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受体及细胞信号转导

对内分泌系统, 信息通过化学信号分子(即激素)传递给“靶细胞”后,还需要经过信号转导机制,才能被靶细胞感知并导致其功能的改变。如前所述,信号分子必须首先和靶细胞的受体结合。小分子亲脂性信号分子与细胞质受体,继而与细胞核受体结合,调控基因的表达。亲水性和大分子亲脂性信号分子则只能与细胞膜受体结合,通过改变膜受体的性质,将信息转导入细胞内,导致细胞内第二信使含量,蛋白激酶或蛋白磷酸酶活性发生改变。 对亲水性和大分子亲脂性信号分子来说,细胞膜受体是将胞外信息导入细胞内的重要枢纽。跨膜信号转导的方式可分为三种:通道型受体介导的信号转导;G蛋白耦联受体介导的信号转导;酪氨酸激酶受体介导的信号转导。

(一)通道型受体介导的跨膜信号转导

通道型受体并非一个独立的膜蛋白质分子,而是指该受体是细胞膜上某种化学门控离子通道的亚单位。受体具有和特异性配体结合的能力,结合后可使离子通道开放,离子跨膜流动导致膜电位发生变化。因此这类受体也被称为促离子受体。目前已证明,这类受体的配体包括ACh、Glu、GABA和Gly等。

神经-骨骼肌接头的接头后膜上存在的化学门控阳离子通道就是一种典型的通道型受体, 又称为N-型乙酰胆碱受体。这是一个由五个亚单位(2α、β、γ、δ)围成的跨膜通道,每个亚单位都含有4个结构域(M1、M2、M3、M4),每一个结构域有6个α螺旋,五个亚单位带负电的M2共同构成通道的内壁。两个α亚单位上各有一个ACh的结合位点,当与两个ACh分子结合时,通道分子的构象改变而开放。

(二)G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导

G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导过程

G蛋白耦联受体是由七个跨膜螺旋组成的膜蛋白质,它与细胞膜内侧面的G蛋白相耦联。 与该受体结合的配体包括大部分激素(主要是含氮激素)、多种神经递质,以及嗅味分子等。由于该受体与配体结合可引起细胞内物质代谢的改变,所以又被称为促代谢受体。 与通道型受体介导的信号转导比较,G蛋白耦联受体介导的信号转导效应出现缓慢,但反应灵敏。

信号转导过程: 信号分子与细胞膜上G蛋白耦联受体结合→G蛋白的α亚基构象改变,并与β、γ亚基分离(与GDP分离后,与GTP结合)→使细胞膜的效应器酶激活或抑制→ 胞浆中的第二信使增加或减少→从胞内引起细胞代谢等功能改变。

第二信使是相对于激素等化学分子被称为第一信使而言的。包括cAMP, cGMP, DG和IP3等。


G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导过程

效应器酶包括腺苷酸环化酶(催化ATP生成cAMP)、磷酸二脂酶(催化cGMP降解为 GMP)和磷脂酶C的效应器酶(催化细胞膜磷脂生成三磷肌醇--IP3和二酰甘油--DG)等。

(三)酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导

酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导

近年来发现,一些肽类激素如胰岛素,以及在机体生长、发育过程中出现的统称为细胞因子的物质,包括神经生长因子、上皮生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板源生长因子和血细胞分化过程中的集落刺激因子等,它们对相应的靶细胞的作用,是通过细胞膜上的酪氨酸激酶受体完成的。

酪氨酸激酶受体具有受体和激酶的双重活性,结构比较简单。膜外的肽段为与信息分子结合的受体部分,膜内的结构域为酪氨酸激酶。当配体与受体结合时,受体本身发生自磷酸化,而激活自身的酪氨酸激酶活性。激酶再磷酸化靶蛋白的酪氨酸残基,再通过一系列磷酸化的级联反应,影响基因的表达(右上图)。


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