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1、第五章 物质的跨膜运输与信号传递,物质的跨膜运输细胞通讯与信号传递,yang,第一节 物质的跨膜运输,被动运输（passive transport）主动运输（active transport）胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）,细胞质膜不仅仅作为物质出入细胞的障碍，还要具有控制分子和离子通过的能力。细胞膜是选择性透性膜，是能调节物质进出的精密装置。物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。,第二节 细胞通讯与信号传递,细胞通讯与细胞识别 细胞的信号分子与受体 通过细胞内受体介导的信号传递 通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 由细胞表面整合蛋白介导的信号传
2、递 细胞信号传递的基本特征,一、被动运输（passive transport）,定义：通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。特点：不消耗细胞能量，运输方向是顺浓度梯度或顺电化学梯度。类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散（facilitated diffusion）膜转运蛋白：1、载体蛋白（carrier proteins）介导被动运输与主动运输。2、通道蛋白（channel proteins）只介导被动运输，离子通道是门控的；选择性开启离子通道。类型：电压门通道（voltage-gated channel）水通道 配体门通道（ligand-gat
3、ed channel）压力激活通道（stress-activated channel）,简单扩散 也叫自由扩散，不需要膜蛋白协助。,疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子以简单扩散的方式跨膜转运，如：O2、N2、水分子和尿素等。带电荷的离子不能简单扩散。细胞膜的通透性主要取决于分子大小和分子的极性。小分子比大分子容易穿膜，非极性分子比极性分子容易穿膜，而带电荷的离子跨膜运动则需更高的自由能。,协助扩散（facilitated diffusion）是各种极性分子和无机离子，如：糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减少方向的跨膜转运，该过程不需要细胞提供能量，这与简单扩散相同，
4、因此两者都称为被动运输。但在协助扩散中，特异的膜蛋白“协助”物质转运使其转运速率增加，转运特异性增强。,二、主动运输（active transport）,定义：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运的方式。消耗细胞能量。特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白类型：三种基本类型 由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵（结构与机制）钙泵（Ca2+-ATP酶）质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶 协同运输（cotransport）物质的跨膜转运与膜电位,钙泵,又称Ca2ATP酶，跨膜蛋白，10个跨膜螺旋。钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将Ca2输出细胞或泵入内质网
5、腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离Ca2。钙泵在肌质网内储存Ca2，能够调节肌肉细胞的收缩与舒张。Ca2泵与ATP的水解相偶联，每消耗一分子ATP转运出两个Ca2。,质子泵,植物细胞、真菌、细菌的质膜无钠钾泵，以质子泵输出H，建立跨膜的H电化学梯度，以驱动转运溶质进入细胞。可分为三种：P型质子泵：在转运过程中涉及磷酸化和去磷酸 化。存在于真核细胞的细胞膜上。V型质子泵：存在于动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上。H+-ATP酶：存在于线粒体内膜、植物内囊体膜和多数细菌质膜上。,协同运输,由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗细胞内的ATP所完成的主动运输方式。共运输：物
