细胞生物学细胞通讯.pptx

1 1 细胞通讯的基本特点 2 G蛋白偶联受体及信号转导3 酶联受体信号转导4 其它信号转导途径 5 信号的整合、调节与终止纲要第1页/共128页2Cell Communication第2页/共128页3细胞通讯细胞通讯CellCommunication：细胞通讯是指在多细胞生物的细胞社会中,细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制,并通过放大引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动,使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反应。P167第3页/共128页4细胞细胞质膜质膜与细与细胞通胞通讯讯第4页/共128页5有三种通讯方式有三种通讯方式 通过信号分子通过信号分子 通过细胞与细胞的接触通过细胞与细胞的接触 通过细胞与细胞外基质粘着通过细胞与细胞外基质粘着5.1细胞通讯的基本特点5.1.1 细胞通讯的方式细胞通讯的方式不依赖于细胞接触依赖于细胞接触第5页/共128页6细胞通细胞通讯的途讯的途径与方径与方式式第6页/共128页7通过细胞与细胞接触进行通讯的两种情通过细胞与细胞接触进行通讯的两种情况：况：通讯连接：通讯连接：间隙连接间隙连接 胞间连丝胞间连丝 通过位于细胞表面的信号分子同靶细胞的接触。通过位于细胞表面的信号分子同靶细胞的接触。第7页/共128页8细胞细胞通讯通讯的两的两种方种方式式第8页/共128页9细胞通讯基本过程细胞通讯基本过程 信号分子的合成信号分子的合成 内分泌细胞是主要来源内分泌细胞是主要来源 信号分子的分泌信号分子的分泌 复杂过程复杂过程 信号分子的传递信号分子的传递 血液循环系统血液循环系统 信号分子的识别信号分子的识别 受体蛋白受体蛋白 信号转移信号转移 跨膜转导跨膜转导 信号转换信号转换 细胞内级联反应细胞内级联反应 信号解除信号解除细胞信号传导信号转导第9页/共128页10细胞通讯基本过程细胞通讯基本过程 细胞信号传导细胞信号传导 Cell signaling 强调强调信号的产生、分泌与传送信号的产生、分泌与传送,即信号分子从合成即信号分子从合成的细胞中释放出来的细胞中释放出来,然后进行传递。然后进行传递。信号转导信号转导 Signal transduction 强强调调信信号号的的接接收收与与接接收收后后信信号号转转换换的的方方式式(途途径径)和和结结果果,包包括括配配体体与与受受体体结结合合、第第二二信信使使的的产产生生及及其后的级联反应等其后的级联反应等,即即信号的识别、转移与转换信号的识别、转移与转换。第10页/共128页115.1.2 Signal molecules 概念概念 P169 化学分子化学分子 非营养物非营养物 非能源物质非能源物质 非结构物质非结构物质 不是酶不是酶 主要是用来在细胞间和细胞内传递信息主要是用来在细胞间和细胞内传递信息 第11页/共128页12信信号号分分子子与与细细胞胞通通讯讯激素局部介质神经递质第12页/共128页13信号分子的类信号分子的类型型1.激素激素 激素激素是由内分泌细胞合成的化学信号分子是由内分泌细胞合成的化学信号分子，通过血，通过血液循环运输到身体各个部位作用于靶细胞。液循环运输到身体各个部位作用于靶细胞。激素三种类型激素三种类型:蛋白与肽类激素蛋白与肽类激素 脊椎动物中脊椎动物中80，只与质膜受体，只与质膜受体结合结合 类固醇激素类固醇激素 不溶于水，蛋白结合运输，胞内受不溶于水，蛋白结合运输，胞内受体体 氨基酸衍生物激素氨基酸衍生物激素 酪氨酸衍生物酪氨酸衍生物 两种受体两种受体第13页/共128页142.局部化学介质局部化学介质局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的细胞。围的细胞。常将这种信号传导称为常将这种信号传导称为旁分泌信旁分泌信号传导号传导(paracrine signaling）。）。第14页/共128页15 2.