Na+ 葡萄糖 Na+氨基酸 紧停连接】 K 钠 载体 Na 葡萄糖 氨基酸 图2~4葡萄糖和一些氨基酸的继发性主动转运模式图 上方弯曲的管腔侧膜上的圆和方块，分别表示同葡萄糖和某些氨 基酸的继发性转运有关的转运蛋白质 主动转运是人体最重要的物质转运形式，除上述的钠泵外，目前了解较多的还有钙泵 (Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶)、H.K+泵(H-K+依赖式ATP酶)等。这些泵蛋白在分子结构上 和钠泵有很大类似，都以直接分解ATP为能量来源，将有关离子进行逆浓度的转运。钙泵主要 分布在骨骼肌和心肌细胞内部的肌浆网上，激活时可将胞浆中的Ca+迅速集聚到肌浆网内部， 使胞浆中Ca*浓度在短时期内下降达成100倍以上；这是诱发肌肉舒张的关键因素。HK*泵主 要分布在胃粘膜壁细胞表面，与胃酸的分泌有关。 (四)出胞与入胞式物质转运 细胞对一些大分子物质或固态、液态的物质团块，可通过出胞和入胞进行转运， 出胞主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺把激素分泌到细胞外液中，外分泌腺把酶株颗 粒和粘液等分泌到腺管的管腔中，以及神经细胞的轴突未梢把神经递质分泌到突触间隙中。根 据在多种细胞进行观察，细胞的各种蛋白性分泌物先是在粗面内质网生物合成；在它们由内质 网到高尔基复合体的输送过程中，逐渐被一层膜性结构所包被，形成分泌囊泡；后者再逐渐移 向特定部位的质膜内侧，准备分泌或暂时贮存。有些细胞的分泌过程是持续进行的，有些则有 明显的间断性。分泌过程或一般的出胞作用的最后阶段是：囊泡逐渐向质膜内侧移动，最后囊 泡膜和质膜在某点接触和相互融合，并在融合处出现裂口，将囊泡一次性的排空，而囊泡的膜 也就变成了细胞膜的组成部分（图25）。这个过程主要是由膜外的特殊化学信号或膜两侧电 位改变，引起了局部膜中的Ca2+通道的开放，由内流的Ca2+(内流的Ca2+也有的进而引发细胞 内Ca+贮存库释放Cā+)触发囊泡的移动、融合和排放。最近在肥大细胞的研究表明，囊泡与 质膜的融合，可能与预先“装配”在两侧膜上的类似形成细胞间通道的那种蛋白质分子有关（见 下节)，当两者“对接”时，囊泡内容与细胞外液相沟通；以后由于组成通道的蛋白质各亚单位
图2－4 葡萄糖和一些氨基酸的继发性主动转运模式图 上方弯曲的管腔侧膜上的圆和方块，分别表示同葡萄糖和某些氨 基酸的继发性转运有关的转运蛋白质 主动转运是人体最重要的物质转运形式，除上述的钠泵外，目前了解较多的还有钙泵 （Ca 2+ -Mg 2+依赖式ATP酶）、H + -K +泵（H + -K +依赖式ATP酶）等。这些泵蛋白在分子结构上 和钠泵有很大类似，都以直接分解ATP为能量来源，将有关离子进行逆浓度的转运。钙泵主要 分布在骨骼肌和心肌细胞内部的肌浆网上，激活时可将胞浆中的Ca +迅速集聚到肌浆网内部， 使胞浆中Ca +浓度在短时期内下降达成100倍以上；这是诱发肌肉舒张的关键因素。H + -K +泵主 要分布在胃粘膜壁细胞表面，与胃酸的分泌有关。 （四）出胞与入胞式物质转运 细胞对一些大分子物质或固态、液态的物质团块，可通过出胞和入胞进行转运。 出胞主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺把激素分泌到细胞外液中，外分泌腺把酶株颗 粒和粘液等分泌到腺管的管腔中，以及神经细胞的轴突末梢把神经递质分泌到突触间隙中。根 据在多种细胞进行观察，细胞的各种蛋白性分泌物先是在粗面内质网生物合成；在它们由内质 网到高尔基复合体的输送过程中，逐渐被一层膜性结构所包被，形成分泌囊泡；后者再逐渐移 向特定部位的质膜内侧，准备分泌或暂时贮存。