1、 第五章：第五章： 物質的跨膜運輸物質的跨膜運輸 第八章：第八章： 細胞信號轉導細胞信號轉導 被動運輸（被動運輸（passive transport）主動運輸主動運輸（active transport）胞吞作用（胞吞作用（endocytosis） 與胞吐作用（與胞吐作用（exocytosis）物質的跨膜運輸是細胞維持正常生命活動的基礎之一。 細胞通訊與細胞識別 細胞的信號分子與受體 通過細胞內受體介導的信號傳遞 通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞 由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞 細胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網絡整合信息特點特點：運輸方向、跨膜動力、能量消耗、膜轉運蛋白類型類型：簡單擴散

2、 特點（simple diffusion）、協助擴散 特點（facilitated diffusion）膜轉運蛋白：載體蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性質； 介導被動運輸與主動運輸。 通道蛋白（channel proteins）具有離子選擇性，轉運速率高； 離子通道是門控的；只介導被動運輸 類型： 電壓門通道（voltage-gated channel） 配體門通道（ligand-gated channel） 壓力激活通道（stress-activated channel） 特點特點：逆梯度運輸;依賴于膜運輸蛋白;需要能量，并對代謝毒性敏感;具有選擇性和特異

3、性。 類型類型：三種基本類型 由由ATP直接提供能量的主動運輸直接提供能量的主動運輸 鈉鉀泵鈉鉀泵 （結構與機制） 鈣泵（鈣泵（Ca2+-ATP酶） ATP驅動泵驅動泵：P-型離子泵、V-型質子泵、H+-ATP酶 協同運輸（協同運輸（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋白協同作用， 靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式 物質的跨膜轉運與膜電位物質的跨膜轉運與膜電位 被動與主動運輸的比較 作用作用：完成大分子與顆粒性物質的跨膜運輸，又稱膜泡運輸或批量運輸（bulk transport）。屬于主動運輸。 胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用 胞飲作用（pinocytosi

4、s）與吞噬作用（phagocytosis）。胞飲作用與吞噬作用主要有三點區別受體介導的內吞作用示意圖及包被的組裝 胞內體（endosome）及其分選作用 組成型的外排途徑（constitutive exocytosis pathway） 所有真核細胞 連續分泌過程 用于質膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質組分、營養或信號分子） default pathway：除某些有特殊標志的駐留蛋白和調節型分泌泡外，其余蛋白的轉運途徑：粗面內質網高爾基體分泌泡細胞表面 調節型外排途徑（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌細胞 儲存刺激釋放 產生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具

5、有共同的分選機制， 分選信號存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白 來決定 膜流：膜流：動態過程對質膜更新和維持細胞的生存與生長是必要的 囊泡與靶膜的識別與融合囊泡與靶膜的識別與融合 細胞通訊細胞通訊（cell communication）細胞識別細胞識別（cell recognition）一個細胞發出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。細胞間的通訊對于多細胞生物體的發生和組織的構建，協調細胞的功能，控制細胞的生長、分裂、分化和凋亡是必須的。細胞通訊 方式 基本概念： 分泌化學信號進行通訊 內分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autoc

6、rine） 化學突觸（chemical synapse） 接觸性依賴的通訊 細胞間直接接觸，信號分子與受體都是細胞的跨膜蛋白 通過間隙連接實現的代謝偶聯或電偶聯概念： 細胞通過其表面的受體與胞外信號物質分子（配體）選擇性地相互作用，進而導致胞內一系列生理生化變化，最終表現為細胞整體的生物學效應的過程。 信號通路（signaling pathway） 細胞識別是通過各種不同的信號通路實現的。 細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節特定基因的表達，引起細胞的應答反應，這種反應系列稱之為細胞信號通路。 信號分子信號分子（signal molecule） 親脂性信號

7、分子 親水性信號分子 氣體性信號分子 受體受體（receptor）多為糖蛋白 第二信使第二信使（second messenger） 分子開關分子開關（molecular switches）細胞內受體: 為胞外親脂性信號分子所激活 激素激活的基因調控蛋白（胞內受體超家族）細胞表面受體: 為胞外親水性信號分子所激活 細胞表面受體分屬三大家族： 離子通道偶聯的受體（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶聯的受體（G-protein-linked receptor）酶偶連的受體（enzyme-linked receptor）受體的功能： 介導物質跨膜運輸(受體介導的內吞作用

8、) 信號轉導：受體的激活（activation） （級聯反應）； 受體失敏（desensitization） 關閉反應、 減量調節（down-regulation） 降低反應。受體概念 甾類激素介導的信號通路甾類激素介導的信號通路 兩步反應階段兩步反應階段： 初級反應階段：直接活化少數特殊基因轉錄的，發生迅速；次級反應：初級反應產物再活化其它基因產生延遲的放大作用。一氧化氮介導的信號通路一氧化氮介導的信號通路 離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 G-蛋白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞蛋白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 細胞表面其它與酶偶聯的受體細胞表面其它與酶

9、偶聯的受體信號途徑信號途徑特點：特點：受體/離子通道復合體，四次/六次跨膜蛋白跨膜信號轉導無需中間步驟主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞有選擇性：配體的特異性選擇和運輸離子的選擇性 cAMP信號通路信號通路 磷脂酰肌醇信號通路磷脂酰肌醇信號通路 受體酪氨酸激酶及受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路蛋白信號通路受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體酪氨酸磷酸酯酶 受體鳥苷酸環化酶（ANPs-signals）酪氨酸蛋白激酶聯系的受體 兩大家族：一是與Src蛋白家族相聯系的受體；二是與Janus激酶家族聯系的受體。 信號轉導子和轉錄激活子（signal transducer and sig

10、nal transducer and actvator of transcriptionactvator of transcription，STATSTAT）與JAK-STAT途徑。 反應鏈：激素G-蛋白偶聯受體G-蛋白腺苷酸環化酶cAMP cAMP依賴的蛋白激酶A基因調控蛋白基因轉錄 組分及其分析 G-蛋白偶聯受體 G-蛋白活化與調節 效應酶腺苷酸環化酶 GPLR的失敏（desensitization）與減量調節細菌毒素對G蛋白的修飾作用GPLR的失敏的失敏：例：腎上腺素受體被激活后，10-15秒cAMP驟增，然后在不到1min內反應速降，以至消失。受體活性快速喪失（速發相）-失敏（dese

