生物膜和细胞间信息传递(二).ppt

生物膜和细胞间信息传递(二)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望（一）物质运输物质运输 1.物质转运通过生物膜的化学反应有四物质转运通过生物膜的化学反应有四步：（步：（S代表物质，代表物质，1和和2为生物膜的两侧，为生物膜的两侧，T代表转运体）代表转运体）识别：识别：S1+T1S1-T1转运：转运：S1-T1S2-T2释放：释放：S2-T2T2+S2恢复：恢复：T2T1四、生物膜的功能四、生物膜的功能2.物物质质转转运运的的机机制制有有单单一一转转运运（Uniport），同同向向 协协 同同 转转 运运（Symport），反反 向向 协协 同同 转转 运运（Antiport）。分两大类情况：）。分两大类情况：被动转运被动转运，单纯扩散：直接或通过通道，单纯扩散：直接或通过通道易化扩散：通过载体蛋白易化扩散：通过载体蛋白特点：顺电化学梯度，不需消耗特点：顺电化学梯度，不需消耗ATP主动转运主动转运，对抗电化学梯度，需消耗，对抗电化学梯度，需消耗ATP及蛋及蛋白载体。白载体。（二）膜的接纳体和受体（二）膜的接纳体和受体1.膜的接纳体膜的接纳体2.如细胞膜上存在如细胞膜上存在LDL（LowDensityLipoprotein）接纳体。）接纳体。LDL与细胞膜接纳与细胞膜接纳体结合，形成体结合，形成LDL-R复合物，复合物被胞复合物，复合物被胞吞，进入初级溶酶体，同时释放吞，进入初级溶酶体，同时释放LDL-R，重返细胞膜。重返细胞膜。2.膜受体膜受体（Receptor）（1）膜受体的概念：）膜受体的概念：指存在于细胞膜上的生指存在于细胞膜上的生物大分子（糖蛋白或脂蛋白）。它们与酶、物大分子（糖蛋白或脂蛋白）。它们与酶、载体蛋白、离子通道或一些无关的生物大分载体蛋白、离子通道或一些无关的生物大分子完全不同，具有三个相关联的功能：子完全不同，具有三个相关联的功能：信号转导，信号转导，识别与结合，识别与结合，产生效应。产生效应。(）膜受体的分类：）膜受体的分类：含离子通道受体含离子通道受体G蛋白偶联受体蛋白偶联受体有酪氨酸激酶活性的受体有酪氨酸激酶活性的受体（三）膜抗原（三）膜抗原 细胞的抗原性，主要是指膜的抗原性，它起细胞的抗原性，主要是指膜的抗原性，它起着识别作用，标志着个体的特异性。着识别作用，标志着个体的特异性。（四）某些膜的标记酶（四）某些膜的标记酶 生物膜上含有许多蛋白质，有些具有酶的活性，生物膜上含有许多蛋白质，有些具有酶的活性，而且某些酶只局限分布在某些膜上，成为这些膜而且某些酶只局限分布在某些膜上，成为这些膜的标记酶。的标记酶。生物膜的标记酶生物膜的标记酶生物生物膜膜酶酶质膜质膜5-核苷酸酶，腺苷酸核苷酸酶，腺苷酸环化酶，环化酶，Na+,K+-ATP酶酶内质网内质网葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶高尔基复合体高尔基复合体半乳糖苷转移酶半乳糖苷转移酶线粒体线粒体ATP合成酶合成酶 An Overview of membrane functions 1.Definetheboundariesofthecellanditsorganelles.2.Serveaslociforspecificfunctions.3.provideforandregulatetransportprocesses.4.containthereceptorsneededtodetectexternalsignals.5.providemechanismsforcell-to-cellcontact,communicationandadhesion（一）含义：（一）含义：细胞外信号通过细胞相应的受体引发细细胞外信号通过细胞相应的受体引发细胞内信号转导胞内信号转导（二）意义：（二）意义：多细胞生物在进化过程中形成了多层多细胞生物在进化过程中形成了多层次的信息传递和调控系统；细胞间信息传递连接了整次的信息传递和调控系统；细胞间信息传递连接了整体信息传递和受体后传递途径。