中大考研专业课暑期班讲义生科院Word格式文档下载.docx
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1保护,如在消化道、呼吸道、生殖腺的上皮细胞,有助于润滑,纺织机械损伤,防止不受消化酶的作用以及细菌的入侵
2参与细胞与环境的互作,参与细胞与环境的物质交换,参与细胞识别以及细胞增殖的接触抑制。
植物的细胞外结构:
细胞壁
作用:
1提供机械强度
2保护植物不受机械损伤和渗透势的伤害
3保护植物细胞不受细菌和真菌的伤害
4对植物形态有决定作用
5作为通透屏障在植物的代谢和分泌中起作用
成分:
纤维素、半纤维素、果胶、木质素、糖蛋白
初生细胞壁和次生细胞壁:
中间层:
主要是果胶,连个细胞共有,连接两个细胞
初生细胞壁:
多种成分,具有弹性,在植物细胞的进一步成长过程中扩展
次生细胞壁:
纤维素和木质素,增加强度和厚度
G+的细胞壁:
主要成分:
1肽聚糖:
形成交联的三维网状,增加强度,维持型态
2磷壁酸:
与胞壁质的骨架分子结合,稳定质膜,调节某些酶的活力。
G-(与阳性菌的差别):
1胞壁质薄,交联程度低,因此硬度差
2含有两层细胞膜,内层为典型的磷脂膜,外层的在胞壁质的外面,含有脂多糖,因此外层的渗透性高。
细胞外基质:
1蛋白聚糖
2结构蛋白:
胶原和弹性纤维
3粘连蛋白:
纤粘连蛋白和层粘连蛋白
动物细胞外的基质主要是胶原;
植物细胞外的基质主要是细胞壁;
二者的共同点是都具有长长的坚硬的纤维,包埋在两性的基质中,基质中充满了糖蛋白或多糖。
功能:
1决定器官组织的形态以及保护功能
2参与信号传导
3参与细胞的分化
重复的二糖单位构成的无分支长链—糖胺聚糖以共价方式连接线性多肽。
透明质酸:
重要的糖胺聚糖,既可以参与蛋白聚糖的形成也可以也是唯一可以游离存在。
主要功能是抗压。
蛋白聚糖的功能:
1糖胺聚糖含有大量的负离子,可以吸引阳离子,进而吸引水分子,使基质成为多孔的吸水的胶状物,使细胞表面有较大的可塑性,从而具有抗挤压的能力,其保护作用。
2透明质酸可以提高体液的粘度和润滑性
3蛋白聚糖还参与细胞的分化和迁移,也与癌变有关
胶原的特点:
1最重要的水不溶性纤维蛋白构成的细胞外基质的骨架
2在细胞外基质中形成半晶体的纤维,给细胞提供张力和弹性
3在细胞迁移和发育中起作用
胶原蛋白的基本结构是原胶原,原胶原肽链的一级结构只有(Gly—x—y)重复序列。
各类胶原均具有2个特征:
(1)均由三条肽链组成
(2)各类胶原蛋白的氨基酸组成完全不同
胶原的合成:
在成纤维细胞的内质网中组装,继续于高尔基体,完成于细胞外
(1)合成原α链,仅仅是含有信号肽的原初肽链
(2)在内质网腔和高尔基体中被羟基化、糖基化,形成前体肽
(3)在高尔基体中三股肽链自我组装成前胶原
(4)前胶原在高尔基体翻面网络中通过分泌小泡被分泌到细胞外
(5)两种专一性不同的蛋白水解酶切除N、C端的前肽,原胶原合成肌原纤维
胶原的作用:
1提供了水不溶性的框架,决定了细胞外基质的机械性质
2保持皮肤及其他组织的强度,使具有弹性
3骨、肌腱和皮肤的主要蛋白,提供刚性和抗张力
4有促进生长的作用
弹性蛋白:
1弹性纤维的主要成分,主要存在于韧带和脉管壁
2赋予组织以弹性
3组织的弹性通过散布在弹性纤维中的胶原的数量来控制
粘连蛋白:
将细胞外基质和细胞联系起来的桥梁,分纤粘连蛋白和层粘连蛋白两种。
纤粘连蛋白由可分为两类:
1.以颗溶形式存在于血液和各种体液中的称血浆纤粘连蛋白
2.以不可溶形式存在于细胞外基质和细胞之间以及细胞表面的为细胞纤粘连蛋白
