与脂溶性的化学信号不同，亲水性信号分子(所有的肽类激素、神经递质和各种细胞因子等)均不能进入细胞。它们的受体位于细胞表面。这些受体与信号分子结合后，可以诱导细胞内发生一系列生物化学变化，从而使细胞的功能如生长、分化及细胞内化学物质的分布等发生改变，以适应微环境的变化和机体整体需要。这一过程可以称之为跨膜信号转导。在这一信号转导过程中，信号分子不进入细胞。虽然有些信号分子与受体结合后可以发生内化(internalization)，但这不是主要的作用方式。这种位于膜表面的受体所介导的信号传递主要表现为，各种参与信号传递的信号分子的构象、浓度或分布发生变化，各种信号分子之间发生相互识别和相互作用。
一、膜受体的分类
随着越来越多的膜表面受体被纯化，其结构及转导信号的方式逐步得以阐明。目前，按照受体的结构及其作用方式可将其分为三大类。这三大类受体在配体种类、受体的一般结构和功能及细胞对之发生反应的方式上有所不同，见表21－2。
Table 21－2 Classification of Membrane Receptors:Characteristics of Three Groups of Receptors
| Characteristics | Ion Channel
Receptors |
G-Protein-Linked
receptors |
Recetpors with a Single
Transmembrane Domain |
| Endogenous ligands | Neurotransmitter | Neurotransmitter | Growth factor hormone |
| Hormone | Cytokine | ||
| Auloacoid | |||
| Chemotactic factor | |||
| Exogenous stimulant | |||
| Structure | Oligomer with a pore | Probably monomer | Monomer of oligoner |
| with (±)catalytic | |||
| domain | |||
| Number of transmem | Four per subunit | Seven | One per subunit |
| bane segments | |||
| Function | Ion channel | Activation of G proteins | Tyrosine kinase |
| Giuanylate cyclase(?) | |||
| Cellular responses | Depolarization or | Depolarization or | Regulation of function |
| hyperpolarization | hyperpolarization | and expression of | |
| Regulation of function | proteins | ||
| and expression of | Proliferation or | ||
| proteins | differentiation |
二、膜受体信号转导的分子机理
(一)离子通道型受体及其信号转导
离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体。这种离子通道与受电位控制的离子通道及受化学修饰调控的离子通道不同，它们的开放或关闭直接受配体的控制，其配体主要为神经递质。
图21－8 乙酰胆碱受体的结构模式图
图21－8显示了作为离子通道受体的典型代表－乙酰胆碱受体的结构模式。乙酰胆碱受体是由5个同源性很高的亚基构成，包括2个α亚基，1个β亚基，1个γ亚基的和1个δ亚基。每一个亚基都是一个四次跨膜蛋白，分子量约60kd，约由500个氨基酸残基构成。推测跨膜部分为四条α螺旋结构，其中一条α螺旋含较多的极性氨基酸，就是由于这个亲水区的存在，使五个亚基共同在膜中形成一个亲水性的通道。乙酰胆碱的结合部位位于α亚基上。
乙酰胆碱受体可以以三种构象存在(图21-9)。两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但即使有乙酰胆碱的结合，该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。医学全在.线www.med126.com
图21－9 乙酰胆碱受体的三种构象示意图
离子通道受体信号转导的最终作用是导致了细胞膜电位的改变，可以认为，离子通道受体是通过将化学信号转变成为电信号而影响细胞的功能的。
离子通道型受体可以是阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，也可以是阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。