体信息传递和受体后传递途径。细胞外信号：细胞外信号：生长因子、细胞因子、活性肽、激生长因子、细胞因子、活性肽、激素及其他理化环境改变等刺激。素及其他理化环境改变等刺激。五、细胞间信息传递及调控五、细胞间信息传递及调控 （三）细胞间（三）细胞间的相互作用的分类：的相互作用的分类：细胞与细胞细胞与细胞细胞与细胞外基质（细胞与细胞外基质（extracellularmatrix）细胞与生长因子细胞与生长因子细胞与细胞、细胞和分子的相互作用细胞与细胞、细胞和分子的相互作用（四）细胞间联络的三类模式（四）细胞间联络的三类模式内分泌内分泌（autocrine)旁分泌（旁分泌（paracrine）自分泌（自分泌（endocrine)（五）小分子信息物质与间隙连接（五）小分子信息物质与间隙连接间隙连接间隙连接（gapjunction）：是电子显微镜）：是电子显微镜下观察到的并列细胞间的连接结构，同时可测下观察到的并列细胞间的连接结构，同时可测到离子的迁移和电导的改变，没有明显的酶活到离子的迁移和电导的改变，没有明显的酶活性。间隙连接的主要蛋白分子量约性。间隙连接的主要蛋白分子量约27kD,称之为称之为连接素（连接素（connexin），推测六个连接素组成连接），推测六个连接素组成连接小体，相邻两个细胞质膜的连接小体对接形成小体，相邻两个细胞质膜的连接小体对接形成通道间隙连接。通道间隙连接。Amodelofagapjunction.间隙连接的作用间隙连接的作用、信息物质通过细胞间隙连接、信息物质通过细胞间隙连接使细胞群体形成整体。使细胞群体形成整体。小分小分子物质（分子量小于子物质（分子量小于1500D）可通过间隙连接由一个细胞邻近）可通过间隙连接由一个细胞邻近的细胞，使细胞群成为整体。的细胞，使细胞群成为整体。、间隙连接、间隙连接维持细胞稳态（维持细胞稳态（homeostasis）如果稳态遭破如果稳态遭破坏，间隙连接可起整合作用（坏，间隙连接可起整合作用（integration），如创伤修复，），如创伤修复，创伤边缘的细胞死亡，间隙连接通道边缘关闭，可防止其他创伤边缘的细胞死亡，间隙连接通道边缘关闭，可防止其他细胞的死亡，接着创伤讯号的传递有启动一系列修复机制细胞的死亡，接着创伤讯号的传递有启动一系列修复机制 。、细胞外、细胞外pH、钙离子浓度的变化以及环境污染物等化学物、钙离子浓度的变化以及环境污染物等化学物质可导致质可导致细胞间通道通透性的改变细胞间通道通透性的改变，也可通过间隙连接介导。，也可通过间隙连接介导。Figure11-33Three classes of channel proteins.Thepostulatedrelationshipbetweenthenumberofproteinsubunitsandporediameter.(AdaptedfromB.Hille,IonicChannelsofExcitableMembranes,2nded.Sunderland,MA:Sinauer,1992.)六六、表面抗原与细胞粘附分子表面抗原与细胞粘附分子1.细胞表面抗原决定簇（细胞表面抗原决定簇（CD系统）系统）细胞标细胞标志志细细胞胞表表面面有有上上万万种种分分子子，近近十十多多年年来来，确确定定了了起起细细胞胞标标志志作作用用的的蛋蛋白白抗抗原原决决定定簇簇两两百百多多种种，涉涉及及白白细细胞胞以以外外的的抗抗原原和和细细胞胞表表面面甚甚微微的的细细胞胞因因子子受受体体，如如CD10,表表达达抗抗原原的的主主要要细细胞胞在在淋淋巴巴系系祖祖细细胞胞和和粒粒细胞，分子量为细胞，分子量为100kD，又称急淋共同抗原。