有些细胞的分泌过程是持续进行的，有些则有 明显的间断性。分泌过程或一般的出胞作用的最后阶段是：囊泡逐渐向质膜内侧移动，最后囊 泡膜和质膜在某点接触和相互融合，并在融合处出现裂口，将囊泡一次性的排空，而囊泡的膜 也就变成了细胞膜的组成部分（图2-5）。这个过程主要是由膜外的特殊化学信号或膜两侧电 位改变，引起了局部膜中的Ca 2+通道的开放，由内流的Ca 2+ (内流的Ca 2+也有的进而引发细胞 内Ca 2+贮存库释放Ca 2+ )触发囊泡的移动、融合和排放。最近在肥大细胞的研究表明，囊泡与 质膜的融合，可能与预先“装配”在两侧膜上的类似形成细胞间通道的那种蛋白质分子有关（见 下节），当两者“对接”时，囊泡内容与细胞外液相沟通；以后由于组成通道的蛋白质各亚单位
分散开来，造成原孔洞的扩大，完成囊泡内容的快速排出，囊泡膜也伸展开来，成为细胞膜的 一部分。 再环囊 吞饮小泡 胞内体 四 次级溶酶体 图2-5分泌物的出胞过程图2-6受体介导式入胞过程示意图 分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧面靠近，两者的膜 相互融合，融合处膜膜新断裂，分泌物排出，而后囊泡膜成为细胞膜的组成部分 入胞和出胞相反，指细胞外某些物质团块（如侵入体内的细菌、病毒、异物或血浆中脂蛋 白颗粒、大分子营养物质等)进入细胞的过程。入胞进行时，首先是细胞环境中的某些物质与 细胞膜接触，引起该处的质膜发生内陷，以至包被吞食物，再出现膜结构的断离，最后是异物 连同包被它的那一部分膜整个地进入细胞浆中。 一种通过被转运物质与膜表面的特殊受体蛋白质相互作用而引起的入胞现象，称为受体介 导式入胞。通过这种方式进入细胞的物质已不下50余种，包括以胆固醇为主要成分的血浆低密 度脂蛋白颗粒、结合了铁离子的运铁蛋白、结合了维生素B12的运输蛋白、多种生长调节因子 和胰岛素等一部分多肽类激素、抗体和某些细菌毒素，以及一些病毒（流感和小儿麻痹病毒） 等（图示26）。首先是细胞环境中的某物质为细胞膜上的相应受体所“辨认”，发生特异性结 合；结合后形成的复合物通过它们在膜结构中的横向移动，逐渐向膜表面一些称为衣被凹陷 (coated pit))的特殊部位集中。衣被陷处的膜与一般膜结构无明显差异，只是向细胞内部呈轻 度下凹，而且在膜的胞浆侧有一层高电子密度的覆盖物，后者经分析是由多种蛋白质组成的有 序结构；当受体复合物的聚集使衣被凹陷成为直径约0.3μm的斑片时（可以在约1分钟的时间内 完成)，该处出现膜向胞浆侧的进一步凹入，最后与细胞膜断离，在胞浆内形成一个分离的吞食泡 这称为内移(internalization):原来附在衣被凹陷内侧的蛋白性结构，现在正好位于吞食泡膜的 外侧，仍面向胞浆；但在吞食泡形成后不久，这种蛋白结构就消失，可能是溶解在胞浆中，大 概还可以再用于在细胞膜上形成新的衣被凹陷。这类蛋白质的功能，据认为是为吞食泡的形成 提供所需的能量。失去了这种特殊的附膜蛋白结构的吞食泡，进而再与胞浆中称为胞内体 (endosome)的球状或管状膜性结构相融合，此胞内体的特点是内部具有较低的PH值环境
分散开来，造成原孔洞的扩大，完成囊泡内容的快速排出，囊泡膜也伸展开来，成为细胞膜的 一部分。 图2-5 分泌物的出胞过程 图 2-6 受体介导式入胞过程示意图 分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧面靠近，两者的膜 相互融合，融合处膜膜断裂，分泌物排出，而后囊泡膜成为细胞膜的组成部分 入胞和出胞相反，指细胞外某些物质团块（如侵入体内的细菌、病毒、异物或血浆中脂蛋 白颗粒、大分子营养物质等）进入细胞的过程。