第二章2(2)细胞的跨膜信号转导
第二节 细胞的跨膜
动作电位
2）复极化：细胞去极化至一定程度 Na+通道 关闭，K+通道开放，在细胞内外△【K+】 的 作用下K+外流，形成复极化。 3）后电位：钠泵 排钠摄钾 形成微小的电
位波动 。
NF受刺激→膜去极化→部分电压门控Na+通 道开放（激活）→Na+顺电－化学梯度入C→ 膜进一步去极化（阈电位）→大量Na+通道开 放→形成AP上升支（去极相）→达到Na+平 衡电位，膜电位内正外负（动力：浓度差； 阻力：电位差）→Na+通道失活→膜对K+通 道开放→膜内K+顺电－化学梯度向外扩散→ 膜内电位变负→AP下降支（复极期）→K+平 衡电位→Na+通道恢复（复活）。
根据细胞膜上受体的种类以及与受体发生 联系，参与跨膜信号转导的相关分子不同， 主要有以下几种跨膜信号转导的途径：
一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导 二、通道介导的跨膜信号转导 三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导
一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号 转导 1、受体（receptor）
存在于细胞膜上或细胞内的能与特定的化学 物质如神经递质、激素、药物等进行特异 性结合并引起生物学效应的特殊蛋白质。 2、G蛋白 是一类位于受体和效应器分子之间的偶联 蛋白
受体介导式入胞：
是一种最重要的入胞形式，通过这种方 式入胞的物质有50多种，包括血浆低密 度脂蛋白颗粒、运铁蛋白、VitB12 运输 蛋白、多种生长调节因子、胰岛素、抗 体和某些细菌毒素、病毒等。
coated pit
endosome
Primary lysosome
入胞的基本过程： 转运物质被 细胞膜识别 与转运物质相接触的膜发 生内陷，并逐渐将其包绕 吞食泡与溶酶 体融合，其内 容被酶消化
细胞的跨膜信号转导
细胞的跨膜信号转导1、跨膜信号转导或跨膜信号传递的共性各种外界信号（物理、生物、化学等信号）↓膜蛋白构型变化↓信号传递到膜内↓靶细胞功能变化（如电变化）2、跨膜信号转导的方式有3种：①离子通道介导②G蛋白耦联介导③酶耦联受体介导3、受体定义：能与激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并引起其功能的改变的生物大分子分类：部位——胞膜、胞浆、胞核受体配基——胆碱能、肾上腺素能、多巴胺能受体结构——离子通道、G蛋白、酶、转录调控受体特征: ①高度特异性②饱和性③竞争抑制④亲和力⑤可逆性⑥高效性功能：①识别与结合②传递信息一、由离子通道介导的跨膜信号传导（一）、化学门控通道——配体门控通道定义：当膜外特定的化学信号（配体）与膜上的受体结合后通道就开放，因而称为化学门控通道或配体门控通道，也称为通道型受体分布：神经元突触后膜，肌细胞终板膜受体—化学信号结合位点-促离子型受体转到途径：化学信号膜通道蛋白↘↙通道蛋白变构↓通道开放↓离子异化扩散↓完成跨膜信号传导↓产生效应（二）、电压门控通道分布在除突触后膜和终板膜以外的细胞膜（三）、机械门控通道定义：感受机械刺激引发细胞功能改变的通道结构二、由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导1、G蛋白耦联受体是一种与细胞内侧G蛋白的激活有关的独立受体蛋白质分子2、G蛋白是鸟苷酸结合蛋白：G蛋白未被激活时，他与一个分子的GDP结合，G蛋白的激活很短暂3、G蛋白效应器，：催化生成第二信使的酶和离子通道4、蛋白激酶：丝氨酸∕苏氨酸激酶可是底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，包括：蛋白激酶A、蛋白激酶G、蛋白激酶C5、几条主要跨膜信号转导途径①受体-G蛋白-AC信号转导途径Gs A TP→cAMP↑﹢↗↘﹢﹢↗↘配体＋受体AC PKA﹢↘↗﹣﹣↘↗Gi ATP→cAMP↑②受体-G蛋白-PLC信号转导途径IP3+IP3受体→内质网或肌浆网释放Ga+PLC ↗PIL2→→→Gi﹨Gp ↘DG→→受体。