局部化学介质局部化学介质 自分泌自分泌(autocrine)是指细胞对自身产生的物质发生反应，是指细胞对自身产生的物质发生反应，通常将由自身合成的信号分子作用于自身的通常将由自身合成的信号分子作用于自身的现象称为自分泌信号现象称为自分泌信号(autocrine signaling)肝细胞合成的释放生长因子肝细胞合成的释放生长因子,可以刺可以刺激自身激自身,导致肿瘤细胞增生导致肿瘤细胞增生,失去控制。失去控制。第15页/共128页163.神经递质神经递质(neurotransmitters)神经递质是由神经细胞分泌到触突神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的信号分子中的信号分子 它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很近得很近为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。神经递质仅作用于相连接的靶细胞。号。神经递质仅作用于相连接的靶细胞。第16页/共128页17信信号号分分子子的的类类型型第17页/共128页185.1.3 受体受体Receptor 一般特性一般特性概念：概念：任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子均称为受体子均称为受体(receptor)，信号分子则被称为配体，信号分子则被称为配体(ligand)。存在部位：存在部位：细胞表面受体细胞表面受体 质膜上质膜上 同大的信号分子或小的亲水性的信号分子作用同大的信号分子或小的亲水性的信号分子作用 细胞胞内受体细胞胞内受体 位于胞质溶胶、核基质中位于胞质溶胶、核基质中 同脂溶性的小信号分子作用同脂溶性的小信号分子作用 第18页/共128页19细胞表面受体和胞内受体细胞表面受体和胞内受体第19页/共128页20胞内受体胞内受体 细胞内受体在接受脂溶性的信号分子并与之结合形成受体-配体复合物后就成为转录促进因子，作用于特异的基因调控序列，启动基因的转录和表达。第20页/共128页21胞内受体的结构胞内受体的结构抑制蛋白配体DNA结合的结构域转录激活结构域激素结合位点第21页/共128页22含两个结构域与DNA结合的结构域激活基因转录的结构域，位于N末端两个结合位点与配体结合的位点,位于C末端与抑制蛋白结合的位点胞内受体基本结构：第22页/共128页23细胞表面受体细胞表面受体信号分子主要是亲水的蛋白质、多肽或其他一些信号分子主要是亲水的蛋白质、多肽或其他一些水溶性的分子水溶性的分子受体受体主要类型主要类型离子通道偶联受体离子通道偶联受体(ion-channel linked receptor)；G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G-protein linked receptor)；酶联受体酶联受体(enzyme-linked receptor)。第23页/共128页24三种类型的表面受体三种类型的表面受体离子通道偶联受体G-蛋白偶联受体酶联受体第24页/共128页25离子通道偶联受体离子通道偶联受体Ion-channel linked receptor见于见于可兴奋细胞间的突触信号传递可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种电效，产生一种电效应。应。受体本身就是受体本身就是形成通道的跨膜蛋白形成通道的跨膜蛋白。如乙酰胆碱受。如乙酰胆碱受体就是离子通道偶联受体。体就是离子通道偶联受体。它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白,除有除有配体结配体结合部位合部位外外,本身就是本身就是离子通道离子通道的一部分的一部分,并籍此将并籍此将信号传递至细胞内。信号传递至细胞内。