第三节 细胞的跨膜信号转导功能

人体内的每个细胞都不是孤立存在的，而是会不断受到其生活环境即内环境中的各种理化因素的影响。各种化学、机械或光电刺激等，一般都先作用于细胞膜，并选择性地作用于细胞膜上某些特异性蛋白质，引起细胞膜两侧电位变化或细胞内发生某些功能改变，从而产生生物学效应。细胞膜的这种作用称为跨膜信号传递功能。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，跨膜信号转导的路径大致分为G蛋白耦联受体介导的信号转导、离子通道受体介导的信号转导和酶耦联受体介导的信号转导3种类型。

一、G蛋白耦联受体介导的信号转导

大多数激素、神经递质和其他信号物质通过鸟苷酸结合蛋白（GTP蛋白，也称G蛋白）介导信号转导功能，实现对细胞功能的影响。

参与G蛋白耦联受体信号转导的信号分子有G蛋白耦联受体（G protein-linked receptor）（包括肾上腺素能α和β受体、ACH受体、5-羟色胺受体、嗅觉受体、味觉受体、视紫红质受体以及多数肽类激素的受体等，总数多达1000种左右）、G蛋白（G protein）（包括Gs家族、Gi家族、Gq家族和G12家族以及它们的亚型）、G蛋白效应器（G protein effec-tor）（即催化生成或分解细胞内第二信使物质的酶，包括腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2、鸟苷酸环化酶和磷酸二酯酶等）、第二信使（second messenger）（即细胞外信号物质作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，包括环-磷酸腺苷、三磷酸肌醇、二酰甘油、环-磷酸鸟苷和Ca2+等）。

G蛋白耦联受体介导的信号转导途径主要有G蛋白受体介导的腺苷酸环化酶（AC）体系（受体-G蛋白-AC途径）和G蛋白受体介导的磷脂酶C（PLC）体系（受体-G蛋白-所PLC途径）。此外，G蛋白耦联受体还可通过激活磷脂酶A2或cGMP磷酸二酯酶，以及直接调节离子通道等途径实现跨膜信号转导。根据控制通道开放的因素可将由通道蛋白介导的跨膜信号传递类型分为化学门控通道、电压门控通道和机械门控通道等。

二、离子通道受体介导的信号转导

N2型ACh受体、A型γ-氨基丁酸受体和苷氨酸受体等离子通道受体蛋白质均由多个跨膜亚单位组成，这些亚单位围绕形成“孔道”结构，其本身就是离子通道。当受体激活时，离子通道蛋白质发生构型改变，使通道开放，不仅使离子进出细胞形成跨膜转运，而且还可实现化学信号的快速跨膜转导。如骨骼肌的兴奋-收缩形成机制等。

此外，电压门控通道和机械门控通道通常不称为受体，但事实上，它们是接受电信号和机械信号的“受体”，并通过通道的开放、关闭和离子跨膜流动把信号传递到细胞内部。它们不仅是物质（离子）的跨膜转运通道，同时在实现体内各种电信号和机械信号的跨膜转导中起着关键的作用。

三、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，受体分子的胞质则自身具有酶的活性，或者可以直接结合并激活胞质中的酶而不需要G蛋白的参与。人体内较重要的有酪氨酸激酶受体和鸟苷酸环化酶受体两类。

许多激素、生长因子及细胞因子通过结合具有酪氨酸激酶活性的受体，完成信息传递功能。酪氨酸激酶受体与配体结合后，其分子构象发生改变，2个酪氨酸激酶受体聚合形成二聚体，激活位于细胞内的酪氨酸激酶，并进一步磷酸化效应器蛋白的酪氨酸残基，从而改变与细胞增生、分化有关的因子和其他信号介导体系的组成因子的活性，将细胞外的信息传导到细胞内部。这种跨膜信号转导途径没有G蛋白及第二信使参与。

鸟苷酸环化酶受体可使细胞内的GTP环化生成cGMP，后者可结合并激活cGMP的蛋白激酶G，蛋白激酶G和蛋白激酶A、蛋白激酶C一样，也是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，通过对底物蛋白的磷酸化实现信号转导。心房钠尿肽就是鸟苷酸环化酶受体的一个重要配体，是由心房肌合成和释放的一种多肽，可刺激肾脏排泄钠和水并使血管平滑肌松弛。