南开大学细胞生物学ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,南开大学细胞生物学ppt课件,细胞膜的功能,最重要的作用就是勾画了细胞的边界，并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。作为界膜的膜结构对于细胞生命的进化具有重要意义，这种界膜不仅,使生命进化到细胞的生命形式，,也保证了细胞生命的正常进行，,它使遗传物质和其他参与生命活动的大分子相对集中在一个安全的微环境中，有利于细胞的物质和能量代谢。,细胞内空间的区室化，不仅,扩大了表面积,，还,使细胞的生命活动更加高效和有序。,膜为两侧的分子交换提供了一个屏障，一方面可以让某些物质自由通透，另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。膜对物质的运输具有选择性，有些物质在细胞内浓度很高，有些物质只能沿浓度梯度进入细胞，还需要通过特殊的运输机制来调节。,通过形成膜结合细胞器，使细胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作的系统。如细胞质中的内质网、高尔基体等膜结合细胞器的基本功能是。参与蛋白质的合成、加工和运输；而溶酶体的功能是起消化作用，酸性水解酶主要集中在溶酶体,细胞通常用质膜中受体蛋白从环境中接收化学信号和电信号。细胞质膜中具有各种不同的受体，能够识别并结合特异配体，进行细胞信号传递，引起细胞内反应。如细胞通过质膜受体接收的信号决定对糖原的合成或分解。膜受体接受的某些信号则与细胞分裂有关。,在多细胞的生物中，细胞通过质膜进行细胞间的多种相互作用，包括细胞识别、细胞粘着、细胞连接等。如动物细胞可通过间隙连接，植物细胞可通过胞间连丝进行相连细胞的通讯。,重要功能就是参与细胞的能量转换，如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白进行光能的捕获和转换，最后将光能转换成化学能储存在糖类中。同样，膜也能够将化学能转换成可直接利用的高能化合物ATP，这是线粒体的主要功能。,细胞膜的这些基本功能也是生命活动的基本特征，膜的功能是通过其特殊化学组成和结构实现的。,第五,章,物质的跨膜运输,与,信号传递,第一节,物质的跨膜运输,细胞膜在细胞生活中具有重要的作用，因为细胞和环境发生的一切联系和反应，都必须通过膜。如细胞外的物质进入细胞或细胞内的物质排出细胞，以及激素、药物对细胞的作用，信号转换、细胞识别与免疫等，都是关系到膜的功能问题。,膜允许一定物质穿过的性能称为膜的通透性。表示物质通透性的量度称为通透系数（单位为cm/s）。,细胞膜对物质的,通透性最显著的特点是它的选择性,，即有选择性地允许或阻止一些物质通过细胞膜。,选择性通透,对物质进出细胞起着调节作用。维持了膜内外离子浓度差和膜电位，保证了膜内外渗透压平衡。这对于保持细胞内环境的相对稳定及各种生命活动的正常进行，有极其重要作用。细胞膜的物质运输活动可分为,两大类型，一种是小分子和离子的穿膜运输，,另一种是大分子和颗粒物质的膜泡运输。,小分子和离子的跨膜运输又分为：,被动运输：,简单扩散,通道蛋白介导和载体蛋白介导,主动运输：,ATP,驱,动泵,：,Na,+,-K,+,泵，Ca,2+,泵,协同运输,：,同向转移和异向转移,一、被动运输,被动运输：,是指通过,自由扩散或协助扩散,实现物质顺浓度梯度由高浓度向低浓度方向的跨膜转运, 运动的动力来自物质的浓度梯度,不需要由细胞提供代谢能量。,参与被动运输的膜运输蛋白主要有两大类：,通道蛋白和载体蛋白，,它们统称为,转运蛋白。,载体蛋白（carrier protein）又称做载体（carrier）通透酶（permease）或转运器（transporter），能够与特定溶质结合，通过自身,构象的变化,，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。,载体蛋白有的需要能量驱动，,如：各类ATP驱动的离子泵；,有的则不需要能量，,以自由扩散的方式运输物质。,通道蛋白（channel protein）与所转运物质的结合较弱，并能形成亲水的通道，当通道打开时能允许特定的溶质通过，,所有通道蛋白均以自由扩散（被动运输）的方式运输溶质。,顺化学梯度的被动运输和逆电化学梯度进行的主动运输,需要代谢能的输入，不带电荷的小分子能直接通过 脂双层，但是带电荷的分子只能通过通道蛋白或载体蛋白才能表现明显的运送速率。,被动运输,通过单纯扩散，又可通过协助扩散,而自发产生,主动运输,简单扩散,由通道介导,由载体介导,被转运的分子,浓度梯度,载体蛋白,通道蛋白,脂双层,(一)简单扩散,是指物质从高浓度向低浓度的穿膜运动，不需要消耗细胞本身的代谢能，也不需要专一的膜蛋白分子协助。,简单扩散是一种最简单的运输方式，只要物质在膜两侧保持一定的浓度差，即可发生这种运输。,简单扩散也叫自由扩散（free diffusing），特点是：,沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；,不需要提供能量；,没有膜蛋白的协助。,某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：P=KD/t，t为膜的厚度。,疏水分子,小的不带电荷的极性分子,大的不带电荷的极性分子,离子,人工脂双层对不同种类分子的相对通透性,氨基酸,核苷酸,葡萄糖,蔗糖,水、尿素,乙醇、甘油,合成的脂双层,脂溶性物质如,苯、醇、甾类激素、以及O,2,、CO,2、,2,等,就是借助于浓度梯度，从高浓度一侧直接穿过脂质双层向低浓度一侧进行扩散。,在进行扩散时，所需要的能量来自高浓度物质本身所包含的势能，,符合物理学上单纯扩散规律。,尿素甘油,色氨酸 葡萄糖,各种分子通过人工脂双层的通透系数,高通透性,低通透性,尿素、甘油,因此，离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则主要是通过主动运输。