，又称急淋共同抗原。2.细胞粘附分子（细胞粘附分子（celladhesionmolecules,CAMs）细胞粘附分子（细胞粘附分子（celladhesionmolecules,CAMs）是细胞膜蛋白的组成部分，属糖蛋白，）是细胞膜蛋白的组成部分，属糖蛋白，与形态形成调节有关，被认为是与形态形成调节有关，被认为是形态调节的主要形态调节的主要成分成分。但是。但是CAMs的作用不仅是将细胞粘合在一的作用不仅是将细胞粘合在一起，大部分起，大部分CAMs相互作用的同时伴随着有增殖相互作用的同时伴随着有增殖和分化信号的传递。和分化信号的传递。细胞粘附分子细胞粘附分子主要分三大类：主要分三大类：粘附受体的粘附受体的免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族：主要介导免疫和：主要介导免疫和炎症反应炎症反应整合素（整合素（integrins）族：在细胞与细胞以及细胞）族：在细胞与细胞以及细胞与基质间粘附中起作用。与基质间粘附中起作用。选择素选择素（selectin）族：在淋巴细胞）族：在淋巴细胞“归巢归巢”、血、血小板及白细胞与内皮细胞相互中起作用的分子。小板及白细胞与内皮细胞相互中起作用的分子。Major families of cell-adhesion molecules(CAMs）Integralmembraneproteinsarebuiltofmultipledomains.Cadherinandtheimmunoglobulin(Ig)superfamilyofCAMsmediatehomophiliccell-celladhesion.Forcadherin,calciumbindingtosites(orange)betweenthefivedomainsintheextracellularsegmentisnecessaryforcelladhesion;theN-terminaldomain(blue)causescadherintodimerizeandtobindcadherindimersfromtheoppositemembrane.TheIgsuperfamilycontainsmultipledomains(green)similarinstructuretoimmunoglobulinsandfrequentlycontaintypeIIIfibronectinrepeats(purple).Inaheterophilicinteraction,thelectindomainofselectinsbindscarbohydratechainsinmucin-likeCAMsonadjacentcellsinthepresenceofCa2+.Thelectindomainisseparatedfromthemembranebyaseriesofrepeateddomains.Themajorcell-matrixadhesionmolecule,integrin,isaheterodimerofandsubunits.Theybindtothecell-bindingdomainoffibronectin,laminin,orothermatrixmolecules.3.细胞因子细胞因子细胞因子（细胞因子（cytokine）是指活细胞产生的多肽）是指活细胞产生的多肽或蛋白类物质，在体液内仅含或蛋白类物质，在体液内仅含pg至至ng/ml浓度，半浓度，半衰期仅数分钟至数小时，有很强的生物活性，对衰期仅数分钟至数小时，有很强的生物活性，对细胞增殖、分化或其它细胞功能有明显的作用。细胞增殖、分化或其它细胞功能有明显的作用。