复习题5 物质的跨膜运输与信号转导

第五章物质的跨膜运输与信号转导学习要求：1.掌握物质跨膜运输的各种方式及原理2.掌握细胞信号转导的各种途径及相关知识。

3.理解细胞内信号转导的复杂网络系统，并建立细胞内信号转导的复杂网络系统的整体的、概括的印象。

概要：1.物质跨膜运输的各种方式及原理和相互间的区别细胞膜是细胞与细胞外环境之间的一种选择性通透屏障，物质的跨膜运输对细胞的生存和生长是至关重要的。

物质的跨膜运输可分为：被动运输和主动运输两类方式。

被动运输包括简单扩散和载体介导的协助扩散，物质运输的方向是由高浓度向低浓度，不消耗ATP。

负责物质跨膜转运的蛋白可分为两类：载体蛋白和通道蛋白。

载体蛋白即可介导被动运输也可介导主动运输；通道蛋白质能介导被动运输。

每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列的构象改变介导溶质分子的跨膜运输；通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，通道蛋白多为多次跨膜的离子通道，具有选择性和门控特性的特点。

主动运输是由蛋白质所介导的物质你浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运方式，需要与某种释放能量的过程相偶联。

主动运输可分为由ATP直接供能和间接供能以及光驱动的三种类型。

由于离子的选择性跨膜运输，产生了膜电位，这对细胞的生命活动是非常重要的。

真核细胞除通过简单扩散、协助扩散和主动运输对小分子物质进行运输外，还可以通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。

胞吞作用又可分为胞饮作用和吞噬作用。

2.细胞信号转导的各种方式及原理多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞社会，其中进行复杂细胞通信和信号转导。

细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，实现信号的跨膜转导最终调节特异敏感基因的表达，引起细胞的应答反应，这是细胞信号系统的主线，这种反应系列称为细胞信号通路。

根据其受体存在的部位不同可分为细胞内受体介导的信号转导核细胞表面受体介导的信号转导两大类型。

细胞内受体一般都有三个结构域：位于C端的激素结合位点，位于中部的DNA或Hsp90结合位点，以及N 端的转录激活结构域。

而细胞表面受体分属于三个家族：（1）离子通道耦联的受体；（2）G蛋白耦联的受体；（3）与酶连接的受体。

离子通道耦联的受体是多亚基组成的受体-离子通道复合体，本身既有信号分子结合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。

G蛋白耦联受体是细胞表面由单条多肽经7次跨膜形成的受体，该信号通路是指配体-受体复合物与靶蛋白的作用要通过G蛋白的中介，并在细胞内产生第二信使，才将细胞外信号跨膜传递到细胞内影响细胞的行为。

G蛋白耦联受体信号通路又可分为cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。

受体酪氨酸激酶是细胞表面一大类重要酶连家族，当配体与受体结合后，导致受体二聚化，激活受体酪氨酸蛋白激酶活性随即引起磷酸化级联反应，终致细胞生理或基因表达的改变。

该信号通路为：配体→受体酪氨酸激酶→adaptor ←GRF →Ras →Raf(MAPKKK) →MAPKK →MAPK →进入细胞核→其他激酶或基因调控蛋白的磷酸化修饰。

它具有广泛的功能，包括调节细胞增殖与分化，促进细胞存活，以及细胞代谢过程中的调节与矫正作用。

此外，整联蛋白是细胞表面的跨膜蛋白（异二聚体），不仅介导细胞附着到胞外基质上，更重要的是提供了一种细胞外环境调控细胞内活性的通道。

整联蛋白与胞外配体相互作用，可产生多种信号和生理反应。

细胞信号转导是多通路、多环节、多层次和高度复杂的可控过程。

细胞内的多条信号通路相互联系，整合为复杂的信号网络系统。

基本概念：简单扩散：又称自由扩散。

是物质从浓度较大的一侧通过膜向浓度较小一侧扩散，扩散速度依赖于膜两侧溶质的浓度差及溶质分子的大小和电荷性质，同时与透过物质的脂溶性程度有关，同该物质在脂肪中的溶解度成正比。

