細胞生物學課程論文--細胞的跨膜信號傳遞功能研究進展

1、細胞的跨膜信號傳遞功能研究進展摘要：細胞跨膜信號的傳遞是外界信息分子特異地與質膜表面的受體結合刺激細胞產生一定的生理應答的過程。一般認為外界信號(除甾體類激素作用和細胞間連接以外)跨膜傳遞的機制有3種：(1)信息分子與質膜表面的受體特異性結合后通過第二信使系統(tǒng)將信號傳入細胞內.(2)受體本身直接向細胞內傳遞信號有些生長因子的受體本身即具有激酶活性能介導細胞內一系列反應，并且受體與信息分子結合后通過受體介導的內吞作用將信號傳入細胞內(3)

2、信息分子通過膜上離子通道傳遞信息。這3種機制之間也有相互聯(lián)系。近年來有一些特殊的化學信號影響其靶細胞的方式受到廣泛的重視，很可能成為跨膜信號傳遞的一種新類型。關鍵詞：跨膜信號傳遞門控通道跨膜信號傳導系統(tǒng)第二信使前言：在多細胞動物，由于絕大多數(shù)細胞是生活在直接浸浴它們的細胞外液之中，因此出現(xiàn)在內環(huán)境中的各種化學分子，是它們常能感受到的外來刺激：這不僅是指存在于細胞外液中的激素或其他體液性調節(jié)因子；而且就是在神經調節(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遞質和調質為中介，通過這些化學分子在距離極小的突觸間隙液中的擴散，才能作用到下一級神經元或效應器細胞。盡管激素和遞質等分子作為化學信號在細胞外液中播散的距離和范圍有所不同，但對接受它們影響的靶細胞并不存在本質的差別。細胞外液中的各種化學分子，并不需要自身進入它們的靶細胞后才能起作用（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)是選擇性地同靶細胞膜上具有特異的受體性結構相結合，再通過跨膜信號傳遞或跨膜

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

5、構中的感受性結構，才能引起感受器細胞的電變化和隨后的傳入神經沖動。不論是化學信號中的激素分子和遞質分子，以及非化學性的外界刺激信號，當它們作用于相應的靶細胞時，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傳遞的；這些過程所涉及的膜蛋白質也為數(shù)不多，在生物合成上由幾類特定基因家族所編碼；正因為如此，由每個特定基因家族所表達生成的蛋白質分子，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，關于跨膜信號傳遞的研究，早

6、已超出了遞質或激素作用機制的范疇。一、由具有特異感受結構的通道蛋白質完成的跨膜信號傳遞（一）化學門控通道對這種跨膜信號的傳遞方式的研究，最早是從對運動神經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胞興奮的研究開始的。當神經沖動到達神經末梢處時，先是由末梢釋放一定數(shù)量的Ach分子，后者再同肌細胞膜上稱為終板處的“受體”相結合，引起終板膜產生電變化，最后引起整個細胞的興奮和收縮。由于神經肌接頭處的“受體”也可同煙堿相結合，因

7、而過去在藥理學分類中稱它為N型Ach受體。80年代后期，我國學者李鎮(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合能力又有人發(fā)現(xiàn)一些Na通道在膜內結構的模式圖它主要由一個較大的α亞單位組成，分子量約260kd；有時還另有一個或兩個小分子量的亞單位，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。這個較長的α單位肽鏈中包含了4個結構類似的結構域（domain每個結構域大致相當于上述Ach門控通道中的一個亞單位，但結構域之間

8、由肽鏈相連，是一個完整的肽鏈，應由一個mRNA編碼和合成），而每個結構域中又各有6個由疏水性氨基酸組成的跨膜α螺旋段；這4個結構域及其所包含的疏水α螺旋，在膜中包繞成一個通道樣結構?，F(xiàn)已證明，每個結構域中的第4個跨膜α螺旋在氨基酸序列上有特點，即每隔兩個疏水性氨基酸，就再現(xiàn)一個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，在它們所在膜的跨膜電位有改變時會產生位移，因而被認為是該通道結構中感受外來信號的特異結構，由此再誘發(fā)通道“

9、閘門”的開放；還有實驗提示，每個結構域中的第2、第3個α螺旋構成了該通道水相孔道的“內壁”；據(jù)測算，水相孔道內徑最窄處橫斷面差不多剛能通過一個水化的Na。（三）機械門控通道體內存在不少能感受機械性刺激并引致細胞功能改變的細胞，即外來機械性信號通過某種結構內的過程，引起細胞的跨膜電位變化。細胞間通道還有一種通道，不是溝通胞漿和細胞外液的跨膜通道，而是允許相鄰細胞之間直接進行胞漿內物質交換的通道，故稱為細胞間通道。這種通道研究，是從縫隙連接

10、超微結構觀察開始的。在縫隙連接處相鄰兩細胞的膜僅隔開2.0nm左右，而且像是有某種物質結構把兩者連接起來；將兩側細胞膜分離進行超微結構觀察和分子生物學分析，發(fā)現(xiàn)每一側的膜上都整齊地地排列著許多蛋白質顆粒，每個顆粒實際是由6個蛋白質亞單位構成的6聚體蛋白質，中間包繞一個水相孔道；構成顆粒的蛋白質和中心孔道貫穿所在膜的脂質雙分子層；在兩側細胞膜靠緊形成細胞間的縫隙連接時，兩側膜上的各顆粒即通道樣結構都兩兩對接起來，于是形成了一條條溝通兩細胞

11、胞漿的通路，而與細胞間液不相溝通。這種細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的物質分子通過，這包括了電解質離子、氨基酸、葡萄糖和核苷酸等。這種縫隙連接或細胞間通道多見于肝細胞、心肌細胞、腸平滑肌細胞、晶狀體細胞和一些神經細胞之間?？p隙連接不一定是細胞間的一種永久性結構；至少在體外培養(yǎng)的細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；似乎是細胞膜中經常有單方面裝配好的通道顆粒存

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

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