11、nsitization）； 機制：受體磷酸化 受體與Gs解偶聯，cAMP反應停止并被PDE降解。 兩種Ser/Thr磷酸化激酶： PKA 和腎上腺素受體激酶（ ARK）， 負責受體磷酸化； 胞內協作因子撲獲蛋白（ arrestin）-結合磷酸化的受體，抑制其功能活性（ arrestin 已克隆、定位11q13）。 反應減弱（遲發相）-減量調節（down-regulation） 機制：受體-配體復合物內吞，導致表面受體數量減少，發現 arrestin可直接與Clathrin結合，在內吞中起adeptors作用； 受體減量調節與內吞后受體的分選有關。 “雙信使系統”反應鏈：胞外信號分子G-蛋白偶聯

12、受體G-蛋白 IP3胞內Ca2+濃度升高Ca2+結合蛋白(CaM)細胞反應 磷脂酶C(PLC) DAG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH 受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 包括6個亞族 信號轉導信號轉導：配體受體受體二聚化受體的自磷酸化 激活RTK胞內信號蛋白啟動信號傳導 RTK- Ras信號通路信號通路： 配體RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進入細胞核其它激酶或基因調控蛋白（轉錄因子）的磷酸化修鈽。G蛋白偶聯受體介導的蛋白偶聯受體介導的MAPK的激活的激活 RTKs的失敏（的失敏（des

13、ensitization）G蛋白偶聯受體介導的蛋白偶聯受體介導的MAPK的激活的激活MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又稱）又稱ERK（extracelular signal-regulated kinase）-真核細胞廣泛存在的真核細胞廣泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。蛋白激酶。 MAPK的底物：膜蛋白（受體、酶）、胞漿蛋白、核骨架蛋白、及多種核內或胞的底物：膜蛋白（受體、酶）、胞漿蛋白、核骨架蛋白、及多種核內或胞漿內的轉錄調控因子漿內的轉錄調控因子-在細胞增殖和分化中具有重要調控作用。在細胞增殖和分化中具有重要調控作用。 PTX敏感性敏感性G蛋白（

14、蛋白（Gi，Go）的）的亞基依賴于亞基依賴于Ras激活激活MAPK，具體機制還有待，具體機制還有待深入研究；深入研究； PKC、PLC與與G蛋白偶聯受體介導的蛋白偶聯受體介導的MAPK激活激活 PKC和和PLC 參與參與G蛋白偶聯受體激活蛋白偶聯受體激活MAPK ： G蛋白偶聯受體激活蛋白偶聯受體激活G蛋白；蛋白； G蛋白蛋白 亞基或亞基或 亞基亞基激活激活PLC，促進膜，促進膜磷脂代謝；磷脂代謝； 磷脂代謝產物（磷脂代謝產物（ DAG + IP3 ）激活）激活PKC； PKC 通過通過Ras 或或 Raf 激活激活MAPK ； 由于由于PKC對鈣的依賴性不同，所以對鈣的依賴性不同，所以G蛋白

15、偶聯受體蛋白偶聯受體 MAPK途徑對鈣要途徑對鈣要 求不同；求不同； PKA對對G蛋白偶聯受體蛋白偶聯受體 MAPK途徑的負調控途徑的負調控 迄今未發現和制備出迄今未發現和制備出MAPK組成型突變（組成型突變（dominant negative mutant），提示細），提示細胞難于忍受胞難于忍受MAPK的持續激活（的持續激活（MAPK的去活是細胞維持正常生長代謝所必須）。的去活是細胞維持正常生長代謝所必須）。主要機制：特異性的主要機制：特異性的Tyr/Thr磷脂酶可選擇性地使磷脂酶可選擇性地使MAPK去磷酸化，關閉去磷酸化，關閉MAPK信號。信號。 cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活

16、直接激活cAMP依賴的依賴的PKA；PKA可能通過可能通過RTK或通過抑制或通過抑制Raf-Ras相互作用起相互作用起負調控作用。負調控作用。RTKs的失敏的失敏： 催化性受體的效應器位于受體本身，因此失敏即酶活性速發抑制。機制：受體的磷酸化修飾。EGF受體Thr654的磷酸化導致RTK活性的 抑制，如果該位點產生Ala突變，則阻止活性抑制，后又發現C 端的Ser1046/7也是磷酸化位點。磷酸化位點所在的C端恰好是 SH2蛋白的結合部位。引起受體磷酸化的激酶： PKC-作用于Thr654； CaMK2（Ca2+和CaM依賴的激酶2）-作用于Ser1046/7還發現：EGF受體是CDK的靶蛋白

17、，提示和周期調控有關。 RTK晶體結構研究表明， RTK激活后形成穩定的非抑制性構象；磷酸化修飾后，形成抑制性構象，引起失敏。 RTK失敏對細胞正常功能所必須， RTK 的持續激活將導致細胞生長失控。 整合蛋白與粘著斑導致粘著斑裝配的信號通路有兩條 粘著斑的功能： 一是機械結構功能； 二是信號傳遞功能 通過粘著斑由整合蛋白介導的信號傳遞通路：由細胞表面到細胞核的信號通路由細胞表面到細胞質核糖體的信號通路細胞信號傳遞的基本特征細胞信號傳遞的基本特征：具有收斂（convergence）或發散（divergence）的特點細胞的信號傳導既具有專一性又有作用機制的相似性信號的放大作用和信號所啟動的作用

