细胞膜的受体及其信号转导

机体各种器官、组织和细胞的活动是相互联系的,通过神经和体液调节彼此协调成为有机整体,并与内、外环境相适应。因此,无论是神经调节还是体液调节,都必然要求信息在细胞间的传递畅通无阻,才能实现它们的调节作用。

(一)受体的概念及分类

受体(receptor)是位于质膜或细胞内能与胞外信号物质结合并能引起特定生物效应的大分子物质。受体也是刺激信号作用于细胞发挥调节作用的第一个环节,换句话说受体是细胞接受刺激的“门户”。依照受体的结构及跨膜信号转导方式通常将受体分为4种基本类型:G-蛋白耦联受体、具有酶活性的受体、离子通道型受体及核受体。

(二)受体与配体结合的主要特征

配体(ligand)是指能与受体结合的特异性物质,通常是体内的各种化学信号如激素或递质。其中除少数以单纯扩散方式透过细胞膜,与胞内受体结合并发挥作用外,大多数信号为水溶性分子,只能与细胞膜受体结合,再经跨膜的信号转导而产生各种生物学效应。

受体与配体的结合是受体被激活,引起信号传递并产生生物学效应的初始因素。其特征是:①特异性,受体与配体的识别和结合是一个复杂过程,但重要的特征是具有类似于酶和底物的特异性结合过程。由于受体能识别并结合特殊的信号物质,因而保证了信号传递的特异性。②高亲和力,虽然配体分子(如激素)在体液中浓度很低,通常在10-9 mol/L或更低,但仍能与受体特异性结合并发挥巨大的生物学效应,说明配体与受体的亲和力很高,这保证了信号传递的可靠性。③饱和性,由于受体数量有限,因此配体与受体的结合有上限,当用浓度递增的配体与受体相互作用时,会发现当配体达到某一浓度时,结合作用达到平衡,即表现出受体结合的饱和性。

(三)信号转导的基本过程

1.离子通道耦联受体介导的信号转导 有些细胞膜上的化学离子门控通道本身就具有受体的作用,它们有能与信号分子(主要是神经递质)结合的位点,当与信号分子结合后,进而引起通道的开放(或关闭),实现化学信号的跨膜转导,这种信号转导途径称为离子通道介导的信号转导。神经-骨骼肌接头的传递就是离子通道耦联受体介导的信号转导的典型例子。骨骼肌终板膜上的N型乙酰胆碱受体是一种离子通道耦联受体,它与运动神经末梢释放的乙酰胆碱结合后,使离子通道开放,引起Na+经通道的内流,从而实现跨细胞膜的信号转导。

2.G-蛋白耦联受体介导的信号转导 是通过膜受体、G-蛋白、G-蛋白效应器、第二信使、蛋白激酶等一系列存在于细胞膜、胞质和核中的信号分子实现的。G-蛋白耦联受体是存在于细胞膜上的一种蛋白质,它与信号分子结合后可激活细胞膜上的G-蛋白(鸟苷酸调节蛋白),激活的G-蛋白进而激活G-蛋白效应器酶(如腺苷酸环化酶),G-蛋白效应器酶再催化某些物质如ATP、三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate,GTP)等,产生第二信使如环磷酸腺苷(c AMP)、环磷酸鸟苷(cGMP)等,第二信使通过蛋白激酶或离子通道发挥信号转导作用。由于这类受体要通过G-蛋白才能发挥作用,故称为G-蛋白耦联受体,又因为这种信号转导通过G-蛋白耦联受体进行,故称为G-蛋白耦联受体介导的信号转导。这种信号转导有多种G-蛋白效应器酶和第二信使,又可分为多种不同的途径。体内大多数激素、神经递质等多是通过G-蛋白耦联受体介导的信号转导发挥作用。

3.酶耦联受体介导的信号转导 酶耦联受体是指细胞膜上的一些蛋白质分子,既有受体的作用又有酶的作用。酶耦联受体有多种,具有酪氨酸激酶的受体也称受体酪氨酸激酶,就是其中之一。酶耦联受体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。这种信号转导称为酶耦联受体介导的信号转导。体内大部分生长因子和一部分肽类激素(如胰岛素)就是通过这种方式进行信号转导的。