第二节  细胞的跨膜信号转递功能

人体要实现自身复杂的功能及适应环境的各种变化，细胞之间必须有完善的信息联系，即具有信号转导（signal transduction）功能。能在细胞间传递信息的物质称为信号分子，信号分子将各种细胞外信号转导到靶细胞内，并始动其生物效应所涉及的复杂过程及其一系列复杂因素，形成细胞信号转导系统；细胞信号转导系统包括细胞间的通讯、细胞的跨膜信号转导、细胞内的信号转导系统及其始动功能等过程。细胞外的信号跨膜转导一般分为两类：一类是某些脂溶性信号分子穿过细胞膜进入细胞内，与胞质受体结合，再穿过细胞核的核膜进入细胞核内，与核受体结合，通过调节基因的表达而完成信号转导。另一类是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞相应的功能改变；这一类占了绝大多数。根据细胞膜上感受信号物质的蛋白质分子的结构和功能的不同，跨膜信号转导的途径大致可分为3类：

一、G蛋白耦联受体介导的信号转导

(一)参与G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子

1. G蛋白耦联受体:是存在于细胞膜上的一类膜受体，由于要通过G蛋白才能发挥作用，故称为 G蛋白耦联受体(G protein-linked receptor),也称促代谢型受体(metabotropic receptor),总数多达1000种左右,在分子结构上属于同一超家族,每种受体都是由一条7次穿膜的肽链构成,故也称为7次跨膜受体。G蛋白耦联受体与配体结合后，通过构象变化结合并激活G蛋白。

2．G蛋白：鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein），简称G-蛋白，通常是指由α、β、γ三个亚单位形成的异源三聚体G蛋白，此外还有一类单一亚单位的G蛋白，称为小G蛋白。G蛋白的种类很多，每一类还有许多亚型；G蛋白的共同特点是其中的α亚单位同时具有结合GTP或GDP的能力和GTP酶活性。分为失活型和激活型两种形式存在，并能互相转化，在信号转导的级联反应中起着分子开关的作用。G蛋白激活后，可进一步激活膜的效应器蛋白，把信号向细胞内转导。

3. 第二信使: 第二信使(second messenger)是指激素、递质、细胞因子等信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，能把细胞外信号分子携带的信息转入胞内。重要的有环-磷酸腺苷（即cAMP，简称环磷腺苷）、三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）、二酰甘油（diacylglycerol，DG）、环-磷酸鸟苷（cGMP）和Ca2+等。

（二）G蛋白耦联受体信号转导的主要途径

能与受体发生特异性结合的活性物质称为配体（ligand）。有100多种配体可通过G蛋白耦联受体实现跨膜信号转导。较重要的转导途径有：

1.受体-G蛋白-AC（腺苷酸环化酶）途径

2.受体-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途径

（三）特点：效应出现较慢、反应较灵敏、作用较广泛。

二、酶耦联受体介导的信号转导

酶耦联受体具有和G蛋白耦联受体完全不同的分子结构和特性，其胞质侧自身具有酶的活性，或者可直接结合并激活胞质中的酶而不需要G蛋白的参与。较重要的有酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor，TKR）和鸟苷酸环化酶受体（guanylyl cyclase receptor）两类。酶耦联受体往往既有与信号分子结合的位点，起受体的作用，又具有酶的催化作用，通过它们的这种双重作用完成信号转导。

三、离子通道受体介导的信号转导

根据离子通道受体感受外来刺激信号的不同，可将之分为：化学门控通道、电压门控通道和机械门控通道。此3种通道蛋白质使不同细胞对外界相应的刺激起反应,完成跨膜信号转导。特点：不需要产生其它的细胞内信使分子，信号转导的速度快，对外界作用出现反应的位点较局限。

（一）化学门控通道

由某些化学物质控制其开或关的通道称为化学门控通道（chemically-gated ion channel），具有结构上的相似性。如N2型Ach受体阳离子通道是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质，形成一种结构为α2βγδ的梅花状通道样结构；每个亚单位的肽链都要反复贯穿膜4次；在5个亚单位中，Ach的结合位点在α亚单位上，结合后可引起通道结构的开放，然后靠相应离子的易化扩散而完成跨膜信号转导。由于这种通道性结构只有在同递质结合时才开放，故也称为递质门控通道或配体门控通道。很显然，化学门控通道也具有受体功能，故也称为通道型受体；由于其激活时直接引起跨膜离子流动，故也称为促离子型受体（ionotropic receptor）。

（二）电压门控通道（voltage-gatedion channel）

分子结构与化学门控通道类似，也具有结构上的相似性。但控制其开关的是这些通道所在膜两侧跨膜电位的改变，也就是说在这类通道的分子结构中，存在一些对跨膜电位的改变敏感的结构域或亚单位，由后者诱发整个通道分子功能状态的改变。

（三）机械门控通道(mechanically-gatedion channel)

能感受机械性刺激并引起细胞功能状态的改变。