18、的終止并存細胞以不同的方式產生對信號的適應(失敏與減量調節) 蛋白激酶的蛋白激酶的網絡整合信息網絡整合信息與信號網絡系統中的與信號網絡系統中的cross talk 葡萄糖丙酮酸二羧酸三羧酸脂肪酸琥珀酸乙醛酸循環體甘氨酸乙醇酸過氧化物酶體絲氨酸三磷酸甘油酸氨基酸溶酶體磷酸丙糖不同分子對人工磷脂雙層的通透性通道蛋白載體蛋白濃度梯度溶質這種通道的打開受一種力的作用，聽覺毛狀細胞的離子通道就是一個極好的例子。聲音的振動推開壓力門控通道，允許離子進入毛狀細胞，這樣建立起一種電信號，并且從毛狀細胞傳遞到聽覺神經，然后傳遞到腦。聽覺毛狀細胞的機械敏感門通道作用原理聽覺神經細胞耳蝸覆膜聽毛細胞支持細胞硬纖毛通

19、道關閉正電子進入捆在一起不傾斜基膜內耳毛細胞頂部的聽毛也是對牽拉力敏感的感受裝置，內耳毛細胞頂部的聽毛也是對牽拉力敏感的感受裝置，聽毛彎曲時，毛細胞會出現暫短的感受器電位。聽毛彎曲時，毛細胞會出現暫短的感受器電位。偶聯轉運蛋白ATP驅動泵光驅動泵電化學梯度Na+/K+泵是動物細胞中由泵是動物細胞中由ATP驅動的將驅動的將Na+ 輸出到細胞外同時將輸出到細胞外同時將K+輸入細胞內輸入細胞內的運輸泵，又稱的運輸泵，又稱Na+泵或泵或Na+/K+交換泵。交換泵。實際上是一種實際上是一種Na+ /K+ ATPase。Na+ /K+ ATPase是由兩個大亞基是由兩個大亞基(亞基亞基)和兩個小亞基和兩個

20、小亞基(亞基亞基)組成。組成。亞基是亞基是跨膜蛋白，在膜的內側有跨膜蛋白，在膜的內側有ATP結合位點，細胞外側有烏本苷結合位點，細胞外側有烏本苷(ouabain)結合位結合位點點;在在亞基上有亞基上有Na+和和K+結合位點。結合位點。運輸機制運輸機制 Na+/K+ ATPase運輸分為六個過程運輸分為六個過程(圖圖)。每水解一個。每水解一個ATP， 運出運出3個個Na+ ， 輸入輸入2個個K+ 。Na+ /K+泵工作的結果，使細胞內的泵工作的結果，使細胞內的Na+濃度比細濃度比細胞外低胞外低10-30倍，而細胞內的倍，而細胞內的K+濃度比細胞外高濃度比細胞外高10-30倍。倍。Na+/K+ 泵

21、具有三個重要作用：泵具有三個重要作用： 一是維持了細胞一是維持了細胞Na+離子的平衡，離子的平衡，抵消了抵消了Na+離子的滲透作用離子的滲透作用;二是在建立細胞質膜兩側二是在建立細胞質膜兩側Na+離離子濃度梯度的同時，為葡萄糖協子濃度梯度的同時，為葡萄糖協同運輸泵提供了驅動力同運輸泵提供了驅動力;三是三是Na+泵建立的細胞外電位，泵建立的細胞外電位，為神經和肌肉電脈沖傳導提供了為神經和肌肉電脈沖傳導提供了基礎?；A。在動物、植物細胞由載體蛋白介導的協同運輸異同點的比較物質的跨膜運輸，維持物質的跨膜運輸，維持了膜兩側的濃度分布，了膜兩側的濃度分布，對離子來說，同時形成對離子來說，同時形成了膜兩側

22、的電位差，即了膜兩側的電位差，即膜電位。對于可興奮細膜電位。對于可興奮細胞，膜電位具有重要的胞，膜電位具有重要的生物學意義。生物學意義。 胞飲作用胞飲作用細胞吞入的物質為液體或極小的顆粒物質（圖），這種內吞作用稱為胞飲作用（pinocytosis）。胞飲作用存在于白細胞、腎細胞、小腸上皮細胞、肝巨噬細胞和植物細胞。吞噬作用吞噬作用細胞內吞較大的固體顆粒物質（圖），如細菌、細胞碎片等，稱為吞噬作用（phagocytosis）。吞噬現象是原生動物獲取營養物質的主要方式，在后生動物中亦存在吞噬現象。如：在哺乳動物中，中性顆粒白細胞和巨噬細胞具有極強的吞噬能力，以保護機體免受異物侵害。巨噬細胞正在吞噬

23、衰老的紅細胞 胞吐作用胞吐作用是指真核細胞中含有待是指真核細胞中含有待分泌物的包被小泡與質膜融合分泌物的包被小泡與質膜融合, 從而從而將內含物排出胞外的過程。在組成將內含物排出胞外的過程。在組成型分泌活動中，胞吐作用是自發進型分泌活動中，胞吐作用是自發進行的，但是在調節型的細胞中，胞行的，但是在調節型的細胞中，胞吐作用必需有信號的觸發。吐作用必需有信號的觸發。胞吐作用的結果一方面將分泌物釋胞吐作用的結果一方面將分泌物釋放到細胞外，另一方面小泡的膜融放到細胞外，另一方面小泡的膜融入質膜入質膜, 使質膜得以補充。使質膜得以補充。衣被小泡沿著細胞內的微管被運輸到靶細胞器，衣被小泡沿著細胞內的微管被運

24、輸到靶細胞器，馬達蛋白水解馬達蛋白水解ATP提供運輸的動力。各類運輸提供運輸的動力。各類運輸小泡之所以能夠被準確地和靶膜融合，是因為小泡之所以能夠被準確地和靶膜融合，是因為運輸小泡表面的標志蛋白能被靶膜上的受體識運輸小泡表面的標志蛋白能被靶膜上的受體識別，其中涉及識別過程的兩類關鍵性的蛋白質別，其中涉及識別過程的兩類關鍵性的蛋白質是是SNAREs（soluble NSF attachment protein receptor）和）和Rabs（targeting GTPase）。）。其中其中SNARE的作用是保證識別的特異性和介的作用是保證識別的特異性和介導運輸小泡與目標膜的融合，導運輸小泡與目

