细胞生物学05细胞通讯.doc

1、第 五 章 .细 胞 通 讯细 胞 通 讯 (cell communication)是 细 胞 间 或 细 胞 内 通 过 高 度 精 确 和 高 效 地 发 送 与 接 收信 息 的 通 讯 机 制 ， 对 环 境 作 出 综 合 反 应 的 细 胞 行 为 。5.1 细 胞 通 讯 的 基 本 特 点细 胞 的 通 讯 与 人 类 社 会 的 通 讯 有 异 曲 同 工 之 妙 (图 5-1):由 信 号 发 射 细 胞 发 出 信 号(接 触 和 产 生 信 号 分 子 )， 由 信 号 接 收 细 胞 (靶 细 胞 )探 测 信 号 ， 其 接 收 的 手 段 是 通 过 接收 分 子

2、 (受 体 蛋 白 )， 然 后 通 过 靶 细 胞 的 识 别 ， 最 后 作 出 应 答 。图 5-1 信 号 传 导(a)电 话 接 收 器 将 电 信 号 转 换 成 声 信 号 ;(b)细 胞 将 细 胞 外 信 号 (分 子 A)转 变 成 细胞 内 的 信 号 (分 子 B)。5.1.1 细 胞 通 讯 的 方 式 与 反 应 通 讯 方 式细 胞 有 三 种 通 讯 方 式 (图 5-2): 通 过 信 号 分 子 ; 通 过 相 邻 细 胞 间 表 面 分 子 的 粘 着或 连 接 ; 通 过 细 胞 与 细 胞 外 基 质 的 粘 着 。 在 这 三 种 方 式 中 ， 第

3、 一 种 不 需 要 细 胞 的 直 接 接触 ， 完 全 靠 配 体 与 受 体 的 接 触 传 递 信 息 ， 后 两 种 都 需 要 通 过 细 胞 的 接 触 。 所 以 可 将 细 胞 通讯 的 方 式 分 为 两 大 类 : 不 依 赖 于 细 胞 接 触 的 细 胞 通 讯 ; 依 赖 于 细 胞 接 触 的 细 胞 通 讯 。图 5-2 细 胞 通 讯 的 方 式 及 引 起 的 某 些 反 应 细 胞 通 讯 的 反 应 过 程细 胞 通 讯 中 有 两 个 基 本 概 念 : 信 号 传 导 (cell signalling) 信 号 转 导 (signal transdu

4、ction)这 两 个 概 念 反 映 了 细 胞 通 讯 的 两 个 最 主 要 的 反 应 过 程 。请从细胞通讯的反应过程比较这两个概念的差异。比较信号传导(cell signalling)与信号转导(signal transduction)的差别（答案） 答 : 都 是 关 于 细 胞 通 讯 的 基 本 概 念 ， 但 二 者 的 涵 义 是 不 同 的 ， 前 者 强 调 信 号的 释 放 与 传 递 ， 包 括 细 胞 通 讯 的 前 三 个 过 程 : 信 号 分 子 的 合 成 : 一 般 的 细 胞 都 能 合 成 信 号 分 子 ， 而 内 分 泌 细 胞 是 信 号 分

5、 子 的 主要 来 源 。 信 号 分 子 从 信 号 传 导 细 胞 释 放 到 周 围 环 境 中 :这 是 一 个 相 当 复 杂 的 过 程 ， 特 别是 蛋 白 类 的 信 号 分 子 ， 要 经 过 内 膜 系 统 的 合 成 、 加 工 、 分 选 和 分 泌 ， 最 后 释 放 到 细 胞 外 。 信 号 分 子 向 靶 细 胞 运 输 :运 输 的 方 式 有 很 多 种 ， 但 主 要 是 通 过 血 液 循 环 系 统 运 送 到靶 细 胞 。信 号 转 导 强 调 信 号 的 接 受 与 放 大 ， 包 括 细 胞 通 讯 的 后 三 步 : 靶 细 胞 对 信 号 分

6、 子 的 识 别 和 检 测 : 主 要 通 过 位 于 细 胞 质 膜 或 细 胞 内 受 体 蛋 白 的选 择 性 的 识 别 和 结 合 。 细 胞 对 细 胞 外 信 号 进 行 跨 膜 转 导 ， 产 生 细 胞 内 的 信 号 。 细 胞 内 信 号 作 用 于 效 应 分 子 ， 进 行 逐 步 放 大 的 级 联 反 应 ， 引 起 细 胞 代 谢 、 生 长 、 基因 表 达 等 方 面 的 一 系 列 变 化 。另 外 ， 细 胞 完 成 信 号 应 答 之 后 ， 要 进 行 信 号 解 除 ， 终 止 细 胞 应 答 ， 主 要 是 通 过 对 信 号分 子 的 修 饰