FN的结构:
高分子量糖蛋白,呈V型
1接到细胞粘着以及细胞与基质的结合
2影响细胞的迁移,参与伤口的愈合且与癌细胞的扩散有密切关系
层粘连蛋白(LN):
基膜的主要成分,且为其所特有的非胶原糖蛋白。
1作为基膜的主要成分,对基膜的组装起关键作用
2在细胞表面形成网络结构并将细胞固定在基膜上
3在细胞发育过程中刺激细胞的粘着和细胞运动
4刺激胚胎中神经轴的生长,以及成年动物神经细胞的成生和再生
5与纤粘连蛋白一样,影响细胞的生长和分化
基膜:
1对组织结构起支持作用
2是渗透性的障碍,调节分子和细胞的运动
3肾细胞中可作为过滤膜,允许小分子物质进入尿液留下蛋白质
4在表皮细胞下的基膜则一方面防止结缔组织进入表皮,一方面允许白细胞的自由移动
5组织某些游动癌细胞的入侵
整联蛋白:
属于膜整合蛋白家族,是细胞外基质受体,但是与受体蛋白的区别是与配体结合的能力很低,但是浓度却是其他受体的10—100倍
整联蛋白的结构和功能:
是跨膜的异质二聚体
1整联蛋白除了将细胞外基质和细胞连接外,
2还将细胞内的骨架网络和细胞外基质连成一个整体,整联蛋白本身作为跨膜的接头,在细胞外基质和细胞内肌动蛋白骨架之间起双向联络作用。
3同时还将细胞外信号向细胞内传递,这种传递是通过构型变化实现的
钙粘着蛋白:
1.E-粘着蛋白,存在于表皮
2.N-粘着蛋白,存在于神经
3.P-粘着蛋白,存在于胚盘
细胞间的粘着主要是靠粘着蛋白,细胞识别是糖的作用。
因为糖蛋白和糖脂中侧链虽然很短,但他们能以不同的方式结合,所以能够形成不同的识别基团。
细胞识别引起的细胞反应:
吞噬、细胞粘着、信号反应
凝集素:
植物动物细胞都能分泌的,可以与糖结合,具有一个以上的同糖结合的位点,能够参与细胞的识别与粘着。
细胞粘着:
在细胞识别的基础上,同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程叫细胞粘着。
引起细胞粘着的主要是膜蛋白,参与细胞粘着的分子称为细胞粘着分子,按作用方式可分为三类:
1免疫球蛋白超家族
2钙粘着蛋白超家族
3选择蛋白超家族
其中只有免疫球蛋白超家族不是钙依赖性的,钙粘着蛋白超家族是最广泛存在的
细胞粘着的方式:
1同种细胞粘着分子相互介导粘着
2异种粘着分子互补的介导粘着
3中介分子(如凝集素)介导的与细胞表面分子互补的作用
钙粘着蛋白介导的细胞粘着:
介导相同细胞间的相互粘着,通过双方细胞表面的钙粘着蛋白的相互作用,也就是同嗜性的细胞粘着,即所谓的“自我粘着”。
钙调蛋白常以二聚体的形式或二聚体从的形式介导细胞间的粘着,因为这样细胞间的粘着力更强
选择蛋白介导的细胞粘着:
结构:
能够识别另一个细胞表面伸展出来的特异的糖基团,并与之特异性的结合,因此也是细胞表面受体。
具有一个小的细胞内的结构域,一单次跨膜结构域,以及一个长的细胞外片段,其中包含若干结构域,最外端是具有凝集素作用的结构域。
主要介导循环系统中白细胞在有炎症和血块的血管壁的暂时性相互作用。
免疫球蛋白与整联蛋白介导的细胞粘着:
免疫球蛋白粘着分子即可以介导同嗜性的细胞粘着(非钙依赖性的),也可以介导异嗜性的细胞粘着(钙依赖性的)。
细胞连接:
细胞间了长期的组织上的联系,通常需要较复杂的结构,这种结构称为细胞连接。
类型:
紧密连接(封闭);
粘着连接(粘着);
间隙连结(通讯)
紧密连接:
存在部位:
上皮细胞顶端两相邻细胞间
结构特征:
紧密连接处的细胞质膜几乎融合,并紧密联结在一起,再融合部位两细胞间没有孔隙,因此完全封闭了连接处的液体流动。