25、標膜的融合，Rab的作用是使的作用是使運輸小泡靠近靶膜。運輸小泡靠近靶膜。動物細胞中已發現動物細胞中已發現20多種多種SNAREs，分別分布，分別分布于特定的膜上，位于運輸小泡上的叫作于特定的膜上，位于運輸小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作，位于靶膜上的叫作t-SNAREsRab也叫也叫targeting GTPase，屬于單體，屬于單體GTP酶，結構類似于酶，結構類似于Ras，已知，已知30余種。不同膜余種。不同膜上具有不同的上具有不同的Rab，每一種細胞器至少含有一種以上的，每一種細胞器至少含有一種以上的Rab。Rabs的作用是促進和調節運輸小泡的停泊和融合。與衣被召集的作用是

26、促進和調節運輸小泡的停泊和融合。與衣被召集GTP酶相似的是，起分子酶相似的是，起分子開關作用，結合開關作用，結合GDP失活，位于細胞質中，結合失活，位于細胞質中，結合GTP激活，位于細胞膜、內膜和運輸小激活，位于細胞膜、內膜和運輸小泡膜上，調節泡膜上，調節SNAREs復合體的形成。復合體的形成。Rabs的調節蛋白與其它的調節蛋白與其它G蛋白的相似。蛋白的相似。Rabs還有還有許多效應因子（許多效應因子（effector），其作用是幫助運輸小泡聚集和靠近靶膜，觸發），其作用是幫助運輸小泡聚集和靠近靶膜，觸發SNAREs釋放釋放它的抑制因子。許多運輸小泡只有在包含了特定的它的抑制因子。許多運輸小泡

27、只有在包含了特定的Rabs和和SNAREs之后才能形成。之后才能形成。配體細胞質信號轉導離子通道偶聯的受體（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶聯的受體（G-protein-linked receptor）酶偶連的受體（enzyme-linked receptor激活的催化結構域二聚體信號分子細胞內信號傳遞作為分子開關的蛋白質可分兩類（圖）：細胞內信號傳遞作為分子開關的蛋白質可分兩類（圖）：a a類開關蛋白（類開關蛋白（switch proteinswitch protein）的活性由蛋白激酶使之磷酸化而開啟，由蛋）的活性由蛋白激酶使之磷酸化而開啟，由蛋白磷酸酯酶

28、使之去磷酸化而關閉，許多由可逆磷酸化控制的開關蛋白是蛋白白磷酸酯酶使之去磷酸化而關閉，許多由可逆磷酸化控制的開關蛋白是蛋白激酶本身，在細胞內構成信號傳遞的磷酸化級聯反應；激酶本身，在細胞內構成信號傳遞的磷酸化級聯反應；b b類主要開關蛋白由類主要開關蛋白由GTPGTP結合蛋白組成，結合結合蛋白組成，結合GTPGTP而活化，結合而活化，結合GDPGDP而失活。而失活。在細胞內一系列信號傳遞的級聯反應中，必須有正、負兩種相輔相成的反饋機在細胞內一系列信號傳遞的級聯反應中，必須有正、負兩種相輔相成的反饋機制進行精確控制，制進行精確控制， 因此分子開關（因此分子開關（molecular switche

29、smolecular switches）的作用舉足輕重，）的作用舉足輕重，即對每一步反應既要求有激活機制又必然要求有相應的失活機制，而且二者對即對每一步反應既要求有激活機制又必然要求有相應的失活機制，而且二者對系統的功能同等重要。系統的功能同等重要。 （A）細胞內受體蛋白作用模型）細胞內受體蛋白作用模型;（B）幾種胞內受體蛋白超家族成員）幾種胞內受體蛋白超家族成員 細胞內受體在接受脂溶性的信號分子并與之結合形成受體細胞內受體在接受脂溶性的信號分子并與之結合形成受體-配體復合物后就成為轉錄促進因子，作用于特異的基配體復合物后就成為轉錄促進因子，作用于特異的基因調控序列，啟動基因的轉錄和表達（右圖

30、）因調控序列，啟動基因的轉錄和表達（右圖）糖皮質激素受體激活糖皮質激素受體激活類固醇激素通過擴散穿過細胞質膜類固醇激素通過擴散穿過細胞質膜;(b)激素分子與胞質溶膠中的受體結合激素分子與胞質溶膠中的受體結合;(c)抑制蛋白與受體脫離，露出與抑制蛋白與受體脫離，露出與DNA結合和激活基因轉錄結合和激活基因轉錄的位點的位點;(d)被激活的復合物進入細胞核被激活的復合物進入細胞核;(e)與與DNA增強子區結合增強子區結合;(f)促進受激素調節的基因轉錄。促進受激素調節的基因轉錄。皮質醇受體皮質醇受體雌激素受體雌激素受體孕酮受體孕酮受體維生素維生素D受體受體甲狀腺素受體甲狀腺素受體視黃酸受體視黃酸受體

31、針對類固醇激素的早期原初反應延遲反應NO是可溶性的有毒氣體，研究表明，是可溶性的有毒氣體，研究表明，NO分子具有多種生物學功能，并且分子具有多種生物學功能，并且是一種能夠進入細胞直接作用于酶并引起快速反應的氣體信號分子。在一是一種能夠進入細胞直接作用于酶并引起快速反應的氣體信號分子。在一些組織中作為局部介質引起信號轉導，使血管壁的平滑肌細胞松弛，血液些組織中作為局部介質引起信號轉導，使血管壁的平滑肌細胞松弛，血液流通順暢。流通順暢。內皮細胞中內皮細胞中NO合酶被合酶被Ca2+離子激活后離子激活后可利用精氨酸生成可利用精氨酸生成NO。NO能夠跨過細能夠跨過細胞質膜擴散到鄰近的平滑肌細胞，并將胞質

32、膜擴散到鄰近的平滑肌細胞，并將鳥苷酸環化酶激活，該酶催化鳥苷酸環化酶激活，該酶催化GTP生成生成cGMP。cGMP是非常重要的第二信使，是非常重要的第二信使，可引起肌細胞松弛和血管舒張反應可引起肌細胞松弛和血管舒張反應NO對血管的效應可以很好地解對血管的效應可以很好地解釋硝化甘油的作用，早在釋硝化甘油的作用，早在100年年前就使用硝化甘油處理心絞痛的前就使用硝化甘油處理心絞痛的病人病人(這種絞痛是由血液不適當地這種絞痛是由血液不適當地流向心肌引起的流向心肌引起的)。硝化甘油在體。硝化甘油在體內轉化成內轉化成NO，它可以使血管松，它可以使血管松弛。減輕心臟的工作壓力，減少弛。減輕心臟的工作壓力，