,不同物质透过人工脂双层的能力,为什么水分子能通过?,水分子不溶于脂, 并具有极性,理应不能自由通过质膜, 但实际却很容易通过膜。,原因是膜上有许多孔径为的小孔，称为水通道蛋白（ aquaporins）， 膜蛋白的亲水基团嵌在小孔表面，因此水可以通过质膜自由进出细胞。,(二)协助扩散,是借助于载体蛋白进出细胞的运输方式。有些物质尽管在膜两侧存在浓度差，但还必须借助细胞膜上的运输蛋白的帮助才能通过细胞膜。,凡是借助于跨膜蛋白并顺浓度梯度进行物质运输而不消耗代谢能的方式称为协助扩散。,大多数代谢所需的物质，尤其是不溶于脂类的物质。如糖、氨基酸、金属离子等都以这种方式进行运输。,协助扩散也称促进扩散（faciliatied diffusion），其运输特点是：,比自由扩散转运速率高；,存在最大转运速率； 在一定限度内，运输速率同物质浓度成正比。如超过一定限度，浓度再增加，运输也不再增加。这是因为膜上载体蛋白的结合位点已达饱和；,有特异性，即与特定溶质结合。,根据运输蛋白性质不同又可分为,通道蛋白协助扩散和载体蛋白协助扩散。,(一)载体蛋白,载体蛋白是膜上与特定物质运输有关的跨膜蛋白或镶嵌蛋白。当它与被运输的物质结合时，构象发生变化，把被装运物质从膜的一侧移至膜的另一侧，载体与溶质分离后，又恢复到原有的构象。,载体蛋白以两种构象存在，,A：溶质的结合点露在脂的外侧；,B：相同的结合点露在膜的另一侧，这两种构象的变化是随机的、可逆的。,如果在膜外侧的溶质浓度高，则A结合溶质转为B构象，携带溶质进入细胞；反之，如果膜内的浓度高，则B结合溶质转向A，将溶质输出细胞。,载体蛋白为内在蛋白，当一端与溶质特异性结合后，形成结合复合体，而引起载体蛋白的构象变化。,载体和被运输物质的复合物发生180度的旋转，从而把物质运输到膜的另一侧，这种运输要求载体分子的直径要与膜的厚度大致相符。,被运输的物质一旦在膜的一侧与一个小的载体分子结合上，则载体分子可横移至的膜另一侧，在将被运输物质时放出去成为穿梭式运输。,载体运输的三种方式,移动,旋转,构型变化,如人红细胞有葡萄糖的载体蛋白，由内外四个亚基组成复合体。当葡萄糖分子与外侧两个亚基结合时，引起它的构象变化，就将葡萄糖甩入膜的中部，而后与内侧的两个亚基结合，通过构象变化，再将葡萄糖甩入细胞内。,红细胞膜上约有5万个葡萄糖载体，其最大传送速度每秒180个葡萄糖分子。,协助扩散的速率仅在一定范围内同物质的浓度成正比。细胞膜上特定载体蛋白的数量是相对恒定，当所有载体蛋白的结合部位都被占据，载体处于饱和状态时，运输速率达到最大值。,（二）通道蛋白,通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。有两种：,1.处于开放状态的通道 如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流。,2.闸门通道（gated channel） 仅在特定刺激下才打开，而且是瞬时（几毫秒的时间）的开放和关闭，。,Na,+,、K,+,、Ca,2+,等是极性很强的水化离子，很难直接穿过细胞膜的脂双层，但离子的穿膜转运速率很高，可以在数毫秒内完成，靠膜上其它转运系统运转，则不能如此快速，,因此就推测膜上存在着运送离子的特异通路“门”通道。,门通道对离子通过有高度选择性，其选择性由通道大小和离子半径决定。,例如：1nm,K,+,1nm, Na,+,0.7nm, Ca,2+,2nm,只有K,+,通过。,门通道由5个跨膜蛋白亚单位构成。亚单位结合形成一水孔横过脂双层。,孔由5个跨膜的螺旋为衬里，,由每个亚单位提供一个带负电荷的氨基酸侧链在孔的一端，这样只有带正电荷的离子(Na,+,、K,+,)能通过。,当通道处于关闭构象时，其孔由门的疏水氨基酸侧链关闭；当乙酰胆碱结合时，通道蛋白构象变化，此时，这些侧链移动分开，门开放，允许Na,+,、K,+,离子通过膜。,“门” 开关的转换是由于通道蛋白的构象变化。控制、影响门的开关各有其特定的条件。这首先取决于,离子直经的大小,，其次取决于,离子本身所携带的能量能否挤过这个通道。,一旦允许通过，它最大转运速度可达到10,6,个离子/秒。根据控制门开关条件的不同，,大体分为以下几种类型。,（1）配体闸门离子通道,由于细胞内外特定的物质（配体）与特异的通道蛋白（受体）结合，引起门通道蛋白的一种成分发生构象变化，结果门被打开，这类通道称为配体门通道。即闸门的开、关是受化学物质调节，,例如,谷氨酸与相应的门通道结合使Na,+,、Ca,2+,离子通过；,而氨基丁酸与相应的门通道结合则使Cl,-,离子通过膜。,再如，神经递质-乙酰胆碱作用于配体门离子通道，激活了通道的离子选择性，构象变化，门打开，Na,+,、Ca,2+,离子通过膜；由于这种门控的配体为神经递质，因此也称为,递质门通道。,图5-5 乙酰胆碱受体,ACH受体是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质，总分子量约为290kd；亚单位通过氢键等非共价键，形成一个结构为,2,的梅花状通道样结构，而其中的两个-亚单位正是同两分子ACH相结合的部位，这种结合可引起通道结构的开放。,（2）电压(位)门通道(,膜电位控制门的开关),概念：细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化或其它刺激，引起膜电位变化，使通道蛋白的构象变化门打开，称电压门通道。,在神经细胞传送电信号中有其重要作用，也存在于许多其它细胞，如肌细胞、卵细胞、原生动物甚至植物细胞。当细胞内、外特异离子浓度发生变化或由其它的刺激引起膜电位变化时，致使通道蛋白构象发生改变，而导致闸门反应性开放。,电压(位)门通道的闸门开放时间极暂短，只有几毫秒，随即自然关闭，这种特性有利于一些顺序活动。,例如：,在神经肌肉连接系统，传递一个神经冲动，刺激肌肉收缩 ，这个简单的反应在不到一秒的时间完成，但至少关系到四五套不同的离子通道闸门按一定顺序开放和关闭。,当冲动到达神经末梢，去极化发生，膜电位降低，引起神经末梢膜上的电闸门通道开放，因Ca,2+,浓度胞外高于胞内达倍以上，所以Ca,2+,急速进入神经末梢，刺激分泌神经递质-乙酰胆碱。