7、 、 水 解 或 结 合 等 方 式 降 低 信 号 分 子 的 水 平 和 浓 度 以 终 止 反 应 。5.1.2 信 号 分 子 及 信 号 传 导 信 号 分 子 (signal molecules)( 信 号 分 子 是 指 生 物 体 内 的 某 些 化 学 分 子 , 既 非营 养 物 , 又 非 能 源 物 质 和 结 构 物 质 ,而 且 也 不 是 酶 ,它 们 主 要 是 用 来 在 细 胞 间 和 细 胞 内传 递 信 息 , 如 激 素 、 神 经 递 质 、 生 长 因 子 等 统 称 为 信 号 分 子 ,它 们 的 惟 一 功 能 是 同 细胞 受 体 结 合

8、, 传 递 细 胞 信 息 。多 细 胞 生 物 中 有 几 百 种 不 同 的 信 号 分 子 在 细 胞 间 传 递 信 息 ,这 些 信 号 分 子 中 有 蛋白 质 、 多 肽 、 氨 基 酸 衍 生 物 、 核 苷 酸 、 胆 固 醇 、 脂 肪 酸 衍 生 物 以 及 可 溶 解 的 气 体 分 子 等 。根 据 信 号 分 子 的 溶 解 性 分 为 水 溶 性 信 息 (water-soluble messengers)和 脂 溶 性 信息 (lipid-soluble messengers),前 者 作 用 于 细 胞 表 面 受 体 ,后 者 要 穿 过 细 胞 质 膜 作

9、 用 于胞 质 溶 胶 或 细 胞 核 中 的 受 体 。其 实 ， 信 号 分 子 本 身 并 不 直 接 作 为 信 息 ,它 的 基 本 功 能 只 是 提 供 一 个 正 确 的 构 型 及与 受 体 结 合 的 能 力 ,就 像 钥 匙 与 锁 一 样 ,信 号 分 子 相 当 于 钥 匙 ,因 为 只 要 有 正 确 的 形 状和 缺 齿 就 可 以 插 进 锁 中 并 将 锁 打 开 。 至 于 锁 开 启 后 干 什 么 ,由 开 锁 者 决 定 了)细 胞 通 讯 的 信 息 多 数 是 通 过 信 号 分 子 来 传 递 的 。 信 号 分 子 是 同 细 胞 受 体 结

10、合 并 传 递 信息 的 分 子 。信 号 分 子 本 身 并 不 直 接 作 为 信 息 ， 它 的 基 本 功 能 只 是 提 供 一 个 正 确 的 构 型 及 与 受 体 结合 的 能 力 。 信 号 分 子 的 类 型 及 信 号 传 导 方 式有 三 种 类 型 的 信 号 分 子 (图 5-3)。图 5-3 三 种 不 同 类 型 的 信 号 分 子 及 其 信 号 传 导 方 式 激 素 (hormone)激 素 是 由 内 分 泌 细 胞 (如 肾 上 腺 、 睾 丸 、 卵 巢 、 胰 腺 、 甲 状 腺 、 甲 状 旁 腺 和 垂 体 )合成 的 化 学 信 号 分 子

11、， 一 种 内 分 泌 细 胞 基 本 上 只 分 泌 一 种 激 素 ， 参 与 细 胞 通 讯 的 激 素 有 三 种类 型 :蛋 白 与 肽 类 激 素 、 类 固 醇 激 素 、 氨 基 酸 衍 生 物 激 素 (表 5-1)表 5-1 某 些 激 素 的 性 质 和 功 能名称 合成部位 化学特性 主要作用肾上腺素 肾上腺 酪氨酸衍生物 提高血压、心律、增强代谢 皮质醇 肾上腺 类固醇 在大多数组织中影响蛋白、糖、 脂的代谢雌二醇 卵巢 类固醇 诱导和保持雌性副性征胰高血糖素 胰 细胞 肽 在肝、脂肪细胞刺激葡萄糖合成、糖原断裂、 脂断裂胰岛素 胰 细胞 蛋白质 刺激肝细胞等葡萄糖吸

12、收、蛋白 质及脂的合成睾酮 睾丸 类固醇 诱导和保持雄性副性征甲状腺素 甲状腺 酪氨酸衍生物 刺激多种类型细胞的代谢 通 过 激 素 传 递 信 息 是 最 广 泛 的 一 种 信 号 传 导 方 式 ， 这 种 通 讯 方 式 的 距 离 最 远 ， 覆 盖 整个 生 物 体 。 在 动 物 中 ， 产 生 激 素 的 细 胞 是 内 分 泌 细 胞 ， 所 以 将 这 种 通 讯 称 为 内 分泌 信 号 (endocrine signaling)。 局 部 介 质 (local mediators)局 部 介 质 是 由 各 种 不 同 类 型 的 细 胞 合 成 并 分 泌 到 细 胞