1连接细胞
2防止物质的双向渗透
3限制了膜蛋白的脂分子层的流动,维持细胞极性
对离子隔离作用的大小与紧密连接中封闭所的数目有关
斑块连接:
共同特点:
通过细胞内侧的斑块与细胞骨架连接起来
分类:
与肌动蛋白连接,粘着带、粘着斑
与中间纤维连接,桥粒、半桥粒
粘着带和粘着斑的区别:
涉及细胞之间的连接则为带,细胞与基质之间的连接为斑——根本区别
1参与粘着带的是钙粘着蛋白,参与粘着斑的是整联蛋白
2粘着带连接是两细胞膜外表面钙粘着蛋白之间的连接,粘着斑是整联蛋白与细胞外基质中的粘连蛋白的结合
粘着连接的两个功能:
1将细胞与细胞或细胞与基质连接起来
2通过膜整合蛋白与肌动蛋白相连,给细胞传递一种信号,然后通过细胞内的信号分子将信号放大
桥粒:
如果细胞是通过中间纤维连接到细胞骨架上,则这种连接方式称为桥粒连接。
是通过钙粘着蛋白将相邻细胞连接起来,但是形态不同,分别是桥粒芯蛋白,桥粒芯胶粘蛋白。
半桥粒与桥粒的不同:
1参与连接的跨膜蛋白不是钙粘连蛋白,而是整联蛋白
2不是细胞之间的连接,而是细胞和基质之间的连接
增加了细胞的机械强度;
分散机械拉力;
通过与细胞骨架的结合形成了组织网络和组织整体。
通讯连接:
4个或6个亚基形成连接子,相邻细胞的连接子对接形成水性通道间隙;
连接介导细胞通讯;
调节:
受细胞质中钙和氢离子浓度的调节。
第五章细胞通讯
本章从以下5个方面讨论了细胞通讯的方式和基本特点:
1.细胞通讯的基本特点
2.G蛋白偶联受体及信号转导
3.酶联受体信号转导
4.其它信号转导途径
5.信号的整合、调节与终止
本章计划4学时:
1~4节各3学时,最后一节1学时。
细胞通讯是指在多细胞生物体的细胞社会中,细胞间或细胞内通过高度精确和高效地接收信息的通讯机制,并通过放大引起快速的细胞生理反应,或者引起基因活动,而后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动,使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反应。
1.关于细胞通讯的基本特点,主要掌握三个问题:
信号分子(包括第二信使)及其性质和特点、受体的类型和研究方法、信号分子与受体的相互作用。
2.在G蛋白偶联受体及信号转导一节中,重点掌握PKA和PKC两个系统进行信号转导的机理,包括系统的组成、第二信使的产生、信号的级联放大、信号的解除等。
另外,对三体G蛋白的结构、循环机制应有较深地理解和认识。
3.对于酶联受体信号转导系统,主要是学习和掌握该系统的转导机制,以及各种不同的信号因子受体被激活和作用的特点。
重点理解受体酪氨酸激酶/Ras途径及引起的反应,特别是Ras蛋白的激活及所涉及的相关因子。
4.在信号的汇集、趋异与窜扰一节中介绍了信号转导途径的汇集、信号趋异、信号转导途径间的窜扰等现象,通过本节的学习,理解细胞的信号传导是一个综合性的反应,不应孤立地看待一个个的信号反应。
本章的重点是G蛋白偶联受体及信号转导、酶联受体信号转导、信号的整合、调节与终止。
细胞通讯的三种方式:
(1)通过信号分子
(2)通过细胞表面分子的粘着
(3)通过细胞与细胞外基质的粘着
又可分为两大类:
(1)依赖细胞接触的通讯
(2)不依赖细胞接触的通讯
细胞通讯的基本过程:
(1)信号分子的合成
(2)信号分子分泌到细胞外
(3)信号分子的运输
(4)细胞表面受体对信号分子的识别与检测
(5)信号的转移,产生细胞内信号