6、质运输方向与离子转移方向相同对向运输：物质跨膜转运的方向与离子转移的方向相反,膜电位,质膜上对带电荷物质的跨膜运输引起膜内外的电位差，称为膜电位。当细胞处于静息状态时，膜电位是外正内负，这是静息电位，被称为“极化”现象。动物细胞的静息电位在-20mV-200 mV之间。,静息电位产生的原因,动作电位膜电位的存在及变化具有重要的生物学意义，特别是在神经、肌肉等可兴奋细胞中，是化学信号或电信号引起的兴奋传递的重要方式。因为神经兴奋传递就是以动作电位沿神经纤维方向在细胞膜上迅速传导。,胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）,作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜
7、泡运输（物质包裹在双层膜围绕的囊泡中）或批量运输（数量不等）。胞吞作用：通过细胞膜内陷形成囊泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程。胞吐作用：将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。,胞吞作用,胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。,1穿胞吞排的跨细胞运输2.受体介导的衣被小泡运输,1穿胞吞排的跨细胞运输,出现在某些组织、器官分界面的细胞中。其细胞的分布呈极性，在一极的质膜内形成微胞饮小泡，小泡穿越细胞质区域，在另一极的质膜上又将吞饮物质释放交给另一种细胞。由胞吞、胞吐结合的跨膜运输。转运的主要是蛋白质。在转运的过程中，不与溶酶体发生联
8、系。类似于“集装箱式的跨国运输”，从一极到另一极。例如：抗体从母乳进入婴儿血管的过程，中间都涉及到这种穿胞吞排的跨细胞膜运输。,2.受体介导的衣被小泡运输,胞饮小泡：分为衣被小泡和无被小泡两种。前者以网格蛋白作为胞外衣被（以受体介导对特定大分子的选择性摄取浓缩）。后者是非特异性的胞饮形式。衣被小泡的类型衣被的结构衣被小泡的形成过程,衣被小泡的类型,内质网和高尔基体膜形成面（CGN）上形成的COP蛋白衣被小泡；由质膜和高尔基体成熟面（TGN）上形成的网格蛋白衣被小泡。,低密脂蛋白（LDL）颗粒由胆固醇分子、磷脂和蛋白质组成，悬浮在血液中，当体内细胞需利用胆固醇参与细胞膜组装时，血管壁上皮细胞的质
9、膜上的LDL受体和LDL颗粒结合，以网格蛋白衣被小泡形式胞吞进入细胞，经脱被作用并与胞内体融合，胞内体膜上具有H泵，使胞内pH下降，导致受体与LDL分离，再以出芽的方式形成小泡将运载受体返回质膜去重复使用，然后该含有LDL的胞内体与溶酶体融合，LDL被水解，释放胆固醇和脂肪酸供细胞利用。高胆固醇血症患者的发病原因：是因为体细胞膜上LDL受体蛋白遗传缺陷或者生理功能失调，则对血液中LDL颗粒无法胞吞，大量沉积于血管内，从而导致动脉粥样硬化等心血管疾病。如冠心病。,还有一些细胞生理活动必需的大分子，例如胰岛素、膜转运蛋白、铁传递蛋白、表皮生长因子等，都是依靠这种运输途径（衣被小泡）进入细胞的。此外
10、，衣被小泡还参与了胞内运输（例如：内质网高尔基体，高尔基体溶酶体，高尔基体质膜的物质转运）和膜循环（即质膜细胞器或细胞器之间的膜物质转移循环）,胞吐作用,组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathway）所有真核细胞，连续分泌过程。除某些有特殊标志的驻留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面 调节型外排途径（regulated exocytosis pathway）特化的分泌细胞，储存刺激释放,胞吞和胞吐的过程都涉及了囊泡与靶膜的识别、以及融合，推测此过程有融合蛋白、NSF连接蛋白SNAPs以及囊泡膜受体v-SNARE和靶膜受
11、体t-SNARE形成融合复合物，来催化囊泡膜与靶膜的融合。某些病毒在胞吞入细胞后，可以其自身的病毒包膜融合蛋白催化病毒与胞内体融合，使病毒核酸进入细胞质进行复制。哺乳动物的细胞融合蛋白具有催化精子和卵细胞融合受精作用。,一、细胞通讯与细胞识别,细胞通讯（cell communication）细胞识别（cell recognition）,细胞通讯（cell communication）,一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建是必需的。细胞通讯方式：分泌化学信号进行通讯：内分泌、旁分泌、自分泌、化学突触 接触性依赖的通讯：细胞间直接