13、 外 液 中 的 信 号 分 子 ， 它 只 能 作 用于 周 围 的 细 胞 。 通 常 将 这 种 信 号 传 导 称 为 旁 分 泌 信 号 (paracrine signaling)， 以 便与 自 分 泌 信 号 相 区 别 。 有 时 这 种 信 号 分 子 也 作 用 于 分 泌 细 胞 本 身 ， 如 前 列 腺 素(prostaglandin， PG)是 由 前 列 腺 合 成 分 泌 的 脂 肪 酸 衍 生 物 (主 要 是 由 花 生 四 烯 酸 合 成的 )， 它 不 仅 能 够 控 制 邻 近 细 胞 的 活 性 ， 也 能 作 用 于 合 成 前 列 腺 素 细 胞

14、 自 身 ， 通 常 将 由 自身 合 成 的 信 号 分 子 作 用 于 自 身 的 现 象 称 为 自 分 泌 信 号 (autocrine signaling)。 神 经 递 质 (neurotransmitters) 神 经 递 质 是 由 神 经 末 梢 释 放 出 来 的 小 分 子 物 质 ， 是 神 经 元 与 靶 细 胞 之 间 的 化 学 信 使 。由 于 神 经 递 质 是 神 经 细 胞 分 泌 的 ,所 以 这 种 信 号 又 称 为 神 经 信 号 (neuronal signaling)。 依 赖 于 细 胞 接 触 的 信 号 传 导通 过 细 胞 的 接 触

15、， 包 括 通 过 细 胞 粘 着 分 子 介 导 的 细 胞 间 粘 着 、 细 胞 与 细 胞 外 基 质 的 粘着 、 连 接 子 (植 物 细 胞 为 胞 间 连 丝 )介 导 的 信 号 传 导 。通 过 细 胞 接 触 进 行 的 通 讯 中 ， 信 号 分 子 位 于 细 胞 质 膜 上 ， 两 个 细 胞 通 过 信 号 分 子 的 接触 传 递 信 息 (图 5-4)。图 5-4 通 过 分 泌 的 信 号 分 子 通 讯 与 通 过 膜 结 合 的 信 号 分 子 通 讯 的 比 较5.1.3 受 体 与 信 号 的 接 收 细 胞 通 讯 中 ， 由 信 号 传 导 细

16、胞 送 出 的 信 号 分 子 必 须 被 靶 细 胞 接 收 才 能 触 发 靶 细 胞 的 应答 ， 接 收 信 息 的 分 子 称 为 受 体 ( receptor)， 信 号 分 子 则 被 称 为 配 体 (ligand)。 受 体 存 在 的 部 位 信 号 分 子 识 别 并 结 合 的 受 体 通 常 位 于 细 胞 质 膜 或 细 胞 内 ， 所 以 有 两 类 受 体 : 表 面 受 体 (surface receptor)( 位 于 细 胞 质 膜 上 的 受 体 称 为 表 面 受 体 (surface receptor), 细 胞 表 面 受 体 主 要 是 识 别

17、周 围 环 境 中 的 活 性 物 质 或 被 相 应 的 信 号 分 子 所 识 别 , 并 与 之 结 合 , 将 外 部 信 号 转 变 成 内 部 信 号 , 以 启 动 一 系 列 反 应 而 产 生 特 定 的 生 物 效 应 。表 面 受 体 多 为 膜 上 的 功 能 性 糖 蛋 白 , 也 有 由 糖 脂 组 成 的 , 如 霍 乱 毒 素 受 体 、 百日 咳 毒 素 受 体 ; 有 的 受 体 是 糖 脂 和 糖 蛋 白 组 成 的 复 合 物 , 如 促 甲 状 腺 素 受 体 。 若 仅为 由 一 条 多 肽 链 组 成 的 受 体 , 称 单 体 型 受 体 , 若

18、 由 两 条 或 两 条 以 上 的 多 肽 链 组 成 的 则称 聚 合 型 受 体 。表 面 受 体 主 要 是 同 大 的 信 号 分 子 或 小 的 亲 水 性 信 号 分 子 作 用 ， 传 递 信 息)于 细 胞 质 膜 上 的 称 为 表 面 受 体 (surface receptor) 细 胞 内 受 体 (intracellular receptor) 位 于 胞 质 溶 胶 、 核 基 质 中 的 受 体 称 为 细 胞 内 受 体 (intracellular receptor)( 位 于胞 质 溶 胶 、 核 基 质 中 的 受 体 称 为 细 胞 内 受 体 (int

19、racellular receptor)。 细 胞 内 受 体 主要 是 同 脂 溶 性 的 小 信 号 分 子 相 作 用 。位 于 胞 质 溶 胶 中 受 体 要 与 相 应 的 配 体 结 合 后 才 可 进 入 细 胞 核 。 胞 内 受 体 识 别 和 结 合 的是 能 够 穿 过 细 胞 质 膜 的 小 的 脂 溶 性 的 信 号 分 子 ,如 各 种 类 固 醇 激 素 、 甲 状 腺 素 、 维 生素 D 以 及 视 黄 酸 。 细 胞 内 受 体 的 基 本 结 构 都 很 相 似 ,有 极 大 的 同 源 性 。 细 胞 内 受 体 通常 有 两 个 不 同 的 结 构 域