,释放的乙酰胆碱与肌肉细胞膜上的配体闸门通道上的特异部位结合，闸门开放，Na,+,大量涌入细胞，引起局部膜去极化，膜电位改变。,肌肉细胞膜的去极化，又使膜上的电压闸门Na,+,更多的涌入，进一步促进膜的去极化，扩展到整个肌膜,肌肉细胞去极化又引起肌浆网上的Ca,2+,通道开放。Ca,2+,从肌浆网内流入细胞质，细胞质内Ca,2+,浓度急剧升高，肌原纤维收缩。,电压调控Ca,2+,通道,神经末梢,电压调控的Na,+,通道,乙酰胆碱调控的钠、钾离子通道,钙离子调控通道,肌质网,乙酰胆碱,钙离子释放通道门,静止的神经肌肉接头,基细胞膜,活化的神经肌肉接头,神经冲动,名词：,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。,电压门通道能使电信号从植物的一部分传到另一部分，,如含羞草的关叶反应：。叶子被碰触后几秒钟，这些小叶下垂。这一反应包括电压门控离子通道的打开，产生电脉冲。当脉冲抵达每片小叶底部特化的铰链细胞时，这些细胞迅速失水，引起小叶突然下垂，进一步使叶柄下垂。,(3)机械门通道（压力激活通道）,通道门的开放是机械力量施于通道蛋白所致。,如内耳听毛细胞质膜上具有这种类型的通道。声音震动施压力于通道，激活通道门开放，引起离子流入听毛细胞，由此建立一种信号，此信号从听毛细胞传到听神经，再由听神经传送信号到脑。,基膜,听神经纤维,听毛细胞,耳蜗覆膜,静纤毛,静毛未倾斜,通道关闭,连接丝,静毛倾斜,通道开放,带正电荷离子流入,A,B,听毛细胞埋在一层支持细胞中，声音震动引起基膜上下震动，静纤毛倾斜，每个毛细胞上摇晃的静纤毛通过一细丝连到下一个较短的静纤毛。倾斜使这些丝伸展，他拉开了静纤毛膜上的压力激活的离子通道，使带正电荷离子从周围液体中进入，离子流入激活了毛细胞，他刺激下面的神经细胞传送听信号到脑。,支持细胞,电压调控通道,配体调控通道（外）,配体调控通道,机械门通道,受控离子通道示意图，通道只有当蛋白质处于“开放”构型时才允许离子顺电化学梯度流动，,1.当膜去极化时才开放，,2、3，细胞内、外配体与它结合时才开放,。4，门的开关受机械力和外界挤压作用。,上述机制显示，离子通道具有两个显著特征：,第一个特征是具有离子选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度选择性，且转运速率高，是已知任何一种载体蛋白的最快速率的1000倍以上。,第二个特征是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过通道开关应答于适当的信号。,二、 主动运输,人们很早就发现，有些离子在细胞内外的浓度差别很大。如：,人红细胞内Na,+,与K,+,浓度比约为1：7，,血浆中Na,+,与K,+,浓度之比约为25：1,，,这么大差异K,+,仍能由血浆进入细胞内，而Na,+,则由细胞内透到血浆中。 细胞内的氨基酸高出细胞外10倍以上。又比如：,人肌细胞在正常代谢时，细胞内K,+,浓度为膜外的35倍,。膜外的Na,+,浓度为膜内的12倍。,淡水中丽藻细胞内K,+,含量比周围水中大1065倍，,轮藻大63倍。,上述这些明显的浓度差异的形成和维持,不能用被动运输的机制来解释。经过多年的研究认为:,细胞具有逆浓度梯度运输物质的能力,也就是说,在这种运输中,细胞膜不仅起被动的屏障作用,而且还有主动运输的作用。主动运输和协助扩散一样,需要有载体蛋白参加,不同的是还需要消耗代谢能。,细胞膜的这种利用代谢能来驱动物质的逆浓度梯度方向的运输，称为,主动运输。,关于主动运输的机制,近年来已发展了由“泵” 作用的概念。,几种常见的主动运输泵,Na,+,-驱动的葡萄糖泵 肾和肠细胞的表面质膜,Na,+,-H,+,交换泵 动物细胞的质膜,Na,+,-K,+,泵 大多数动物细胞的质膜,Ca,2+,泵(Ca,2+,ATPase) 真核细胞的质膜,H,+,泵(H,+,ATPase) 植物、真菌和某些细菌,的质膜,H,+,泵(H,+,ATPase) 动物细胞的溶酶体膜、,植物细胞的液泡膜,细菌视紫菌素 某些细菌的质膜,（一） ATP直接供能的主动运输钠钾离子泵（Na,+,-K,+,Pump),目前，从各方面的资料证明Na,+,-K,+,泵实质上就是,Na,+,-K,+,ATP酶。,是膜中的内在蛋白。它可以逆浓度梯度把细胞内Na,+,泵出细胞外，同时又把细胞外的K,+,泵入细胞内，建立细胞的电化学梯度。,一般认为，这种ATP酶由2个亚单位构成， 大亚单位为跨膜的催化亚单位（分子量为120KD）；小的亚单位为糖蛋白（分子量为55KD），,功能不太明确。在催化亚单位的细胞质侧有Na,+,和ATP结合部位，外侧面有K,+,和乌本苷（ Na,+,-K,+,泵抑制剂）的结合部位，它可反复进行磷酸化和去磷酸化，由此逆浓度梯度将Na,+,排除细胞外，将K,+,泵入细胞内。,K,+,与乌本苷的结合部位,胞内 Na,+,结合部位,强心类固醇结合位点（乌本苷）,寡糖,3,1.2 在膜内侧Na,+,-Mg,2+,与酶结合，激活了ATP酶活性，使ATP酶分解，高能磷酸根与酶结合；,3.引起酶构象变化，于是与Na,+,结合的部位转向膜外侧，这种磷酸化酶对Na,+,的亲合力低，对K,+,的亲合力高，因而在膜外侧释放Na,+,；,+,结合，K,+,与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，磷酸根很快解离，结果酶的构象又恢复原状。,于是与K,+,结合的部位转向内侧，这种去磷酸化的构象与Na,+,的亲合力高，与K,+,亲合力低， 使K,+,在膜内被释放，而又与Na,+,结合，如此反复进行。构型变化每秒钟可进行1000 次左右。,应用乌本苷以及抑制生物氧化的药物都能抑制Na,+,泵，乌本苷的作用是由于它能与Na,+,-K,+,ATP酶结合，影响K,+,与ATP酶特异结合点结合，使Na,+,泵失去作用。生物氧化剂如氰化物使ATP供应中断， Na,+,泵失去能源以致停止工作。