33、減少心肌對氧的需要。心肌對氧的需要。 乙酰膽堿N受體（260KD）外周型：5個亞基組成（2）調節主要為亞基變化通道開啟：Na+ 內流，K+外流，膜去極化。GPLR的C端富含Ser 和Thr磷酸化位點-受體磷酸化失敏機制在G蛋白偶聯系統中，G蛋白的作用主要是將信號從受體傳遞給效應物Ras是大鼠肉瘤(rat sarcoma,Ras)的英文縮寫。Ras蛋白是原癌基因c-ras的表達產物，相對分子質量為21kDa，系單體 GTP結合蛋白，具有弱的 GTP酶活性。其活性則是通過與GTP或GDP的結合進行調節Ras蛋白的活性受GEF(鳥苷酸交換因子)和GAP（GTP酶活化蛋白）的控制,GEF激活Ras,而

34、GAP則抑制Ras的活性。研究發現，粘著斑的裝配也是通過信號控制的。當質膜上的整聯蛋白與細胞外基質中配體結合時就開始了粘著斑的裝配。粘著斑裝配的信號從整聯蛋白傳遞到Rho蛋白。Rho是一種小分子的G蛋白，在形態和結構上與Ras蛋白相似; 在功能上， Rho蛋白也是一種分子開關，決定信號是沿哪一條途徑傳遞。在粘著斑的裝配中，信號轉導主要是調節應力纖維的裝配整聯蛋白與細胞外基質的相互作用能夠激活一些細胞質中的蛋白激酶，如Src。Src是一個大家族，屬非受體酪氨酸蛋白激酶。Src被整聯蛋白激活后，能夠將一些蛋白質磷酸化，其中有一種是酪氨酸蛋白激酶，稱為粘著斑激酶(focal adhesion kin

35、ase， FAK)，這些蛋白激酶通過將底物磷酸化進行信號轉導。信號傳導途徑的匯集是指不同的信號分子分別作用于不同的受體，但是最后的效應物是相同的圖中所示是將來自G蛋白偶聯受體、整聯蛋白、受體酪氨酸激酶的信號通過Grb2-Sos匯集到Ras，然后沿著MAP激酶級聯系統進行傳遞。RTKGLRLigandLigand PLCRasACGPRafDAGIP3cAMPMAPKKMAPK Transcription Factors PKC Ca2+CaMKPKA PM來自于EGF受體的信號能夠分成幾個不同的途徑進行傳遞.如PKA系統與受體酪氨酸激酶系統間的相互干擾在某些細胞中，G蛋白偶聯系統的受體在腎上腺

36、素等細胞外信使的作用下，產生第二信使cAMP，cAMP激活PKA，然后通過PKA抑制Raf，從而阻斷了從Ras到Raf的信號傳導。簡單擴散是被動運輸的基本方式，不需要膜蛋白的幫助，也不消耗ATP，而只靠膜兩側保持一定的濃度差，通過擴散發生的物質運輸。簡單擴散的限制因素是物質的脂溶性、分子大小和帶電性。脂溶性:脂溶性越強，通過脂雙層膜的速率越快溶質的脂溶性與通過細胞膜能力的關系水的通透性為什水的通透性為什么這么高？么這么高？l相對分子質量相對分子質量:相對分子質量小，脂溶性高的分子才能快速擴散。相對分子質量小，脂溶性高的分子才能快速擴散。根據實驗結果，推測質膜的通透性孔徑不會大于根據實驗結果，推

37、測質膜的通透性孔徑不會大于0.51.0nm，能夠擴散的，能夠擴散的最小分子是水分子。最小分子是水分子。l物質的帶電性物質的帶電性:一般說來，氣體分子（如一般說來，氣體分子（如O2、CO2、N2）、小的不帶電的極性分子）、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過質膜，大的不帶電的極性分子（如葡萄糖）和各種帶電的脂溶性的分子等易通過質膜，大的不帶電的極性分子（如葡萄糖）和各種帶電的極性分子都難以通過質膜。極性分子都難以通過質膜。 帶電的物質通常同水結合形成一個水合的外殼，這不僅增帶電的物質通常同水結合形成一個水合的外殼，這不僅增加了它們的分子體積，同時也大大降低了脂溶

38、性。因此說，加了它們的分子體積，同時也大大降低了脂溶性。因此說，所有帶電荷的分子所有帶電荷的分子(離子離子)，不管它多小，不管它多小， 都不能自由擴散。都不能自由擴散。l協助擴散：是指非脂溶性物質或親水性物質，協助擴散：是指非脂溶性物質或親水性物質， 如氨基酸、糖和金屬離子如氨基酸、糖和金屬離子等借助細胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學濃度梯度，等借助細胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學濃度梯度， 不消不消耗耗ATPATP進入膜內的一種運輸方式。進入膜內的一種運輸方式。l協助擴散同樣不需要消耗能量，并且也是從高濃度向低濃度進行。協助擴散同樣不需要消耗能量，并且也是從高濃度向低濃度進

39、行。l同簡單擴散相比，具有以下一些特點同簡單擴散相比，具有以下一些特點 協助擴散的速度要快幾個數量級。協助擴散的速度要快幾個數量級。 具有飽和性具有飽和性: : 當溶質的跨膜濃度差達到一定程度時，促進擴散的速度不當溶質的跨膜濃度差達到一定程度時，促進擴散的速度不再提高。再提高。 具有高度的選擇性具有高度的選擇性: : 如運輸蛋白能夠幫助葡萄糖快速運輸，但不幫助與如運輸蛋白能夠幫助葡萄糖快速運輸，但不幫助與葡萄糖結構類似的糖類運輸。葡萄糖結構類似的糖類運輸。 膜運輸蛋白的運輸作用也會受到類似于酶的競爭性抑制，以及蛋白質變膜運輸蛋白的運輸作用也會受到類似于酶的競爭性抑制，以及蛋白質變性劑的抑制作用