细胞的信号转导
• 由膜上的腺苷酸环化酶（AC）环化胞浆内 • ATP形成cAMP。 • cAMP是最早确定的第二信使。 正常情况下，cAMP的生成与分解保持平衡，使 胞浆内cAMP浓度保持在10-7M以下。当配体与受体 结合后，1个AC可生成许多cAMP，使cAMP的水平 在几秒钟内增高20倍以上。
• • • • • • •
3. PLA 2 –AA信号转导系统 花生四烯酸（ AA）是通过磷脂酶水解膜磷脂释放的不饱
和脂肪酸。 1）PLA2的激活机制 ：
许多细胞外信号（如肾上腺素能激动剂、缓激肽、凝血
酶等）都可激活PLA2，有些PLA2通过G蛋白激活；有些 PLA2被PLC激活，PLC通过增加胞内Ca2+、或激活PKC间 接激活PLA2。细胞外信号刺激PLA2途径直接在sn-2位置 脱酯释放AA，是生成AA的重要途径，也是细胞调控AA生
期使用激动剂和拮抗剂的药理或病理情况下，将之除去后受体 数量和反应性均可恢复。
（2）根据调节的种类，分为
1）受体的数目与结合容量：促使受体数目或结合
容量增加的调节称为上调。反之称为下调。
2）反应性：在内环境影响下，受体反应性会产生增
敏、失敏等现象。 增敏：细胞在某种因素的作用下，受体与配体结合的
敏感性增加。如甲状腺素可增加细胞对儿茶酚胺、TSH、
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
• 跨膜信号转导 • （transmembrane signal transduction）
（一）细胞信号转导
1. 细胞信号转导的概念
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（少数类固 醇激素和甲状腺激素除外）通过引起膜结构中一种或数种 特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新
3.3 细胞的跨膜信号转导
真核细胞内主要的跨膜信息传导途径： u G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号传导 u 离子通道型受体介导 u 酶耦联受体介导
一、 Signal trnsduction mediated by G-ptotein-
linked receptor
（一) G蛋白耦联受体 receptor：一类Mw:290kD，α2βγδ 五聚体，形成中间一个 孔道样结构。有4个跨膜螺旋/亚单位，孔道的内 壁由5个亚单位的M2螺旋构成。 孔道：Na＋， K＋均可通过
u Ach 与2个α亚单位结合，通道开放， Na+内流， 少量K+外流，产生终板电位。
u 分布：肌细胞终板膜、神经细胞的突触后膜等， →终板电位、突触后电位及感受器电位。
2、分布：神经轴突和骨骼肌、心肌细胞的质膜中 →动作电位。
钠通道的α亚单位
S5，S6之间 的胞外环构 成孔道内壁
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失活：与结 构域Ⅲ和Ⅳ 之间胞内环 有关
（三）机械门控通道
Mechanically-gated channel: 存在于对机械刺 激敏感的细胞如内耳毛细胞、下丘脑的渗透压 敏感神经元。
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（二）电压门控通道
1、开放与关闭：由膜电位决定，即通道存在一些对 膜电位改变敏感的结构域或基团，后者诱发通道分 子功能状态改变，改变相应的离子跨膜扩散→细胞 生物电活动改变。 电压门控钠通道：α、β1、β2三个亚单位组成，α亚单 位是形成孔道的亚单位。
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2-2细胞信号转导和生物电现象
细胞间信号
电突触（双向传递，速度快）
电信号 —缝隙连接 闰盘（心肌细胞同步活动）
水溶性：如递质、含氮类激素、
化学信号
细胞因子等
脂溶性：如类固醇激素等
