMII、PKC、PKG）l 主要的信号途径l cAMP PKA pathway / cGMP PKG pathwayl IP3-Ca2+ pathway / DAG- PKC pathwayl G bg 直接激活K通道，调节心率 (三) 酶偶联受体介导的跨膜信号转导1. 酪氨酸激酶受体（Tyrosine kinase receptor，TKR）2. 鸟苷环化酶受体(Receptor guanylyl cyclase)钠尿激肽（natriuretic peptide）受体属跨膜性受体 na-pGCcGMPPKGK+通道磷酸化激活，K+外流 NO受体属于胞内可溶性受体：NOGCcGMP 例：舒血管物质（乙酰胆碱、缓激肽）血管内皮细胞 Ca2+内流Ca-CaM激活NOSArg-NONO穿过内皮细胞到平滑肌细胞cGMP血管平滑肌舒张 l 第二信使有：cAMP/ cGMP/IP3 / DG / Ca2+l PK 有：PKA / PKG / CaMPK / PKC / Ca2+-PK (四) 原癌基因（proto-oncogen）与跨膜信号转导l 第二信使PK激活原癌基因第三信使目的基因l 原癌基因是广泛存在于细胞基因组内的高度保守的基因，有数百种。它在细胞的 正常生长、分化，作为核内信使参与细胞内信号传递，在生命活动中起着极为重要的作用。当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。l 跨膜信号传递的Pr、受体、G、PK、生长因子、营养因子都是原癌基因编码和表达的产物。l 各种细胞外信息要激活核内基因表达，首先激活原癌基因表达产物（作为第三信使）激活特定靶基因表达l 由第二信使诱导的原癌基因称为即刻早期基因(immediate-early genes，IEG），这类基因对外界信号物质（递质、激素、冲动）在数分钟内作出快速表达反应。l 原癌基因产物有多种功能，只有核内磷酸化了的Pr.才能发挥第三信使的作用，将短暂信号转为长时程反应4. 同一信号，不同部位传递途径不同l AchN / M-R ：离子通道受体/ G- 受体 l Ach心肌M-R ：R-G- 酶 作用与同一受体，效应器酶不同，第二信使不同l AchM-R ：a ：以cAMP 为第二信使 b ：以IP3 、DG 为第二信使 四、细胞信号转导的基本特征l 多途径、多层次的细胞信号转导途径具有会聚和发散的特点l 各种受体识别各自配体，会聚后激活一个共同的效应酶 (会聚)l 同一配体，激活不同的效应酶，导致多样化细胞应答 (发散)l 细胞信号转导即具有专一性，又有作用机制的相似性l 受体与配体结合专一性l 多配体，只有少数几个第二信使介导，表现出相似性l 信号放大与适度调控，启动与终止并存l 微量配体产生巨大效应l 受体数量上升/下降；磷酸化/去磷酸化，G结合GTP/GDP，信使产生/下降l 细胞对长时间信号刺激产生适应l 受体数目下降l 受体配体亲和力下降，受体对配体敏感性下降受体脱敏/钝化l 受体下游信号蛋白变化，通路受阻l 各信号转导途径相互作用，形成网络系统（signal network system）l 通道：Ca2+-CaM