20、 , 一 个 是 与 DNA 结 合 的 中 间 结 构 域 , 另 一 个 是 激 活 基 因 转录 的 N 端 结 构 域 。 此 外 还 有 两 个 结 合 位 点 ,一 个 是 与 脂 配 体 结 合 的 位 点 ,位 于 C 末端 ,另 一 个 是 与 抑 制 蛋 白 结 合 的 位 点)。 表 面 受 体 主 要 是 同 大 的 信 号 分 子 或 小 的 亲 水 性 的 信 号 分 子 作 用 ， 传 递 信 息 。 而 细 胞 内受 体 主 要 是 同 脂 溶 性 的 小 信 号 分 子 作 用 (图 5-5)。 图 5-5 细 胞 表 面 受 体 与 细 胞 内 受 体 细

21、胞 内 受 体细 胞 内 受 体 通 常 有 两 个 不 同 的 结 构 域 , 一 个 是 与 DNA 结 合 的 结 构 域 , 另 一 个是 激 活 基 因 转 录 的 N 端 结 构 域 。 此 外 有 两 个 结 合 位 点 ,一 个 是 与 配 体 结 合 的 位 点 ,位 于 C 末 端 ,另 一 个 是 与 抑 制 蛋 白 结 合 的 位 点 ,在 没 有 与 配 体 结 合 时 ,则 由 抑 制 蛋 白抑 制 了 受 体 与 DNA 的 结 合 ,若 是 有 相 应 的 配 体 ,则 释 放 出 抑 制 蛋 白 (图 5-6)。图 5-6 细 胞 内 受 体 的 结 构 示

22、意 图细 胞 内 受 体 在 接 受 脂 溶 性 的 信 号 分 子 并 与 之 结 合 形 成 受 体 -配 体 复 合 物 后 就 成 为转 录 促 进 因 子 ， 作 用 于 特 异 的 基 因 调 控 序 列 ， 启 动 基 因 的 转 录 和 表 达 (图 5-7)。图 5-7 糖 皮 质 激 素 受 体 激 活(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

23、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 。 细 胞 表 面 受 体位 于 细 胞 质 膜 上 的 受 体 称 为 表 面 受 体 ， 主 要 有 三 种 类 型 离 子 通 道 偶 联 受 体(ion-channel linked receptor)、 G-蛋 白 偶 联 受 体 (G-protein linked receptor)、 酶 联受 体 (enzyme-linked receptor)(图 5-8)。图 5-8 三 种 类 型 的 细 胞 表 面 受 体(a)离 子 通 道 偶 联 受 体

24、;(b)G-蛋 白 偶 联 受 体 ;(c)酶 联 受 体 。 离 子 通 道 偶 联 受 体 (ino-channel linked receptor)( 具 有 离 子 通 道 作 用 的 细 胞 质膜 受 体 称 为 离 子 通 道 受 体 。 这 种 受 体 见 于 可 兴 奋 细 胞 间 的 突 触 信 号 传 导 ， 产 生 一 种 电 效 应 ，如 烟 碱 样 乙 酰 胆 碱 受 体 (nAchR)、 -氨 基 丁 酸 受 体 (GABAR)和 甘 氨 酸 受 体 等 都 是 离子 通 道 偶 联 受 体 。 它 们 多 为 数 个 亚 基 组 成 的 寡 聚 体 蛋 白 , 除

25、 有 配 体 结 合 位 点 外 , 本 身 就 是 离 子 通 道 的 一 部 分 ,并 借 此 将 信 号 传 递 至 细 胞 内 。 信 号 分 子 同 离 子 通 道 受 体 结合 , 可 改 变 膜 的 离 子 通 透 性 )具 有 离 子 通 道 作 用 的 细 胞 质 膜 受 体 称 为 离 子 通 道 受 体 ， 这 种 受 体 见 于 可 兴 奋 细胞 间 的 突 触 信 号 传 导 ， 产 生 一 种 电 效 应 (图 5-9)。图 5-9 离 子 通 道 偶 联 受 体 与 信 号 传 导 动 作 电 位 到 达 突 触 末 端 ,引 起 暂 时 性 的 去 极 化 ;