本节只讨论非脂溶性物质介导的信号转导方式 1、离子通道型受体介导的信号转导 2、G-蛋白耦联受体介导的信号转导 3、酶耦联受体介导的信号转导
1、离子通道受体介导的信号转导
cAMP信号通路
神经递质、激素等（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活腺苷酸环化酶(AC)
ATP
cAMP（第二信使）
激活蛋白激酶A
细胞内生物效应
第二信使 AT P
3.酶联型受体介导的信号转导
酶联型受体也是一种跨膜蛋白，但每个受体分子 只有1次穿膜,也称为单次跨膜受体或单个跨膜α螺旋受体。 它往往既有与信号分子结合的位点，起受体的作 用，又具有酶的催化作用，通过它们的这种双重
膜电位的两种表现形式： 静息电位(RP) 动作电位(AP)
1. 静息电位：(Resting Potential,RP) 静息电位:细胞处于静息状态时，膜两侧 存在着外正内负的电位差。
极 化:细胞在静息状态下，膜外带正电、膜内 带负电（外正内负）的状态。
• 静息电位的数值 一般相当稳定，呈直流电位 细胞不同，RP的数值也不同
第二章 细胞的基本功能
1 细胞膜的物质转运功能
2
细胞的信号转导
3
细胞的电活动
4
肌细胞的收缩
第二节 细胞的信号转导
细胞间信号转导的定义: 外界信号作用于细胞时，通常不进入细胞或直接影响细胞内 过程，而是通过细胞膜特殊蛋白质分子的变构（类固醇激素和甲状 腺激素除外），将外界信号转导为新的信号形式传递到膜内，引起 细胞功能改变（电反应或其他变化），称为跨膜信号转导。
生理学 第2章细胞
传播，但随着传播距离的增加，其电位变化幅度减
小最后消失故不能在膜上作远距离的传播； （3）可以总和 ①空间性总和 ②时间性总和
01:04
小结：局部反应与动作电位之比较
项 目 局 部 反 阈下刺激 较少 小（在阈电位以下波动） 有（时间或空间总和） 无 呈电紧张性扩布，随时间 和距离的延长迅速衰减， 不能连续向远处传播 应 动 作 电 多 大（达阈电位以上） 无 有 能以局部电流的形式 连续而不衰减地向远 处传播 位
01:04
（三）产生机制
产生条件主要有两个： • ①细胞内外各种离子的浓度分布不均（外Na+内K+状态）， 即存在浓度差； • ②在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。 安静状态时，细胞膜主要对K+通透，K+顺浓度差外流， 随着K+外流，膜内外K+浓度差（化学驱动力）↓ ， K+外 流引起的由细胞外向细胞内的电场力（阻力）↑，当动 力和阻力相等时，K+净移动为0，此时膜两侧的电位差 也稳定于某一数值，称为K+平衡电位。
01:04
受体是指细胞膜或细胞内一些能与某些化学物质特异 性结合并产生特定生理效应的蛋白质。可分为膜受体和胞 内受体，通常指膜受体。 受体基本功能： 1.能识别和结合体液中的特殊物质，具有高度特异性，
保证信息传递准确、可靠。
2.能转导各种化学信号，激发细胞内产生相应的生理 效应。
01:04
第三节 细胞的生物电现象
门控离子通道分为三类： 1) 电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如神经 元上的Na+ 通道；K+ 通道等。
细胞的跨膜信号转导
细胞的跨膜信号转导1、跨膜信号转导或跨膜信号传递的共性各种外界信号（物理、生物、化学等信号）J膜蛋白构型变化J信号传递到膜内J靶细胞功能变化（如电变化）2、跨膜信号转导的方式有3种：①离子通道介导②G蛋白耦联介导③酶耦联受体介导3、受体定义：能与激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并引起其功能的改变的生物大分子分类：部位——胞膜、胞浆、胞核受体配基——胆碱能、肾上腺素能、多巴胺能受体结构——离子通道、G蛋白、酶、转录调控受体特征: ①高度特异性②饱和性③竞争抑制④亲和力⑤可逆性⑥高效性功能：①识别与结合②传递信息一、由离子通道介导的跨膜信号传导（一）、化学门控通道——配体门控通道定义：当膜外特定的化学信号（配体）与膜上的受体结合后通道就开放，因而称为化学门控通道或配体门控通道，也称为通道型受体分布：神经元突触后膜，肌细胞终板膜受体—化学信号结合位点- 