第25页/共128页26乙酰胆碱受体与信号传递乙酰胆碱受体与信号传递第26页/共128页27乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体第27页/共128页28G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体 G-protein linked receptor最大的一类细胞受体家族，结构相似，一条多肽连，有最大的一类细胞受体家族，结构相似，一条多肽连，有7次次螺旋跨膜，参与的信号转导作用要与螺旋跨膜，参与的信号转导作用要与G蛋白蛋白相耦联。相耦联。已经发现了已经发现了1000个个G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体,包括许多神经递包括许多神经递质、神经多肽和激素的受体质、神经多肽和激素的受体 另外，另外，G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体 包括许多与嗅觉、视觉和味觉包括许多与嗅觉、视觉和味觉有关的受体有关的受体第28页/共128页29G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体第29页/共128页30 G蛋白偶联受体与信号转导蛋白偶联受体与信号转导第30页/共128页31受体蛋白既是受体蛋白既是受体受体又是又是酶酶，一旦被配体激，一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大，又称催化活即具有酶活性并将信号放大，又称催化受体受体(catalytic receptor)。这类受体传导的信号主要与细胞生长、分这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关。裂有关。酶联受体(enzymelinkedreceptor)第31页/共128页32酶联受体种类P177酪氨酸激酶偶联受体(tyrosinekinase-linkedreceptors)缺少细胞内催化活性的酶联受体内源酶促活性受体(receptorwithintrinsicenzymaticactivity)细胞内具有催化结构域的酶联受体受体酪氨酸激酶(Receptor tyrosine kinase)；受体丝氨酸/苏氨酸激酶(Receptor serine/threonine kinase)。受体鸟苷环化酶(Receptor guanylyl cyclase)；受体酪氨酸磷酸酶(Receptor of tyrosine phophatase);第32页/共128页33酪氨酸激酶偶联受体酪氨酸激酶偶联受体 受体与酪氨酸激酶是分开的，配体与受体结合后，受体与酪氨酸激酶是分开的，配体与受体结合后，受体形成二聚体，两个酪氨酸激酶分别与受体结合并被受体形成二聚体，两个酪氨酸激酶分别与受体结合并被激活激活.第33页/共128页34内源酶促活性受体内源酶促活性受体第34页/共128页35表面受体跨膜方式表面受体跨膜方式 单次跨膜受体家族单次跨膜受体家族:7次跨膜家族：次跨膜家族：多亚单位跨膜家族多亚单位跨膜家族:第35页/共128页36不同的跨膜受体不同的跨膜受体第36页/共128页37特异性特异性 专一性专一性 受体与配体结合具有特异性，受体与配体结合具有特异性，不受其它信息分子的不受其它信息分子的干扰。干扰。受体交叉受体交叉(receptor crossover)一个受体可以和多个配体结合；一个受体可以和多个配体结合；（如胰岛素受（如胰岛素受体）体）一个配体也可以和多个受体结合。一个配体也可以和多个受体结合。5.1.4受体与配体相互作用的特性第37页/共128页38 高亲和力高亲和力 受体与配体结合的能力称为亲和力。受体与配体结合的能力称为亲和力。亲和力的大小常用亲和力的大小常用受体受体-配体复合物的解离常数配体复合物的解离常数(Kd)值来表示，值来表示，通常是通常是10-9 M左左右。右。饱和性饱和性 即有限的结合能力。即有限的结合能力。可逆性可逆性 配体与受体的结合是通过非共价键，配体与受体的结合是通过非共价键，可逆的。可逆的。生理效应生理效应 信号分子与受体结合会引起适当的生理反应，反应信号分子与受体结合会引起适当的生理反应，反应的强弱与结合配体的受体数量正相关。（如胰岛素）的强弱与结合配体的受体数量正相关。