BIO-6 生物物理 预备知识

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,#,Nankai,University,第0章 预备知识,PART,细胞信号传导,细胞信,号,号传导,现代科,学,学认为,，,，世界,是,是由物,质,质、能,量,量、信,息,息三大,要,要素构,成,成。,生物细,胞,胞具有,极,极其复,杂,杂的生,命,命活动,，,，是一,个,个开放,系,系统，,必,必须与,外,外界进,行,行物质,、,、能量,和,和信息,的,的交换,。,。,信息交,流,流一般,要,要通过,其,其物质,体,体现形,式,式,信,信号体,现,现出来,，,，甚至,转,转化或,编,编码为,某,某种符,号,号加以,传,传输。,一、概,述,述,细胞信,号,号的主,要,要种类,1.生,物,物大分,子,子的结,构,构信息,蛋白质,、,、核酸,、,、多糖,的,的序列,和,和三维,结,结构中,包,包含的,信,信息,2.物,理,理信号,主要是,电,电信号,3.化,学,学信号,生物体,内,内最主,要,要的信,号,号。,广义,狭义,（一）细胞信号传导的一般过程,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,激酶(kinase,),)：使,底,底物蛋,白,白质氨,基,基酸残,基,基（Ser,Thr,Tyr,）,）磷酸,化,化，从,而,而使其,活,活化,磷酸酶,(,(phosphatase,),)：底,物,物去磷,酸,酸化,蛋白酶,：,：使蛋,白,白质肽,键,键断裂,，,，蛋白,质,质水解,为,为短肽,或,或氨基,酸,酸,酯酶：,使,使底物,酯,酯键断,裂,裂,（二）,细,细胞信,号,号传导,方,方式,内分,泌,泌信号,由,由内,分,分泌细,胞,胞分泌,化,化学信,号,号分子,到,到血液,中,中，通,过,过血液,循,循环运,送,送到体,内,内各个,部,部位，,作,作用于,靶,靶细胞,。,。,旁分,泌,泌信号,信,信号,细,细胞分,泌,泌局部,化,化学介,质,质到细,胞,胞外液,中,中，作,用,用于环,境,境中邻,近,近的靶,细,细胞。,旁,旁分泌,的,的信号,分,分子扩,散,散不太,远,远，只,能,能影响,周,周围近,邻,邻细胞,，,，很快,被,被近邻,细,细胞所,获,获取和,破,破坏。,自分,泌,泌信号,细,细胞,对,对其自,身,身分泌,的,的物质,起,起反应,。,。,细胞,间,间接触,性,性依赖,通,通讯无化学,信,信号分,子,子的释,放,放，而,是,是通过,与,与质膜,结,结合的,信,信号分,子,子与其,相,相接触,的,的靶细,胞,胞质膜,上,上的受,体,体分子,结,结合，,通过化,学,学突触,传,传递神,经,经信号,（三）,信,信号类,型,型,细胞间,的,的化学,信,信号,根据其,溶,溶解性,一,一般可,分,分为亲,脂,脂性和,亲,亲水性,两,两类：,1.亲,脂,脂性信,号,号分子,（,（第一,信,信使）,亲脂性,小,小分子,的,的主要,代,代表是,甾,甾类激,素,素和甲,状,状腺素,，,，它们,相,相对不,溶,溶于水,，,，在血,液,液转运,中,中与特,殊,殊的载,体,体蛋白,结,结合。,这,这类分,子,子从血,液,液中载,体,体蛋白,释,释放出,来,来，很,容,容易穿,过,过靶细,胞,胞的质,膜,膜进入,细,细胞，,与,与细胞,质,质或细,胞,胞核中,的,的受体,结,结合形,成,成激素,（,（配体,）,）-受,体,体复合,物,物，调,节,节基因,表,表达，,并,并影响,特,特殊组,织,织的的,生,生长与,分,分化。,2.亲,水,水性化,学,学信号,分,分子与,第,第二信,使,使,包括神,经,经递质,、,、蛋白,激,激素、,生,生长因,子,子等。