第八章細(xì)胞通信細(xì)胞生物學(xué)-wenkub
2023-04-19 23:48:43 本頁(yè)面
【正文】 底物特定的氨基酸殘基上，使蛋白質(zhì)磷酸化，可分為5類(lèi)（表81）。有時(shí)相同的信號(hào)可產(chǎn)生不同的效應(yīng)，如Ach可引起骨骼肌收縮、降低心肌收縮頻率，引起唾腺細(xì)胞分泌。根據(jù)靶細(xì)胞上受體存在的部位，可將受體分為細(xì)胞內(nèi)受體（intracellular receptor）和細(xì)胞表面受體（cell surface receptor，圖82）。目前公認(rèn)的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二?；视停―G），Ca2+被稱(chēng)為第三信使是因?yàn)槠溽尫庞匈?lài)于第二信使。從溶解性來(lái)看又可分為脂溶性和水溶性?xún)深?lèi)。細(xì)胞識(shí)別（cell recognition）[3]指細(xì)胞與細(xì)胞之間通過(guò)細(xì)胞表面的信息分子相互作用，從而引起細(xì)胞反應(yīng)的現(xiàn)象信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）[4] 指外界信號(hào)（如光、電、化學(xué)分子）與細(xì)胞細(xì)胞表面受體作用，通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)信使的水平變化，進(jìn)而引起細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)的一系列過(guò)程。單細(xì)胞生物通過(guò)反饋調(diào)節(jié)，適應(yīng)環(huán)境的變化。第八章 細(xì)胞通信生命與非生命物質(zhì)最顯著的區(qū)別在于生命是一個(gè)完整的自然的信息處理系統(tǒng)。多細(xì)胞生物則是由各種細(xì)胞組成的細(xì)胞社會(huì)，除了反饋調(diào)節(jié)外，更有賴(lài)于細(xì)胞間的通訊與信號(hào)傳導(dǎo)，以協(xié)調(diào)不同細(xì)胞的行為，如：①調(diào)節(jié)代謝，通過(guò)對(duì)代謝相關(guān)酶活性的調(diào)節(jié)，控制細(xì)胞的物質(zhì)和能量代謝；②實(shí)現(xiàn)細(xì)胞功能，如肌肉的收縮和舒張，腺體分泌物的釋放； ③調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，使DNA復(fù)制相關(guān)的基因表達(dá)，細(xì)胞進(jìn)入分裂和增殖階段； ④控制細(xì)胞分化，使基因有選擇性地表達(dá)，細(xì)胞不可逆地分化為有特定功能的成熟細(xì)胞； ⑤影響細(xì)胞的存活(圖81)。二、細(xì)胞信號(hào)分子生物細(xì)胞所接受的信號(hào)既可以使物理信號(hào)（光、熱、電流），也可以是化學(xué)信號(hào)，但是在有機(jī)體間和細(xì)胞間的通訊中最廣泛的信號(hào)是化學(xué)信號(hào)。脂溶性信號(hào)分子，如甾類(lèi)激素和甲狀腺素，可直接穿膜進(jìn)入靶細(xì)胞，與胞內(nèi)受體結(jié)合形成激素受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。第二信使的作用是對(duì)胞外信號(hào)起轉(zhuǎn)換和放大的作用。細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)親脂性信號(hào)分子的信息傳遞，如胞內(nèi)的甾體類(lèi)激素受體。有時(shí)不同信號(hào)產(chǎn)生相同的效應(yīng)，如腎上腺素、胰高血糖素，都能促進(jìn)肝糖原降解而升高血糖。蛋白激酶在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中主要作用有兩個(gè)方面：其一是通過(guò)磷酸化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性，磷酸化和去磷酸化是絕大多數(shù)信號(hào)通路組分可逆激活的共同機(jī)制，有些蛋白質(zhì)在磷酸化后具有活性，有些則在去磷酸化后具有活性；其二是通過(guò)蛋白質(zhì)的逐級(jí)磷酸化，使信號(hào)逐級(jí)放大，引起細(xì)胞反應(yīng)。允許小分子物質(zhì)如Ca2+、cAMP通過(guò)，有助于相鄰?fù)图?xì)胞對(duì)外界信號(hào)的協(xié)同反應(yīng)，如可興奮細(xì)胞的電耦聯(lián)現(xiàn)象。根據(jù)化學(xué)信號(hào)分子可以作用的距離范圍，可分為以下4類(lèi)（圖86）：1.其特點(diǎn)是：①低濃度，僅為1081012M；②全身性，隨血液流經(jīng)全身，但只能與特定的受體結(jié)合而發(fā)揮作用；③長(zhǎng)時(shí)效，激素產(chǎn)生后經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的運(yùn)送過(guò)程才起作用，而且血流中微量的激素就足以維持長(zhǎng)久的作用。 