2017高考生物復習知識點：細胞通訊

　　21。第二信使(secondmessengers)

 

　　細胞表面受體接受細胞外信號后轉換而來的細胞內信號稱為第二信使，而將細胞外的信號稱為先進信使(firstmessengers)。

 

　　第二信使至少有兩個基本特性：①是先進信使同其膜受體結合后較早在細胞膜內側或胞漿中出現、僅在細胞內部起作用的信號分子；②能啟動或調節(jié)細胞內稍晚出現的反應信號應答。

 

　　第二信使都是小的分子或離子。細胞內有五種較重要的第二信使：cAMP、cGMP、1，2-二酰甘油(diacylglycerol，DAG)、1，4，5-三磷酸肌醇(inosositol1，4，5-trisphosphate，IP3)、Ca2+等。

 

　　第二信使在細胞信號轉導中起重要作用，它們能夠激活級聯系統中酶的活性，以及非酶蛋白的活性。第二信使在細胞內的濃度受先進信使的調節(jié)，它可以瞬間升高、且能助力降低，并由此調節(jié)細胞內代謝系統的酶活性，控制細胞的生命活動，包括：葡萄糖的攝取和利用、脂肪的儲存和移動以及細胞產物的分泌。第二信使也控制著細胞的增殖、分化和生存，并參與基因轉錄的調節(jié)。

 

　　22。GTP結合蛋白(GTPbindingprotein，G蛋白)

 

　　與GTP或GDP結合的蛋白質，又叫鳥苷酸結合調節(jié)蛋白(guaninenucleotide-bindingregulatoryprotein)。從組成上看，有單體G蛋白(一條多肽鏈)和多亞基G蛋白(多條多肽鏈組成)。G蛋白參與細胞的多種生命活動，如細胞通訊、核糖體與內質網的結合、小泡運輸、蛋白質合成等。

 

　　G蛋白偶聯系統中的G蛋白是由三個不同亞基組成的異源三體，三個亞基分別是α、β、γ，總相對分子質量在100kDa左右，β亞基為36kDa左右，γ亞基為8-11kDa左右。β、γ兩亞基通常緊密結合在一起，只有在蛋白變性時才分開，鳥苷結合位點位于α亞基上。此外，α亞基還具有GTPase的活性結構域和ADP核糖化位點。G蛋白屬外周蛋白，它們在膜的細胞質面通過脂肪酸鏈錨定在質膜上。G蛋白是一個大家族，目前研究得較多的是Gs(轉導激素對腺苷酸環(huán)化酶的活化過程)、Gi(轉導激素對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用)，另外還有其他的一些三體G蛋白。G蛋白有多種調節(jié)功能，包括Gs和Gi對腺苷酸環(huán)化酶的激活和抑制、對cGMP磷酸二酯酶的活性調節(jié)、對磷脂酶C的調節(jié)、對細胞內Ca2+濃度的調節(jié)等。另外還參與門控離子通道的調節(jié)。

 

　　23。PKA系統(proteinkinaseAsystem，PKA)

 

　　是G蛋白偶聯系統的一種信號轉導途徑。信號分子作用于膜受體后，通過G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶，產生第二信使cAMP后，激活蛋白激酶A進行信號的放大。故將此途徑稱為PKA信號轉導系統。如胰高血糖素和腎上腺素都是很小的水溶性的胺，它們在結構上沒有相同之處，并作用于不同的膜受體，但都能通過G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶，較后通過蛋白激酶A進行信號放大。

 

　　24。效應物(effector)

 

　　所謂效應物是指直接產生效應的物質，通常是酶，如腺苷酸環(huán)化酶、磷酸脂酶等，它們是信號轉導途徑中的催化單位。效應物通常也是跨膜糖蛋白。

 

　　25。腺苷酸環(huán)化酶(adenylatecyclase，AC)

 

　　腺苷酸環(huán)化酶是膜整合蛋白，它的氨基端和羧基端都朝向細胞質。AC在膜的細胞質面有兩個催化結構域，還有兩個膜整合區(qū)，每個膜整合區(qū)分別有6個跨膜的α螺旋。哺乳動物中已發(fā)現6個腺苷酸環(huán)化酶異構體。由于AC能夠將ATP轉變成cAMP，引起細胞的信號應答，故此，AC是G蛋白偶聯系統中的效應物。

 

　　26。蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)

 

　　又稱依賴于cAMP的蛋白激酶A(cyclic-AMPdependentproteinkinaseA)，是一種結構較簡單、生化特性較清楚的蛋白激酶。

 