26、去 极 化 作 用 打 开 了 电 位 门 控 钙离 子 通 道 ,导 致 钙 离 子 进 入 突 触 球 ; Ca2+浓 度 提 高 诱 导 分 离 的 含 神 经 递 质 分 泌 泡 的 分泌 ,释 放 神 经 递 质 ; Ca2+引 起 储 存 小 泡 分 泌 释 放 神 经 递 质 ; 分 泌 的 神 经 递 质 分 子 经扩 散 到 达 突 触 后 细 胞 的 表 面 受 体 ; 神 经 递 质 与 受 体 的 结 合 ,改 变 受 体 的 性 质 ; 离子 通 道 开 放 ,离 子 得 以 进 入 突 触 后 细 胞 ; 突 触 后 细 胞 中 产 生 动 作 电 位 。烟 碱 样

27、 乙 酰 胆 碱 受 体 (nicotinic acetylcholine receptor)是 研 究 得 比 较 清 楚 的 离 子通 道 偶 联 受 体 ， 它 存 在 于 脊 椎 动 物 骨 骼 肌 细 胞 以 及 某 些 鱼 的 放 电 器 官 细 胞 的 质 膜 上 ， 受 体与 乙 酰 胆 碱 结 合 ， 引 起 Na+通 道 的 开 放 ， Na+流 入 靶 细 胞 ， 使 得 质 膜 去 极 化 并 引 起 细胞 的 收 缩 。如何通过实验分离烟碱样乙酰胆碱受体并证明烟碱样乙酰胆碱受体具有通道偶联受体的作用? 如何通过实验分离烟碱样乙酰胆碱受体并证明烟碱样乙酰胆碱受体证明具有

28、通道偶联受体的作用?（答案） 答 :烟 碱 样 乙 酰 胆 碱 受 体 (nicotinic acetylcholine receptor)是 研 究 得 比 较 清 楚 的 离子 通 道 偶 联 受 体 ,它 存 在 于 脊 椎 动 物 骨 骼 肌 细 胞 以 及 某 些 鱼 的 放 电 器 官 细 胞 的 质 膜 上 ； 受体 与 乙 酰 胆 碱 结 合 ,引 起 Na+通 道 的 开 放 ,Na+流 入 靶 细 胞 ， 使 得 质 膜 去 极 化 并 引 起 细 胞的 收 缩 。分 离 纯 化 乙 酰 胆 碱 受 体 , 首 先 要 找 到 一 种 与 该 受 体 结 合 的 配 体 ,

29、 然 后 进 行 受 体分 离 。 幸 运 的 是 发 现 了 一 种 蛇 毒 毒 素 ， 使 得 受 体 的 纯 化 成 为 可 能 。 -银 环 蛇 毒 素 ( -bungarotoxin)是 一 种 小 分 子 的 蛋 白 质 ， 能 够 选 择 性 地 并 且 几 乎 是不 可 逆 地 同 乙 酰 胆 碱 受 体 结 合 。 这 些 毒 素 能 够 阻 止 乙 酰 胆 碱 同 受 体 相 互 作 用 ， 导 致 呼 吸 麻痹 和 死 亡 。 利 用 放 射 性 标 记 的 -银 环 蛇 毒 素 可 在 显 微 镜 下 确 定 组 织 切 片 中 的 乙 酰 胆 碱受 体 的 位 置 ,

30、以 及 检 查 纯 化 的 蛋 白 样 品 中 是 否 有 受 体 的 存 在 。 利 用 -银 环 蛇 毒 素 从电 鳐 属 电 辐 射 鱼 的 放 电 器 官 细 胞 质 膜 中 分 离 纯 化 了 乙 酰 胆 碱 受 体 。 结 构 分 析 发 现 这 种 受 体是 由 5 个 亚 基 组 成 的 ， 其 中 两 个 亚 基 、 一 个 亚 基 、 一 个 亚 基 、 一 个 亚 基 ， 最 小 的 亚 基 上 有 乙 酰 胆 碱 的 结 合 位 点 。 分 离 纯 化 了 乙 酰 胆 碱 受 体 ， 可 用 人 工 脂 质 体 研 究 其 功 能 。 实 验 发 现 将 纯 化 的 烟

31、 碱 样 乙酰 胆 碱 受 体 加 到 脂 质 体 上 ， Na+的 通 透 性 就 增 加 了 ， 由 于 人 工 脂 质 体 上 没 有 其 它 的 蛋 白成 分 ， 根 据 这 一 实 验 推 测 烟 碱 样 乙 酰 胆 碱 受 体 本 身 就 是 一 种 Na+离 子 通 道 ， 也 说 明乙 酰 胆 碱 受 体 是 神 经 递 质 门 控 离 子 通 道 。 通 道 的 开 启 与 关 闭 受 神 经 递 质 乙 酰 胆 碱 的 调 节(图 5E-1)。图 5E-1 乙 酰 胆 碱 离 子 通 道 偶 联 受 体 的 结 构 域 功 能 G-蛋 白 偶 联 受 体 (G-protei