12、接触，通过与质膜结合的信号分子影响其它细胞 间隙连接：细胞间形成间隙连接，通过交换小分子实现代谢偶联或电偶联。,细胞识别（cell recognition）,细胞识别是指细胞间的辨认和鉴别。指细胞通过其表面的受体与胞外信号分子（配体）选择性的相互作用，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。细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。,二、细胞的信号分子与受体,信号分子（signal molecule）亲脂性信号分子：甾类激素和甲状腺素（直接过膜），受体在细胞质或细胞核中，结合后能调节基因表达。亲水性信号分子：神经递质、生长因子、局部化学介质和肽类激素，受体在质膜表面，须
13、经过信号转导，引起细胞应答反应。气体性信号分子(NO)：能进入细胞，直接激活效应酶,(明星分子)受体与信号分子的关系具多样性第二信使（second messenger）学说 分子开关（molecular switches）,受体：能够识别和选择性结合某种配体的大分子。与配体结合后，通过信号转导将胞外信号转换为胞内信号。同种化学信号分子，不同细胞，有不同受体，以不同方式应答。同种信号分子，不同的细胞，相同的受体，但反应不同。同一细胞，不同的胞外信号分子，有不同的受体，产生相同的效应。eg：肝细胞的肾上腺素受体或胰高血糖素受体，分别被各自的配体激活后，都促进糖原酵解，升高血糖。同一细胞，不同的胞外
14、信号，有不同的受体，产生不同的效应。,受体与信号分子的关系具多样性,第二信使,第二信使学说（1991年诺贝尔奖）：第一信使（胞外信号分子）细胞表面受体第二信使（胞内信号分子）激发一系列生化反应最后产生一定的生理效应第二信使：cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG）,1、NaK泵造成K内高外低，Na外高内低。胞内高浓度K是与胞内有机分子所带负电荷保持平衡的主要成分。2、质膜上还有K通道和Na通道，静息时K通道开启，而Na通道关闭，K顺浓度梯度流向胞外，所以随着正电荷转移到胞外而留下胞内非平衡负电荷。3、造成膜外正离子过量和膜内负离子过量，从而产生膜内外的电位差（静息电位）。4
15、、当电位差达到一定值时，便阻碍K进一步向外扩散。,细胞内受体:为胞外亲脂性信号分子所激活 激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）细胞表面受体:为胞外亲水性信号分子所激活 细胞表面受体分属三大家族：离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）,受体的功能：介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用)信号转导：受体的激活（activation）（级联反应）；受体失敏（desensitization）关闭反应、减量调节（down-regula
16、tion）降低反应。,三、通过细胞内受体介导的信号传递,亲脂性小分子通过与细胞内受体结合传递信号，胞内受体本质是能被亲脂性激素激活的基因调控蛋白。甾类激素介导的信号通路 两步反应阶段：初级反应阶段 次级反应阶段一氧化氮介导的信号通路NO具脂溶性，可快速扩散透过细胞膜，对邻近靶细胞起作用。,通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递,细胞表面受体:被胞外亲水性信号分子所激活。离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递 酶联受体,离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递,信号途径特点：受体既是信号结合位点，又是离子通道，四次/六次跨膜蛋白跨膜信号转导无需中间步骤主要存在于神经细胞
17、或其他可兴奋细胞间的突触信号传递有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性,G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递,胞外信号跨膜传递过程：配体受体G蛋白（分子开关）第二信使靶蛋白（酶或离子通道）细胞应答（1994年诺贝尔奖）cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路,酶联受体,酪氨酸激酶受体RTK及RTK-Ras蛋白信号通路其它酶联受体,细胞表面其它与酶偶联的受体,丝氨酸/苏氨酸激酶受体：其配体是转化生长因子s，是调节细胞增殖等功能。酪氨酸磷酸脂酶受体：作用与RTK相反。鸟苷酸环化酶受体：以cGMP作为第二信使的通路，能使血管平滑肌松弛，血压下降。酪氨酸蛋白激酶关联受体：通过非受体性的酪氨酸激酶来传