激素和细胞因子没有本质区别，属细胞因子激素和细胞因子没有本质区别，属细胞因子的范畴。的范畴。集落刺激因子类（集落刺激因子类（CSFs）在造血祖细胞的半固体培养中，在不同的造在造血祖细胞的半固体培养中，在不同的造血细胞系列特异的因子作用下，长出不同系列的血细胞系列特异的因子作用下，长出不同系列的细胞集落，根据集落的不同，称为集落刺激因子细胞集落，根据集落的不同，称为集落刺激因子类（类（colonystimulatingfactor）。）。人类的人类的CSFs是一组低分子量的酸性蛋白，与是一组低分子量的酸性蛋白，与小鼠相应的小鼠相应的CSFs有不同的氨基酸序列同源性。有不同的氨基酸序列同源性。如如EPO、Multi-CSF（IL-3）EPO（Erythropoietin,红细胞生成素，红细红细胞生成素，红细胞集落刺激因子），最早发现的造血因子，重组胞集落刺激因子），最早发现的造血因子，重组的人类的人类EPO在临床大量使用，对肾性贫血有较好在临床大量使用，对肾性贫血有较好的疗效，是目前最有疗效的细胞因子之一。的疗效，是目前最有疗效的细胞因子之一。TPO(Thrombopoietin,血小板生成素，巨核血小板生成素，巨核细胞生长和发育因子细胞生长和发育因子)，该因子并非仅在成熟巨，该因子并非仅在成熟巨核细胞胞浆脱落产生血小板时才起作用，而是整核细胞胞浆脱落产生血小板时才起作用，而是整个血小板生成过程中必不可少的。个血小板生成过程中必不可少的。白细胞介素类（白细胞介素类（IL）白细胞介素（白细胞介素（interleukin）是由激活的白细）是由激活的白细胞产生的一类低分子量分泌蛋白。通常为糖基胞产生的一类低分子量分泌蛋白。通常为糖基化的，含化的，含 螺旋，无螺旋，无 折叠。有重要的免疫功能折叠。有重要的免疫功能和其他功能，其它细胞也能和其他功能，其它细胞也能产生。产生。Il-1（功能多，免疫调节核造血调节等）（功能多，免疫调节核造血调节等）Il-2（免疫应答的关键因子，（免疫应答的关键因子，T细胞生长因子）细胞生长因子）IL-4（主要生物学活性为刺激（主要生物学活性为刺激B细胞生长）。细胞生长）。转化生长因子族（转化生长因子族（TGF-s）是一类结构相似，生物活性相近，生是一类结构相似，生物活性相近，生物学作用广泛的细胞因子。是必不可少的细物学作用广泛的细胞因子。是必不可少的细胞因子（广泛存在于各种组织，胚胎发育早胞因子（广泛存在于各种组织，胚胎发育早期即出现，结构保守。用基因敲除法丧失期即出现，结构保守。用基因敲除法丧失TGF-基因的小鼠均基因的小鼠均“胎死宫中胎死宫中”。）。）肿瘤坏死因子（肿瘤坏死因子（TNF）包括两型：肿瘤坏死因子（包括两型：肿瘤坏死因子（TNF-）和淋）和淋巴毒素（巴毒素（TNF-）。）。TNF-由脂多糖诱导单核由脂多糖诱导单核-巨噬细胞产生，巨噬细胞产生，注射于肿瘤组织可引起瘤块出血性坏死。注射于肿瘤组织可引起瘤块出血性坏死。TNF在炎症核肿瘤中起重要作用。在炎症核肿瘤中起重要作用。干细胞生长因子（干细胞生长因子（SCF，MGF）造血干细胞生长的重要协同因子，在肥大造血干细胞生长的重要协同因子，在肥大细胞的增殖、分化中起重要作用。细胞的增殖、分化中起重要作用。SCF的主要生物血功能在造血调节方面，的主要生物血功能在造血调节方面，与其它造血因子联合作用有明显增强的集落与其它造血因子联合作用有明显增强的集落形成刺激作用，对成熟细胞没有作用。形成刺激作用，对成熟细胞没有作用。白血病抑制因子（白血病抑制因子（LeukemiainhibitoryfactorLIF）名不副实的多功能细胞因子，在不同组织有广泛名不副实的多功能细胞因子，在不同组织有广泛的作用，因而有许多名称，如：分化抑制因子，分的作用，因而有许多名称，如：分化抑制因子，分化诱导因子，胆碱能神经元的分化因子等。化诱导因子，胆碱能神经元的分化因子等。