,现在已能将膜的Na,+,-K,+,ATP酶纯化，并重建具有Na,+,-K,+,泵功能的人工膜。,细胞内约有1/3的ATP是用来供Na,+,泵活动，维持细胞内、外的离子梯度， 这种状态的维持有很重要的生理意义。,a.形成跨膜电势，维持胞内高K,+,，胞外高Na,+,。,由于K,+,由内向外泄露建立跨膜电势，对电压门通道，神经冲动起传递作用。,b.维持渗透压。,细胞内生物大分子物质水解，产生电离，带负电荷，从而吸引胞外Na,+,进入；细胞内Na,+,升高后，使水分进入细胞，由此引起细胞的膨胀，然后再通过Na,+,-K,+,泵，泵出Na,+,，维持渗透压。,c. 可以协助其它物质运输。,临床上用毛地黄治疗充血性心力衰竭，其机制可能是通过毛地黄对心肌细胞Na,+,/K,+,的扩散作用。,在正常情况下，心脏的收缩是由肌细胞胞质中Ca,2+,浓度瞬息增加触发的,然后通过几种方式将Ca,2+,除去，包括细胞质膜的逆向Na,+,/Ca,2+,离子交换。,毛地黄是一种ATPase抑制剂，可降低Na,+,的梯度，结果，Ca,2+,就不能有效地除去，细胞内Ca,2+,浓度增加，增强了心肌的收缩活性。,另外少量的乌本苷能够抑制Na,+,/K,+,泵的活性，而Mg,2+,对Na,+,/K,+,泵具有激活作用。,（二）Ca,2+,泵,在真核细胞的细胞质中Ca,2+,浓度极低（10,-7,mol/L)，而细胞外Ca,2+,浓度却高得多（约（10,-3,mol/L)。细胞内外的Ca,2+,梯度部分是由细胞膜上的Ca,2+,泵维持的， Ca,2+,泵主动将Ca,2+,转运到细胞外。 Ca,2+,泵又称Ca,2+_,ATP酶，,它主要存在于细胞质膜和内质网上，它将Ca,2+,输出细胞或泵入内质网腔中贮藏起来，以维持细胞内低浓度的Ca,2+,。,而在肌细胞中，Ca,2+,泵主要存在于肌浆网膜上， 对调节肌细胞的收缩与舒张十分重要。,Ca,2+,泵是由大约1000个氨基酸残基组成的跨膜蛋白，与Na,+,-K,+,泵的亚基同源，钙调节蛋白与之结合调节Ca,2+,的活性。Ca,2+,泵也与ATP 的水解相耦联，每消耗一个ATP分子转运出个Ca,2+,，并可逆向运输一个Mg,2+,离子。 运输的机制与Na,+,-K,+,泵类似。,此外，当细胞对外部信号产生反应时， Ca,2+,可顺浓度梯度流入细胞，使细胞质中Ca,2+,浓度增高，这对于跨膜信息传递具有十分重要意义。,Ca,2+,/钙调蛋白复合物的作用,当细胞内Ca,2+,浓度升高时，Ca,2+,同钙调蛋白,结合，形成活性复合物，该复合物同抑制,区结合，释放激活位点，泵开始工作。,蛋白激酶C的作用,蛋白激酶C使抑制区磷酸化，从而解除抑制作用；,由上可以看出，在Ca,2+,-ATP酶的羧基端有三个,功能位点(区域)同激活位点结合区、同CaM结合,区、磷酸化位点。,激活位点,CaM钙调蛋白,静息状态,羧基端有三个功能位点:,同激活位点结合区、同CaM结合区、磷酸化位点。,在细胞质面有同 Ca,2+,结合的位点，,一次可以结合两个 Ca,2+,，Ca,2+,结合后使酶激活，,并结合上一分子 ATP，伴随着 ATP 的水解酶被磷酸化，Ca,2+,泵构型发生改变，,结合Ca,2+,的转到细胞外侧被释放，,此时酶发生去磷酸化，构型恢复到原始的静息状态。,外翻,释放,水解,Na,+,-K,+,泵和Ca,2+,泵均属P型离子泵，P是磷酸化的意思，指在泵的周期中ATP的水解导致磷酸基团转移到运输蛋白（泵）的一个氨基酸上，它依次引起该运输蛋白的构象变化，,由于这种构象变化，被运输的两种离子与蛋白亲和性的改变,将离子运输到膜内、外。,（,三） 质子泵,分三种类型, P型质子泵,载体蛋白暂时与ATP的磷酸基团结合, 位于动物细胞的内吞体、溶酶体、高尔基体的囊泡膜上和植物液泡膜上，在转运H,+,的过程中涉及磷酸化和去磷酸化。,V型和F型质子泵,V型质子泵，主要位于小泡膜上，,存在于动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上。,转运H,+,过程中不形成磷酸化的中间体。,其功能是从细胞质基质中泵出H,+,进入细胞器，有助于保持细胞质基质中性pH和细胞器内酸性pH。,F型质子泵,存在于线粒体内膜，植物类囊体膜和多数细菌质膜上。他们在能量转换中起重要作用。是氧化磷酸化和光合磷酸化偶联因子（factor). H,+,顺浓度梯度运动。不会消耗ATP,而是将ADP转化成ATP,他们在一定条件下也会具有ATPase的活性。, ABC型泵,又称ABC运输蛋白，主要运输离子和各种小分子，是一大类ATP供能的运输蛋白，以发现100多种，存在范围很广，包括细菌和人。,最早在细菌中发现，位于细菌的内膜，,参与糖、氨基酸和小肽的运输。,糖和氨基酸等物质先通过外膜的选择性孔蛋白进入膜间腔，然后被一种周质结合蛋白所结合。,结合蛋白有两个结构域，一个同糖结合后引起另一个结构域发生构型变化并同运输蛋白结合。在水解ATP功能的情况下，ABC运输蛋白将糖等运入细胞内。,大亚基被磷酸化，,小亚基调节运输,V型（vesicle)位于小泡膜上，F型存在线粒体或叶绿体膜上，是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子(factor)。,ABC运输蛋白，是ATP供能的蛋白，运送离子和小分子,（四）协同运输,一般认为，动物细胞对葡萄糖和氨基酸的主动运输不直接需要ATP水解的能，而是由于Na,+,泵排出Na,+,所产生的电位梯度的作用使另一物质进入细胞。这种运输过程被认为在膜上有钠泵和载体蛋白共同协作来完成的。,因此称这种运输为,协同运输，,也称作伴随运输。,载体蛋白有两个结合位点，可分别与胞外的Na,+,、糖（氨基酸等）结合，钠和葡萄糖分别与载体结合后，载体蛋白借助Na,+,/K,+,泵运输时建立的电位梯度，,将,钠与葡萄糖同时运输到胞内，在细胞内释放的Na,+,又被K,+,泵出胞外维持Na,+,的电位梯度。,由于钠与糖相伴运输，这种载体蛋白被称为协同运输器，也称为偶联运输器。