40、。性劑的抑制作用。l載體蛋白：載體蛋白：需要同被運輸的離子和分子結合，然后通過自身的構型變化需要同被運輸的離子和分子結合，然后通過自身的構型變化或移動完成物質運輸或移動完成物質運輸。葡萄糖可通過載體蛋白進行促進擴散。運輸葡萄糖的載體蛋白主要是通過構型的變化進行葡萄葡萄糖可通過載體蛋白進行促進擴散。運輸葡萄糖的載體蛋白主要是通過構型的變化進行葡萄糖的運輸糖的運輸紅細胞質膜載體蛋白促進葡萄糖擴散示意圖l通道蛋白通道蛋白是一類橫跨質膜，能使適宜大小的分子及帶電荷的分子通過簡單的自由擴是一類橫跨質膜，能使適宜大小的分子及帶電荷的分子通過簡單的自由擴散運動，散運動， 從質膜的一側轉運到另一側從質膜的一側

41、轉運到另一側的蛋白質的蛋白質。l通道蛋白可以是單體蛋白，也可以是多亞基組成的蛋白，它們都是通過疏水的氨基通道蛋白可以是單體蛋白，也可以是多亞基組成的蛋白，它們都是通過疏水的氨基酸鏈進行重排，形成水性通道酸鏈進行重排，形成水性通道，允許適宜的分子通過。允許適宜的分子通過。l通道蛋白具有選擇性，所以在細胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只通道蛋白具有選擇性，所以在細胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動運輸，是被動運輸， 并且是從高濃度向低濃度運輸，所以不消耗能量。并且是從高濃度向低濃度運輸，所以不消耗能量。極性極性(帶電性帶電性)通道的形成通道的形成(a) 由單亞基膜蛋白形成

42、的通道由單亞基膜蛋白形成的通道;(b)由多亞基蛋白形成的通道。由多亞基蛋白形成的通道?，F已鑒定過的離子通道蛋白在膜中都有開和關兩種構型相當于門，現已鑒定過的離子通道蛋白在膜中都有開和關兩種構型相當于門，所以將通道蛋白形成的通道稱為門控通道所以將通道蛋白形成的通道稱為門控通道l電壓門控通道這類通道的構型變化依據細胞內外帶電離子的狀態，主要是通過膜電位的變化使其構型發生改變, 從而將“門”打開。在很多情況下, 門通道有其自己的關閉機制, 它能快速地自發關閉。開放往往只有幾毫秒時間。在這短暫瞬息時間里,一些離子、代謝物或其它溶質順著濃度梯度自由擴散通過細胞膜。含羞草的葉片在觸摸時發生的葉卷曲就是通過

43、電位-門控通道傳遞信號的l配體門控通道l這類通道在其細胞內或外的特定配體（ligand）與膜受體結合時發生反應, 引起門通道蛋白的一種成分發生構型變化, 結果使“門”打開。因此這類通道被稱為配體-門控通道。l它分為細胞內配體和細胞外配體兩種類型。l主動運輸主動運輸：是由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度由濃是由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度由濃度低的一側向高濃度的一側進行跨膜轉運的方式。度低的一側向高濃度的一側進行跨膜轉運的方式。l被動運輸是減少細胞與周圍環境的差別，而主動運輸則是努力創造差別，維持被動運輸是減少細胞與周圍環境的差別，而主動運輸則是努力創造差別，維持生命的活

44、力。生命的活力。l從創造差異對細胞生命活動的意義方面來說。主動運輸涉及物質輸入和輸出細從創造差異對細胞生命活動的意義方面來說。主動運輸涉及物質輸入和輸出細胞和細胞器，并且能夠逆濃度梯度或電化學梯度。這種運輸對于維持細胞和細胞和細胞器，并且能夠逆濃度梯度或電化學梯度。這種運輸對于維持細胞和細胞器的正常功能來說起三個重要作用胞器的正常功能來說起三個重要作用: :l 保證了細胞或細胞器從周圍環境中或表面攝取必需的營養物質，即使這些營保證了細胞或細胞器從周圍環境中或表面攝取必需的營養物質，即使這些營養物質在周圍環境中或表面的濃度很低養物質在周圍環境中或表面的濃度很低; ;l 能夠將細胞內的各種物質，如

45、分泌物、代謝廢物以及一些離子排到細胞外，能夠將細胞內的各種物質，如分泌物、代謝廢物以及一些離子排到細胞外，即使這些物質在細胞外的濃度比細胞內的濃度高得多即使這些物質在細胞外的濃度比細胞內的濃度高得多; ; l能夠維持一些無機離子在細胞內恒定和最適的濃度，特別是能夠維持一些無機離子在細胞內恒定和最適的濃度，特別是K K+ +、CaCa2+2+和和H H+ +的濃的濃度。度。l概括地說，主動運輸主要是維持細胞內環境的穩定，以及在各種不同生理條件概括地說，主動運輸主要是維持細胞內環境的穩定，以及在各種不同生理條件下細胞內環境的快速調整，下細胞內環境的快速調整， 這對細胞的生命活動來說是非常重要的。這

46、對細胞的生命活動來說是非常重要的。l建立濃度梯度或電化學梯度l細胞靠主動運輸建立和維持各種離子在細胞內的不同濃度，這些離子的濃度差異對于細胞的生存和行使功能至關重要。典型動物細胞內外離子濃度的比較l消耗能量 主動運輸是消耗代謝能的運輸方式，有三種不同的直接能量來源l鈣泵l 結構：有10個跨膜區(圖);l 激活:兩種激活機制，Ca2+/鈣調蛋白(CaM)復合物的激活; 蛋白激酶C激活。 l 運輸機制: 類似于Na+/K+ ATPase。每水解一個ATP將兩個Ca2+離子從胞質溶膠輸出到細胞外。l受體介導的內吞作用受體介導的內吞作用l一種特殊類型的內吞作用，主要是用于攝取特殊的生物大分子。一種特殊