　　PKA全酶分子是由四個亞基組成的四聚體，其中兩個是調節(jié)亞基(regulatorysubunit，簡稱R亞基)，另兩個是催化亞基(catalyticsubunit，簡稱C亞基)。R亞基的相對分子質量為49～55kDa，C亞基的相對分子質量為40kDa，總相對分子質量約為180kDa；全酶沒有活性。在大多數哺乳類細胞中，至少有兩類蛋白激酶A，一類存在于胞質溶膠，另一類結合在質膜、核膜和微管上。

 

　　激酶是激發(fā)底物磷酸化的酶，所以蛋白激酶A的功能是將ATP上的磷酸基團轉移到特定蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基上進行磷酸化，被蛋白激酶磷酸化了的蛋白質可以調節(jié)靶蛋白的活性。

 

　　一般認為，真核細胞內幾乎所有的cAMP的作用都是通過活化PKA，從而使其底物蛋白發(fā)生磷酸化而實現的。

 

　　27。PKC系統(proteinkinaseCsystem，PKCsystem)

 

　　由于該系統中的第二信使是磷脂肌醇，故此這一系統又稱為磷脂肌醇信號途徑(phosphatidylinositolsignalpathway)。

 

　　在這一信號轉導途徑中，膜受體與其相應的先進信使分子結合后，激活膜上的Gq蛋白(一種G蛋白)，然后由Gq蛋白激活磷酸脂酶Cβ(phospholipaseCβ，PLC)，將膜上的脂酰肌醇4，5-二磷酸(phosphatidylinositolbiphosphate，PIP2)分解為兩個細胞內的第二信使：二酰甘油(diacylglycerol，DAG)和1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)。IP3動員細胞內鈣庫釋放Ca2+到細胞質中與鈣調蛋白結合，隨后參與一系列的反應；而DAG在Ca2+的協同下激活蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)，然后通過蛋白激酶C引起級聯反應，進行細胞的應答，故此將該系統稱為PKC系統，或稱為IP3、DAG、Ca2+信號通路。

 

　　28。IP3受體(IP3receptor)

 

　　IP3受體是一種內質網通道蛋白，由四個相對分子質量為260kDa的糖蛋白組成的四聚體。四個亞基組成一個跨膜的通道，每個亞基都有IP3結合的部位，當3～4個部位被IP3占據時，受體復合物構象發(fā)生改變，打開離子通道，儲藏在內質網中的Ca2+隨即釋放，進入胞質溶膠。

 

　　29。蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)

 

　　蛋白激酶C是G蛋白偶聯受體系統中的效應物，在非活性狀態(tài)下是水溶性的，游離存在于胞質溶膠中，激活后成為膜結合的酶。蛋白激酶C的激活是脂依賴性的，需要膜脂DAG的存在，同時又是Ca2+依賴性的，需要胞質溶膠中Ca2+濃度的升高。當DAG在質膜中出現時，胞質溶膠中的蛋白激酶C被結合到質膜上，然后在Ca2+的作用下被激活。

 

　　同蛋白激酶A一樣，蛋白激酶C屬于多功能絲氨酸和蘇氨酸激酶。

 

　　蛋白激酶C能激活細胞質中的靶酶參與生化反應的調控，同時也能作用于細胞核中的轉錄因子，參與基因表達的調控，不過所調控的基因多與細胞的生長和分化相關。

 

　　30。鈣調蛋白(calmodulin)

 

　　鈣調蛋白是真核生物細胞中的胞質溶膠蛋白，由148個氨基酸組成單條多肽，相對分子質量為16。7kDa。鈣調蛋白的外形似啞鈴，有兩個球形的末端，中間被一個長而富有彈性的螺旋結構相連，每個末端有兩個Ca2+結構域，每個結構域可以結合一個Ca2+，這樣，一個鈣調蛋白可以結合4個Ca2+，鈣調蛋白與Ca2+結合后的構型相當穩(wěn)定。在非刺激的細胞中鈣調蛋白與Ca2+結合的親和力很低；然而，如果由于刺激使細胞中Ca2+濃度升高時，Ca2+同鈣調蛋白結合形成鈣-鈣調蛋白復合物(calcium-calmodulincomplex)，就會引起鈣調蛋白構型的變化，增強了鈣調蛋白與許多效應物結合的親和力。

 

　　31。受體酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase，RTKs)

 

　　RTKs是較大的一類酶聯受體，它既是受體，又是酶，能夠同配體結合，并將靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化。所有的RTKs都是由三個部分組成的：含有配體結合位點的細胞外結構域、單次跨膜的疏水α螺旋區(qū)、含有酪氨酸蛋白激酶(RTK)活性的細胞內結構域。

 

　　已發(fā)現50多種不同的RTKs，主要的幾種類型包括：

 

　�、俦砥ど�長因子(epidermalgrowthfactor，EGF)受體；

 

　�、谘�小板生長因子(platelet-derivedgrowthfactor，PDGF)受體和巨噬細胞集落刺激生長因子(macrophagecolonystimulatingfactor，M-CSF)；