,他,他们作,为,为第一,信,信使，,只,只能通,过,过与靶,细,细胞表,面,面受体,结,结合，,再,再经信,号,号转换,机,机制，,在,在细胞,内,内产生,第,第二信,使,使（或,激,激活蛋,白,白激酶,或,或蛋白,磷,磷酸酶,活,活性）,，,，最后,产,产生一,定,定的生,理,理效应,，,，第二,信,信使的,降,降解使,其,其信号,作,作用终,止,止。因,此,此，第一信,使,使与受,体,体作用,后,后，在,胞,胞内最,早,早产生,的,的信号,分,分子称,为,为第二,信,信使。,第二信,使,使有：,环,环化腺,苷,苷酸（cAMP）、,环,环化鸟,苷,苷酸（cGMP）、,三,三磷酸,肌,肌醇（IP3）、二,酰,酰基甘,油,油（DG）等,。,。例如,，,，肾上,腺,腺素不,能,能直接,使,使胞内,的,的糖原,分,分解，,而,而是首,先,先作用,于,于细胞,表,表面受,体,体，通,过,过产生cAMP后，,再,再经过,一,一定的,反,反应分,解,解糖原,。,。,3.气,体,体性信,号,号分子,NO是,迄,迄今在,体,体内发,现,现的唯,一,一的气,体,体性信,号,号分子,，,，具脂,溶,溶性，,可,可快速,扩,扩散透,过,过细胞,膜,膜，达,到,到靶细,胞,胞发挥,作,作用。,血,血管内,皮,皮细胞,和,和神经,细,细胞是NO的,生,生成细,胞,胞，NO的,生,生成需,要,要一氧,化,化氮合,酶,酶（NOS）,，,，合成,后,后能快,速,速进入,细,细胞直,接,接激活,效,效应酶,，,，参与,体,体内众,多,多的生,理,理、病,理,理过程,。,。,NOS,的,的活性,依,依赖于,胞,胞内Ca2+浓度，,因,因此任,何,何使细,胞,胞内Ca2+浓度增,加,加的因,素,素都可,能,能增强NOS,的,的活性,，,，并通,过,过NO,调,调节细,胞,胞内代,谢,谢。,NO以,气,气体形,式,式从血,管,管内皮,细,细胞扩,散,散到其,周,周围细,胞,胞，并,穿,穿过质,膜,膜作用,于,于靶细,胞,胞。,（四）,信,信号分,子,子具有,的,的特异,性,性,(1),每,每种信,号,号分子,都,都有特,定,定的靶,细,细胞，,这,这种特,异,异性是,由,由信号,分,分子与,靶,靶细胞,中,中的受,体,体共同,决,决定的,，,，例如,垂,垂体促,甲,甲状腺,激,激素只,能,能作用,于,于甲状,腺,腺细胞,。,。,(2),信,信号分,子,子本身,既,既不具,有,有酶的,活,活性也,不,不能直,接,接激活,基,基因表,达,达，它,通,通过激,活,活靶细,胞,胞中的,受,受体来,发,发挥作,用,用。,(3),许,许多信,号,号分子,是,是以非,常,常低的,浓,浓度，,并,并以非,常,常高的,亲,亲和力,与,与其互,补,补的受,体,体相结,合,合。,在发育,成,成熟的,动,动物中,，,，大多,数,数的细,胞,胞特化,，,，以便,完,完成一,种,种主要,的,的功能,。,。它们,通,通过胞,内,内或细,胞,胞质膜,分,分布的,特,特定受,体,体，保,证,证细胞,仅,仅对那,些,些启动,或,或调节,细,细胞特,有,有功能,的,的信号,分,分子做,出,出反应,。,。,受体与,配,配体（receptorandligand）概,念,念,受体,识别自,己,己特异,的,的信号,物,物质,配体,将信号,转,转变为,胞,胞内的,反,反应,信号,转,转导（signaltransduction）,配体,一些信,号,号物质,，,，除了,与,与受体,结,结合外,，,，本,身,身无其,他,他功能,。,。本身,不,不参加,代,代谢产,生,生有用,产,产物，,不,不直接,诱,诱导任,何,何细胞,活,活性，,更,更无酶,的,的活性,。,。,二、细胞中,信,信号分,子,子的受,体,体,受体是,细,细胞或,亚,亚细胞,组,组分中,的,的一种,天,天然分,子,子，可,以,以识别,并,并特异,性,性地与,有,有生物,活,活性的,化,化学信,号,号物质,（,（配体,）,）结合,。