47、類型的內吞作用，主要是用于攝取特殊的生物大分子。 大約有大約有50種以上的不同蛋白，包括激素、生長因子、淋巴因子和種以上的不同蛋白，包括激素、生長因子、淋巴因子和一些營養物都是通過這種方式進入細胞。一些營養物都是通過這種方式進入細胞。l被吞入的物質首先同細胞質膜的受體蛋白結合被吞入的物質首先同細胞質膜的受體蛋白結合, 同受體結合的物同受體結合的物質稱為配體質稱為配體(ligand)。配體即是經受體介導被內吞的特異性大分子。它們的性質以及被細配體即是經受體介導被內吞的特異性大分子。它們的性質以及被細胞內吞后的作用各不相同。胞內吞后的作用各不相同。l在受體介導的內吞過程中在受體介導的內吞過程中,

48、配體配體-受體復合物在質膜的一個特殊受體復合物在質膜的一個特殊的區域的區域,即被膜小窩即被膜小窩(coated pit)中進行濃縮中進行濃縮, 然后逐漸形成被膜然后逐漸形成被膜小泡。小泡。包裹在小泡外面的外被是一種纖維蛋白的聚合體包裹在小泡外面的外被是一種纖維蛋白的聚合體,即網格蛋白。脫即網格蛋白。脫離了質膜的被膜小泡的外被很快解聚離了質膜的被膜小泡的外被很快解聚,成為無被小泡成為無被小泡,即初級內體。即初級內體。l通過受體介導的內吞作用進入細胞的配體通過受體介導的內吞作用進入細胞的配體l配體配體(ligand)l同錨定蛋白結合的任何分子都稱為配體。在受體介導的內吞中同錨定蛋白結合的任何分子都

49、稱為配體。在受體介導的內吞中, 與細胞質膜受與細胞質膜受體蛋白結合體蛋白結合, 最后被吞入細胞的即是配體。最后被吞入細胞的即是配體。l根據配體的性質以及被細胞內吞后的作用根據配體的性質以及被細胞內吞后的作用, 將配體分為四大類將配體分為四大類:.營養物營養物, 如轉如轉鐵蛋白、低密度脂蛋白鐵蛋白、低密度脂蛋白(LDL)等等; .有害物質有害物質, 如某些細菌如某些細菌; .免疫物質免疫物質, 如免如免疫球蛋白、抗原等疫球蛋白、抗原等; .信號物質信號物質, 如胰島素等多種肽類激素等如胰島素等多種肽類激素等。l受體介導內吞的受體介導內吞的基本特點基本特點配體與受體的結合是特異的配體與受體的結合是

50、特異的, 具有選擇性具有選擇性; 要形成特殊包被的內吞泡。要形成特殊包被的內吞泡。將成纖維細胞培養在加有轉鐵蛋將成纖維細胞培養在加有轉鐵蛋白白-鐵標記的低密度脂蛋白鐵標記的低密度脂蛋白(LDL)的培養基中的培養基中,可清楚地觀察到這一可清楚地觀察到這一過程過程基本過程基本過程配體與膜受體結合形成一個小窩配體與膜受體結合形成一個小窩(pit); 小窩逐漸向內凹陷，然后同質膜脫小窩逐漸向內凹陷，然后同質膜脫離形成一個被膜小泡離形成一個被膜小泡; 被膜小泡的外被很快解聚被膜小泡的外被很快解聚, 形成無被小泡形成無被小泡, 即初級內即初級內體體; 初級內體與溶酶體融合初級內體與溶酶體融合,吞噬的物質被

51、溶酶體的酶水解吞噬的物質被溶酶體的酶水解(圖圖)。受體介導的內吞泡的命運受體介導的內吞泡的命運在受體介導的內吞作用中在受體介導的內吞作用中, ,隨內吞泡進入細胞內隨內吞泡進入細胞內的物質可分為三大類的物質可分為三大類配體配體( (獵物獵物) )、受體、膜組分、受體、膜組分配體基本被降解配體基本被降解, , 少數可被利用。大多數受體能夠少數可被利用。大多數受體能夠再利用再利用, , 少數受體被降解。通常受體有四種可能的少數受體被降解。通常受體有四種可能的去向去向: : 受體內吞之后受體內吞之后, ,大多數受體可形成載體小大多數受體可形成載體小泡重新運回到原來的質膜上再利用，這些受體主要泡重新運回

52、到原來的質膜上再利用，這些受體主要是通過次級內體的分揀作用重新回到細胞質膜上是通過次級內體的分揀作用重新回到細胞質膜上( (如如M6PM6P受體、受體、LDLLDL受體受體) )。受體和配體一起由載體。受體和配體一起由載體小泡運回到原來的質膜上再利用小泡運回到原來的質膜上再利用, ,如轉鐵蛋白及轉如轉鐵蛋白及轉鐵蛋白受體就是通過這種方式再循環。受體和配鐵蛋白受體就是通過這種方式再循環。受體和配體一起進入溶酶體被降解體一起進入溶酶體被降解, , 如在某些信號傳導中如在某些信號傳導中, ,信號分子與受體一起被溶酶體降解。受體和配體信號分子與受體一起被溶酶體降解。受體和配體一起通過載體小泡被轉運到相

53、對的細胞質膜面一起通過載體小泡被轉運到相對的細胞質膜面, , 這這就是轉胞吞作用。就是轉胞吞作用。被內吞進來的膜成分有三種可能的去向被內吞進來的膜成分有三種可能的去向: : 第一種是第一種是隨著細胞質膜受體分選產生的小泡一起重新回到質隨著細胞質膜受體分選產生的小泡一起重新回到質膜上再循環利用；第二種可能是同高爾基體融合，膜上再循環利用；第二種可能是同高爾基體融合，成為高爾基體膜的一個部分，這些膜有可能通過小成為高爾基體膜的一個部分，這些膜有可能通過小泡的回流同內質網融合；第三種可能是隨著溶酶殘泡的回流同內質網融合；第三種可能是隨著溶酶殘體的消失而消失體的消失而消失。 l受體介導的低密度脂蛋白受

