分子生物学9细胞通信.ppt

贝时璋教授 ：根据生物物理学的观点，无非是自然界三个量综合运动的表现，即物质、能量和信息在生命系统中无时无刻地在变化，这三个量有组织、有秩序的活动是生命的基础。信息流起着调节控制物质和能量代谢的作用。 薛定谔：“生命的基本问题是信息问题” 第一节 基本概念 生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存；另一方面核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进化。 FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION 一、细胞通讯与细胞信号转导 　　生物所处的环境时刻在变化，机体功能的协调统一要求细胞间相互识别、相互反应和相互作用的机制称作细胞通讯(Cell Communication)，即细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。 　　细胞或者识别与之相接触的细胞，或者识别周围环境中存在的各种信号(来自于周围或远距离的细胞)，并将其转变为细胞内各种分子功能上的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，影响细胞的生长速度，甚至诱导细胞的死亡。这种针对外源性信号所发生的各种分子活性的变化，以及将这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过程称为信号转导(Signal Transduction)，即指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。 细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。 细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。 二、细胞信号分子 水溶性信号分子（如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递，所以这类信号分子又称为第一信使（primary messenger）。 第二信使（secondary messenger）主要有：cAMP、cGMP、IP3(三磷酸肌醇 )、DG(甘油二酯 )、Ca2+。 第二信使的作用：信号转换、信号放大。 三、受体（receptor） 细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与细胞的固有特征有关。 有时相同的信号可产生不同的效应，如Ach可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。 有时不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。 四、蛋白激酶 五、胞间通信的主要类型 三种主要方式：细胞间隙连接、膜表面分子接触通讯、化学通讯。 （一）细胞间隙连接 两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小分子物质如Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电耦联现象（电紧张突触）。 （二）膜表面分子接触通讯 即细胞识别（cell recognition）。如：精子和卵子之间的识别，T与B淋巴细胞间的识别。 （三）化学通讯 细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能，可分为4类。 内分泌（endocrine）：内分泌激素随血液循环输至全身，作用于靶细胞。特点：①低浓度10-8-10-12M ，②全身性，③长时效。 旁分泌（paracrine）：信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。包括：①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体信号分子（如：NO）。 突触信号发放：神经递质经突触作用于特定的靶细胞。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。 第二节 膜表面受体介导的信号转导 膜表面受体主要有三类： ①离子通道型受体（ion-channel-linked receptor）； ②G蛋白耦联型受体（G-protein-linked receptor）； ③酶耦联的受体（enzyme-linked receptor）。 第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大多数细胞，在信号转导的早期表现为激酶级联（kinase cascade）事件，即为一系列蛋白质的逐级磷酸化，籍此使信号逐级传送和放大。 一、离子通道型受体 受体本身为离子通道，即配体门通道（ligand-gated channel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。 分为： 阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体； 阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。 二、G蛋白耦联型受体 G蛋白：即：trimeric GTP-binding regulatory protein。 组成：αβγ三个亚基， α 和γ亚基属于脂锚定蛋