 

　�、垡葝u素和胰島素樣生長因子-1(insulinandinsulin-likegrowthfactor-1，IGF-1)受體；

 

　�、苌窠浬�長因子(nervegrowthfactor，NGF)受體；

 

　　⑤成纖維細胞生長因子(fibroblastgrowthfactor，FGF)受體；

 

　�、扪�管內皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor，VEGF)受體和肝細胞生長因子(hepatocytegrowthfactor，HGF)受體等。

 

　　受體酪氨酸激酶在沒有同信號分子結合時是以單體存在的，并且沒有活性；一旦有信號分子與受體的細胞外結構域結合，兩個單體受體分子在膜上形成二聚體，兩個受體的細胞內結構域的尾部相互接觸，激活它們的蛋白激酶的功能，結果使尾部的酪氨酸殘基磷酸化。磷酸化導致受體細胞內結構域的尾部裝配成一個信號復合物(signalingcomplex)。剛剛磷酸化的酪氨酸部位立即成為細胞內信號蛋白(signalingprotein)的結合位點，可能有10～20種不同的細胞內信號蛋白同受體尾部磷酸化部位結合后被激活。信號復合物通過幾種不同的信號轉導途徑，擴大信息，激活細胞內一系列的生化反應；或者將不同的信息綜合起來引起細胞的綜合性應答（如細胞增殖）。

 

　　32。胰島素受體(insulinreceptor)

 

　　胰島素受體是一個四聚體，由兩個α亞基和兩個β亞基通過二硫鍵連接。兩個α亞基位于細胞質膜的外側，其上有胰島素的結合位點；兩個β亞基是跨膜蛋白，起信號轉導作用。無胰島素結合時，受體的酪氨酸蛋白激酶沒有活性。當胰島素與受體的α亞基結合并改變了β亞基的構型后，酪氨酸蛋白激酶才被激活，激活后可催化兩個反應∶①使四聚體復合物中β亞基特異位點的酪氨酸殘基磷酸化，這種過程稱為自我磷酸化(autophosphorylation)；②將胰島素受體底物(insulinreceptorsubstrate，IRSs)上具有重要作用的十幾個酪氨酸殘基磷酸化，磷酸化的IRSs能夠結合并激活下游效應物。

 

　　33。胰島素受體底物(insulinreceptorsubstrate，IRSs)

 

　　能夠被激活的胰島素受體酪氨酸激酶作用的底物，其上具有十幾個酪氨酸殘基可被磷酸化，磷酸化的IRSs能夠結合并激活下游效應物。

 

　　IRSs在被胰島素受體磷酸化以后，如同一塊“磁鐵”與那些具有SH2結構域的蛋白結合，根據所結合蛋白的具體結構產生不同的效應，如激活SH2蛋白的酶活性、改變蛋白質構型并同另外的蛋白結合或者引起蛋白質從細胞的一個部位轉移到另一個部位。

 

　　已知有三種胰島素受體酪氨酸激酶作用的底物(IRSs)。先進種是胰島素受體底物1(IRS1)，是一種蛋白質，其上有多個(至少8個)可被受體激酶磷酸化的位點，磷酸化后可同多種效應物結合，包括：PI(3)K、Syp(一種磷酸酪氨酸磷酸酶)、Nck(一種連接蛋白)、GRB2(growthfactorreceptor-boundprotein2，一種通過SH2同磷酸化的酪氨酸結合的連接蛋白)。第二種是Shc(是通過cDNA克隆篩選到的編碼SH結構域的基因的蛋白產物)，也是一種連接蛋白。Shc的酪氨酸被磷酸化后能夠同GRB2結合，然后激活Ras，觸發(fā)細胞的增殖。第三種底物是IRS2。IRS2的酪氨酸被磷酸化后能夠同磷脂酰肌醇-3-激酶結合，將該酶激活，并影響磷脂的代謝。

 

　　34。SH結構域(SHdomain)

 

　　SH結構域是“Src同源結構域”(Srchomologydomain)的縮寫(Src是一種癌基因，較初在Roussarcomavirus中發(fā)現)。這種結構域是能夠與受體酪氨酸激酶磷酸化殘基緊緊結合，形成多蛋白的復合物進行信號轉導。

 

　　SH2大約由100個氨基酸組成。SH2結構域能夠與生長因子受體(如PDGF和EGF)自我磷酸化的位點結合。

 

　　含有SH2結構域的蛋白也常常含有SH3結構域。SH3結構域較初也是在Src中鑒定到的由50個氨基酸組成的組件，后來在其他一些蛋白質中也發(fā)現了SH3結構域。SH3能夠識別富含脯氨酸和疏水殘基的特異序列的蛋白質并與之結合，從而介導蛋白與蛋白相互作用。

 

　　35。表皮生長因子(epidermalgrowthfactor，EGF)