18、递信号的。致癌基因Src家族和Janus家族表达产物都是此类。,cAMP信号通路,cAMP信号通路是真核细胞应答激素反应的主要机制之一，其信号通路的效应酶是腺苷酸环化酶，调节细胞内第二信使cAMP水平。G蛋白偶联系统组成 G-蛋白偶联受体 组分 G-蛋白活化与调节,cAMP信号通路有三个特点,Gs蛋白结合GTP后，由其亚基结合腺苷酸环化酶，产生cAMP，但其活化的亚基也能开启质膜上K+通道的信号传递作用。Gi可由活化的Gi亚基直接结合来抑制腺苷酸环化酶，也可由活化的Gi与游离的Gs结合，阻断其激活效应。cAMP浓度在细胞内的迅速调节决定了细胞快速应答胞外信号，即信号放大和信号终止快速转变，终止
19、是由环腺苷酸磷酸二脂酶来降解cAMP。,反应链,cAMP信号通路的主要效应是通过蛋白激酶A（PKA）来激活下游靶酶和开启基因表达。前者是快速反应（几秒至几分钟），后者是慢速反应（几分钟到几小时）。前者是活化的PKA导致下游靶酶蛋白磷酸化，从而快速影响细胞代谢和细胞行为（如：由肾上腺素刺激，骨骼肌细胞导致糖原分解，脂肪细胞导致甘油三脂分解）。而后者涉及的反应链是：激素G蛋白偶联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A（PKA）基因调控蛋白基因转录。,有些细菌致病就是通过G蛋白修饰造成cAMP信号通路的错误信息后果。例如：霍乱毒素是催化Gs，使小肠上皮细胞中的cAMP增大100倍，导
20、致膜蛋白让大量Na离子和水持续外流，引起严重腹泻脱水；百日咳毒素则是失活Gi，阻断了对腺苷酸环化酶的抑制，引起痉挛性咳嗽。,磷脂酰肌醇信号通路,“双信使系统”反应链：胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白磷脂酶C(PLC)磷脂酰肌醇 IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应（PIP2）（第二信使）DG激活PKC系列磷酸化级联反应激活基因调控蛋白调节基因转录 抑制蛋白磷酸化基因调控蛋白摆脱抑制刺激基因转录,PIP2普遍存在于真核细胞的质膜中，由此产生IP3Ca2+和DGPKC双信使。IP3作为胞内配体打开内质网膜的Ca2通道，使细胞质中游离Ca2升高，引起PKC转位到质膜内表面
21、，被DG活化，进而使各种底物蛋白的丝氨酸和苏氨酸基磷酸化，从而导致了细胞分泌、收缩等短期生理效应，也导致了细胞增殖、分化等长期生理效应。IP3和DG的信号终止是分别由去磷酸化和磷酸化（或水解）进入PIP2循环。Ca2的信号终止是由质膜Ca2泵及内质网膜Ca2泵来降低细胞质Ca2+浓度，以免细胞中毒。,酪氨酸激酶受体及RTK-Ras蛋白信号通路,是细胞表面一大类重要受体，是一次跨膜蛋白，其胞外配体是胰岛素和多种生长因子，配体结合导致受体的二聚化构象变化和自磷酸化，而磷酸化的酪氨酸残基可被含SH2结构域的胞内信号蛋白所识别结合，由此启动胞内信号转导。信号转导：配体受体受体二聚化受体的自磷酸化 激活
22、RTK（酪氨酸蛋白激酶）胞内信号蛋白 启动信号传导 RTK-Ras信号通路：配体RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修钸。,Ras结合GTP时为活化态，结合GDP时为失活态。现知30的癌症是与Ras基因突变有关，就是因为突变Ras蛋白能够与GTP结合，但不能将其水解成GDP，所以这种突变的Ras蛋白被“锁定”在开启状态，导致癌细胞异常增殖。,由细胞表面整合蛋白介导的信号传递,体外培养的正常细胞不能悬浮培养，必须贴壁培养，依赖细胞表面的整联蛋白与胞外基质之间建立信号传递通道，才能保证其生长、分化和迁移。体
23、外培养的癌细胞能自分泌生长因子刺激自身生长和增殖，故能悬浮培养。质膜上的整联蛋白外联纤连蛋白等胞外配体，内联肌动蛋白纤维，介导了两条信号通路：由细胞表面到细胞核的信号通路 由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路,细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息,细胞信号传递的基本特征：1 多途径、多层次2 信号收敛、发散3 专一性、相似性4 信号放大与信号终止并存5 对细胞刺激的适应6 蛋白激酶的网络整合信息,到细胞核的信号通路：即通过酪氨酸激酶Src和粘着斑激酶FAK的活化，以Ras蛋白为分子开关，沿MAPK级联反应途径传递生长促进信号进入细胞核，激活有关生长增殖的基因转录；到核糖体的信号通路：导