32、n linked receptor)( 配 体 与 受 体 结 合 后 激 活 相 邻 的 G-蛋 白 , 被 激 活 的 G-蛋 白 又 可 激 活 或 抑 制 一 种 产 生 特 异 第 二 信 使 的 酶 或 离 子 通 道 ,引 起 膜 电 位 的 变 化 。 由 于 这 种 受 体 参 与 的 信 号 转 导 作 用 要 与 GTP 结 合 的 调 节 蛋 白相 偶 联 ,因 此 将 它 称 为 G 蛋 白 偶 联 受 体 。这 类 受 体 的 种 类 很 多 ， 并 在 结 构 上 都 很 相 似 都 是 一 条 多 肽 链 ， 并 且 有 7 次 螺 旋 跨 膜 区 。 这 种

33、7 次 跨 膜 受 体 蛋 白 的 超 家 族 包 括 视 紫 红 质 (脊 椎 动 物 眼 中 的 光激 活 光 受 体 蛋 白 )以 及 脊 椎 动 物 鼻 中 的 嗅 觉 受 体 。G 蛋 白 偶 联 受 体 是 最 大 的 一 类 细 胞 表 面 受 体 ， 它 们 介 导 许 多 细 胞 外 信 号 的 传 导 ， 包 括 激 素 、 局 部 介 质 和 神 经 递 质 等 。G 蛋 白 偶 联 受 体 的 进 化 地 位 相 当 原 始 ， 不 仅 存 在 于 亲 缘 关 系 较 远 的 真 核 生 物 （ 如 酵 母 ）中 ， 即 使 在 细 菌 中 也 存 在 与 G-蛋 白

34、偶 联 受 体 相 似 的 膜 蛋 白 ， 如 细 菌 的 菌 紫 红 质 ， 它 的作 用 是 光 驱 动 的 H+-泵 。 但 细 菌 中 的 此 类 蛋 白 并 不 具 有 G-蛋 白 偶 联 受 体 的 功 能 ， 因为 细 菌 中 没 有 G 蛋 白 ,推 测 其 偶 联 系 统 并 不 相 同)这 类 受 体 的 种 类 很 多 ， 在 结 构 上 都 很 相 似 都 是 一 条 多 肽 链 ， 并 且 有 7 次 螺 旋 跨 膜 区 (图 5-10)。 这 种 7 次 跨 膜 受 体 蛋 白 的 超 家 族 包 括 视 紫 红 质 (脊 椎 动 物 眼中 的 光 激 活 光 受

35、体 蛋 白 )， 以 及 脊 椎 动 物 鼻 中 的 嗅 觉 受 体 。图 5-10 G-蛋 白 偶 联 受 体 的 结 构每 一 种 G-蛋 白 偶 联 受 体 都 有 7 个 螺 旋 的 跨 膜 区 ， 信 号 分 子 与 受 体 的 细 胞 外 部 分结 合 ， 并 引 起 受 体 的 细 胞 内 部 分 激 活 相 邻 的 G-蛋 白 。 酶 联 受 体 (enzyme linked receptor)这 种 受 体 蛋 白 既 是 受 体 又 是 酶 ， 一 旦 被 配 体 激 活 即 具 有 酶 活 性 并 将 信 号 放 大 ， 又 称 催化 受 体 (catalytic rec

36、eptor)。 按 照 受 体 的 细 胞 内 结 构 域 是 否 具 有 酶 活 性 将 此 类 受 体 分 为两 大 类 :缺 少 细 胞 内 催 化 活 性 的 酶 联 受 体 和 具 有 细 胞 内 催 化 活 性 的 酶 联 受 体 。举例说明什么是缺少细胞内催化活性的酶联受体和具有细胞内催化活性的酶联受体? 举例说明什么是缺少细胞内催化活性的酶联受体和具有细胞内催化活性的受体?（答案） 答 : 酶 联 受 体 的 细 胞 内 结 构 域 常 常 具 有 某 种 酶 的 活 性 ,故 称 为 酶 联 受 体 。 但 并 非所 有 的 酶 联 受 体 的 细 胞 内 结 构 域 都 具

37、 有 酶 活 性 ,所 以 ,根 据 受 体 的 细 胞 内 结 构 域 是 否 具有 酶 活 性 将 此 类 受 体 分 为 两 大 类 :缺 少 细 胞 内 催 化 活 性 的 酶 联 受 体 和 具 有 细 胞 内 催 化 活性 的 酶 联 受 体 。如 非 酪 氨 酸 激 酶 受 体 (nonreceptor tyrosine kinases)就 是 缺 少 细 胞 内 催 化 活 性 的 酶联 受 体 ,受 体 与 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 是 分 开 的 两 种 蛋 白 ,与 此 类 受 体 结 合 的 信 号 分 子 有 促 红细 胞 生 成 素 、 干 扰 素 等 。 此 类