入胞进行时，首先是细胞环境中的某些物质与 细胞膜接触，引起该处的质膜发生内陷，以至包被吞食物，再出现膜结构的断离，最后是异物 连同包被它的那一部分膜整个地进入细胞浆中。 一种通过被转运物质与膜表面的特殊受体蛋白质相互作用而引起的入胞现象，称为受体介 导式入胞。通过这种方式进入细胞的物质已不下50余种，包括以胆固醇为主要成分的血浆低密 度脂蛋白颗粒、结合了铁离子的运铁蛋白、结合了维生素B12的运输蛋白、多种生长调节因子 和胰岛素等一部分多肽类激素、抗体和某些细菌毒素，以及一些病毒（流感和小儿麻痹病毒） 等（图示2-6）。首先是细胞环境中的某物质为细胞膜上的相应受体所“辨认”，发生特异性结 合；结合后形成的复合物通过它们在膜结构中的横向移动，逐渐向膜表面一些称为衣被凹陷 （coated pit）的特殊部位集中。衣被陷处的膜与一般膜结构无明显差异，只是向细胞内部呈轻 度下凹，而且在膜的胞浆侧有一层高电子密度的覆盖物，后者经分析是由多种蛋白质组成的有 序结构；当受体复合物的聚集使衣被凹陷成为直径约0.3μm的斑片时(可以在约1分钟的时间内 完成),该处出现膜向胞浆侧的进一步凹入,最后与细胞膜断离,在胞浆内形成一个分离的吞食泡, 这称为内移(internalization)；原来附在衣被凹陷内侧的蛋白性结构，现在正好位于吞食泡膜的 外侧，仍面向胞浆；但在吞食泡形成后不久，这种蛋白结构就消失，可能是溶解在胞浆中，大 概还可以再用于在细胞膜上形成新的衣被凹陷。这类蛋白质的功能，据认为是为吞食泡的形成 提供所需的能量。失去了这种特殊的附膜蛋白结构的吞食泡，进而再与胞浆中称为胞内体 （endosome）的球状或管状膜性结构相融合，此胞内体的特点是内部具有较低的PH值环境
有助于受体同与它结合的物质分离；以后的过程是这些物质（如进入细胞的低密度脂蛋白颗粒 和铁离子等)再被转运到能利用它们的细胞器，而保留在胞内体膜上的受体，则与一部分膜结 构形成较小的循环小泡，移回到细胞膜并与之融合，再成为细胞的组成部分，使受体和膜结构 可以重复使用（图2-6）。据测算，在人工培养液中的吞噬细胞1小时内通过形成吞食泡而进入 胞浆的细胞膜面积，大约相当于原细胞膜总面积的50%-200%，而实际细胞膜的总面积并未明 显改变，可见通过上述以胞内体为转站的膜的再循环，不仅维持了细胞膜的总面积的相对恒 定，而且使相应的受体可以反复使用。 第二节细胞的跨膜信号传递功能 不论是单细胞生物或组成多细胞有机体的每一个细胞，在它们的生命过程中，都会不断受 到来自外部环境的各种理化因素的影响。在多细胞动物，由于绝大多数细胞是生活在直接浸浴 它们的细胞外液、即内环境之中，因此出现在内环境中的各种化学分子，是它们最常能感受到 的外来刺激：这不仅是指存在于细胞外液中的激素或其他体液性调节因子；而且就是在神经调 节过程中，当神经信息由一个神经元向其他神经元传递或由神经元传给它的效应器细胞时，在 绝大多数情况下，也都要通过一种或多种神经递质和调质为中介，通过这些化学分子在距离极 小的突触间隙液中的扩散，才能作用到下一级神经元或效应器细胞。尽管激素和递质（或调 质)等分子作为化学信号在细胞外液中播散的距离和范围有所不同，但对接受它们影响的靶细 胞并不存在本质的差别。 细胞外液中的各种化学分子，并不需要自身进入它们的靶细胞后才能起作用（一些脂溶性 的小分子类固醇激素和甲状腺激素例外，详见第十一章)它们大多数是选择性地同靶细胞膜上 具有特异的受体性结构相结合，再通过跨膜信号传递((transembrane signaling)或跨膜信号转 换(transmembranesognal transduction)过程，最后才间接地引起靶细胞膜的电变化或其他细 胞内功能的改变。 机体和细胞也可能受到化学信号以外的其他性质的刺激，如机械的、电的和一定波长电磁 波等来自外界环境的刺激的影响；但在动物进化的过程中，这些刺激信号大都由一些在结构和 功能上高度分化了的特殊的感受器细胞来感受，引起相应的感受器细胞出现某种电反应。