24、致翻译特定mRNA，指导合成细胞周期所需特定蛋白质。（G1/S期周期蛋白）,每种载体蛋白只能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。如：氨基酸、核糖等通过载体蛋白选择结合跨膜转运。,离子选择性，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过；离子通道是门控的，选择性开启离子通道。通过膜电位的变化使其构型发生改变,将“门”打开。开放只有几毫秒,一些离子、代谢物或其它溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜。门通道有其自己的关闭机制,它能快速地自发关闭。,ATP泵是一种载体蛋白，也是ATP酶。催化ATP水解，提供能量，主动运输Na、K、Ca。,在细胞内侧a亚基与Na结合促进ATP水解，a亚
25、基上的一个天门冬氨基酸残基磷酸化，引起a亚基构象发生变化，将Na泵出细胞；同时细胞外的K与a亚基的另一个位点结合，使其去磷酸化，a亚基构象再度发生变化将K泵进细胞，完成整个循环。一个ATP，出3个Na和进2个K。,乌本苷：与K竞争结合位点；氰化物：抑制氧化磷酸化，无ATP,待运物质在载体蛋白上与某种离子相伴跨膜转运，是由NaK泵（或H泵）所维持的离子浓度梯度驱动（动物细胞：利用膜两侧的Na电化学梯度来驱动的；植物细胞和细菌：H）,葡萄糖分子通过Na驱动的共运输进入上皮细胞，再经载体介导的协助扩散进入血液，Na-K泵消耗ATP维持Na的电化学梯度。,4条平行的胞内信号通路与它们之间的网络关系,胞
26、饮作用,衣被小泡的形成过程：特定大分子物质在质膜外表被受体结合，然后该处质膜部位在网格蛋白参与下凹陷形成衣被小窝，随后进一步内陷脱离质膜，形成衣被小泡进入细胞质,衣被的作用：1）在衣被小窝形成阶段，使膜上受体集中，有利于内吞特定大分子。2）为衣被小泡的形成提供胞外结构骨架。所以，一旦衣被小泡进入细胞后，衣被作用即完成，就自行解聚成网格蛋白脱离小泡返回质膜，重新参与其它衣被小泡的形成。,在内陷的衣被小窝的颈部还有一种GTP结合蛋白呈环状，其水解GTP引起颈部缢缩,主要是由高尔基体成熟面的网状区（TGN）分泌的囊泡移动到质膜与之融合，以囊泡形式外排。为质膜更新提供新合成的膜蛋白和膜脂；并分泌外排新
27、合成的可溶性蛋白，在胞外形成质膜外周蛋白、胞内基质、胞外营养成分和信息分子。,存在于某些特化的分泌细胞，这些分泌细胞产生的分泌物（eg激素、粘液或消化酶）储存在分泌泡内，当细胞受到胞外信号分子（激素、神经递质）刺激后，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。,一般的动物细胞要消耗1/3的总ATP来维持细胞内低Na高K的离子环境，神经细胞则要消耗2/3的总ATP，这种特殊的离子环境对于维持细胞内正常的生命活动，对神经冲动的传递以及维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积都是非常必要的。,来自G蛋白偶联受体、整联蛋白和受体酪氨酸激酶所转导的信号都收敛到Ras蛋白，然后沿MAPK级联反应途径向下传递,P型V型
28、：在转运H过程中不形成磷酸化的中间体，从细胞基质中泵出H进入细胞器，有助于保持细胞质中性pH和细胞器内的酸性pH。H+-ATP酶：顺H浓度梯度，将释放的能量与ATP合成偶联起来，如氧化磷酸化和光合磷酸化。,细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。,由蛋白激酶使其磷酸化而开启，由蛋白磷酸脂酶使其去磷酸化而关闭。GTP结合蛋白，结合GTP时活化开启，而结合GDP则失活而关闭。,A：细胞内受体蛋白作用模型;B：几种胞内受体蛋白超家族成员,这类受体一般有三个结构域：位于C端的激素结合位点；位于中部富含C
29、ys的具锌指结构的DNA或Hsp90结合位点；以及位于N端的转录激活结构域。当抑制性蛋白(eg:Hsp90)与受体结合后，使其处于非活化状态，而当配体(eg甾体、激素)与受体结合时，导致抑制性蛋白脱离，暴露出受体上DNA结合位点而被激活。受体结合的DNA序列是转录增强子，可增加某些相邻基因的转录水平。,初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录，发生迅速；次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用Eg：对果蝇注射蜕皮激素，510分钟便可诱导唾腺染色体上6个部位的RNA转录，其后逐步有100个部位转录RNA。,血管内皮细胞和神经细胞中有一氧化氮合酶（NOS），能催化合成NO。当血管神经末
