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細胞膜受體
細胞膜受體（cell membrane receptor）是細胞表面的一種或一類分子，它們能識別、結(jié)合專一的生物活性物質(zhì)（稱配體），生成的復(fù)合物能激活和啟動一系列物理化學(xué)變化，從而導(dǎo)致該物質(zhì)的最終生物效應(yīng)。細胞環(huán)境中各種因素的變化，是通過細胞膜受體的作用而影響細胞內(nèi)的生理過程發(fā)生相應(yīng)的變化。
基本信息
| 中文名 | 細胞膜受體 |
| 外文名 | cell membrane receptor |
| 作用 | 能識別、結(jié)合專一的生物活性物質(zhì) |
| 解釋 | 細胞表面的一種或一類分子 |
定義
細胞膜受體也是鑲嵌在膜脂質(zhì)雙分子層中的膜蛋白質(zhì)。受體蛋白質(zhì)一般由兩個亞單位組成：裸露于細胞膜外表面的部分叫調(diào)節(jié)亞單位，即一般所說的受體，它能“識別”環(huán)境中的特異化學(xué)物質(zhì)（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、抗原、藥物等）并與之結(jié)合；裸露于細胞內(nèi)表面的部份叫催化亞單位，常見的是無活性的腺苷酸環(huán)化酶（AC）。一般將能被受體識別的環(huán)境中的特異化學(xué)物質(zhì)叫信號或叫配體。配體所作用的細胞又叫那個配體的靶細胞。一般來講，受體與配體的結(jié)合有高度特異性。當某一配體與其靶細胞膜上的特異性受體結(jié)合時，調(diào)節(jié)亞單位構(gòu)型變化，隨即激活膜上的AC，在Mg2+存在的條件下，AC催化細胞內(nèi)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，進而引起靶細胞生理功能的改變。也有的膜受體與配體結(jié)合后并不繼發(fā)細胞內(nèi)一系列生化反應(yīng)，而是通過改變細胞膜對離子的通透性而產(chǎn)生生理效應(yīng)。
“受體”這個名詞在19世紀末20世紀初已經(jīng)開始應(yīng)用，當時認為藥物作用時必須與靶細胞上與之互補的分子——受體——相結(jié)合后才能發(fā)揮效應(yīng)。后來受體概念的應(yīng)用逐漸擴展到藥物以外的其他信息分子作用于細胞的過程。
化學(xué)組成結(jié)構(gòu)
由于細胞內(nèi)受體含量極微，有些受體穩(wěn)定性又差，因此受體的分離、純化比較困難。迄今只有從電鰩和電鰻的電器官中分離的乙酰膽堿的煙堿膽堿能受體和從正常人胎盤中分離的胰島素受體已經(jīng)得到純度很高、數(shù)量足夠的樣品，因而對它們的結(jié)構(gòu)也有了較多的了解。電鰩的乙酰膽堿的煙堿膽堿能受體是由分子量為26000～64000的四種亞基組成，從電鰻分離的受體則由分子量為42000和54000二種亞基組成。電子顯微鏡觀察的結(jié)果表明，這種受體由5～6個直徑為3～4納米的亞基構(gòu)成玫瑰花結(jié)狀結(jié)構(gòu)，其直徑約8～9納米，中心可能是離子通道。胰島素受體的斯托克半徑約68～72埃，分子量約30～100萬，它主要由3種亞基：α（分子量約135000），β（分子量約95000）和γ（分子量約45000）組成。α亞基為結(jié)合亞基，亞基之間靠—S—S—相連，亞基內(nèi)部還有—S—S一結(jié)構(gòu)。
數(shù)量和分布
調(diào)節(jié)
受體調(diào)節(jié)的因素和途徑很復(fù)雜，在正常生理情況下受體數(shù)目受微環(huán)境影響而上升或下降，稱為上升或下降調(diào)節(jié)。其中與受體結(jié)合的配體濃度對調(diào)節(jié)受體具有較重要的作用，例如，當動物或人的血液中胰島素濃度較高時，靶細胞上的胰島素受體濃度即下降，如果胰島素濃度降低時，受體數(shù)目會迅速上升。受體的調(diào)節(jié)還可通過“負協(xié)同效應(yīng)”來進行，即：受體-受體的相互作用會導(dǎo)致受體的親和力發(fā)生變化。例如，受體與胰島素分子的結(jié)合會促使受體與周圍其他受體之間的相互作用，導(dǎo)致受體的親和力下降，從而使胰島素分子從受體上解離下來。