38、 受 体 的 细 胞 内 结 构 域 虽 然 没 有 催 化 活 性 ,但 仍 同 酶 直接 相 关 。 配 体 与 受 体 结 合 ,使 两 个 受 体 单 体 形 成 二 聚 体 ,然 后 每 一 个 受 体 单 体 结 合 一个 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 ,并 将 之 激 活 。 虽 然 这 种 受 体 本 身 没 有 酶 的 结 构 域 ,但 实 际 效 果 与具 有 酶 结 构 域 的 受 体 是 一 样 的 。细 胞 内 具 有 催 化 结 构 域 的 酶 联 受 体 有 很 多 种 类 型 ： 某 些 配 体 与 受 体 结 合 激 活 受 体 细 胞内 结 构 域 中 的 鸟

39、 苷 环 化 酶 的 活 性 ,或 是 磷 酸 酶 的 活 性 ,此 类 受 体 通 常 以 单 体 起 作 用 。如 胰 岛 素 和 生 长 因 子 受 体 同 配 体 结 合 后 触 发 蛋 白 激 酶 的 活 性 。 在 多 数 情 况 下 ,受 体 与 配 体 结 合 后 ,受 体 会 形 成 二 聚 体 ,并 激 发 丝 氨 酸 /苏 氨 酸 蛋 白 激 酶 活 性 或 酪 氨 酸蛋 白 激 酶 的 活 性 。 习 惯 上 将 这 些 受 体 称 为 受 体 丝 氨 酸 /苏 氨 酸 激 酶 (receptor serine /threonine kinase) 和 受 体 酪 氨

40、酸 激 酶 (receptor tyrosine kinase,RTKs)。 它 们 的 作 用是 将 受 体 细 胞 内 结 构 域 进 行 自 身 磷 酸 化 。 RTKs 的 自 我 磷 酸 化 能 够 产 生 几 个 与 细 胞 质酶 结 合 的 位 点 ,从 而 将 这 些 酶 集 中 到 质 膜 旁 的 底 物 处 ,在 某 些 情 况 下 ,也 能 产 生 第 二 信使 。 此 外 ,RTKs 能 够 磷 酸 化 多 种 底 物 蛋 白 ,并 改 变 它 们 的 活 性 。 关 于 受 体 丝 氨 酸 /酪 氨 酸 激 酶 的 信 号 转 导 了 解 较 少 。非 酪 氨 酸 激

41、 酶 受 体 (nonreceptor tyrosine kinases)就 是 缺 少 细 胞 内 催 化 活 性 的 酶 联受 体 。 虽 然 这 种 受 体 本 身 没 有 酶 的 结 构 域 ,但 实 际 效 果 与 具 有 酶 结 构 域 的 受 体 是 一 样的 (图 5-11)。图 5-11 缺 少 细 胞 内 酪 氨 酸 激 酶 的 酶 联 受 体受 体 与 酪 氨 酸 激 酶 是 分 开 的 ， 配 体 与 受 体 结 合 后 ， 受 体 形 成 二 聚 体 ， 两 个 酪 氨 酸 激 酶分 别 与 受 体 结 合 并 被 激 活 。细 胞 内 具 有 催 化 结 构 域 的

42、 酶 联 受 体 有 很 多 种 类 型 , 包 括 具 有 鸟 苷 环 化 酶 活 性 受 体和 磷 酸 酶 的 活 性 (图 5-12a,b)受 体 、 丝 氨 酸 /苏 氨 酸 蛋 白 激 酶 活 性 受 体 或 酪 氨 酸 蛋 白 激酶 的 活 性 的 受 体 (图 5-12c,d)。图 5-12 具 有 细 胞 内 催 化 结 构 域 的 酶 联 受 体5.1.4 受 体 与 配 体 相 互 作 用 及 研 究 方 法细 胞 通 过 化 学 信 息 进 行 通 讯 的 能 力 取 决 于 信 号 分 子 的 合 成 与 分 泌 以 及 受 体 与 配 体 的 相互 识 别 和 结 合

43、 ,配 体 与 受 体 的 结 合 又 与 配 体 与 受 体 的 结 构 和 化 学 性 质 相 关 联 。 表 面 受 体 超 家 族 (surface receptor superfamilies)( 根 据 表 面 受 体 进 行 信 号 转 导的 方 式 将 受 体 分 为 三 大 类 ,若 根 据 表 面 受 体 与 质 膜 的 结 合 方 式 在 可 分 为 单 次 跨 膜 、 7 次跨 膜 和 多 亚 单 位 跨 膜 等 三 个 家 族 。酶 联 受 体 ,如 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 受 体 和 鸟 苷 环 化 酶 受 体 等 都 属 于 单 次跨 膜 (single-pa

44、ss receptor)受 体 ， 它 们 的 多 肽 链 上 只 有 一 个 跨 膜 的 螺 旋 。 第 二 类 是 7 次 跨 膜 受 体 (seven-pass receptor)， 这 类 受 体 的多 肽 链 中 有 7 个 跨 膜 螺 旋 区 ， 如 肾 上 腺 素 受 体 、 多 巴 胺 受 体 、 5-羟 色 胺 受 体 、 促 甲 状 腺 素 受 体 、 黄 体 生 成 素 受 体 等 都 是 7 次 跨 膜受 体 ,此 类 受 体 在 信 号 转 导 中 全 部 同 G 蛋 白 偶 联 。 第 三 类 是 由 多 个亚 基 共 同 组 装 成 的 受 体 (multisub