54、體介導的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)內吞作用內吞作用lLDL是一種球形顆粒的脂蛋白是一種球形顆粒的脂蛋白(圖圖)，直徑為，直徑為22nm, 核心是核心是1500個膽固醇酯；外面由個膽固醇酯；外面由800個磷脂和個磷脂和500個未酯化的膽固醇分子包裹個未酯化的膽固醇分子包裹,由于外被脂分子的親水頭露在外部，使由于外被脂分子的親水頭露在外部，使LDL能能夠溶于血液中；最外面有一個相對分子質量為夠溶于血液中；最外面有一個相對分子質量為55 kDa的蛋白，叫輔基蛋白的蛋白，叫輔基蛋白B100(apolipoprotein B-100), 它能夠與特定細胞的表

55、面受體結合。它能夠與特定細胞的表面受體結合。(a)由磷脂和未酯化的膽固醇單層構成由磷脂和未酯化的膽固醇單層構成LDL的外的外膜結構膜結構, 在外膜上結合一個親水的在外膜上結合一個親水的apo-B蛋白蛋白,該蛋白可以介導該蛋白可以介導LDL與細胞表面的受體結合。與細胞表面的受體結合。(b)四種類型脂蛋白的電鏡照片四種類型脂蛋白的電鏡照片lLDL受體蛋白受體蛋白lLDL受體蛋白是一個單鏈的糖蛋白受體蛋白是一個單鏈的糖蛋白,由由839個氨基酸組成個氨基酸組成,跨膜區由跨膜區由22個疏水的氨基個疏水的氨基酸組成酸組成,為單次跨膜蛋白。為單次跨膜蛋白。LDL受體蛋白合成后被運輸到細胞質膜受體蛋白合成后被

56、運輸到細胞質膜,即使沒有相應即使沒有相應配體的存在配體的存在, LDL受體蛋白也會在細胞質膜集中濃縮并形成被膜小窩受體蛋白也會在細胞質膜集中濃縮并形成被膜小窩,當血液中有當血液中有LDL顆粒顆粒,可立即與可立即與LDL的的apoB-100結合形成結合形成LDL-受體復合物。受體復合物。lLDL的內吞的內吞l一旦一旦LDL與受體結合與受體結合,就會形成被膜小泡被細胞吞入，接著是網格蛋白解聚就會形成被膜小泡被細胞吞入，接著是網格蛋白解聚, 受體受體回到質膜再利用回到質膜再利用, 而而LDL被傳送給溶酶體被傳送給溶酶體, 在溶酶體中蛋白質被降解在溶酶體中蛋白質被降解, 膽固醇被釋膽固醇被釋放出來用于

57、質膜的裝配放出來用于質膜的裝配, 或進入其他代謝途徑。或進入其他代謝途徑。受體介導受體介導的的LDL內吞內吞過程過程LDL在質膜的被膜小窩中與受體結在質膜的被膜小窩中與受體結合合;(2)小窩向內出芽小窩向內出芽; (3)形成被膜小泡形成被膜小泡;(4)網格蛋白去聚合形成無被小泡網格蛋白去聚合形成無被小泡(初級內初級內體體);(5)內體調整內體調整pH至酸性至酸性,使使LDL與受體脫離與受體脫離(次級內體次級內體); (6) 受體被分揀出來受體被分揀出來,被載體小泡運回到質被載體小泡運回到質膜膜; (7)通過膜融合通過膜融合,受體回到質膜再利用受體回到質膜再利用;(8)LDL被分選進入沒有受體的

58、小泡被分選進入沒有受體的小泡, 與初與初級溶酶體融合形成次級溶酶體級溶酶體融合形成次級溶酶體;(10)在次級溶酶體中在次級溶酶體中,蛋白質被降解成氨基蛋白質被降解成氨基酸酸,膽固醇脂被水解產生膽固醇和脂膽固醇脂被水解產生膽固醇和脂肪酸肪酸。l LDL與HDL的關系lLDL不是血液中惟一的膽固醇運輸劑, HDL也有類似的結構和功能, 但含有不同的蛋白質具有不同的生理作用。LDL主要是將肝組織的膽固醇運向身體其他部位的細胞。而HDL則沿相反方向運輸,即從身體其他部位將膽固醇運向肝組織,通過內吞作用被吸收并作為膽汁分泌出去。血液中LDL的升高會增加心臟病的危險性,但是血液中HDL的水平提高就會降低這

59、種危險性,因為它可以通過肝來降低血液中的LDL水平。l LDL與動脈粥樣硬化l血液中LDL的水平與動脈粥樣硬化(動脈變窄)有極大的關系。動脈阻塞是一個復雜的、尚不十分清楚的過程, 其中也包括血管內壁含有LDL血斑的沉積。動脈粥樣硬斑不僅降低血液流通,也是血凝塊形成的部位, 它可阻塞血管中血液的流通。在冠狀動脈中形成的血凝塊會導致心肌梗塞。LDL受體缺陷是造成血液中LDL水平升高的主要原因。l轉胞吞作用轉胞吞作用(transcytosis)l轉胞吞作用是一種特殊的內吞作用，受體和配體在內吞中并未作任何處理,只是經細胞內轉運到相反的方向, 然后通過胞吐作用, 將內吞物釋放到細胞外,這種內吞主要發生

60、在極性細胞中,如抗體轉運到血液和乳汁就是這種運輸。母體IgG免疫球蛋白跨過新生鼠表皮細胞的轉胞吞作用l細胞通訊：細胞通訊：是指在多細胞生物的細胞社會中是指在多細胞生物的細胞社會中, , 細胞間或細胞內通過細胞間或細胞內通過高度精確和高效地發送與接收信息的通訊機制高度精確和高效地發送與接收信息的通訊機制, , 并通并通過放大引起快速的細胞生理反應，或者引起基因活動過放大引起快速的細胞生理反應，或者引起基因活動, ,爾后發生一系列的細胞生理活動來協調各組織活動爾后發生一系列的細胞生理活動來協調各組織活動, , 使之成為生命的統一整體對多變的外界環境作出綜合使之成為生命的統一整體對多變的外界環境作出