,一般认为小肠上皮细胞吸收葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖以及各种氨基酸，是通过这种途径逆着浓度梯度向细胞内运输的。因为发现在这种过程进行时，周围介质中需有高浓度的Na,+,，否则葡萄糖和氨基酸的运输就不能进行。,介导葡萄糖协助扩散的载体蛋白,Na+驱动葡萄糖共运输,肠腔,协同运输有,同向转移,和,异向转移,。动物细胞协同运输的离子通常是Na,+,。葡萄糖进入小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞是通过,同向转移系统。,但是，Na,+,也能驱动异向转移系统，如在动物细胞膜上有Na,+,/H,+,交换载体，进行异向转移，即伴随Na,+,进入细胞而将H,+,输出细胞，来调节细胞内的 pH值。,协同运输,同向转移,异向转移,单一转移,协同运输的同向转移和异向转移,动物细胞质膜上有Na,+,-K,+,ATPase，并通过对Na,+,、K,+,的运输建立细胞的电化学梯度,；,植物细胞质膜中没有Na+-K+ ATPase，代之的是H+-ATP酶，并通过对H,+,的运输建立细胞的电化学梯度(细菌、真菌也是如此)；,在动物细胞溶酶体膜和植物细胞的液泡膜上都有H,+,-ATP酶，它们作用都一样，保持这些细胞器的酸性。,动物细胞和植物细胞 主动运输的比较,动物细胞Na,+,-K,+,ATPase驱动的共运输和植物细胞H,+,-ATPase驱动的共运输建立起细胞的电化学梯度,液泡,溶酶体,综上所述，,主动运输都需要能量，同样也需要膜上的特异载体，所需能量可直接来自离子浓度或电子转移。推测膜上的载体都与蛋白质有关，,因为只有蛋白质才有结构上的特异性和结构上的可变性。细胞运用各种不同的方式通过不同的体系在不同的条件下完成小分子物质的跨膜运输。,细胞对于大分子和颗粒物质是不能渗透的，可是细胞确能整批转运这些物质。,二、大分子物质的膜泡运输,是对不能通透细胞膜的大分子物质，如蛋白质、细菌、病毒及颗粒等物质进行跨膜运输的一种方式。,细胞在转运大分子物质的过程中，都要由膜包围形成囊泡，因此称为膜泡运输。,这种运输方式常常可同时转运一种或一种以上数量不等的大分子和颗粒物质，因此也被称为批量运输，由于细胞与外界进行物质交换的膜泡运输同细胞膜的活动密切相关，因此又可分为,胞吞作用（内吞作用）和胞吐作用（外排作用）。,胞吐作用,（exocytosis）,胞吞作用,（endocytosis）,基本分泌途径,( constitutic secretory pathway ),调节分泌途径,( regulated secretory pathway ),吞噬作用,( phagocytosis),胞饮作用,(pinocytosis),受体介导的吞噬作用,( receptor-mediated phagocytosis),吞噬作用,胞饮作用,受体介导的吞噬作用,非胞质面结合,两个质膜的非胞质面单层互相黏附,两个质膜的胞质面单层互相黏附,外排,内吞,（一）胞吞作用,首先将要被运进细胞内的物质吸附在细胞表面，随后，此处细胞膜内陷形成小囊泡，然后两个质膜的非胞质面单层互相黏附，把物质包在里面，最后小囊泡脱离细胞膜进入细胞内部。,如果包在囊泡内的物质为固态物，此囊泡称为吞噬体。,其过程为,吞噬作用。,若包在囊泡内的物质为液态物质，则囊泡称为,胞饮体或胞饮泡，其过程为,胞饮作用,。有些胞饮体体积很小，直径只有70nm左右，电镜才能看到，称为微胞饮体或微胞饮泡。,胞饮作用是体内许多细胞运输大分子溶液或微小颗粒的一种方式。,一、吞噬作用,细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用（phagocytosis）。吞噬现象是原生动物获取营养物质的主要方式，在后生动物中亦存在吞噬现象。如：在哺乳动物中，中性颗粒白细胞和巨噬细胞具有极强的吞噬能力，以保护机体免受异物侵害。,一个白细胞吞噬一个细菌，被吞的细菌正在分裂中，白细胞正在伸出伪足将细菌包起来,巨噬细胞正在吞噬红细胞。箭头所示伪足的边缘，正像伸出衣领那样吞噬红细胞。,胞饮作用,二、胞饮作用,细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质，,这种内吞作用称为胞饮作用,（pinocytosis）,。胞饮作用存在于白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬细胞和植物细胞。,受体介导的内吞作用,大部分动物细胞通过受体介导的内吞作用，使一些特定的大分子进入细胞。,发生在细胞膜的特定区域进行的，这个区域称为有被小窝。,特定大分子与聚集于有被小窝的,细胞表面受体蛋白,互补结合，形成大分子复合物，然后,有被小窝凹陷，从质膜上脱落成为有被小泡，,进入细胞内。这一过程的速度很快，能使细胞大量摄入特定的大分子，又避免了吸入大量的细胞外液体。其效率比一般的胞饮作用约大1000倍。在这个过程中，所形成的囊泡是一类特殊结构的小泡，,其外表面有毛刺状结构的衣被，称为衣被小泡，,因此受体介导的内吞作用又可称为衣被小泡运输。,笼形蛋白是一种高度稳定的纤维蛋白,，,由3条长的多肽链和3条短的多肽链聚合形成三叉型复合体，称为三联体骨架,。,大多数的真核生物细胞都会有衣被小泡。用快速冰冻蚀刻技术观察细胞电镜图像时，发现有被小泡外面的包被为多角形网状结构，由几种蛋白构成，,最主要是笼形蛋白,支,36个三支架体组成一个由12个五边形，8个6边形组成的网状结构 ，三体支架的臂能够弯曲，加上互相重叠的排列方式，增加了结构的力学强度与柔韧性。,此结构在有被小窝和有被小泡表面形成特征性的多角形包被。,另一种蛋白是多亚单位的复合物，,称结合素，,它能识别特异的跨膜蛋白受体，把受体集聚在有被小窝和有被小泡中，并将笼蛋白紧密地连接于有被小窝和有被小泡膜上。,有被小窝形成后一分钟内即内陷进入细胞中，形成有被小泡。有被小泡在几秒钟之内，即脱去包被，成为无被小泡。无被小泡与细胞内其他小泡融合，成为胞内体。脱落的笼蛋白返回质膜附近重复使用。,动物细胞合成细胞膜所需的大部分胆固醇就是通过受体介导的胞吞作用摄入的。