,。通过,信,信号转,导,导作用,将,将包外,信,信号转,换,换为胞,内,内化学,或,或物理,的,的信号,，,，从而,激,激活或,启,启动一,系,系列生,物,物化学,反,反应，,最,最后导,致,致该信,号,号物质,特,特定的,生,生物学,效,效应。,（一）,受,受体类,型,型,受体可,分,分为细胞内,受,受体和细胞表,面,面受体，二者,通,通过不,同,同的机,制,制介导,不,不同的,信,信号传,递,递通路,。,。,（二）受体的,功,功能,受体具,有,有两个,功,功能：,一是识,别,别自己,特,特异的,信,信号物,质,质,配,配体（,表,表现在,于,于两者,的,的结合,）,）。,二是将,识,识别和,接,接受的,信,信号准,确,确无误,地,地放大,，,，并传,递,递到细,胞,胞内部,，,，启动,一,一系列,胞,胞内生,化,化反应,，,，最后,导,导致特,定,定的细,胞,胞反应,。,。,因此要,使,使胞间,信,信号转,换,换为胞,内,内信号,，,，受,体,体的两,个,个功能,缺,缺一不,可,可。,细胞信,号,号分子,或,或者与,细,细胞表,面,面受体,结,结合或,者,者与细,胞,胞内受,体,体结合,细胞表,面,面受体,亲水性,信,信号分,子,子,小的亲,脂,脂性,信号分,子,子,载体蛋,白,白,胞内受,体,体,细胞内,受,受体,细胞表,面,面受体,可穿过,细,细胞膜,进,进入细,胞,胞，与,细,细胞质,或,或细胞,核,核中受,体,体结合,形,形成激,素,素-受,体,体复合,物,物调节,基,基因表,达,达。,作为第,一,一信使,，,，只能,通,通过与,靶,靶细胞,表,表面受,体,体结合,，,，再经,信,信号转,换,换机制,，,，在细,胞,胞内产,生,生第二,信,信使，,产,产生一,定,定的生,理,理效应,。,。,三、信,号,号传递,（一）,信,信号传,递,递类型,1.通,过,过细胞,内,内受体,介,介导的,信,信号传,递,递,与胞内,受,受体结,合,合的信,号,号分子,首,首先要,穿,穿过细,胞,胞膜进,入,入胞内,，,，所以,他,他们通,常,常是小,的,的疏水,分,分子，,主,主要种,类,类有甾,类,类激素,、,、甲状,腺,腺激素,、,、维甲,酸,酸、维,生,生素D，它们在,化,化学结,构,构上和,功,功能上,都,都有很,大,大差别,，,，然而,它,它们都,以,以相似,的,的机制,发,发挥作,用,用，即,直,直接穿,过,过靶细,胞,胞膜并,结,结合到,胞,胞内受,体,体蛋白,上,上，形,成,成配体,受体,复,复合物,，,，将受,体,体激活,，,，然后,直,直接调,控,控特定,基,基因的,转,转录。,初级反,应,应,激素,激素受,体,体,活化受,体,体激活,初,初级反,应,应基因,诱导合,成,成,几种蛋,白,白质,次级反,应,应,次级反,应,应蛋白,质,质,初级合,成,成蛋白,质,质,关闭初,级,级反应,基,基因,次级反,应,应蛋白,质,质,启动次,级,级反应,基,基因,果蝇细,胞,胞中蜕,皮,皮激素,诱,诱导基,因,因活化,的,的初级,反,反应与,次,次级反,应,应模型,2.通,过,过细胞,表,表面受,体,体介导,的,的信号,跨,跨膜传,递,递,亲水性,化,化学信,号,号分子,，,，包括,神,神经递,质,质、激,素,素蛋白,、,、生长,因,因子一,般,般不能,直,直接进,入,入细胞,，,，而是,通,通过与,靶,靶细胞,表,表面特,定,定受体,蛋,蛋白结,合,合，对,细,细胞产,生,生影响,。,。这些,细,细胞表,面,面受体,蛋,蛋白，,作,作为信,号,号的转,导,导因子,，,，能以,高,高亲和,力,力与信,号,号配体,结,结合，,并,并将这,种,种胞外,作,作用转,化,化成一,种,种或多,种,种胞内,信,信号。,根,根据信,号,号转