45、unit receptor)， 如 前 面 讨 论 过 的烟 碱 样 乙 酰 胆 碱 受 体 。 受 体 与 膜 结 合 方 式 的 差 异 决 定 着 它 们 参 与 细 胞通 讯 方 式 的 不 同 )根 据 表 面 受 体 进 行 信 号 转 导 的 方 式 将 受 体 分 为 三 大 类 ,若 是 根 据 表 面 受 体 与 质 膜的 结 合 方 式 则 可 分 为 单 次 跨 膜 、 7 次 跨 膜 和 多 亚 单 位 跨 膜 等 三 个 家 族 (图 5-13)。图 5-13 单 次 、 7 次 与 多 亚 基 跨 膜 的 表 面 受 体 受 体 与 配 体 相 互 作 用 的 特

46、 点多 细 胞 生 物 体 中 的 细 胞 ,其 周 围 环 境 中 常 常 有 多 达 几 百 种 的 化 学 信 号 分 子 ,细 胞如 何 去 识 别 ?是 否 一 种 信 号 分 子 只 能 作 用 于 一 种 类 型 的 细 胞 ?受 体 与 配 体 如 何 结 合 ?这些 都 是 由 受 体 自 身 的 特 性 决 定 的 。 特 异 性 (specificity) 受 体 与 配 体 的 结 合 是 高 度 特 异 性 的 反 应 ， 但 不 是 绝 对 的 ， 有 受 体 交 叉 (receptor crossover)( 受 体 与 配 体 的 结 合 是 高 度 特 异 的

47、 , 但 这 种 特 异 性不 是 绝 对 的 , 如 胰 岛 素 受 体 除 结 合 胰 岛 素 外 , 还 可 同 胰 岛 素 样 生 长 因 子 结 合 。 糖 皮 质(激 )素 受 体 除 同 糖 皮 质 (激 )素 结 合 以 外 , 还 可 同 其 它 甾 类 激 素 结 合 , 反 之 亦 然 。 这种 受 体 与 配 体 交 叉 结 合 的 现 象 称 为 受 体 交 叉 )现 象 。请设计一个实验研究受体与配体结合的特异性请设计一个实验研究受体与配体结合的特异性.（答案） 答 :可 采 用 非 放 射 性 标 记 的 底 物 同 放 射 性 标 记 的 配 体 竞 争 受 体

48、 的 结 合 位 点 的 方 法 。 原 理是 : 如 果 结 合 是 特 异 性 的 ,只 有 信 号 分 子 能 够 同 受 体 结 合 ,而 与 信 号 分 子 无 关 的 分 子则 不 能 同 受 体 结 合 。 例 如 ,放 射 性 标 记 的 胰 岛 素 与 受 体 的 结 合 不 会 受 胰 高 血 糖 素 或ACTH(促 肾 上 腺 皮 质 激 素 )的 抑 制 ,但 是 能 够 被 非 放 射 性 标 记 的 胰 岛 素 或 胰 岛 素 衍 生 物 所抑 制 (图 5E-2)。图 5E-2 证 明 激 素 与 受 体 结 合 特 异 性 的 实 验实 验 中 ,将 放 射 性

49、 标 记 的 胰 岛 素 与 分 离 的 膜 一 起 温 育 ,同 时 加 入 各 种 不 同 浓 度 的 胰高 血 糖 素 或 ACTH。 与 胰 岛 素 无 关 的 激 素 不 会 与 放 射 性 标 记 的 胰 岛 素 竞 争 质 膜 受 体 。 通过 检 测 放 射 性 即 可 证 明 。 高 亲 和 力 (high affinity binding)受 体 与 配 体 结 合 的 能 力 称 为 亲 和 力 。 通 过 配 体 与 受 体 结 合 反 应 的 动 力 学 分 析 可 获 得 亲和 力 的 信 息 。 受 体 对 其 配 体 的 亲 和 力 很 强 ， 亲 和 力 越 强 ， 受 体 越 容 易 被 占 据 。 亲和 力 的 大 小 常 用 受 体 -配 体 复 合 物 的 解 离 常 数 (Kd)值 来 表 示 ， 通 常 是 10-9 M 左 右 。 饱 和 性 (saturation)由 于 细 胞 含 有 有 限 数 量 受 体 分 子 ,提 高 配 体 分 子 的 浓 度 ,可 使 细 胞 的 受 体 全 部 被 配体 所 占 据 ,此 时 的 受 体 处 于 饱 和 状 态 ,因 为 即 使