仔细 分析各种感受器细胞接受它们所能感受的某种特异刺激信号的过程时发现（如耳蜗毛细胞接受 声波振动和视网膜光感受细胞接受光刺激等)，它们也涉及到外来刺激信号的跨膜传递，即刺 激信号也要先作用于膜结构中的感受性结构，才能引起感受器细胞的电变化和随后的传入神经 冲动。 不论是化学信号中的激素分子和递质（包括数十种可能起调质作用神经肽类物质）分子， 以及非化学性的外界刺激信号，当它们作用于相应的靶细胞时，都是通过为数不多、作用形式 也较为类似的途径来完成跨膜信号传递的；这些过程所涉及的膜蛋白质也为数不多，在生物合 成上由几类特定基因家族所编码；正因为如此，由每个特定基因家族所表达生成的蛋白质分 子，在肽链的氨基酸排列顺序上有较大的相同性（或同源性，homogeneity),功能上也较为
有助于受体同与它结合的物质分离；以后的过程是这些物质（如进入细胞的低密度脂蛋白颗粒 和铁离子等）再被转运到能利用它们的细胞器，而保留在胞内体膜上的受体，则与一部分膜结 构形成较小的循环小泡，移回到细胞膜并与之融合，再成为细胞的组成部分，使受体和膜结构 可以重复使用（图2-6）。据测算，在人工培养液中的吞噬细胞1小时内通过形成吞食泡而进入 胞浆的细胞膜面积，大约相当于原细胞膜总面积的50%-200%，而实际细胞膜的总面积并未明 显改变，可见通过上述以胞内体为转站的膜的再循环，不仅维持了细胞膜的总面积的相对恒 定，而且使相应的受体可以反复使用。 第二节 细胞的跨膜信号传递功能 不论是单细胞生物或组成多细胞有机体的每一个细胞，在它们的生命过程中，都会不断受 到来自外部环境的各种理化因素的影响。在多细胞动物，由于绝大多数细胞是生活在直接浸浴 它们的细胞外液、即内环境之中，因此出现在内环境中的各种化学分子，是它们最常能感受到 的外来刺激：这不仅是指存在于细胞外液中的激素或其他体液性调节因子；而且就是在神经调 节过程中，当神经信息由一个神经元向其他神经元传递或由神经元传给它的效应器细胞时，在 绝大多数情况下，也都要通过一种或多种神经递质和调质为中介，通过这些化学分子在距离极 小的突触间隙液中的扩散，才能作用到下一级神经元或效应器细胞。尽管激素和递质（或调 质）等分子作为化学信号在细胞外液中播散的距离和范围有所不同，但对接受它们影响的靶细 胞并不存在本质的差别。 细胞外液中的各种化学分子，并不需要自身进入它们的靶细胞后才能起作用（一些脂溶性 的小分子类固醇激素和甲状腺激素例外，详见第十一章）它们大多数是选择性地同靶细胞膜上 具有特异的受体性结构相结合，再通过跨膜信号传递（transembrane signaling）或跨膜信号转 换（transmembranesognal transduction）过程，最后才间接地引起靶细胞膜的电变化或其他细 胞内功能的改变。 机体和细胞也可能受到化学信号以外的其他性质的刺激，如机械的、电的和一定波长电磁 波等来自外界环境的刺激的影响；但在动物进化的过程中，这些刺激信号大都由一些在结构和 功能上高度分化了的特殊的感受器细胞来感受，引起相应的感受器细胞出现某种电反应。仔细 分析各种感受器细胞接受它们所能感受的某种特异刺激信号的过程时发现（如耳蜗毛细胞接受 声波振动和视网膜光感受细胞接受光刺激等），它们也涉及到外来刺激信号的跨膜传递，即刺 激信号也要先作用于膜结构中的感受性结构，才能引起感受器细胞的电变化和随后的传入神经 冲动。 不论是化学信号中的激素分子和递质（包括数十种可能起调质作用神经肽类物质）分子， 以及非化学性的外界刺激信号，当它们作用于相应的靶细胞时，都是通过为数不多、作用形式 也较为类似的途径来完成跨膜信号传递的；这些过程所涉及的膜蛋白质也为数不多，在生物合 成上由几类特定基因家族所编码；正因为如此，由每个特定基因家族所表达生成的蛋白质分 子，在肽链的氨基酸排列顺序上有较大的相同性（或同源性，homogeneity），功能上也较为
