高中生物第16章细胞间信息传递

第16章细胞间信息传递

学习目的

1．了解细胞膜通道的信息传递途径。

2．了解鸟苷酸环化酶信息传递通路。

3．了解酪氨酸蛋白激酶信息传递通路。

4．熟悉细胞间信息传递的通讯方式。

5．熟悉信息分子和受体的特点。

6．熟悉依赖G蛋白的腺苷酸环化酶信息传递途径。

7．熟悉细胞内受体的信息传递途径。

生物体是由细胞组成的，单细胞生物可以直接接收环境的信息变化并做出相应的生物学反应。高等生物是由成亿个细胞组成的有机体，每个细胞已经分化成具有特殊结构和功能的基本单位，而且许多细胞并不与外界直接接触，因此多数细胞对外界的刺激反应是通过严密的细胞间信息传递来完成的，通过这种细胞间的信息传递来调节各个细胞的新陈代谢，维持机体的稳态，适应机体的各种生命活动和生长、繁殖的需要。如果机体的细胞间不能准确有效地进行信息传递的话，会出现新陈代谢的紊乱、稳态的打破、疾病的发生甚至死亡。

第1节细胞间信息传递方式

细胞之间的信息传递存在复杂的网络通路，这其中既有局部化学介质、神经递质和激素的化学传递方式，又有协调心肌细胞同步收缩的电传递方式，还保留着原始细胞间隙连结的直接通路。在这些传递方式中，最重要的是化学传导方式。细胞之间进行信息传递的化学物质称为信息分子或信使。根据细胞信息分子的来源方式，可分为直接信息传递和间接信息传递两大类。

一、直接信息传递

直接信息传递(direct communication)是指信息分子通过相邻细胞间的连接通道从一个细胞进入另一细胞的信息传递。我们把细胞之间的这种结构称为裂隙连结(gap junction)。

关于缝隙连结

裂隙连结形成的细胞间直接信息传递，对于细胞发育、分化、生长的控制有重要作用。裂隙连结的细胞信息传递是通过Ca2+实现的。当Ca2+水平小于10-7mol/L时，连接蛋白通道充分开放，随着Ca2+浓度提高，通道孔径逐渐缩小，若Ca2+浓度高于5×10-5mol/L 时，则通道孔关闭。该作用可能是通过亚基发生转动和滑动而实现的。

二、间接信息传递

间接信息传递(indirect communication)是指细胞产生的信息分子分泌到细胞外，经扩散或血液运送到靶细胞(target cell)，信息分子与靶细胞受体结合，并通过一定机制将信息传递到细胞内部，从而靶细胞做出相应的反应。

第2节信息分子与受体

一、细胞间信息分子

凡是由细胞分泌的起调节靶细胞生命活动的化学物质统称为细胞间信息分子。目前已知有：蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等），氨基酸及其衍生物，类固醇激素，脂肪衍生物，NO等。

二、细胞内信息分子

在细胞内传递调控信号的化学物质统称为细胞内信号分子。其物质组成表现为多样化，包括无机离子、脂肪衍生物、糖类衍生物、核苷酸、信号蛋白分子等。人们习惯将cAMP、Ca2+、cGMP、DG、IP3等在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使（secondary messenger）。

三、受体

受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能特异性识别信息分子并与之结合，进而引起细胞生物学效应改变的特殊蛋白质或糖脂。共有两类：位于细胞膜上的受体称为膜受体，位于细胞内的受体称为胞内受体。膜受体又包括①与离子通道偶联的受体，②与G蛋白偶联的受体；②具有鸟苷酸环化酶活性的受体；④具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体。

能与受体呈特异性结合的信息分子则称为配体（ligand）。细胞间信息分子是最常见的一类配体，某些药物、毒物、维生素等也具有配体的功能。

四、受体的特点

1．高度特异性是指配体与受体的结合具有严格的选择性。这种特异性结合无疑与二者空间结构的互补性有关。

2．高度亲和性体内信息分子的浓度一般都<10-8mol/L，但却具有极强的生物学活性，这足以说明配体和受体之间的亲和力极高。

3．结合反应的可逆性配体与受体之间通过非共价键结合，是一种可逆的过程，当生物学效应发生后，配体与受体解离。受体恢复功能，配体被立即灭活。

4．可饱和性细胞上的受体数目有限，当配体浓度达到一定值后，细胞的受体全部被配体结合，配体数目的继续增加，不再表现出生物学效应的增强。

5．特定的生物学效应受体在细胞的分布种类和数量具有组织特异性，因此配体与特定组织细胞上的受体结合后，产生特定的生物学效应。

第3节受体介导的信息传递途径

信息分子在分泌细胞分泌后，经一定的途径到达靶细胞，或者与靶细胞的膜受体结合，或者进入靶细胞内与细胞内受体结合。信息分子与受体的结合不是目的，当这种结合的信息传递到细胞内特定的部位后，引起细胞的代谢或功能发生特异性改变才是最终的目的。受体介导的信息传递至少存在五条途径，它们之间既相互独立又相互联系。

一、与离子通道偶联的信息传递途径

接口：见《生理学》细胞的基本功能一章

二、与G蛋白偶联的信息传递途径

G蛋白(G protein/GTP binding protein)是位于细胞膜胞浆一侧，能与鸟嘌呤核苷酸结合并具有水解GTP活性的蛋白质。G蛋白由α、β、γ三个亚基组成，其中α亚基可以结合GDP或GTP，同时具有GT P酶的活性。在静息时G蛋白的α亚基上结合着GDP(即G-GDP，为非活化型)，受体处于与配体有高亲和力的活化状态。（如图16-1,○A）当受体与配体结合后，与G-GDP的亲和性增高，于是便形成受体-配体-G蛋白-GDP 复合体。该复合体形成后G蛋白的α亚基构象改变，与GDP的亲和力下降，与GTP的亲和力增大，于是GDP被胞浆中的GTP置换(即G-GTP，为活化型)。（如图16-1,○B）在复合体完成GTP 置换的同时复合体分离为α-GTP和βγ。α-GTP调控下游腺苷酸环化酶(Adenylyl cyclase，AC)、磷脂酶C(Phospholipase，C)、Ca2+、K+通道以及β肾