抗體
在機體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些受體的自身抗體，例如，1975年美國從一種β型嚴重胰島素抵抗癥病人中發(fā)現(xiàn)有胰島素受體的自身抗體。這些抗體與受體結(jié)合可模擬胰島素的許多作用（例如，抑制脂肪分解，刺激葡萄糖的轉(zhuǎn)移和利用），但它會逐漸降低細胞對受體被結(jié)合后的生物化學(xué)反應(yīng)的敏感性。加之抗體的存在也會降低受體對胰島素的親和力，結(jié)果在臨床上就表現(xiàn)為嚴重的胰島素抵抗癥。
除胰島素受體外，兒茶酚胺受體，乙酰膽堿的煙堿膽堿能受體，促甲狀腺素受體在病理情況下都發(fā)現(xiàn)有相應(yīng)的自身抗體存在。
傳遞信息機理
激素受體
激素與受體結(jié)合后如何產(chǎn)生生物效應(yīng)？20世紀60年代提出的第二信使假設(shè)認為，作為第一信使的激素分子與細胞膜受體結(jié)合后并不進入細胞。結(jié)合激素的受體能使位于膜上的腺苷酸環(huán)化酶活化，從而使ATP轉(zhuǎn)成環(huán)（化）腺苷酸（cAMP），后者稱為第二信使，它能引發(fā)細胞內(nèi)一系列生化反應(yīng)而產(chǎn)生最終生物效應(yīng)。例如，腎上腺素在腎上腺髓質(zhì)分泌后通過血液輸送至肝細胞產(chǎn)生效應(yīng)。它們與肝細胞表面受體相結(jié)合后能使膜上腺苷酸環(huán)化酶活化催化ATP形成cAMP，后者使蛋白激酶等一系列酶蛋白相繼活化，最終使糖原分解成葡萄糖，從而使血糖濃度升高。其他一些激素，例如，促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH），促卵泡激素（FSH），胰高血糖素和兒茶酚胺激素等在作用時也都是分別與它們的靶細胞受體相結(jié)合，導(dǎo)致腺苷酸環(huán)化酶的激活產(chǎn)生cAMP。這些激素在細胞膜上具有各自專一的受體，但腺苷酸環(huán)化酶卻是共用的。待激素分子與膜受體相結(jié)合形成復(fù)合體后，它們在膜上進行側(cè)向移動，一旦與腺苷酸環(huán)化酶相遇偶聯(lián)才能導(dǎo)致后者的構(gòu)象變化而被激活。一旦激素稀釋或解離，受體和腺苷酸環(huán)化酶便又經(jīng)移動而回到非偶聯(lián)狀態(tài)。這稱為“受體流動假說”（圖1）。
有些受體，如α類腎上腺素能受體與激素結(jié)合后細胞內(nèi)不是cAMP而是Ca2+的濃度有明顯增加，這可能是由于膜上Ca2+通道開啟，使細胞外Ca2+進入細胞引起的。Ca2+能與鈣調(diào)蛋白結(jié)合并引起一系列反應(yīng)，因而有人認為Ca2+也是一種第二信使。
近年來，發(fā)現(xiàn)有些激素，如胰島素，與細胞膜受體結(jié)合后并不僅僅停留在表面，形成的胰島素-受體復(fù)合物可通過內(nèi)吞方式進入細胞內(nèi)部（見內(nèi)吞與外排），繼而這些復(fù)合物再與溶酶體融合或與其他細胞器膜相結(jié)合而產(chǎn)生生物效應(yīng)。
利用高純度的胰島素研究表明，胰島素與受體的α亞基結(jié)合后可使受體本身固有的某種蛋白激酶活化，使受體分子本身，主要是β亞基發(fā)生磷酸化作用，這稱為自身磷酸化作用，它繼而又引起一連串的磷酸化反應(yīng)，這可能是胰島素產(chǎn)生生物效應(yīng)過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。
神經(jīng)遞質(zhì)受體
細胞膜受體