促离子型受体转到途径：化学信号膜通道蛋白\ / 通道蛋白变构J 通道开放J离子异化扩散J完成跨膜信号传导J产生效应二）、电压门控通道 分布在除突触后膜和终板膜以外的细胞膜 三）、机械门控通道 定义：感受机械刺激引发细胞功能改变的通道结构 、由G 蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导1、 G 蛋白耦联受体是一种与细胞内侧 G 蛋白的激活有关的独立受体蛋白质分子2、 G 蛋白是鸟苷酸结合蛋白： G 蛋白未被激活时，他与一个分子的GDP 吉合，G 蛋白的激活很短暂3、 G 蛋白效应器，：催化生成第二信使的酶和离子通道4、 蛋白激酶：丝氨酸/苏氨酸激酶可是底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，包括：蛋白激酶 A 、蛋白激酶 G 蛋白激酶C 5、 几条主要跨膜信号转导途径①受体 -G 蛋白 -AC 信号转导途径Gs ATP TcAMPf+ /\ + + /\配体＋受体ACPKA+ \/--\/GiATPt cAMP f②受体 -G 蛋白 - PLC 信 号转导途径PIL2 rn Gi \ Gp \DG受体IP3+IP3PLC /受体T 内质网或肌浆网释放Ga+。
跨膜信号转导名词解释
跨膜信号转导名词解释跨膜信号转导是一种细胞内的信号转导过程，通过细胞膜内的跨膜受体和蛋白质相互作用，将细胞外的信号转导到细胞内部，从而影响细胞的生理功能和行为。
跨膜信号转导涉及多个重要的分子和机制，以下是一些相关的名词解释：1. 受体：跨膜受体是细胞膜上的蛋白质，可以识别和结合细胞外的信号分子。
受体的激活是跨膜信号转导的第一步。
2. 激活：当细胞外的信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，从而激活受体的功能。
3. 分子配体：细胞外的信号分子也被称为分子配体，具有特异性的结合受体并触发其激活的能力。
4. 激酶受体：激酶受体是一类与磷酸化相关的跨膜受体。
当激酶受体被配体活化后，其内部的酪氨酸激酶活性被激活，从而引发一系列信号传递的级联反应。
5. 激酶级联：激酶级联是指跨膜信号转导过程中，激酶受体激活后，激酶进一步磷酸化和激活其他下游蛋白质，形成一个信号传递的级联反应。
6. 细胞内信号传递：激活的受体或激磷酸化的蛋白质会进一步激活一系列细胞内信号分子，如蛋白激酶、蛋白磷酸酯酶、细胞内钙离子等，从而传递信号至细胞内的不同位置。
7. 二次信使：二次信使是细胞内传递跨膜信号的重要分子，常见的有环磷酸腺苷酸（cAMP）、鸟苷酸环化酶（cGMP）、磷脂酰肌醇等。
8. 转录因子：转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，调控基因的转录活性。
在跨膜信号转导过程中，一些激活的信号会进入细胞核并与转录因子结合，从而影响基因的表达。
9. 信号传导途径：多个分子通过相互作用和调控形成复杂的信号传导途径。
例如，细胞外信号通过受体激活激酶受体，然后通过激酶级联和二次信使，最终影响转录因子的活性和基因表达。
总之，跨膜信号转导是细胞内的一个复杂的信号传递过程，涉及多个分子和机制的相互作用。
研究跨膜信号转导有助于理解细胞活动的调控机制，并在疾病治疗和药物开发中具有重要的应用价值。
第 二 章 细胞的基本功能1-3
细 胞 的 生 物 电 现 象
一、细胞膜的被动电学特性
膜的被动电学特性：细胞膜作为一个静态 的电学元件时所表现的电学特性； 包括静息状态下膜的电容、电阻以及它们 所决定的膜电流、膜电位的变化特征。
细 胞 的 生 物 电 现 象
（一）膜电容：
细胞膜具有显著的电容特性，且膜电
容较大；当膜上的离子通道开放而引起带
细 胞 的 跨 膜 信 号 转 导 功 能
配体：能与受体发生特异性结合的活性 物质（ligand）
分类
生物胺类激素：肾上腺素、去甲肾上腺 素、组胺、5－羟色胺 肽类激素：缓激肽、黄体生成素、甲状 腺激素 气味分子、光量子
