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1、第三章第三章細(xì)胞的生物電現(xiàn)象細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第二節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象與興奮性第三節(jié) 骨骼肌的收縮v離子通道偶聯(lián)的受體離子通道偶聯(lián)的受體vG-G-蛋白偶聯(lián)的受體蛋白偶聯(lián)的受體v與酶偶聯(lián)的受體與酶偶聯(lián)的受體第一節(jié)第一節(jié)細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)一、細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念一、細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念v信號信號:含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激v人體內(nèi)的信號人體內(nèi)的信號:存在于細(xì)胞外液中含有存在于細(xì)胞外液中含有信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì)信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì),或機械的、電的、或機械的、電的、電磁波等刺激電磁波等刺激信號的類型信號的類

2、型v 化學(xué)信號化學(xué)信號 激素激素,遞質(zhì)遞質(zhì),細(xì)胞因子細(xì)胞因子v 機械信號機械信號 聲音聲音v 電磁信號電磁信號 光光v 電信號電信號 電流電流跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(transmembranetranduction)外界信號外界信號 細(xì)胞膜表面細(xì)胞膜表面 一種或幾一種或幾種膜蛋白分子構(gòu)象改變種膜蛋白分子構(gòu)象改變 胞內(nèi)信號分子胞內(nèi)信號分子變化變化 引起相應(yīng)的效應(yīng)引起相應(yīng)的效應(yīng) 二、細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式二、細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)三、三、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)

3、的蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransductionmediatedbyGprotein-linkedreceptor)G蛋白是鳥苷酸結(jié)蛋白是鳥苷酸結(jié)合蛋白的簡稱合蛋白的簡稱1.Gprotein-linkedreceptor位于細(xì)胞膜、位于細(xì)胞膜、具有特異地識具有特異地識別和結(jié)合外來別和結(jié)合外來化學(xué)信號物質(zhì)化學(xué)信號物質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)2.Gprotein(GTPbindingprotein)位于受體與位于受體與效應(yīng)器之間效應(yīng)器之間 G G蛋白的工作原理蛋白的工作原理受體構(gòu)象改變與受體構(gòu)象改變與G蛋白蛋白亞單位結(jié)合亞單位結(jié)合配體與配體與受體結(jié)合受體結(jié)合亞單位與亞單位

4、與亞單位分離亞單位分離與與GTP結(jié)合成為激發(fā)狀態(tài)結(jié)合成為激發(fā)狀態(tài)效應(yīng)器分子被激活效應(yīng)器分子被激活亞單位水解亞單位水解GTP成成GDP亞單位與效應(yīng)器分子分離亞單位與效應(yīng)器分子分離與與亞單位結(jié)合亞單位結(jié)合等待新信號等待新信號G蛋白的種類已多達(dá)40余種，大多數(shù)存在于細(xì)胞膜上，由、三個不同亞單位構(gòu)成，總分子量為100kDa左右。目前研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子受體家族（chemokinereceptorfamily）以及一些神經(jīng)遞質(zhì)受體都屬于G蛋白偶聯(lián)的7次跨膜受體的超家族。種類種類（1）Gs：細(xì)胞表面受體與Gs（stimulatingadenylatecyclasegprotein,Gs）偶聯(lián)激活腺苷酸環(huán)化酶

5、，產(chǎn)生cAMP第二信使，繼而激活cAMP依賴的蛋白激酶。（2）Gi：細(xì)胞表面受體同Gi（inhibitoryadenylatecyclasegprotein,Gi）偶聯(lián)則產(chǎn)生與Gs相反的生物學(xué)效應(yīng)。（3）Gt：可以激活cGMP磷酸二酯酶，同視覺有關(guān)。（4）Go：可以產(chǎn)生百日咳桿菌毒不導(dǎo)致的一系列效應(yīng)。（5）Gq：同PLC偶聯(lián)，在磷脂酰肌醇代謝途徑信號傳遞過程中發(fā)揮重要作用。（6）小G蛋白：近年來研究發(fā)現(xiàn)小G蛋白，特別是一些原癌基因表達(dá)產(chǎn)物具有廣泛的調(diào)節(jié)功能。Ras蛋白主要參與細(xì)胞增殖和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；Rho蛋白對細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成發(fā)揮調(diào)節(jié)作用；Rab蛋白則參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)膜交通（membranetra

6、ffic）。此外，Rho和Rab亞家庭可能分別參與淋巴細(xì)胞極化（polarization）和抗原的提呈。某些信號蛋白通過SH-3功能區(qū)將酪氨酸激酶途徑同一些由小G蛋白所控制的途徑連接起來，如Rho（與Ras有30%同源性）調(diào)節(jié)胞漿中微絲上肌動蛋白的聚合或解離，從而影響細(xì)胞形態(tài)。這一事實解釋了某些含有SH-3的蛋白同細(xì)胞骨架某些成份相關(guān)聯(lián)或調(diào)節(jié)它們的功能。關(guān)鍵點：關(guān)鍵點：亞單位具有亞單位具有ATP酶的活性，并有與酶的活性，并有與GTP/GDT結(jié)合結(jié)合的位點，是發(fā)揮功能的重要部分。的位點，是發(fā)揮功能的重要部分。亞單位與亞單位與GDPorGTP結(jié)合而具有失活或激活兩種結(jié)合而具有失活或激活兩種形式，這