（如胰岛素）第38页/共128页39信号转换信号转换 逐级放大逐级放大 通过构象的改变通过构象的改变 在信号转导途径中，上游蛋白对下游蛋在信号转导途径中，上游蛋白对下游蛋白活性的改变主要是通过白活性的改变主要是通过添加或除去磷酸集团添加或除去磷酸集团进进行的。行的。细胞信号转导的特点5.1.5信号转导与第二信使第39页/共128页40信号转导与蛋白质活性信号转导与蛋白质活性第40页/共128页41信号级联放大信号级联放大(signaling cascade)从细胞表面受体从细胞表面受体接收外部信号到接收外部信号到最后作出综合性最后作出综合性应答是一个将信应答是一个将信号逐步放大的过号逐步放大的过程，称为程，称为信号的信号的级联放大反应级联放大反应。第41页/共128页42细胞通讯细胞通讯引起的反应引起的反应 酶活性的变化酶活性的变化 基因表达的变化基因表达的变化 细胞骨架构型细胞骨架构型 通透性的变化通透性的变化 DNA合成活性的变化合成活性的变化 细胞死亡程序的变化等细胞死亡程序的变化等第42页/共128页43细细胞胞通通讯讯的的作作用用第43页/共128页44细胞细胞通讯通讯的速的速率率第44页/共128页45第二信使第二信使(second messengers)由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使为第二信使，细胞外信号称为第一信使。，细胞外信号称为第一信使。第45页/共128页46第二信使至少有两个基本特性第二信使至少有两个基本特性:是第一信使同其膜受体结合后是第一信使同其膜受体结合后最早最早在细胞膜在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子；信号分子；能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。答。第46页/共128页47细胞内有五种最重要的第二信使:cAMPcGMP1，2-二酰甘油(DAG)1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)Ca2+第47页/共128页485.2 G蛋白偶联受体及信号转导第48页/共128页49G-G-蛋白蛋白:组成组成:一般由三个亚基组成一般由三个亚基组成,分别叫分别叫、,其中其中、两亚基通常紧密结合在一起两亚基通常紧密结合在一起,只有在蛋白变性时才分只有在蛋白变性时才分开。开。功能功能位点位点:亚基具有三个功能亚基具有三个功能位点位点：鸟苷结合位点鸟苷结合位点 GTPase的活性结构域的活性结构域;ADP核糖化位点。核糖化位点。5.2.1G蛋白的结构与功能第49页/共128页50在G蛋白偶联信号转导系统中，G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上。一种是静息状态，即三体状态;另一种是活性状态。G蛋白由非活性状态转变成活性状态，尔后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环。G蛋白循环(Gproteincycle)第50页/共128页51第51页/共128页52GTPase激活蛋白(GTPase-activatingprotein，GAP)加速GTP的水解鸟苷交换因子(guaninenucleotide-exchangefactors，GEF)促进GDP从G蛋白上解离的蛋白因子，激活G蛋白鸟苷解离抑制蛋白(guaninenucleotide-dissociationinhibitors，GDI)抑制结合的GDP从G蛋白释放出来，所以GDI可保持G蛋白处于非活性状态。G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联:第52页/共128页53GTPase激活蛋白GAP鸟苷交换因子GEF鸟苷解离抑制蛋白GDI第53页/共128页54信号分子作用于膜受体后，激活G蛋白偶联系统，产生cAMP后，激活蛋白激酶A进行信号的放大。5.2.2PKA系统(proteinkinaseAsystem，PKA)的信号转导机理第54页/共128页55表面受体G蛋白偶联受体都是7次跨膜的膜整合蛋白，包括肾上腺素(型)受体、胰高血糖素受体、促甲状腺素受体、后叶加压素受体、促黄体生长素受体、促卵泡激素受体等。