(二)细胞的跨膜信号转导功能
1.跨膜信号转导概念
不同形式的外界信号（激素、神经传递、细胞因子等化学信号分子，或机械、电、和一定波长的电磁波等）作用于细胞时,通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程,而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用,将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内,再引发被作用细胞即靶细胞相应的功能改变,包括细胞出现电反应或其他功能改变。这一过程称为跨膜信号转导或跨膜信号传递。
跨膜信号转导虽然涉及到多种刺激信号在多种细胞引发的多种功能改变,但转导过程都是通过少数几种类似的途径或方式实现的,所涉及的几类膜蛋白质各具有很大的结构同源性,是由相近的基因家族编码的。
2.离子通道蛋白介导的跨膜信号转导方式
(1）化学门控通道：在神经-骨骼肌接头的运动终板膜上存在着N型ACh受体。它是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质,总分子最约为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a2bgd的梅花状通道样结构。在每个亚单位的肤链中,都存在有4处主要由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;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”。
在5个亚单位中,两个α-亚单位是同两分子ACh相结合的部位,这种结合可引起通道结构的开放,使终板膜外高浓度的Na+内流,同时少量膜内高浓度的K+外流,结果使终板膜两侧的电位发生波动,出现终板电位。终板电位的出现标志着ACh这个化学信号在肌细胞膜跨膜信号转导的完成。由于这种通道性结构只有在其中部分亚单位同ACh分子结合时才开放,因而属于化学门控通道或配体门控通道。配体一般泛指能与受体结构或受体分子特异性结合的化学信号。化学门控通道主要分布在肌细胞终板膜、神经细胞的突触后膜以及某些嗅、味感受细胞的膜中,使所在膜产生终板电位、突触后电位以及感受器电位等局部电反应。因化学门控通道具有受体功能，也称它们为通道型受体；又由于它们激活时直接引起跨膜离子流动，也称促离子型受体。
(2）电压门控通道：主要分布在神经轴突和骨骼肌、心肌细胞的一般质膜中,具有同化学门控通道类似的分子结构，但控制这类通道开放与关闭的因素是通道所在膜两侧的跨膜电位的变化。在这类通道的分子结构中，存在着对跨膜电位改变敏感的结构域和亚单位，后者诱发整个通道分子功能状态的改变，进而改变相应离子的易化扩散，使之产生可传导的动作电位。
(3）机械门控通道：许多细胞表面膜还存在能感受机械性刺激并引起细胞功能改变的通道样结构。例如，听毛受力而致听毛根部所在膜的变形,使该处膜出现跨膜离子移动,其间潜伏期极短,因而推测可能是膜的局部变形或牵引直接激活了附近膜中的机械门控通道。另外,这种通道也存在单细胞生物鞭毛虫、大肠杆菌、整虾牵张感受器、蛙肌梭初级感受末梢、大鼠心室肌细胞膜以及某些神经胶质细胞等处的细胞膜中。此通道具有速度快、对外界刺激反应的位点局限，在体内数量较少的特点。
3.G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导方式
对它的认识最初由对激素作用机制的研究开始。激素类物质作用于相应的靶细胞时,都是先同膜表面的特异性受体相结合, 然后通过一种称为Gs的G蛋白(兴奋性G蛋白)的中介,
激活作为效应器酶的腺苷酸环化酶,使胞浆中的ATP分解，引起膜内侧胞浆中cAMP含量的增加(有时是减少),实现激素对细胞内功能的调节。
外来化学信号激素看作第一信使，cAMP称作第二信使。这种形式的跨膜信号转导具有效应出现较慢、反应较灵敏、作用较广泛的特点。
总结以上，发现导致cAMP产生的膜内结构至少与膜中三类特殊的蛋白质复合物有关，即受体蛋白质-鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）-膜效应器酶蛋白质,后者的激活(或被抑制)可引致胞浆中第二信使物质的生成增加(或减少)。G-蛋白偶联受体也称促代谢型受体。
目前发现有相当数量的外界剌激信号作用于膜受体后,可以通过G蛋白再激活一种称为磷脂酶C的膜效应器酶,以膜结构中称为磷脂酰肌醇的磷脂分子为间接底物,生成两种分别称为三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油（DG）的第二信使物质,影响细胞内过程,完成跨膜信号转导。
4.氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导
一些肽类激素如胰岛素和细胞因子作用于相应的靶细胞时,是通过细胞膜中一类称作酪氨酸激酶受体来完成跨膜信号转导。这类受体只有一跨膜α-螺旋和一个较短的膜内肽段。当膜外的肽段同相应的化学信号结合时,可直接激活膜内侧肽段的蛋白激酶。此蛋白激酶的活性一是引发此肽段中酪氨酸残基的磷酸化,另一是促进其他蛋白质底物中的酪氨酸残基磷酸化,由此再引发各种细胞内功能的改变，实现细胞外信号对细胞功能的调节。
以上列出了目前已确定的三类跨膜信号转导形式,但是细胞的功能及其调控是非常复杂精细的,也许还能发现新的信号转导方式。