由于胆固醇是脂溶性物质，血中胆固醇多以胆固醇复合体形式存在和运输，这个复合体称为低密度脂蛋白，简称LDL。,当动物细胞需要胆固醇进行细胞膜合成或合成类固醇激素时，他就产生LDL受体蛋白并插入于质膜内。,这些受体蛋白能自发地与有被小窝结合。,胞内体,形成LDL复合体，几分钟内便通过笼型蛋白有被小泡的内化作用进入细胞，经脱被作用并与胞内体融合，胞内体上有ATP驱动的质子泵，将H+泵入胞内体腔内，使胞内的pH降低，引起LDL与受体分离。胞内体以出芽的方式形成运载体小囊泡，返回质膜在利用。然后含有LDL的胞内体与溶酶体融合，LDL被溶解，释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用,质膜,内吞,去被,融合,受体蛋白的命运根据其类型的不同而异，可分为三种途径：,大部分受体返回原来的同一质膜的结构域，有些受体最后进入溶酶体被降解；有的被转到质膜的不同结构域。,在血液中，运输胆固醇不仅有LDL，还有高密度脂蛋白（HDL)它有类似的结构，含有不同的蛋白，有不同的生理作用。LDL主要携带胆固醇从肝通过血液到身体细胞。HDL携带胆固醇从身体细胞到肝脏，在肝中通过内吞作用并作为胆汁部分被排除。通过肝促进了血胆固醇的清除。,在遗传上具有编码LDL受体蛋白的基因缺陷的个体中，这些个体或是受体缺失，或是有受体存在，但无功能，因而细胞不能从血液中吸收LDL颗粒，致使胆固醇在血液中积累。高水平的血胆固醇可诱发冠状动脉粥样硬化症，导致冠心病以至早年死亡。这种异常，可能涉及LDL受体对LDL结合点的丢失，或是受体对有被小泡结合点的丢失。,三、外排作用,与内吞作用的顺序相反，某些大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部移至细胞表面，小囊泡的膜与质膜融合，将物质排出细胞之外，这个过程称为外排作用。细胞内不能消化的物质和合成的分泌蛋白都是通过这种途径排出的。,外排作用,所有真核细胞都有从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动，并与膜融合的稳定过程，通过这种,基本型的分泌途径，,新合成的囊泡膜蛋白和脂类不断地供应质膜更新，正是这条途径确保细胞分裂前质膜的生长；囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，有的成为质膜的外周蛋白，有的形成胞外基质组分，有的作为营养成分或信号分子扩散到胞外液。,真核细胞除了基本型的分泌途径之外，,特化的分泌细胞还有一种调节型分泌途径，,这些分泌细胞产生的激素、粘液、消化酶等分泌物储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。,无论是内吞作用还是外排作用，都涉及到,膜的融合,过程和囊泡准确到达靶膜，正常的细胞膜不能自发的融合，只有在除去膜表面的水分，使得距离近至1.5nm,才能发生膜融合，因此推测在细胞内吞或外排过程中有某种膜融合蛋白参与催化，以克服质膜融合过程中的能量障碍。,此外，某些病毒包膜蛋白在较低pH时，具有催化膜融合的功能。,近年来，哺乳动物细胞的融合蛋白已被鉴定，在受精过程中具有催化精子和卵细胞膜融合的作用。,内吞和外排作用的一个重要特征，,是细胞摄入的或分泌的大分子被吸收在小囊泡中，而不是与细胞中其它的大分子或细胞器混合,。每个小囊泡只与特定的膜融合，保证了细胞内侧与外侧的大分子有顺序地转移，小囊泡快速地大规模地形成和融合是所有真核细胞的基本特征之一。,通过内吞作用不断地去除质膜到细胞内部，通过外排作用不断地补充质膜，因此在两个相反的过程中细胞膜的面积和体积没有变化。,名词：被动运输，主动运输，协同运输，去极化，质子泵,根据控制门开关条件的不同，门通道有几种类型，有何特点。,说明受体介导的内吞作用的过程。,比较被动运输和主动运输的不同,主动运输的四个特点：逆浓度梯度、依靠膜运输蛋白、需要消耗ATP、载体蛋白运输具有选择性和特异性。,第二节 细胞通讯与信号传递,多细胞生物是由不同类型的细胞组成的社会，而且是一个开放的社会，社会中的单个细胞间必须协调它们的行为，为此，细胞建立通讯联络是必需。如生物体的生长发育、分化、各种组织器官的形成、组织的维持以及他们各种生理活动的协调，都需要高度精确、高效的细胞间通讯机制，,并通过放大引起快速的细胞生理反应，或者因其基因活动，而后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动，使之成为生命统一体，对多变的外界环境作出综合反应。,单细胞生物如酵母、细菌也同多细胞生物一样，都必须对他们的周围环境有所知晓，并能做出反应。如摄取营养、区分光明和黑暗、检测和避免毒性的伤害等，这些行为也需要通过信号转导。,细胞通讯的基本特点：,人类文明的重要标志之一就是通讯技术。当今社会人们可以通过电视、电话以及电子网络等方式进行信息交流。无论是何种通讯方式，接收方必须通过视、听设备接收发射方发出的信息，并转换成能够识别的信息。最后做出反应。细胞的通讯与人类社会的通讯有异曲同工之妙。,信,B,电话接受器把电信号转换为声信号。,细胞把细胞外信号转变为,细胞内信号分子。,由信号发射细胞发出信号，由信号接收靶细胞探测信号，其接收的手段是通过受体蛋白，然后通过靶细胞的识别，最后作出应答，因此细胞通讯是细胞社会更高层的活动，而且是生物体生存所必需的。,B,信,一、细胞通讯的方式,（,一）细胞通讯的定义,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的反应。,细胞间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是必需的。,细胞通讯有两个基本概念：,细胞信号传导（cell signaling),和信号转导(signal transduction) ,前者强调信号的产生于细胞间传送，,后者强调信号的接收与接收后信号转换途径和结果。,细胞通讯包括以下几个基本过程：,信号分子的合成，一般的细胞都能合成信号分子，而分泌细胞是信号分子的主要来源。