(6)细胞内信号作用于效应分子,并级联放大从而引起一系列的变化,包括生长、代谢、基因表达
(7)信号终止
信号分子与信号传导方式的分类:
激素,神经递质,局部介质
激素又分为三类:
1蛋白与肽类激素:
脂作用与细胞表面的受体
2类固醇激素:
光面内质网中合成;
作用与细胞质以及核膜上的受体
3氨基酸衍生物激素:
酪氨酸衍生而来的小分子;
肾上腺素(作用与膜受体),甲状腺素(作用与细胞内受体
局部介质:
生长因子与淋巴因子
神经递质:
神经细胞的特殊部位突触释放出来的信号分子
神经递质作用的特点:
(1)释放前,突触必须与靶细胞离得很近
(2)必须产生电信号
(3)作用快,部位精确,亲和力低
受体:
任何能够同激素、神经递质、药物或者细胞内的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
表面受体多为功能性糖蛋白,但是,霍乱毒素和百日咳毒素受体是糖脂,甲状腺受体是糖蛋白和糖脂的混合物。
细胞膜上的受体主要分为三类:
(结构特点:
是一条多肽链,具有7个α螺旋跨膜区;
包括视紫红质和嗅觉受体)
1离子通道受体
2G-蛋白偶联受体
3酶联受体(特点:
受体本身既是受体又是酶,与信号分子结合后便具有酶的活性,并将信号放大)。
分为两类:
非酪氨酸激酶受体,细胞质内结构域无催化活性
酪氨酸激酶受体:
受体酪氨酸激酶、受体苏氨酸/丝氨酸激酶,作用与自身结构的磷酸化,从而结合细胞质内的其他细胞质酶。
表面受体超家族又可分为三类:
(1)单次跨膜
(2)7次跨膜
(3)多亚基跨膜
配体与受体结合的特点:
1特异性2高亲和性
3饱和性4可逆性
5可以引起生理反应
信号分子与受体结合的复杂性
1一种信号分子只能与一种受体作用,但是可以作用于不同的靶细胞,引起多种反应
2细胞表面有几十种甚至上千种不同的受体与基质中的信号分子同时作用,细胞必须对多种信号进行协调综合
信号转导:
细胞表面受体通过某种机制将外部的信号转为内部信号称为信号转导
信号转导的2个途径:
1.G-蛋白偶联方式
2.配体激活受体的酶活性
级联作用的机理:
各种生化反应途径中,上有蛋白对下游蛋白的活性的调节主要是通过添加或去除磷酸基团,从而引起下游蛋白的构形而实现的,因此生化途径的主要成员是蛋白激酶和磷酸酶,可以引起所有活性的快速变化或者迅速复原。
级联放大作用的两个优越性:
1.同一个级联的所有具有催化活性分子的酶受同一个分子调控
2.通过级联方法,使引起同一级联反应的信号得到最大限制的放大
级联放大的其他作用:
1.信号的转移,由外而内
2.信号的转化,信号转化为引起细胞应答的分子
3.信号的分散
4.级联各步骤均受一些因子的调节,因此级联反应的最终效应还是细胞内外的条件来决定
第二信使的两个基本特性:
1.第一信使同膜结合后最先出现在细胞膜内侧或细胞浆中,只在细胞内侧起作用的信号分子
2.能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答
五种最重要的第二信使:
cAMP;
Ca2+;
cGMP;
1,2—二酰甘油DAG;
1,4,5—三磷酸肌醇IP3
G-蛋白偶联受体的2个特点
1.结构组成:
7次跨膜受体,G-蛋白,效应器
2.产生第二信使
参与G—蛋白循环的三种蛋白
1.GTPase激活蛋白:
加速GTP的水解速度
2.鸟苷交换因子:
促进GDP从G蛋白上解离
3.鸟苷解离抑制蛋白:
抑制GDP从G蛋白上的释放,保持G蛋白处于无活性的状态
PKA系统:
cAMP作为第二信使主要通过激活蛋白激酶A进行信号放大,故将cAMP引起的信号转导系统称为PKA系统。