类似。因此，关于跨膜信号传递的研究，早已超出了递质或激素作用机制的范畴，成为细胞生 理学中一个有普遍意义的新篇章。试想，人体细胞都具有相同的遗传基因，因而一个感光细胞 或一个普通体细胞，通过细胞膜上类似的蛋白质，以类似的方式接受它们所受到的外来刺激 可引起细胞本身功能的改变；而且各种不同的细胞通过少数几类膜蛋白质和几种作用方式，就 能接受多种多样可能遇到的外界刺激信号的影响，显然符合“生物经济”的原则 一、由具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号传递 (一)化学门控通道 对这种跨膜信号的传递方式的研究，最早是从对运动神经纤维未梢释放的乙酰胆碱 (Ach)如何引起它所支配的骨骼肌细胞兴奋的研究开始的。早已知道，当神经冲动到达神经 末梢处时，先是由末梢释放一定数量的A©h分子，后者再同肌细胞膜上称为终板（指有细胞膜 上同神经未相对的那部分膜，其中所含膜蛋白与一般肌细胞膜不同)处的“受体”相结合，引起 终板膜产生电变化，最后引起整个肌细胞的兴奋和收缩。由于神经-肌接头处的“受体”也可同烟 碱相结合，因而过去在药理学分类中称它为N型Ach受体。80年代后期，我国学者李镇源发现 α-银环蛇毒同N型受体有极高的特异性结合能力又有人发现一些电鱼的电器官中有密集的这种 受体蛋白质分子存在；再依靠70年代以来蛋白质化学和分子生物学技术的迅速发展，目前不仅 已将这种蛋白质分子提纯，而且基本上搞清了它的分子结构和它们在膜中的存在形式。原来它 是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质（图2-7），总分子量约为290kd;每种亚单位都由 种mRNA编码，所生成的亚单位在膜结构中通过氢键等非共价键式的相互吸引，形成一个结构 为a2yδ的梅花状通道样结构（图2-7，A和B),而其中的两个a-亚单位正是同两分子ACH相 结合的部位，这种结合可引起通道结构的开放，其几何大小足以使终板膜外高浓度的N内 流，同时也能使膜内高浓度的K+外流结果是使原来存在两侧的静息电位近于消失，亦即使该处 膜内外电位差接近于0值，这就是终板电位，于是完成了Ach这种化学信号的跨膜传递，因为肌 细胞后来出现的兴奋和收缩都是以终板电位为起因的 A 外 2。a 388
类似。因此，关于跨膜信号传递的研究，早已超出了递质或激素作用机制的范畴，成为细胞生 理学中一个有普遍意义的新篇章。试想，人体细胞都具有相同的遗传基因，因而一个感光细胞 或一个普通体细胞，通过细胞膜上类似的蛋白质，以类似的方式接受它们所受到的外来刺激， 可引起细胞本身功能的改变；而且各种不同的细胞通过少数几类膜蛋白质和几种作用方式，就 能接受多种多样可能遇到的外界刺激信号的影响，显然符合“生物经济”的原则。 一、由具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号传递 （一）化学门控通道 对 这 种 跨 膜 信 号 的 传 递 方 式 的 研 究 ， 最 早 是 从 对 运 动 神 经 纤 维 末 梢 释 放 的 乙 酰 胆 碱 （Ach）如何引起它所支配的骨骼肌细胞兴奋的研究开始的。早已知道，当神经冲动到达神经 末梢处时，先是由末梢释放一定数量的Ach分子，后者再同肌细胞膜上称为终板（指有细胞膜 上同神经末相对的那部分膜，其中所含膜蛋白与一般肌细胞膜不同）处的“受体”相结合，引起 终板膜产生电变化，最后引起整个肌细胞的兴奋和收缩。