,信号分子从信号生成细胞释放到周围环境中这是一个复杂过程，特别是蛋白类的信号要经过合成、加工分选和分泌最后释放到胞外。,信号分子向靶细胞运输，运输的方式有很多种，主要通过血液循环系统运送到靶细胞,靶细胞对信号分子的识别和检测，主要通过位于膜或细胞内受体蛋白的选择性识别和结合。,细胞对细胞外信号进行跨膜转导，产生细胞内信号。,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。,前三是细胞信号的传导：信号合成、分泌与传递,后三个是细胞信号转导：信号的识别、信号的转移和信号转换。,通过分泌化学物质的间隙联系型,通过质膜结合分子直接接触型,细胞通讯有两种方式：,细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯。,细胞间接触性依赖通讯。,1.细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯。,细胞分泌化学信号的作用方式可分为：,内分泌信号 由内分泌细胞分泌化学信号分子到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞。由于内分泌的信号分子,为激素，激素可以远距,离传递，随血液散布全,身，并在传递过程中被,体液高度稀释，因此对,靶细胞作用的浓度很低。,旁分泌信号,信号细胞分泌局部化学介质到细胞外液中，作用于环境中邻近的靶细胞。,身体中大多数组织的细胞都可以释放局部化学介,质，如神经细胞传导电脉冲,至另一个神经细胞或肌肉细,胞也是通过旁分泌信号-,神经递质实现的。这种局部,化学介质，有时由特殊功能,的细胞分泌。如浆细胞分泌,组胺。当有机体受损伤时，局部感染或有一定的免疫反应时，结缔组织中的浆细胞将贮存在分泌泡中的组胺以胞吐的方式快速释放出来。,局部化学介导因子在被细胞分泌后，很快被吸收或破坏，因此只能对邻近细胞起作用，易受环境影响，寿命短.,自分泌信号,细胞分泌的信号分子只作用于同种细胞，对其自身分泌的物质起反应，同自身的受体结合引起,反应。,如一些肿瘤细胞合成和释放生长因子，刺激自身,，导致肿瘤细胞的增殖失去控制。在细胞分化的过程中，分化方向一旦确立，自分泌信号可加强细胞沿该方向分化的趋势，在同种细胞群中可产生彼此促进的集团效应。,通过化学突触传递神经信号,神经末梢分泌神经递质，作用突触后的靶细胞，传递信号。,当神经元细胞在接受环境或其它神经细胞刺激后，神经信号通过动作电位的形式沿轴突以高达100m/s的速度传至末梢，刺激突触前突起的终末端分泌神经递质或神经肽，快速扩散作用于相距50nm的突触后细胞。影响突触后膜，实现电信号化学信号电信号转换和传导。,不需要分泌的化学信号分子的释放，代之以通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的受体分子结合，影响其他细胞。这种通讯方式在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。,将与质膜结合的信号发放分子外露，作用于同它直接接触细胞。,通过间隙连接直接联系,通讯连接形成间隙连接（或胞间连丝），通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。,（二）细胞识别与信号通路,1、细胞识别(cell recognition),从受精（精与卵的识别）、胚泡植入（胚泡与子宫内膜细胞的识别）、形态发生、器官形成乃至成体结构与功能的维持等都与细胞识别和粘合息息相关。,细胞识别与细胞粘合无论是对单细胞或是多细胞生物都是十分重要的。,细胞识别的狭义定义是：,细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子(配体），选择性地相互作用，从而导致细胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。,细胞与细胞之间相互作用具有高度的选择性,。,例如，受精过程是细胞间一个很重要的识别过程。同种的精子和卵子是受精的成功关键。,这是因为精子表面有一种称为结合素的蛋白质，,而卵子透明带则有与之结合的受体，,两者均为糖蛋白。,同种精子与卵子相遇时，,精子表面的结合素蛋白质可,使透明带表面的结合素受体构型发生改变，精子才得以互相识别而发生受精作用。,另一个例子就是巨噬细胞在吞噬红细胞前，能识别出哪些是衰老的，哪些是未衰老的，他只吞噬衰老的红细胞，,这是因为未衰老的红细胞表面富含唾液酸，衰老后，唾液酸明显缺乏，从而暴露出半乳糖分子，巨噬细胞表面有一类受体蛋白正好能够识别半乳糖分子，进而将红细胞吞噬。,近年来，越来越多的迹象表明，机体内许多细胞生理衰老后，可能与红细胞衰老后相似的机理被巨噬细胞系统所清除。,2、细胞信号通路（signaling pathway）,细胞信号通路的定义：,细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应。,因此，细胞通讯正是通过各种不同的信号通路实现的。,（三）、细胞的信号分子与受体,1.,细胞的信号分子与类型,细胞信息多数都是通过信号分子传递的。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。他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、生长因子等同称为信号分子，他们的唯一功能就是与细胞受体结合并传递信息。,多细胞生物体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、脂肪酸衍生物等以及可溶解的气体分子等。,根据其溶解性一般可分为,亲脂性,和,亲水性,两类：,（1）,亲脂性信号分子,甾类激素和甲状腺分子 它们分子小，疏水性强， 可穿过细胞膜进入细胞，与细胞质或细胞核中受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。