通道蛋白：转运膜蛋白的一类，横跨质膜可形成亲水通道，允许一定大小和一定电荷的溶质从膜的一侧转到另一侧。

通道蛋白不直接与小的带电荷的溶质相互作用，而是通过质双层中膜蛋白带电荷的亲水区形成的亲水通道，使带电荷的溶质分子自由地扩散。

离子通道：是细胞膜中一类内在蛋白构成的孔道，可为化学方式或电学方式激活，控制离子通过细胞膜的顺势流动。

离子通道有两个显著的特点：一是具有选择性，二是属于门控通道。

极化与去极化：细胞在静息状态下，质膜内外存在内负、外正的相对稳定的电位差，这种现象称为极化。

在多数细胞中，极化状态主要由Na+、K+在膜内侧的不同浓度分布所决定（膜外Na+多）。

当细胞膜受到的刺激信号超过一定的阈值时，会引起膜对Na+的通透性的大幅度增加，在瞬间有大量Na+流入细胞内，使膜电位减少甚至消失，这种现象就称质膜的去极化。

载体蛋白：又称为通透酶，是一类膜内在蛋白，几乎都是多次跨膜的蛋白质分子。

每种载体蛋白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。

由载体介导的转运可以是被动的，也可是主动的。

通过动力学分析，经通道蛋白进行的转运是一种简单的扩散过程，没有饱和现象；而经载体进行的转运则依赖于溶质与载体特异性的结合，因结合部位的数量有限，所以有饱和现象。

主动运输：是由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度方向跨膜耗能的运输方式。

根据主动运输过程中所需能量来源的不同，可归纳为由ATP直接供能和间接提供能量以及光驱动三种基本类型。

对向运输：是协同运输的一种方式，指物质跨膜转运的方向与离子转运的方向相反，如动物细胞常通过Na+-H+对向运输的方式，以调节细胞内的pH.网格蛋白有被小泡:是胞饮泡或在高尔基体反面管网处形成的小泡.当配体与膜上受体结合后,网格蛋白聚集在膜下一侧,逐渐形成直径50~100nm的质膜凹陷,称为网格蛋白有被小窝;一种小分子GTP结合蛋白在深陷有被小窝的颈部装配成环,并水解与其结合的GTP,引起颈部缢缩而形成小泡.膜电位:不同方式的物质跨膜运动,结果产生并维持了膜两侧特定的电荷分布,就形成了膜两侧的电位差,细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和,即为膜电位.细胞通讯:是指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反应的过程.细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建、协调细胞的功能，控制细胞的生长和分裂都是必需的。

自分泌：细胞合成和分泌的各种物质反过来又通过与其本身表面受体的作用，调节自身的生长和分化，即细胞对其自身分泌的物质起反应的现象。

自分泌信号常见于病理条件下。

离子通道耦联受体：是由多亚基组成的受体-离子通道复合体，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，又称门控离子通道。

此受体主要见于可兴奋细胞间的突触信号传递。

G蛋白耦联受体：指配体-受体复合物与靶蛋白(酶或离子通道)的作用要通过与GTP结合的调节蛋白(G蛋白)的耦联，在细胞内产生第二信使,才能将外界信号跨膜传递到细胞内影响细胞的行为受体.信号转导:指耦联的各种保外刺激信号与其相应的生理效应之间的一系列反应机制.或者说是将细胞膜外的刺激信号转变为细胞应答的过程.即由细胞膜受体接受信息经过细胞内信使传入或胞质因子直接活化进入细胞核内,导致特定基因的激活和表达的过程.第二信使:为细胞信号转导过程中的次级信号,指胞内信号分子,是由胞外刺激信号(第一信使)与受体作用后在胞内最早产生的信号分子.现已知道的有:camp、cGMP、IP3、GD等。

这些信使各自有自身的循环作用途径，同时又会相互影响，形成反应网络。

其相互调节控制的关系十分复杂。

G蛋白：又称为GTP结合调节蛋白，是耦联受体接受信号与第二信使的产生之间的膜上信号转换系统，故又称耦联蛋白质或信号转换蛋白。

由α、β和γ三个亚基组成。

G蛋白的耦联功能靠GTP的结合蛋白或水解产生的变构作用完成，当G蛋白与受体结合而结合时，它就同时结合上GTP，继而触发效应器，把胞外信号转换为胞内信号，而当GTP水解为GDP后，G蛋白就回到原处构象，失去信号转换的功能。

分子开关：是使细胞内一系列信号传递的级联反应，能在正、负反馈两个方面得到精确控制分子机制，细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分为两类：一类开关蛋白的火星由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭，许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是开关蛋白本身，在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP 而激活，结合GDP而失活。

肌醇磷脂信号系统：在胞外信号为膜受体接受后，以G蛋白为中介，由质膜中磷脂酶C水解PIP2产生肌醇-1，4，5-三磷酸和二酯酰甘油两种胞内信号，因此又称为双信号系统，分别形成两个信号传递途径，调节和控制一系列的生理反应。

催化性受体：指与酶连接的细胞表面受体，目前已知的这类受体都是跨膜蛋白，当细胞外信号分子与受体结合即激活该受体细胞内段的酶活性。

SH结构域：制首先在Src蛋白中发现的几个高度保守的结构域。

原癌基因c-src的蛋白质产物c-src 是细胞膜上的酪氨酸蛋白激酶，其家族中其它蛋白质与Src具有同源性的结构域称为Src同源结构域或SH结构域，在Src分子中，SH1就是激酶结构域，SH2结构域能与含有磷酸化酪氨酸的蛋白质结合，SH3就是激酶识别富含脯氨酸的结构域。

SH2和SH3都参与Src家族与其它蛋白质的选择性结合，但无催化活性。

受体超家族：结构上具有较高性同源性的一类受体称为受体超家族。

他们的基因也具有较高的同源性。

一般来说，受体超家族成员在某些结构特征或功能上具有相似性，在另一些功能上有不尽相同，因此他们相互间如何协调作用的问题近年来很受重视。

问答题1.以钠钾泵为例说明主动运输的机理。

Na+-K+泵存在于一切动物细胞的细胞膜上，是由α和β二种亚基组成的跨膜多次的膜整合蛋白，具有ATP酶活性，因此，也被称作Na+ -K+泵ATP酶。

β亚基是具有组织特异性的糖蛋白，其工作模式是在a亚基的细胞内侧与Na+相结合促进ATP 水解，a亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化，引起a亚基的构象改变，将Na+逆浓度梯度泵出细胞，同时细胞外的K+与a亚基的另一个结合位点结合，使其去磷酸化，a亚基构象再次发生变化将K+逆浓度梯度泵进细胞，完成整个循环。

每个循环消耗一个ATP分子，泵出3个Na+和泵进2个K+.由此可以看出，主动运输的机理是在膜载体的协助下，由ATP功能，直接或间接将所有转运物质逆浓度梯度运出或运进细胞的过程。

2.概述H+泵的类型与作用。

H+-ATP酶指转运H+的ATP酶或称H+泵.可分为三种类型:一种与Na+-K+泵和Ca2+类似，在转运H+的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，称为P型质子泵。

P型质子泵是植物生命活动过程中的主宰酶，对植物许多生命活动起着重要的调控作用，它在矿质元素转运中的主要作用是：（1）使细胞质的pH升高，但由于细胞质较强的缓冲作用，这种升高并不显著。