由于神经-肌接头处的“受体”也可同烟 碱相结合，因而过去在药理学分类中称它为N-型Ach受体。80年代后期，我国学者李镇源发现 α-银环蛇毒同N-型受体有极高的特异性结合能力又有人发现一些电鱼的电器官中有密集的这种 受体蛋白质分子存在；再依靠70年代以来蛋白质化学和分子生物学技术的迅速发展，目前不仅 已将这种蛋白质分子提纯，而且基本上搞清了它的分子结构和它们在膜中的存在形式。原来它 是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质（图2-7），总分子量约为290kd；每种亚单位都由一 种mRNA编码，所生成的亚单位在膜结构中通过氢键等非共价键式的相互吸引，形成一个结构 为α2βγδ的梅花状通道样结构（图2-7，A和B），而其中的两个α-亚单位正是同两分子ACH相 结合的部位，这种结合可引起通道结构的开放，其几何大小足以使终板膜外高浓度的Na +内 流，同时也能使膜内高浓度的K +外流结果是使原来存在两侧的静息电位近于消失，亦即使该处 膜内外电位差接近于0值，这就是终板电位，于是完成了Ach这种化学信号的跨膜传递，因为肌 细胞后来出现的兴奋和收缩都是以终板电位为起因的
图2-7N型Ach门控通道的分子结构示意图 A:N型Ach门控通的5个亚单位和它们所含a-螺旋在膜中存在形式的平面示意图 B:5个亚单位相互吸引，包绕成一个通道样结构C:在跨膜通道结构中，各 个亚单位亿含α-螺旋在通道结构中的位置 用分子生物学实验技术证明，同其他膜结合蛋白质类似，在上述4种不同的亚单位肽链 中，都存在有4种主要由20-25个疏水性氨基酸形成的α-螺旋，因而推测每个亚单位的肽链都要 反复贯穿膜4次（图2-7，A),而5个亚单位又各以其第2个疏水性跨膜α-螺旋构成了水相孔道 的内壁”（图2-7C) 由上述分子水平的研究成果可以知道，原初将终板膜上完成Ach跨膜信号传递的蛋白质称 作“受体”是不符合实际情况的；它们是一种通道样结构，只是在组成通道的蛋白质亚单位中有 两个亚单位具有同Ach分子特异地相结合的能力，并能因此引起通道蛋白质的变构作用而使通 道开放，然后靠相应离子的易化扩散而完成跨膜信号传递。因此，这种蛋白质应称为N型（或 烟碱型)Ach门控通道，属于化学门控通道或化学依从性通道中的一种。 Ah在神经-肌接头处的跨膜信号传递机制的阐明，曾一度错误地推测，其他一些神经递质 也都是以类似的方式作用于下一级神经元或相应的效应器细胞的；但后来的研究表明并非如 此。目前只证明了一些氨基酸递质，包括谷氨酸、门冬氨酸、Y-氨基丁酸和甘氨酸等，主要是 通过同N型Ach门控通道结构类似的化学门控通道影响其靶细胞。 (二)电压门控通道 应用类似的技术，在80年代还陆续克隆出几种重要离子（如Na、K+和Ca+等离子）的电 压门控通道，它们具有同化学门控能道类似的分子结构，但控制这类通道开放与否的因素，是 这些通道所在膜两侧的跨膜电位的改变；也就是说，在这种通道的分子结构中，存在一些对跨 膜电位的改变敏感的基团或亚单位，由后者诱发整个信道分子功能状态的改变。 在动物界，除了一些特殊的鱼类，一般没有专门感受外界电刺激或电场改变的器官或感受 细胞，但在体内有很多细胞，如神经细胞和各种肌细胞，在它们的细胞膜中却具有多种电压门 控通道蛋白质，它们可由于同一细胞相邻的膜两侧出现的电位改变而再现通道的开放，并由于 随之出现的跨膜离子流而出现这些通道所在膜的特有的跨膜电位改变。例如，前述的终板膜由 Ach门控通道开放而出现终板电位时，这个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电压门控式 Na+通道和K+通道相继激活（即通道开放），出现肌细胞的所谓动作电位；当动作电位在神经 纤维膜和肌细胞膜上传导时，也是由于一些电压门控通道被邻近已兴奋的膜的电变化所激活， 结果使这些通道所在的膜也相继出现特有的电变化。由此可见，电压门控通道所起的功能，也 是一种跨膜信号转换，只不过它们接受的外来刺激信号是电位变化，经过电压门控通道的开 闭，再引起细胞膜出现新的电变化或其他细胞内功能变化，后者在C+通道打开引起膜外 Ca+内流时甚为多见 根据对Na、K+、Ca+三种离子的电压门控通道蛋白质进行的分子结构分析，发现它们一 级结构中的氨基酸排列有相当大的同源性，说明它们属于同一蛋白质家族，与之有关的mRNA