G-蛋白偶联受体跨膜信号转导机理:
(1)G-蛋白被受体激活:
配体与受体结合引起受体的构型改变,从而提高与G蛋白结合的能力,这是信号分子唯一的功能。
结合由配体的受体在细胞质面与G蛋白结合,形成受体—G蛋白复合物。
与受体结合的G蛋白α亚基释放GDP,与GTP结合,从而使G蛋白具有活性。
(2)G蛋白将信号向效应物转移:
GTP取代GDP,使α亚基构型发生变化,β、γ亚基离开,与GTP结合的α亚基单独向效应物移动,并激活效应物使其产生第二信使。
只要α亚基-GTP与效应物结合,就会不断产生第二信使,而β、γ亚基复合物可以激活下游别的效应物。
(3)应答的终结:
与α亚基结合的GTP水解成GDP的时候信号转导就会终止,GTP水解的速度决定着信号转导的时间和强度。
α亚基本身有水解GTP的能力,只是微弱,可以同GAP结合以加快速率,从而使α亚基—GDP与β、γ亚基再结合,成为非活性的复合物。
激活型的配体与激活型的受体结合,经激活型的G蛋白去激活腺苷酸环化酶,以提高cAMP的浓度;
抑制型的配体与抑制型的受体结合,经抑制型的G蛋白去抑制腺苷酸环化酶,以降低cAMP的浓度。
蛋白激酶A(PKA):
全酶共有四个亚基,2个调节亚基,2个催化亚基,全酶无活性。
一类在胞质溶胶中,一类在核膜、质膜、微管上
作用机理:
蛋白激酶A的功能是将ATP的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化,被蛋白激酶磷酸化的蛋白质可以调节靶细胞的活性
蛋白激酶既有细胞质功能又有细胞核功能
PKC系统:
组成与作用机理:
G蛋白为Gq,由Gq激活磷酸酯酶Cβ(效应物),令其将细胞质膜中的脂酰肌醇4,5-二磷酸分解成脂酰甘油(DAG)和1,4,5—三磷酸肌醇(IP3),IP3动员Ca2+库释放Ca2+,而DAG与Ca2+共同作用激活蛋白激酶C,通过蛋白激酶C引起级联反应。
关键反应是PIP2水解成DAG和IP3;
由于蛋白激酶C是由Ca2+与DAG共同作用的结果,所以Ca2+也是此反应的第二信使。
磷脂酶C的激活:
与腺苷酸环化酶的激活一致;
Ca2+的释放:
IP3在细胞中扩散,与内质网中的IP3受体结合,使IP3门控Ca2+通道打开,释放其中的Ca2+,使Ca2+的浓度增加。
蛋白激酶C的激活:
蛋白激酶C的激活是脂依赖性的,需要DG的存在:
无活性的蛋白激酶C是水溶性的,有活性的蛋白激酶C则成为膜结合的酶,所以只有当DG出现的时候才为其提供了结合位点;
蛋白激酶C的激活也是钙依赖性的:
蛋白激酶结合到膜上后,要有钙结合上去词可以激活其功能。
蛋白激酶C的作用机理:
与蛋白激酶A一样
蛋白激酶C的功能:
1.在肝细胞中与PKA协作,代谢糖原
2.在肌细胞中,抑制肌生成素与DNA的结合,阻止其分化为肌细胞
对基因的调控:
1.将与基因表达结合的抑制蛋白磷酸化,使其释放出基因调控蛋白,令其进入细胞核进行基因的特异表达
2.激活级联反应,使激活的蛋白激酶磷酸化,并激活1个特异基因表达的调控蛋白
细胞中Ca2+的低浓度的维持:
1.膜对Ca2+是高度不通透的
2.质膜和内质网膜上有将其泵出细胞或泵进内质网的运输系统
3.Ca2+通过膜通道扩散,可以使细胞中的Ca2+浓度快速升高
钙调蛋白:
钙可以与多种蛋白结合,然后通过这样的复合物去激活靶蛋白的活性。
其中一种即钙调蛋白,可以结合4个Ca2+,并且可以与cAMP、磷酸二酯酶、蛋白激酶作用,其中最重要的一种作用能够对象即CaM-蛋白激酶(钙调蛋白依赖性蛋白激酶),与记忆有关。