G蛋白效应物(effector)指直接产生效应的物质，通常是酶，如腺苷酸环化酶、磷酸脂酶等，它们是信号转导途径中的催化单位5.2.2.1系统组成第55页/共128页56G蛋白偶联系统由三部分组成:表面受体、G蛋白和效应物，由于这三种复合物都是结合在膜上，故此将它们称为膜结合机器(membrane-boundmachinery)。第56页/共128页575.2.2.2G蛋白偶联受体跨膜信号转导机理G蛋白被受体激活第57页/共128页58G蛋白将信号向效应物转移第58页/共128页59应答的终结第59页/共128页60是膜整合蛋白，能够将ATP转变成cAMP，引起细胞的信号应答，故此，AC是G蛋白偶联系统中的效应物。有两个催化结构域和两个膜整合区，每个膜整合区有6个跨膜的螺旋。5.2.2.3第二信使:cAMP腺苷酸环化酶(adenylatecyclase，AC)第60页/共128页61cAMP的产生的产生第61页/共128页62 很多不同类型的细胞都是通过很多不同类型的细胞都是通过cAMP浓浓度的变化度的变化引起细胞的应答引起细胞的应答 cAMP信号通路的生理反应第62页/共128页63激素激素 组织组织 生理反应生理反应 胰高血糖素胰高血糖素肝肝糖原分解糖原分解肾上腺素肾上腺素肝肝 糖原分解糖原分解 胰高血糖素胰高血糖素 脂肪组织脂肪组织脂肪分解脂肪分解促黄体素促黄体素 卵巢卵巢 孕酮的形成孕酮的形成 促甲状腺激素促甲状腺激素 甲状腺甲状腺 甲状腺素的形成甲状腺素的形成 肠泌素肠泌素 肠肠 胰腺酶释放胰腺酶释放 肾上腺素肾上腺素 心肌心肌 加快收缩加快收缩 加压素加压素 肾肾 水的吸收水的吸收 第63页/共128页64 组成和作用效果组成和作用效果 在某些细胞中，在某些细胞中，G蛋白不仅可激活酶活蛋白不仅可激活酶活性（又称向上调节，性（又称向上调节，up regulation)，也可抑制其作用的酶活性（向下调节，也可抑制其作用的酶活性（向下调节，down regulation)，因此有激活型和，因此有激活型和抑制型两种不同的系统抑制型两种不同的系统5.2.2.4激活型和抑制型cAMP信号途径第64页/共128页65 激活型激活型 由激活型的信号作用于激活型的受体，由激活型的信号作用于激活型的受体，经激活型的经激活型的G蛋白去激活腺苷酸环化酶，蛋白去激活腺苷酸环化酶，从而提高从而提高cAMP的浓度引起细胞的反应。的浓度引起细胞的反应。抑制型抑制型 通过抑制型的信号分子作用于抑制型的通过抑制型的信号分子作用于抑制型的受体，经抑制型的受体，经抑制型的G蛋白去抑制腺苷酸环蛋白去抑制腺苷酸环化酶的活性。化酶的活性。第65页/共128页66系统组成系统组成激活型的系统组成激活型的系统组成刺刺激型受体激型受体(Stimulate Receptor，Rs)肾上腺素肾上腺素(型型)受体，受体，胰高血糖素受体等胰高血糖素受体等此类受体都是此类受体都是7次跨膜的膜整合蛋白。次跨膜的膜整合蛋白。刺刺激型的激型的G蛋白蛋白（Gs proteins）将受体接收的信号传递给腺苷酸环化酶，使该酶将受体接收的信号传递给腺苷酸环化酶，使该酶激活。激活。效应物效应物 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶提高提高cAMP的浓度的浓度第66页/共128页67抑制型受体抑制型受体(Inhibite Receptor，Ri)抑制型的受体抑制型的受体(Ri)通过通过Gi抑制腺苷酸环化酶的活性，降低膜内抑制腺苷酸环化酶的活性，降低膜内cAMP的水平。的水平。抑制型抑制型G蛋白蛋白(Gi-proteins)降低腺苷酸环化酶的活性。降低腺苷酸环化酶的活性。效应物效应物腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶。减少减少cAMP的产生的产生抑制型的系统组成第67页/共128页68激活型与抑制型受体进行信号传导的效应第68页/共128页69又称为依赖于cAMP的蛋白激酶A(cyclic-AMPdependentproteinkinaseA)，是由四个亚基组成的四聚体。