图2-7 N-型Ach门控通道的分子结构示意图 A：N-型Ach门控通的5个亚单位和它们所含α-螺旋在膜中存在形式的平面示意图 B：5个亚单位相互吸引，包绕成一个通道样结构 C：在跨膜通道结构中，各 个亚单位亿含α-螺旋在通道结构中的位置 用分子生物学实验技术证明，同其他膜结合蛋白质类似，在上述4种不同的亚单位肽链 中，都存在有4种主要由20-25个疏水性氨基酸形成的α-螺旋，因而推测每个亚单位的肽链都要 反复贯穿膜4次（图2-7，A），而5个亚单位又各以其第2个疏水性跨膜α-螺旋构成了水相孔道 的“内壁”（图2-7C）。 由上述分子水平的研究成果可以知道，原初将终板膜上完成Ach跨膜信号传递的蛋白质称 作“受体”是不符合实际情况的；它们是一种通道样结构，只是在组成通道的蛋白质亚单位中有 两个亚单位具有同Ach分子特异地相结合的能力，并能因此引起通道蛋白质的变构作用而使通 道开放，然后靠相应离子的易化扩散而完成跨膜信号传递。因此，这种蛋白质应称为N-型（或 烟碱型）Ach门控通道，属于化学门控通道或化学依从性通道中的一种。 Ach在神经-肌接头处的跨膜信号传递机制的阐明，曾一度错误地推测，其他一些神经递质 也都是以类似的方式作用于下一级神经元或相应的效应器细胞的；但后来的研究表明并非如 此。目前只证明了一些氨基酸递质，包括谷氨酸、门冬氨酸、γ-氨基丁酸和甘氨酸等，主要是 通过同N-型Ach门控通道结构类似的化学门控通道影响其靶细胞。 （二）电压门控通道 应用类似的技术，在80年代还陆续克隆出几种重要离子（如Na +、K +和Ca 2+等离子）的电 压门控通道，它们具有同化学门控能道类似的分子结构，但控制这类通道开放与否的因素，是 这些通道所在膜两侧的跨膜电位的改变；也就是说，在这种通道的分子结构中，存在一些对跨 膜电位的改变敏感的基团或亚单位，由后者诱发整个信道分子功能状态的改变。 在动物界，除了一些特殊的鱼类，一般没有专门感受外界电刺激或电场改变的器官或感受 细胞，但在体内有很多细胞，如神经细胞和各种肌细胞，在它们的细胞膜中却具有多种电压门 控通道蛋白质，它们可由于同一细胞相邻的膜两侧出现的电位改变而再现通道的开放，并由于 随之出现的跨膜离子流而出现这些通道所在膜的特有的跨膜电位改变。例如，前述的终板膜由 Ach门控通道开放而出现终板电位时，这个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电压门控式 Na +通道和K +通道相继激活（即通道开放），出现肌细胞的所谓动作电位；当动作电位在神经 纤维膜和肌细胞膜上传导时，也是由于一些电压门控通道被邻近已兴奋的膜的电变化所激活， 结果使这些通道所在的膜也相继出现特有的电变化。由此可见，电压门控通道所起的功能，也 是一种跨膜信号转换，只不过它们接受的外来刺激信号是电位变化，经过电压门控通道的开 闭，再引起细胞膜出现新的电变化或其他细胞内功能变化，后者在Ca 2+通道打开引起膜外 Ca 2+内流时甚为多见。 根据对Na +、K +、Ca 2+三种离子的电压门控通道蛋白质进行的分子结构分析，发现它们一 级结构中的氨基酸排列有相当大的同源性，说明它们属于同一蛋白质家族，与之有关的mRNA