細(xì)胞生物學(xué)課程論文--細(xì)胞的跨膜信號(hào)傳遞功能研究進(jìn)展

1、細(xì)胞的跨膜信號(hào)傳遞功能研究進(jìn)展摘要：細(xì)胞跨膜信號(hào)的傳遞是外界信息分子特異地與質(zhì)膜表面的受體結(jié)合刺激細(xì)胞產(chǎn)生一定的生理應(yīng)答的過程。一般認(rèn)為外界信號(hào)(除甾體類激素作用和細(xì)胞間連接以外)跨膜傳遞的機(jī)制有3種：(1)信息分子與質(zhì)膜表面的受體特異性結(jié)合后通過第二信使系統(tǒng)將信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi).(2)受體本身直接向細(xì)胞內(nèi)傳遞信號(hào)有些生長因子的受體本身即具有激酶活性能介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)一系列反應(yīng)，并且受體與信息分子結(jié)合后通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用將信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi)(3)

2、信息分子通過膜上離子通道傳遞信息。這3種機(jī)制之間也有相互聯(lián)系。近年來有一些特殊的化學(xué)信號(hào)影響其靶細(xì)胞的方式受到廣泛的重視，很可能成為跨膜信號(hào)傳遞的一種新類型。關(guān)鍵詞：跨膜信號(hào)傳遞門控通道跨膜信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)第二信使前言：在多細(xì)胞動(dòng)物，由于絕大多數(shù)細(xì)胞是生活在直接浸浴它們的細(xì)胞外液之中，因此出現(xiàn)在內(nèi)環(huán)境中的各種化學(xué)分子，是它們常能感受到的外來刺激：這不僅是指存在于細(xì)胞外液中的激素或其他體液性調(diào)節(jié)因子；而且就是在神經(jīng)調(diào)節(jié)過程中，在絕大多數(shù)情況下

3、，也都要通過一種或多種神經(jīng)遞質(zhì)和調(diào)質(zhì)為中介，通過這些化學(xué)分子在距離極小的突觸間隙液中的擴(kuò)散，才能作用到下一級(jí)神經(jīng)元或效應(yīng)器細(xì)胞。盡管激素和遞質(zhì)等分子作為化學(xué)信號(hào)在細(xì)胞外液中播散的距離和范圍有所不同，但對(duì)接受它們影響的靶細(xì)胞并不存在本質(zhì)的差別。細(xì)胞外液中的各種化學(xué)分子，并不需要自身進(jìn)入它們的靶細(xì)胞后才能起作用（一些脂溶性的小分子類固醇激素和甲狀腺激素例外）它們大多數(shù)是選擇性地同靶細(xì)胞膜上具有特異的受體性結(jié)構(gòu)相結(jié)合，再通過跨膜信號(hào)傳遞或跨膜

4、信號(hào)轉(zhuǎn)換過程，最后才間接地引起靶細(xì)胞膜的電變化或其他細(xì)胞內(nèi)功能的改變。機(jī)體和細(xì)胞也可能受到化學(xué)信號(hào)以外的其他性質(zhì)的刺激，如機(jī)械的、電的和一定波長電磁波等來自外界環(huán)境的刺激的影響；但在動(dòng)物進(jìn)化的過程中，這些刺激信號(hào)大都由一些在結(jié)構(gòu)和功能上高度分化了的特殊的感受器細(xì)胞來感受，引起相應(yīng)的感受器細(xì)胞出現(xiàn)某種電反應(yīng)。仔細(xì)分析各種感受器細(xì)胞接受它們所能感受的某種特異刺激信號(hào)的過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們也涉及到外來刺激信號(hào)的跨膜傳遞，即刺激信號(hào)也要先作用于膜結(jié)