 

　　表皮生長因子是一種小肽，由53個氨基酸殘基組成，是類EGF大家族的一個成員。EGF同應答細胞表面的特異受體結合，一旦結合，便促進受體二聚化并使細胞質位點磷酸化。被激活的受體至少可與5種具有不同信號序列的蛋白結合，進行信號轉導。EGF能夠廣泛促進細胞的增殖。

 

　　36。EGF受體(EGFreceptor)

 

　　EGF受體是一種糖蛋白，廣泛分布于哺乳動物的上皮細胞、人的成纖維細胞、膠質細胞、角質細胞等。EGF受體是一條含有1186個氨基酸殘基的多肽鏈，相對分子質量為170kDa，由三個部分組成：①很大的細胞外結構域：約621個氨基酸殘基，富含半胱氨酸(51個)，并形成多對二硫鍵，其上結合有糖基，是EGF結合的位點。②跨膜區(qū)∶由23個氨基酸殘基組成；③細胞質結構域，由542個氨基酸殘基組成，含有無活性的酪氨酸激酶和幾個酪氨酸磷酸化的位點。

 

　　37。Ras蛋白(Rasprotein)

 

　　Ras是大鼠肉瘤(ratsarcoma，Ras)的英文縮寫。Ras蛋白是原癌基因c—ras的表達產物，相對分子質量為21kDa，屬單體GTP結合蛋白，具有弱的GTP酶活性。Ras蛋白的活性狀態(tài)對細胞的生長、分化、細胞骨架、蛋白質運輸和分泌等都具有影響，其活性則是通過與GTP或GDP的結合進行調節(jié)。

 

　　Ras的活性受兩個蛋白的控制，一個是鳥苷交換因子(guaninenucleotideexchangefactor，GEF)，它的作用是促使GDP從Ras蛋白上釋放出來，取而代之的是GTP，從而將Ras激活，GEF的活性受生長因子及其受體的影響。另一個控制Ras蛋白活性的是GTP酶激活蛋白(GTPaseactivatingprotein，GAP)，存在于正常細胞中，主要作用是激活Ras蛋白的GTP酶，將結合在Ras蛋白上的GTP水解成GDP，成為失活型的Ras蛋白—GDP。所以在正常情況下，Ras蛋白基本上都與GDP結合在一起，定位在細胞質膜內表面上。

 

　　38。Grb2蛋白(growthfactorreceptor-boundprotein2)

 

　　Grb2是生長因子受體結合蛋白2，又叫Ash蛋白。該蛋白參與細胞內各種受體激活后的下游調節(jié)。它能夠直接與激活的表皮生長因子受體磷酸化的酪氨酸結合，參與EGF受體介導的信號轉導，也能通過與Shc磷酸化的酪氨酸結合間接參與由胰島素受體介導的信號轉導。Grb2能夠同時與Shc、Sos結合形成Shc-Grb2-Sos復合物，并將Sos激活，激活的Sos與質膜上的Ras蛋白結合，并將其激活，引起信號級聯反應。

 

　　Grb2蛋白含有一個SH2結構域和兩個SH3結構域，屬SH蛋白。

 

　　39。Sos蛋白(Sosprotein)

 

　　Sos蛋白是編碼鳥苷釋放蛋白的基因sos的產物（sos是sonofsevenless的縮寫）。Sos蛋白在Ras信號轉導途徑中的作用是促進Ras釋放GDP，結合GTP，使Ras蛋白由非活性狀態(tài)轉變?yōu)榛钚誀顟B(tài)，所以，Sos蛋白是Ras激活蛋白。

 

　　Sos蛋白不含SH結構域，不屬于SH蛋白。

 

　　40。信號趨異(divergence)

 

　　信號趨異是指同一種信號與受體作用后在細胞內分成幾個不同的信號途徑進行傳遞，較典型的是受體酪氨酸激酶的信號轉導。

 

　　在EGF受體酪氨酸激酶信號轉導中，EGF與受體結合后導致受體細胞內結構域特定部位的酪氨酸自我磷酸化，形成磷酸酪氨酸。新形成的磷酸酪氨酸作為SH2結構域的錨定位點，將具有SH2結構域的不同效應物激活。由于這些效應物自身的功能不同，因而引起不同的信號轉導。如Grb2作為接頭蛋白將信號經Sos蛋白傳給Ras，引起MAP激酶的級聯系統的信號轉導。另一種具有SH2結構域的效應物是磷脂酶Cγ，通過SH2與磷酸酪氨酸結合并被激活后可使PIP2水解產生兩種第二信使，通過與Ras不同的信號轉導途徑進行信號轉導。另外，PI(3)K和Src也是具有SH2結構域并能被EGF磷酸酪氨酸激活的效應物，但是引起的信號轉導途徑不同。