在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，前一神經(jīng)原的軸突末梢興奮時，突觸處細胞質(zhì)內(nèi)大量儲存泡通過與突觸前膜相融合而將所含的乙酰膽堿釋放至距離為0.5納米的突觸隙，之后乙酰膽堿與突觸后膜上的受體相結(jié)合，使突觸后的神經(jīng)原發(fā)生興奮，從而使神經(jīng)沖動傳遞下去（圖2）。釋放的乙酰膽堿如果作用于效應(yīng)器（如肌肉），就能引起反應(yīng)（如收縮）。當乙酰膽堿與肌肉細胞受體結(jié)合后，會引起它的構(gòu)象發(fā)生變化，打開離子通道，使膜對Na+、K+的通透性瞬時增加，從而導(dǎo)致膜電位的去極化，使肌肉收縮。一個與乙酰膽堿結(jié)合了的受體可導(dǎo)致5×104離子通過，顯示了受體的放大作用。
毒素受體
現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)很多毒素也是通過與細胞膜上的受體相結(jié)合后才產(chǎn)生效應(yīng)的。如霍亂毒素是霍亂弧菌產(chǎn)生的外毒素，分子量為84000，由A、B二種亞單位組成。A亞單位有兩條肽鏈A1和A2，由一對二硫鍵聯(lián)接。亞單位B與細胞膜上的受體相結(jié)合。亞單位A1則具有激活膜上腺苷酸環(huán)化酶的作用。
霍亂毒素的受體是一種神經(jīng)節(jié)苷脂，毒素與它結(jié)合后可能會發(fā)生一系列反應(yīng)，如首先引發(fā)受體的構(gòu)象變化，接著亞單位A1在激活腺苷酸環(huán)化酶的過程中將煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）中的腺二磷核糖轉(zhuǎn)移到細胞膜中的一種蛋白質(zhì)上。在正常情況下，鳥三磷通過與這種蛋白質(zhì)相結(jié)合使腺苷酸環(huán)化酶激活，待鳥三磷被鳥三磷酶水解，激活作用即停止。但是如果鳥三磷結(jié)合在含有腺二磷核糖的蛋白質(zhì)上就不易被水解，因而延長了腺苷酸環(huán)化酶作用的時間，產(chǎn)生的生物效應(yīng)的持續(xù)時間也比較長。
霍亂毒素的作用與激素有幾點不同：①激素的啟動時間很短，霍亂毒素常常要延遲1～3刻鐘后才開始；②激素去除后，效應(yīng)很快消失，而霍亂毒素在去除后生物效應(yīng)還可持續(xù)幾小時到幾天；③一種激素的受體只在少數(shù)幾種細胞中存在，而霍亂毒素的受體在很多細胞膜上都有分布。
凝集素受體
凝集素是從各種植物或低等動物組織中分離而得到的一類特殊蛋白質(zhì)，能與動植物細胞表面的受體發(fā)生特異性結(jié)合產(chǎn)生一系列的生理效應(yīng)。它們通過與細胞表面寡糖結(jié)構(gòu)決定簇的交互作用導(dǎo)致細胞發(fā)生凝集，因而又稱凝集素。最早發(fā)現(xiàn)它們能誘導(dǎo)紅細胞發(fā)生凝集而用于臨床血型分類，故又有植物血凝素之稱。目前已報道的凝集素多達500種。
與凝集素特異結(jié)合的受體位于細胞表面，具有復(fù)雜的寡糖鏈結(jié)構(gòu)，它們擁有特殊的聯(lián)結(jié)、側(cè)鏈及多肽附著物。在這些寡糖鏈間還存在非共價鍵（如氫鍵）的相互作用。凝集素與受體寡糖鏈的結(jié)合部位以往都認為是末端的糖殘基，現(xiàn)在證明還能與多糖核心部位相結(jié)合。
不同的凝集素可以各有專一的受體，但也可以具有共同的受體。總的來講，凝集素受體的專一性比抗原-抗體的專一性要差。
凝集素使細胞凝集是由于一個凝集分子能與細胞表面兩個或兩個以上的結(jié)合點結(jié)合后所引起的。
當凝集素與其專一受體結(jié)合后可引發(fā)細胞多種生理效應(yīng)，如細胞凝集，特別是腫瘤或轉(zhuǎn)化細胞可發(fā)生高效價的凝集作用；誘發(fā)淋巴細胞發(fā)生絲裂現(xiàn)象以及對膜透性、受精過程、吞噬及細胞增殖等都可產(chǎn)生一定的影響。
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