,因此，亲脂性信号分子要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体。,（2）亲水性化学信号分子与第二信使(second messenger),大多数激素类信号分子（包括神经递质、蛋白激素、生长因子等）不能直接进入细胞，只能通过同膜受体结合后进行信息转换，在细胞内产生第二信息，通常把细胞外的信号称为第一信使，而把细胞内最早产生的信号物质称为第二信使。,概括起来就是亲水性的信号分子只作用细胞表面受体。,第二信使,细胞内效应,各种激素、神经递质、局部介质作为第一信使与细胞质膜的表面受体结合，并触发细胞内形成传递信息的第二信使，在细胞内传递信息。,第二信使有两个特征:,一是第一信息,同其膜受体结合后,最早在细胞膜内侧或胞浆中出现，仅在细胞内部起作用的信息分子；,二能启动或调节细胞内稍晚出现的反应。,目前公认的第二信息有环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）、三磷酸肌醇（IP,3,）、二酰基甘油（DG）等)和Ca,2+,。,第二信使在细胞转导中起重要作用。他们能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性。,第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节，它可以瞬间升高、能快速降低，,并由此调节细胞内代谢系统的酶活性，控制细胞生命活动，包括葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动一极细胞产物的分泌。第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。,（3）气体性信号分子,NO是迄今在体内发现的唯一的气体性信号分子，能进入细胞直接激活效应酶，参与体内众多的生理病理过程,。,NO则以气体形式从血管内皮细胞扩散到其周围细胞，并穿过质膜作用于靶细胞,信号分子具有的特异性,(1)每种信号分子都有特定的靶细胞，这种特异性是由信号分子与靶细胞中的受体共同决定的，例如垂体促甲状腺激素只能作用于甲状腺细胞。,(2)信号分子本身既不具有酶的活性也不能直接激活基因表达，它通过激活靶细胞中的受体来发挥作用。,(3)许多信号分子是以非常低的浓度，并以非常高的亲和力与其互补的受体相结合。,受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种天然分子，,可以识别并特异性地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合。从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物学效应。,受体具有两个功能：,一是识别自己特异的信号物质配体，识别表现在于两者的结合。,二是识别和接受的信号被准确无误地放大，并传递到细胞内部，启动一系列胞内生化反应，最后导致特定的细胞反应。,因此要使胞间信号转换为胞内信号， 受体的两个功能缺一不可。,受体可分为细胞内受体和细胞表面受体，二者通过不同的机制介导不同的信号通路。,细胞表面受体,亲水性信号分子,小的亲脂性,信号分子,载体蛋白,胞内受体,细胞内受体,细胞表面受体,绝大多数信号分子是亲水的，不能直接进入细胞，需要与细胞表面受体结合，通过信号转导产生一个或多个胞内信号。,有些小的亲脂性信号分子通过扩散直接透过细胞膜，与靶细胞内细胞质或细胞核内受体结合。,细胞表面受体: 被胞外亲水性信号分子所激活,细胞内受体: 被胞外亲脂性信号分子所激活,分子开关是指，在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制进行精确的控制。,即对每一步反应既要求有激活机制又必然要求有相应的失活机制，而且两者对系统的功能同等重要。,作为分子开关的蛋白质可分为两类：,一类开关蛋白的活性由蛋白激酶的磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶的去磷酸化而关闭；,关,磷酸酶催化去磷酸化信号蛋白失活,激酶催化磷酸化信号蛋白活化,通过磷酸化传递信号,另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。,结合GDP开关蛋白失活,结合GTP开关蛋白活化,通过结合GTP-蛋白传递信号,GDP,GTP,GDP,GTP,二、细胞信号传递,1、启动,配体与受体结合，启动膜内侧级联反应，将信号传给第二信使分子。,2、放大和整合,多种信使分子通过不同通路激活一系列蛋白激酶传导信息，实现信号的放大与整合。,3、效应,信号分子或转录因子进入细胞核，与基因相互作用，调节蛋白质合成或细胞分泌、运动、形态变化和凋亡。,4、终止,通过负反馈途径，活化抑制因子或灭活因子，终止信号的启动作用。,第二信使,蛋白激酶,酶蛋白,DNA,mRNA,转录因子,细胞生理功能的调节,（一）信号传递类型,（五医）,亲脂性小分子通过与细胞内受体结合传递信号,细胞内受体主要位于细胞核，也有位于胞质溶胶中，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信号分子，如各种类固醇激素、甲状腺激素、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，一个是与DNA结合的结构域，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，,一个是与配体结合的位点，位于C端，另一个是与抑制蛋白结合的位点，,在没有与配体结合时，则由抑制蛋白质抑制了受体与DNA的结合，若有相应的配体，则释放出抑制蛋白。,抑制蛋白复合物,激素结合位点（C）位于中部富含半胱氨酸、具有锌指结构的DNA或Hsp90结合位点,转录激活,结构域,DNA结合结构域,甾类激素,DNA结合部位暴露,在细胞内，受体与抑制蛋白结合形成复合物，处于非活化状态，配体与受体结合，导致抑