5、構(gòu)中的感受性結(jié)構(gòu)，才能引起感受器細(xì)胞的電變化和隨后的傳入神經(jīng)沖動(dòng)。不論是化學(xué)信號(hào)中的激素分子和遞質(zhì)分子，以及非化學(xué)性的外界刺激信號(hào)，當(dāng)它們作用于相應(yīng)的靶細(xì)胞時(shí)，都是通過為數(shù)不多、作用形式較為類似的途徑來完成跨膜信號(hào)傳遞的；這些過程所涉及的膜蛋白質(zhì)也為數(shù)不多，在生物合成上由幾類特定基因家族所編碼；正因?yàn)槿绱?，由每個(gè)特定基因家族所表達(dá)生成的蛋白質(zhì)分子，在肽鏈的氨基酸排列順序上有較大的相同性，功能上也較為類似。因此，關(guān)于跨膜信號(hào)傳遞的研究，早

6、已超出了遞質(zhì)或激素作用機(jī)制的范疇。一、由具有特異感受結(jié)構(gòu)的通道蛋白質(zhì)完成的跨膜信號(hào)傳遞（一）化學(xué)門控通道對(duì)這種跨膜信號(hào)的傳遞方式的研究，最早是從對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維末梢釋放的乙酰膽堿（Ach）如何引起它所支配的骨骼肌細(xì)胞興奮的研究開始的。當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)神經(jīng)末梢處時(shí)，先是由末梢釋放一定數(shù)量的Ach分子，后者再同肌細(xì)胞膜上稱為終板處的“受體”相結(jié)合，引起終板膜產(chǎn)生電變化，最后引起整個(gè)細(xì)胞的興奮和收縮。由于神經(jīng)肌接頭處的“受體”也可同煙堿相結(jié)合，因

7、而過去在藥理學(xué)分類中稱它為N型Ach受體。80年代后期，我國學(xué)者李鎮(zhèn)源發(fā)現(xiàn)α銀環(huán)蛇毒同N型受體有極高的特異性結(jié)合能力又有人發(fā)現(xiàn)一些Na通道在膜內(nèi)結(jié)構(gòu)的模式圖它主要由一個(gè)較大的α亞單位組成，分子量約260kd；有時(shí)還另有一個(gè)或兩個(gè)小分子量的亞單位，分別稱為β1和β2。但Na通道的主要功能看來只靠α亞單位即可完成。這個(gè)較長的α單位肽鏈中包含了4個(gè)結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)域（domain每個(gè)結(jié)構(gòu)域大致相當(dāng)于上述Ach門控通道中的一個(gè)亞單位，但結(jié)構(gòu)域之間

8、由肽鏈相連，是一個(gè)完整的肽鏈，應(yīng)由一個(gè)mRNA編碼和合成），而每個(gè)結(jié)構(gòu)域中又各有6個(gè)由疏水性氨基酸組成的跨膜α螺旋段；這4個(gè)結(jié)構(gòu)域及其所包含的疏水α螺旋，在膜中包繞成一個(gè)通道樣結(jié)構(gòu)。現(xiàn)已證明，每個(gè)結(jié)構(gòu)域中的第4個(gè)跨膜α螺旋在氨基酸序列上有特點(diǎn)，即每隔兩個(gè)疏水性氨基酸，就再現(xiàn)一個(gè)帶正電荷的精氨酸或賴氨酸；這些α螺旋由于自身的帶電性質(zhì)，在它們所在膜的跨膜電位有改變時(shí)會(huì)產(chǎn)生位移，因而被認(rèn)為是該通道結(jié)構(gòu)中感受外來信號(hào)的特異結(jié)構(gòu)，由此再誘發(fā)通道“

9、閘門”的開放；還有實(shí)驗(yàn)提示，每個(gè)結(jié)構(gòu)域中的第2、第3個(gè)α螺旋構(gòu)成了該通道水相孔道的“內(nèi)壁”；據(jù)測算，水相孔道內(nèi)徑最窄處橫斷面差不多剛能通過一個(gè)水化的Na。（三）機(jī)械門控通道體內(nèi)存在不少能感受機(jī)械性刺激并引致細(xì)胞功能改變的細(xì)胞，即外來機(jī)械性信號(hào)通過某種結(jié)構(gòu)內(nèi)的過程，引起細(xì)胞的跨膜電位變化。細(xì)胞間通道還有一種通道，不是溝通胞漿和細(xì)胞外液的跨膜通道，而是允許相鄰細(xì)胞之間直接進(jìn)行胞漿內(nèi)物質(zhì)交換的通道，故稱為細(xì)胞間通道。這種通道研究，是從縫隙連接