旁分泌（paracrine）：細(xì)胞分泌的信號(hào)分子通過(guò)擴(kuò)散作用于鄰近的細(xì)胞。 突觸信號(hào)發(fā)放：神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酰膽堿）由突觸前膜釋放，經(jīng)突觸間隙擴(kuò)散到突觸后膜，作用于特定的靶細(xì)胞。 自分泌（autocrine）：與上述三類(lèi)不同的是，信號(hào)發(fā)放細(xì)胞和靶細(xì)胞為同類(lèi)或同一細(xì)胞，常見(jiàn)于癌變細(xì)胞。膜表面受體主要有三類(lèi)（圖87）：①離子通道型受體（ionchannellinked receptor）；②G蛋白耦聯(lián)型受體（Gproteinlinked receptor）；③酶耦聯(lián)的受體（enzymelinked receptor）。主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞，其信號(hào)分子為神經(jīng)遞質(zhì)。離子通道型受體分為陽(yáng)離子通道，如乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺的受體，和陰離子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受體。通過(guò)與G蛋白耦聯(lián)，調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將胞外信號(hào)跨膜傳遞到胞內(nèi)。cAMP信號(hào)的組分①.活化的蛋白激酶A催化亞基可使細(xì)胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性，進(jìn)一步影響到相關(guān)基因的表達(dá)。 環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase）：可降解cAMP生成5’AMP，起終止信號(hào)的作用（圖816）。活化的βγ亞基復(fù)合物也可直接激活胞內(nèi)靶分子，具有傳遞信號(hào)的功能，如心肌細(xì)胞中G蛋白耦聯(lián)受體在結(jié)合乙酰膽堿刺激下，活化的βγ亞基復(fù)合物能開(kāi)啟質(zhì)膜上的K+通道，改變心肌細(xì)胞的膜電位。該信號(hào)途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：激素→G蛋白耦聯(lián)受體→G蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→依賴(lài)cAMP的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄（圖817）。Gi調(diào)節(jié)模型Gi對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用可通過(guò)兩個(gè)途徑：①通過(guò)α亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，直接抑制酶的活性；②通過(guò)βγ亞基復(fù)合物與游離Gs的α亞基結(jié)合，阻斷Gs的α亞基對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的活化（圖820）。激活各類(lèi)依賴(lài)鈣離子的蛋白。DG的作用可用佛波醇酯（phorbol ester）模擬。如：在哺乳類(lèi)腦神經(jīng)元突觸處鈣調(diào)素依賴(lài)性激酶Ⅱ十分豐富，與記憶形成有關(guān)。DG通過(guò)兩種途徑終止其信使作用：一是被DG激酶磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。2．視覺(jué)感受器中的G蛋白黑暗條件下視桿細(xì)胞(或視錐細(xì)胞)中cGMP濃度較高，cGMP門(mén)控鈉離子通道開(kāi)放，鈉離子內(nèi)流，引起膜去極化，突觸持續(xù)向次級(jí)神經(jīng)元釋放遞質(zhì)?？梢?jiàn)胞內(nèi)cGMP水平下降的負(fù)效應(yīng)信號(hào)起傳遞光刺激的作用（圖824）。其它的還有Rho，SEC4，YPT1等，微管蛋白β亞基也是一種小G蛋白。三、酶耦聯(lián)型受體酶偶聯(lián)型受體（enzyme linked receptor）分為兩類(lèi)，其一是本身具有激酶活性，如肽類(lèi)生長(zhǎng)因子（EGF，PDGF，CSF等）受體；其二是本身沒(méi)有酶活性，但可以連接非受體酪氨酸激酶，如細(xì)胞因子受體超家族。受體酪氨酸激酶（receptor protein tyrosine kinases，RPTKs）的胞外區(qū)是結(jié)合配體結(jié)構(gòu)域，配體是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類(lèi)激素，包括胰島素和多種生長(zhǎng)因子。信號(hào)分子間的識(shí)別
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