7、取決于形式，這取決于G蛋白是否與受體結(jié)合。蛋白是否與受體結(jié)合。亞單位在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮重要的分子開關(guān)作亞單位在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮重要的分子開關(guān)作用。用。3.Gprotein效應(yīng)器分子效應(yīng)器分子:v腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶Adenylatecyclase,ACv磷脂酶磷脂酶CPhospholipaseC,PLC4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成）水解成1，4，5-三三磷酸肌醇（磷酸肌醇（IP3）和二?；视停ǎ┖投；视停―G）兩個第二信使，）兩個第二信使，胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，這一信號系統(tǒng)又稱為胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，這一信號系統(tǒng)又稱為“雙雙信使系統(tǒng)信使系統(tǒng)”（

8、doublemessengersystem）v磷脂酶磷脂酶APhospholipaseA,PLAv鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶Guanylatecyclase,GCv磷酸二酯酶磷酸二酯酶phosphodiesterase,PDE效應(yīng)器分子的作用效應(yīng)器分子的作用1作用于特定特定的底物產(chǎn)生特殊的分子（二次信使）作用于特定特定的底物產(chǎn)生特殊的分子（二次信使）2產(chǎn)生的特殊分子將細(xì)胞膜上的信號傳遞到胞內(nèi)產(chǎn)生的特殊分子將細(xì)胞膜上的信號傳遞到胞內(nèi)3影響各種胞內(nèi)蛋白激酶的活性影響各種胞內(nèi)蛋白激酶的活性4促進(jìn)或抑制功能蛋白質(zhì)的磷酸化，實現(xiàn)對細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)。促進(jìn)或抑制功能蛋白質(zhì)的磷酸化，實現(xiàn)對細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)。4.二次

9、信使二次信使secondmessenger是細(xì)胞外信號分子作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì)是細(xì)胞外信號分子作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號分子。胞內(nèi)信號分子。細(xì)胞外信號分子稱細(xì)胞外信號分子稱firstmessenger,細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)的信號分子則稱為的信號分子則稱為secondmessenger。環(huán)磷酸腺苷環(huán)磷酸腺苷(cAMP)環(huán)磷酸鳥苷環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)三磷酸肌醇三磷酸肌醇（IP3）二酰甘油二酰甘油(DG)Ca2+3-5-cyclicadenosinemonophosphate3-5-cyclicguanosinemonophosphateinositoltriphosphate5.Proteinki

10、nasev分類：絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶v另一分類：cAMP-dependentproteinkinase,PKACalcium-dependentproteinkinase,PKC6.cAMP-PKA pathway GsreceptorLigandACATPcAMP5-AMPPDEPKA蛋白激酶A7.IP3-Ca2+/DG-PKCpathwayPIP2GqreceptorLigandPLCIP3DGPKCIP3與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3配體門鈣通道結(jié)合，開啟鈣通道，配體門鈣通道結(jié)合，開啟鈣通道，使胞內(nèi)使胞內(nèi)Ca2+濃度升高。激活各類依賴鈣離子的蛋白。用濃度升高。激活各類依

11、賴鈣離子的蛋白。用Ca2+載體離子霉素（載體離子霉素（ionomycin）處理細(xì)胞會產(chǎn)生類似）處理細(xì)胞會產(chǎn)生類似的結(jié)果。的結(jié)果。DG結(jié)合于質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的蛋白激酶結(jié)合于質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的蛋白激酶C，PKC可以使蛋白質(zhì)的絲氨酸可以使蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化使不同蘇氨酸殘基磷酸化使不同的細(xì)胞產(chǎn)生不同的反應(yīng)，的細(xì)胞產(chǎn)生不同的反應(yīng)，如細(xì)胞分泌、肌肉收縮、細(xì)胞如細(xì)胞分泌、肌肉收縮、細(xì)胞增殖和分化等。增殖和分化等。DG的作用可用佛波醇酯（的作用可用佛波醇酯（phorbolester）模擬。）模擬。四、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)四、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)1.酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的信號

12、轉(zhuǎn)導(dǎo)v特點：酶與受體是同一膜蛋白 這類受體一般只有一個-螺旋，膜外 側(cè)肽鏈有與配體結(jié)合位點，膜內(nèi)側(cè)肽鏈有 蛋白激酶的活性。GRB2是生長因子受體結(jié)合蛋白2Growthfactorreceptor-boundprotein2MAPK為有絲分裂原活化蛋白激酶mitogen-activatedproteinkinase，MAPKSOS能與GRB2結(jié)合，本身是一種鳥嘌呤核苷酸交換因子，并能與Ras蛋白結(jié)合RasRasGTP具有活性，RasGDP無活性，在通過受體酪氨酸激酶介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮中心作用，是一種關(guān)鍵成分Raf絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又稱MAPKKK）RPTK-Ras信號通