10、超微結(jié)構(gòu)觀察開始的。在縫隙連接處相鄰兩細(xì)胞的膜僅隔開2.0nm左右，而且像是有某種物質(zhì)結(jié)構(gòu)把兩者連接起來；將兩側(cè)細(xì)胞膜分離進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)觀察和分子生物學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)每一側(cè)的膜上都整齊地地排列著許多蛋白質(zhì)顆粒，每個(gè)顆粒實(shí)際是由6個(gè)蛋白質(zhì)亞單位構(gòu)成的6聚體蛋白質(zhì)，中間包繞一個(gè)水相孔道；構(gòu)成顆粒的蛋白質(zhì)和中心孔道貫穿所在膜的脂質(zhì)雙分子層；在兩側(cè)細(xì)胞膜靠緊形成細(xì)胞間的縫隙連接時(shí)，兩側(cè)膜上的各顆粒即通道樣結(jié)構(gòu)都兩兩對(duì)接起來，于是形成了一條條溝通兩細(xì)胞

11、胞漿的通路，而與細(xì)胞間液不相溝通。這種細(xì)胞間通道的孔洞大小，一般可允許分子量小于1.0~1.5kd或分子直徑小于1.0nm的物質(zhì)分子通過，這包括了電解質(zhì)離子、氨基酸、葡萄糖和核苷酸等。這種縫隙連接或細(xì)胞間通道多見于肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞、腸平滑肌細(xì)胞、晶狀體細(xì)胞和一些神經(jīng)細(xì)胞之間。縫隙連接不一定是細(xì)胞間的一種永久性結(jié)構(gòu)；至少在體外培養(yǎng)的細(xì)胞之間的縫隙連接或其中包含顆粒的多少，可因不同環(huán)境因素而變化；似乎是細(xì)胞膜中經(jīng)常有單方面裝配好的通道顆粒存

12、在，在兩側(cè)膜靠近并有其他調(diào)控因素存在時(shí)，就有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，而在另一些因素存在時(shí)，兩方面還可再分離。已對(duì)接的通道是否處于“開放”狀態(tài)，也要受到多種因素的調(diào)控，例如當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2、H濃度增加時(shí)，可促使細(xì)胞間通道關(guān)閉。細(xì)胞間通道的存在，有利于功能相同而又密接的一組細(xì)胞之間進(jìn)行離子、營養(yǎng)物質(zhì)，甚至一些信息物質(zhì)的溝通，造成它們進(jìn)行同步性活動(dòng)的可能性。二、由膜的特異受體蛋白質(zhì)、G蛋白和膜的效應(yīng)器酶組成的跨膜信號(hào)傳遞系統(tǒng)這是另一類型的跨膜信號(hào)傳遞。6

13、0年代在研究腎上腺素引起肝細(xì)胞中糖原分解為葡萄糖的作用機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)如果使腎上腺素單獨(dú)和分離出的細(xì)胞膜碎片相互作用，可以生成一種分子量小、能耐熱的物質(zhì)，當(dāng)把這種物質(zhì)同肝細(xì)胞的胞漿單獨(dú)作用時(shí)，也能引起其中糖原的分解，同腎上腺素作用于完整的肝細(xì)胞時(shí)有類似的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)提示，在腎上腺素正常起作用時(shí)，它只是作用于肝細(xì)胞的膜表面。通過某種發(fā)生在膜結(jié)構(gòu)中的過程，先在胞漿中生成一種小分子物質(zhì)，后者再實(shí)現(xiàn)腎上腺素分解糖原的作用。這種小分子物質(zhì)不久被證明是環(huán)