30、释放乙酰胆碱作用于血管内皮，使其合成释放NO，NO扩散进入邻近细胞，激活鸟苷酸环化酶，使cGMP合成增多。cGMP作为新的信使分子介导蛋白质的磷酸化等过程来发挥作用。cGMP快速导致血管平滑肌的舒张，从而引起血管扩张。（硝酸甘油治疗心绞痛）。此外，神经细胞中产生的NO，在参与大脑的学习记忆生理过程中起信号作用。,神经递质（胞外化学信号）与受体结合而引起通道蛋白变构，导致离子通道开启，使突触后细胞膜出现过膜离子流（如Na和Ca2），从而将胞外化学信号转换成胞内电信号，导致突触出后细胞的兴奋。当胆碱脂酶将神经递质水解后，离子通道关闭，信号传递中断。,蛋白激酶A由两个催化亚基和调节亚基组成，当cAM
31、P与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放催化亚基。活化的蛋白激酶A催化亚基使细胞内不同的靶蛋白被磷酸化，所以快速影响细胞代谢和细胞行为。,G蛋白偶联的受体是在细胞表面由单条多肽链经7次跨膜形成的，N端在细胞外，C端在细胞内。G蛋白偶联的受体可介导多种胞外信号分子（Eg：蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质等）的细胞应答。,当细胞没有受到刺激时，G蛋白处于非活化状态，亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素与受体结合后，亚基构象改变，排斥GDP，结合GTP而活化，使G蛋白解离成亚基和亚基复合物，暴露出亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP的亚基与腺苷酸环化酶结
32、合，使之活化，并将ATP转化为cAMP；同时，配体与受体解离；随着GTP的水解使亚基亚基恢复原来构象，并与腺苷酸环化酶解离，终止活化作用。亚基与亚基重新结合。,激活的Ras蛋白扳动了三种蛋白激酶的磷酸化级联反应，增强和放大信号，最后使得一些基因调控蛋白磷酸化，产生细胞效应。RTK介导的信号通路是具有调节细胞增殖分化、存活、凋亡等多向性效应，不需G蛋白参与，而由Ras蛋白起分子开关作用。,到细胞核的信号通路：即通过酪氨酸激酶Src和粘着斑激酶FAK的活化，以Ras蛋白为分子开关，沿MAPK级联反应途径传递生长促进信号进入细胞核，激活有关生长增殖的基因转录；到核糖体的信号通路：导致翻译特定mRNA
33、，指导合成细胞周期所需特定蛋白质。（G1/S期周期蛋白）,核糖体,G蛋白的组成cAMP信号通路上包括激活和抑制腺苷酸环化酶两种方式，前者有激活型激素受体（Rs）和激活型G蛋白复合物（Gs），后者有抑制型激素受体（Ri）和抑制型G蛋白复合物（Gi）激活型的激素（eg肾上腺素型）和抑制型的激素（eg肾上腺素型）可同时协调作用于腺苷酸环化酶，来调节cAMP水平。,膜电位,当质膜受到电刺激或化学刺激时，膜上通道蛋白的构象会出现瞬间变化，引起大量Na流入胞内，（致使静息电位减小乃至消失），造成去极化；Na进一步内流，出现瞬间内正外负的膜电位，此时变为动作电位（即反极化），这个由去极化到反极化的过程非常短
34、暂，有的仅1毫秒。随后蛋白的构象迅速还原，Na通道失活，K通道打开，再度极化，直至超极化。膜电位又变成静息电位。,衣被的结构单位是网格蛋白三聚体，有三条重链和三条轻链组成的三叉网车型结构若干个网格蛋白结合在一起形成六边形的网格特征。衣被内由接合素蛋白分别衔接网格蛋白和受体,含羞草的叶片在触摸时发生的叶卷曲就是通过电位门控通道传递信号的。,电话接收器将电信号转换成声信号;细胞将细胞外信号(分子A)转变成细胞内的信号(分子B)。,(a)由单亚基膜蛋白形成的通道(b)由多亚基膜蛋白形成的通道,通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，横跨形成亲水通道，转运速率高。,表面受体主要是同大的信号分子或
35、小的亲水性的信号分子作用，传递信息。细胞内受体主要是同脂溶性的小信号分子作用,(a)类固醇激素通过扩散穿过细胞质膜;(b)激素分子与胞质溶胶中的受体结合;(c)抑制蛋白与受体脱离，露出与DNA结合和激活基因转录的位点;(d)被激活的复合物进入细胞核;(e)与DNA增强子区结合;(f)促进受激素调节的基因转录。,乙酰胆碱使骨骼肌细胞收缩，使心肌细胞降低收缩频率，使唾腺细胞分泌。,神经递质乙酰胆碱与心肌细胞的膜受体结合，使得G蛋白的亚基与亚基分开;激活的亚基复合物同K+离子通道结合并将K+离子通道打开;亚基中的GTP水解，导致亚基与亚基重新结合，使G蛋白处于非活性状态，使K+离子通道关闭。,G蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的K+离子通道打开,表面受体：G蛋白偶联受体都是7次跨膜的膜整合蛋白G蛋白效应物：指直接产生效应的物质，通常是酶，如腺苷酸环化酶、磷酸脂酶,吞噬作用,