植物中Ca2+的作用:
控制气孔的开关等
鸟苷酸环化酶受体:
受体的特点:
受体本身就是鸟苷酸环化酶,细胞外部分有同信号结合的位点,细胞内部分幼鸟苷酸环化酶的催化结构域,可以催化GTP生成cGMP,cGMP可以激活蛋白激酶G,蛋白激酶G可以是特定的蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。
此途径的第二信使是cGMP。
cGMP介导的信号转导
心房促尿钠排泄因子类激素,血压升高时,由心房肌细胞分泌
降低血压
PKG:
cGMP的靶蛋白是依赖于cGMP的蛋白激酶G(PKG)
是一种二聚体,由一个催化亚基和一个同cGMP结合的调节亚基,作用的底物:
组蛋白,磷酸化酶激酶,糖原合成酶,丙酮酸激酶,胆固醇水解酶。
受体酪氨酸激酶(RTKs):
最大的一类酶联表面受体
特点:
即是受体又是酶,同配体结合,将靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化
组成:
1.含有配体结合位点的细胞外结构域
2.单次跨膜的疏水α螺旋区
3.含有酪氨酸蛋白激酶(RTK)活性的细胞内结构域
RTKs的主要类型:
1.表皮生长因子受体:
EGF
2.血小板生长因子受体:
PDGF
3.胰岛素和胰岛素样生长因子受体:
IGF-1
4.神经生长因子受体:
NGF
5.成纤维细胞生长因子受体:
FGF
6.血管内皮生长因子受体:
VEGF
受体酪氨酸激酶的激活:
两个单体形成二聚体,细胞内的结构域的尾部被磷酸化,然后二聚体细胞内的结构域装配成一复合结构,信号途径主要是细胞核,不同的酪氨酸激酶可形成不同的信号蛋白集群。
·
胰岛素受体:
四聚体,2个α亚基在外,2个β亚基跨膜。
胰岛素结合后激活酪氨酸激酶,发生两个反应:
(1)使β亚基的胞内结构域酪氨酸自我磷酸化
(2)对至少两个胰岛素受体底物(IRSs)上十几个磷酸化位点,使之结合并激活下游效应物
SH2域:
一种与磷酸化的酪氨酸基元具有高亲和力的位点,IRS被磷酸化后,可与具有SH2的蛋白结合,产生不同效应
EGF受体:
一种糖蛋白,单体,三个结构域,胞内域由赖氨酸激酶域和自我磷酸化域组成。
受体的激活:
两个单体形成二聚体,自我磷酸化。
酪氨酸激酶域先被激活。
磷酸化的受体末端可同磷脂酶C作用,也可通过一接头蛋白扩大信息
Ras蛋白信号传递途径
原癌基因C-RAS表达产物RAS的介导过程:
胞外信号→受体→Ras→Raf1→MAPKKK→MAPKK(MEK)→MAPK→转录因子→激活靶基因→细胞应答和效应
此通路同EGF受体有关。
Ras蛋白分子量21000,有GTP酶活性。
GTP酶激活蛋白,使RAS蛋白的GTP酶激活,降解与其结合的GTP,变为失活型的RAS蛋白—GDP,正常时,RAS蛋白基本上与GDP结合,定位在细胞膜内表面。
RAS的作用:
RAS变异使GAP不能识别与激活RAS蛋白的GTP酶活性,能与GTP结合,使之增殖过分。
NO:
NO的合成:
乙酰胆碱同内皮细胞外表面结合,使细胞之中Ca2+的浓度增加,Ca2+进入细胞质后,激活NO合酶,激活的NO合酶可以利用精氨酸生成NO。
NO的信使作用:
NO可以跨国细胞膜扩散到邻近的平滑肌细胞,并将鸟苷酸环化酶激活,催化GTP生成cGMP。
cGMP是重要的第二信使,可以引起肌细胞松弛和血管舒张反应。
因为NO的半衰期很短,所以它只能作用到邻近的细胞。
NO的功能:
1.减轻心脏的工作压力,减少心肌对氧的需要