13、路可概括如下：信號通路可概括如下：配體配體RPTKadaptorSOSRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子基因表基因表達(dá)。達(dá)。受體酪氨酸蛋白激酶受體酪氨酸蛋白激酶(receptorproteintyrosinekinase,RPTK)2.2.結(jié)合酪氨酸激酶的受體結(jié)合酪氨酸激酶的受體v特點：特點：受體本身沒有酶的活性，當(dāng)它與配體結(jié)受體本身沒有酶的活性，當(dāng)它與配體結(jié)合后，就可與酪氨酸激酶結(jié)合，并激活酪氨合后，就可與酪氨酸激酶結(jié)合，并激活酪氨酸激酶酸激酶促紅細(xì)胞生成素促紅細(xì)胞生成素生長激素生長激素催乳素催乳素3.3.具有鳥苷酸環(huán)化酶的受體具有鳥苷酸環(huán)化酶

14、的受體v特點：特點：只有一個跨膜只有一個跨膜-螺旋，膜外側(cè)肽鏈螺旋，膜外側(cè)肽鏈（N端）有與配體結(jié)合位點，而膜內(nèi)側(cè)端）有與配體結(jié)合位點，而膜內(nèi)側(cè)肽鏈（肽鏈（C端）有鳥苷酸環(huán)化酶（端）有鳥苷酸環(huán)化酶（guanylylcyclase,GC）受體GC信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程 GTPcGMPPKG配體ANP心房鈉尿肽五、離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程信號 胞膜上的通道蛋白 離子通道打開或關(guān)閉 離子跨膜流動 膜電位變化（去極化、超極化）細(xì)胞功能改變1.1.化學(xué)信號化學(xué)信號化學(xué)門控離子通道化學(xué)門控離子通道神經(jīng)突觸谷氨酸，門冬氨酸，甘氨酸神經(jīng)突觸谷氨酸，門冬氨酸，甘氨酸神經(jīng)肌肉接頭神經(jīng)肌肉接頭 乙酰膽鹼乙

15、酰膽鹼N2型型Ach受體陽離子通道是受體陽離子通道是由由4種不同的亞單位組成的種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質(zhì)，形成一種結(jié)構(gòu)為聚體蛋白質(zhì)，形成一種結(jié)構(gòu)為2的梅花狀通道樣結(jié)構(gòu)；的梅花狀通道樣結(jié)構(gòu)；每個亞單位的肽鏈都要反復(fù)貫每個亞單位的肽鏈都要反復(fù)貫穿膜穿膜4次；在次；在5個亞單位中，個亞單位中，Ach的結(jié)合位點在的結(jié)合位點在亞單位上，亞單位上，結(jié)合后可引起通道結(jié)構(gòu)的開放，結(jié)合后可引起通道結(jié)構(gòu)的開放，然后靠相應(yīng)離子的易化擴散而然后靠相應(yīng)離子的易化擴散而完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)運動神經(jīng)末梢運動神經(jīng)末梢AchAch門控通道門控通道蛋白（蛋白（a亞單位）亞單位）通道開放通道開放大量大量Na+流入

16、胞內(nèi)流入胞內(nèi)胞膜去極化產(chǎn)生終板電位胞膜去極化產(chǎn)生終板電位完成化學(xué)信號向生物電信號的轉(zhuǎn)換完成化學(xué)信號向生物電信號的轉(zhuǎn)換2 2 電信號電信號電壓門控離子通道電壓門控離子通道v刺激刺激 細(xì)胞膜電位的變化細(xì)胞膜電位的變化 電電 壓門控離子通道開放或關(guān)閉壓門控離子通道開放或關(guān)閉 離子內(nèi)流或外流離子內(nèi)流或外流 新信號形成新信號形成 電壓門控通道又稱電壓依賴性或電壓敏感性離子電壓門控通道又稱電壓依賴性或電壓敏感性離子通道通道:因膜電位變化而開啟和關(guān)閉，以最容易通過因膜電位變化而開啟和關(guān)閉，以最容易通過的離子命名，如的離子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通道通道4種主種主要類型要類型，各類型又分若干亞型。，各類型又分若干亞型。分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)門控通道類似，但分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)門控通道類似，但分子結(jié)構(gòu)中存分子結(jié)構(gòu)中存在一些對跨膜電位的改變敏感的結(jié)構(gòu)域或亞單位在一些對跨膜電位的改變敏感的結(jié)構(gòu)域或亞單位，誘發(fā)整個通道分子功能狀態(tài)的改變。誘發(fā)整個通道分子功能狀態(tài)的改變。3 3機械信號機械信號-機械門控離子通道機械門控離子通道機械信號（聲）機械信號（聲）耳蝸毛細(xì)胞纖毛彎曲耳蝸毛細(xì)胞纖毛彎曲毛細(xì)胞上機械門控離子通