对白血病细胞增殖的抑制和促分化作用曾非常引对白血病细胞增殖的抑制和促分化作用曾非常引人注目，但长期动物实验结果显示并不能用作治疗人注目，但长期动物实验结果显示并不能用作治疗白血病。白血病。干扰素（干扰素（IFNs）IFN是个古老的基因，抗病毒作用和对细胞是个古老的基因，抗病毒作用和对细胞生长的调节作用。生长的调节作用。现知干扰素分两型三大类：现知干扰素分两型三大类：I型包括型包括IFN-和和IFN-，分别有白细胞和成，分别有白细胞和成纤维细胞产生，均有抗病毒作用。纤维细胞产生，均有抗病毒作用。II型为免疫型为免疫IFN或或IFN-，由细胞产生，无抗，由细胞产生，无抗病毒活性。病毒活性。神经生长因子神经生长因子(nervegroughfactor,NGF)最早发现的生长因子，是两条各有最早发现的生长因子，是两条各有118个氨基个氨基酸的相同肽链组成的二聚体蛋白质，由神经细胞酸的相同肽链组成的二聚体蛋白质，由神经细胞的靶细胞所分泌。除有神经系统的发育、生长和的靶细胞所分泌。除有神经系统的发育、生长和维持作用外，还有与炎症、创伤愈合、血小板形维持作用外，还有与炎症、创伤愈合、血小板形态变化等功能。态变化等功能。表皮生长因子（表皮生长因子（epidermalgrowthfactor,EGF）种类多，数量大，构成种类多，数量大，构成EGF家族。生物血活性十家族。生物血活性十分广泛，对多种组织来源的上皮细胞均有促增殖作用。分广泛，对多种组织来源的上皮细胞均有促增殖作用。前体分子大，是一个由前体分子大，是一个由1168个氨基酸组成的跨膜个氨基酸组成的跨膜蛋白，其中蛋白，其中53个氨基酸被切下成为有细胞外活性的个氨基酸被切下成为有细胞外活性的EGF信号分子。信号分子。成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子(FGF)既能刺激成纤维细胞生长，又对血管生长有强刺既能刺激成纤维细胞生长，又对血管生长有强刺激作用，激作用，是一个生长因子大家族。从进化上讲是一个生长因子大家族。从进化上讲FGF是高度保守的细胞因子，说明其功能的重要。是高度保守的细胞因子，说明其功能的重要。FGF有很强的诱发新毛细血管生长的能力，是强的有很强的诱发新毛细血管生长的能力，是强的血管生长因子，不仅与创伤修复有关，也与肿瘤的转血管生长因子，不仅与创伤修复有关，也与肿瘤的转移、浸润有关。移、浸润有关。血小板源生长因子（血小板源生长因子（platelet-derivedgrowthfactor,PDGF）亦名不副实，因为除血小板外，已发现多种转化细亦名不副实，因为除血小板外，已发现多种转化细胞或肿瘤细胞产生胞或肿瘤细胞产生PDGF，有些激活的正常细胞，如活，有些激活的正常细胞，如活化的血管内皮细胞也可产生。化的血管内皮细胞也可产生。PDGF主要作用于成纤维细胞、胶质细胞和血管平滑主要作用于成纤维细胞、胶质细胞和血管平滑肌细胞，促进结缔组织增生，在胚胎发育、创伤修复、肌细胞，促进结缔组织增生，在胚胎发育、创伤修复、肿瘤形成及炎性有关的纤维变性反应中起重要作用。肿瘤形成及炎性有关的纤维变性反应中起重要作用。胰岛素样生长因子（胰岛素样生长因子（Insulinlikegrowthfactor,IGFs）IGFs家族有两大类组成，家族有两大类组成，IGFs-I和和IGFs-II，其结构和体外活性相似，体内效应不同：，其结构和体外活性相似，体内效应不同：IGFs-I依赖生长激素的作用，依赖生长激素的作用，IGFs-II可能在胚可能在胚胎发育、肿瘤生长中起作用。胎发育、肿瘤生长中起作用。小小 结结生物膜的化学组成和基本结构生物膜的化学组成和基本结构生物膜的主要生物学意义生物膜的主要生物学意义细胞间相互作用的几种情况以及信息传递细胞间相互作用的几种情况以及信息传递ENDTHANKS