细 胞 的 跨 膜 信 号 转 导 功 能
1.受体-G蛋白-AC（腺苷酸环化酶）途径 Gs家族G蛋白→激活腺苷酸环化酶（AC） →催化ATP→cAMP Gi家族G蛋白→抑制AC→降低cAMP
效 应
(只能引起局部反应)
终板电位 突触后电位
某些嗅、味觉感受细胞的膜中
感受器电位
细 胞 的 跨 膜 信 号 转 导 功 能
研 究
始于： 运动神经
（神经冲动）
乙酰胆碱
（ACh）
骨骼肌兴奋
（终板膜） N-受体
终板电位
通道蛋白质
化学本质 分子结构
N-型乙酰胆碱门控通道蛋白质 （化学门控通道） 烟碱
分子量为290KD的五聚体蛋白质(2)
细 胞 的 跨 膜 电 变 化
作 用 通过生成或分解第二信使，实现细 胞外信号向细胞内转导；
细 胞 的 跨 膜 信 号 转 导 功 能
4. 第二信使: 是指激素、递质、细胞
因子等信号分子（第一信使）作用于细胞 膜后产生的细胞内信号分子，能把细胞外 信号分子携带的信息转入胞内。 如:
第二节细胞的跨膜信号传递功能
细胞受刺激时产生动作电位。 兴奋性：组织或细胞对刺激发生反应的能力
细胞受刺激时产生动作电位的能力。
（二）刺激引起兴奋的条件和阈刺激
条件： 1 刺激强度 2 刺激持续时间 3 刺激强度-时间变化率 *刺激内向电流和外向电流 *离子内向电流和外向电流
阈刺激
阈值：刺激持续时间和强度-时间变化率 固定时，引起组织兴奋所需的最 小刺激强度。
阈 刺 激：强度等于阈值的刺激。 阈下刺激：强度小于阈值的刺激。 阈上刺激：强度大于阈值的刺激。
兴奋性的衡量指标：阈值
兴奋性∝1/阈值 例：
指 标 A肌肉
阈值 兴奋性
0.7V 较大
B肌肉
1.2V 较小
（三）组织兴奋及其恢复过程 中兴奋性的变化
几种主要的跨膜信号转导方式
（一）通过具有特异感受结构的通 道蛋白质完成的跨膜信号转导
1.化学门控通道
化学物质控制： 递质、 激素等 主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触
后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。 作用：产生局部电位
例：终板膜化学门控通道
2.电压门控通道
主要分布： 神经轴突、骨骼肌、 心肌细 胞的一般细胞膜上。
PG、钙离子Leabharlann 第二信使学说（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜 信号转导
酪氨酸激酶受体： 膜外部分 跨膜a- 螺旋
膜内肽段
识别相应配体
酪氨酸残基磷酸化
肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如NGF）
细胞膜上酪氨酸激酶受体
膜内侧肽段的蛋白激酶被激活
酪氨酸残基磷酸化
细胞功能改变
第三节 细胞的兴奋性和生物电现象
（二）细胞的静息电位
第二节细胞的跨膜信号转导功能掌握内容细胞的跨膜信号转
2.电压门控通道蛋白 改变膜电位→通道型蛋白质构型改变 →通道开、相应离子易化扩散
3.机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞 内耳淋巴液振动→毛细胞沿神经传至听中枢
（二）由膜的特异性受体蛋白、Ｇ蛋白 和膜的效应器酶组成的跨膜信号 转导系统 1.激素结合膜上[G蛋白耦联]受体 →α亚单位结合GTP→G蛋白(+) 2.Ｇ蛋白(+)→(膜效应器酶)腺苷 酸环化酶(+) 3. ↓(细胞内) ATP →cAMP↑(第二信使)
Ｇ蛋白耦联受体也称促代谢性受体， 效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷 脂酶Ｃ； 第二信使除cAMP外还有IP3（三磷酸 肌醇）、DG（二酰甘油）、钙离子等
(三) 由酪氨酸激酶受体完 成的跨膜信号转导
2.体内需要转导的信号数，接受信号的 靶细胞种类以及引发的功能变化都是 多样的，但它们的转导过程仅限少数 途径。
二、几种主要的跨膜信号转导方式
(一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号 转导（三类通道）
1.化学门控通道： 化学物质（递质、激素）→膜上 通道型受体蛋白→形成通道、允 许离子通过，故称促离子型受体。
一、跨膜信号转导的概念和特征
（一）概念： 各类刺激信号通过改变靶细胞 膜上的蛋白质构型，从而引起 靶细胞功能改变的过程。 这一过程也可理解为跨膜信号 传递。
（二）跨膜信号转导的特征：
1.各类刺激信号只改变膜结构中一种或 数种蛋白质分子结构，从而将细胞外 的信息转变成细胞内的信息，这一信 息引发细胞功能变化。
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受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示
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复习思考题
Байду номын сангаас1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何不 同？
2.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几 种方式？比较各种方式之间的异同。
3.试述细胞信号转导的基本特征。 4.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之 间的异同。 5.概述受体酪氨酸酶介导的信号通路的组成、特 点及其主要功能。
化学性胞外信号(ACh) ACh + 受体=复合体
终板膜变构=离子通道开放 Na+内流
终板膜电位 骨骼肌收缩
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二、G蛋白偶联受体介导的信号转导
(一) cAMP信号通路
神经递质、激素等（第一信使）
结合G蛋白偶联受体
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：激活G蛋白
激活G蛋白(与β、γ亚单位分离)
兴奋性G蛋白(GS)
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IP3 和 DG
内质网 激 活 释放Ca2+ 蛋白激酶C
细胞内生物效应
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三、酶偶联受体介导 的信号转导
受体本身具有酶的活性， 又称受体酪氨酸激酶。
生长因子
与受体酪氨酸激酶结合 膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：具有酪氨酸激酶活性
细胞内生物效应
特点： ①信号转导与G蛋白无关 ②无第二信使的产生 ③细胞质中激活的多是转录因 子的。
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结 合、信号转导、胞内效应等三个环节。
跨膜信号转导方式大体有以下三类：
① 离子通道介导的信号转导 ② G蛋白偶联受体介导的信号转导 ③ 酶偶联受体介导的信号转导
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一、离子通道介导的信号转导
离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道 如：
激活腺苷酸环化酶(AC)
ATP
cAMP（第二信使）
激活cAMP依赖的蛋白激酶A
细胞内生物效应
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(二) 磷脂酰肌醇信号通路
激素（第一信使）
结合G蛋白偶联受体
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：激活G蛋白
激活G蛋白(与β、γ亚单位分离)
兴奋性G蛋白(GS)
激活磷脂酶C(PLC)
PIP2
(第二信使）