蛋白激酶A的功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，被蛋白激酶磷酸化了的蛋白质可以调节靶蛋白的活性。5.2.2.5蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)第69页/共128页70磷酸化和去磷酸化是信号转导中最简便而又十分快捷的反应方式，一般是通过磷酸化而激活，去磷酸化而失活，磷酸成为蛋白(酶)的活性标记。磷酸化与去磷酸化第70页/共128页71第71页/共128页72 蛋白激酶蛋白激酶A被被cAMP激活后能够使多种底物激活后能够使多种底物磷酸化，引起多种反应磷酸化，引起多种反应5.2.2.6蛋白激酶A的细胞质功能与细胞核功能PKA既可直接修饰细胞质中的底物蛋白，使之磷酸化后立即起作用，也可以进入细胞核作用于基因表达的调控蛋白，启动基因的表达第72页/共128页73第73页/共128页741.胰高血糖素或肾上腺素同受体结合，通过G蛋白激活腺苷酸环化酶，激活的腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP，cAMP扩散进入细胞质。2.在细胞质中cAMP同蛋白激酶A的调节亚基的别构部位(allsoteric site)结合，将蛋白激酶A激活。蛋白激酶A的细胞质功能:糖原分解第74页/共128页75糖原合成酶的磷酸化抑制了酶的催化活性，阻止了由葡萄糖合成糖原。磷酸化酶激酶通过磷酸化激活自身的酶活性，从而催化磷酸化酶的磷酸化。被激活的磷酸化酶可将糖原磷酸化而分解成1-磷酸葡萄糖，最后生成葡萄糖进入血液循环。3.在肝细胞中，激活的PKA有很多作用底物，包括磷酸化酶激酶和糖原合成酶。第75页/共128页76第76页/共128页77有少数被激活的PKA可以转移到细胞核中磷酸化某些重要的核蛋白，其中多数是被称为CREB(cAMPresponseelementbinding，cAMP效应元件结合因子)的转录因子，被磷酸化了的CREB能够作用于DNA中的特定位点，起始相关基因的转录。如在肝细胞中，有几种酶与糖异生(gluconeogenesis)有关，因此肾上腺素和胰高血糖素可促进细胞利用小分子前体合成葡萄糖。蛋白激酶A的细胞核功能:调节基因表达第77页/共128页78该途径的信号解除有两种方式:通过cAMP磷酸二酯酶(cAMPphosphodiesterase，PDE)将cAMP的环破坏，形成5-AMP启动抑制型的cAMP信号系统通过抑制型的信号作用于Ri，然后通过Gi起作用。Gi蛋白被激活后，GTP同Gi蛋白的亚基结合，Gi的亚基与Gi复合物分离，并在细胞膜的胞质面进行扩散；当Gi的亚基与腺苷酸环化酶结合后则抑制其活性；而Gi复合物则可同激活型的Gs作用，阻止它去激活腺苷酸环化酶。5.2.2.7cAMP信号的终止第78页/共128页795.2.2.8 毒素对毒素对G蛋白的核糖化蛋白的核糖化作用作用 霍乱弧菌霍乱弧菌感染人体后，产生霍乱毒素，具有催化感染人体后，产生霍乱毒素，具有催化作用，使作用，使G蛋白核糖化蛋白核糖化(ADP-ribosylation)，这样抑制了这样抑制了亚基的亚基的GTPase活性活性，从而抑制了，从而抑制了GTP的水解，使的水解，使Gs一直处于激活状态。其结果一直处于激活状态。其结果使腺苷酸环化酶处于永久活性状态，使腺苷酸环化酶处于永久活性状态，cAMP的形的形成失去控制，引起成失去控制，引起Na+和水分泌到肠腔导致严重和水分泌到肠腔导致严重腹泄腹泄。第79页/共128页80百日咳杆菌产生的百日咳毒素(pertussistoxin)使G蛋白的亚基ADP核糖化。阻止了Gi蛋白亚基上的GDP被GTP取代，使其失去对腺苷酸环化酶的抑制作用，其结果也是使cAMP的浓度增加。由于百日咳是经呼吸道感染的，被感染的细胞与呼吸系统相关，这些细胞中cAMP浓度的提高，促使大量的体液分泌进入肺，引起严重的咳嗽。第80页/共128页815.2.3 PKC系统系统(protein kinase C system)磷脂酶CGq蛋白的亚基PIP2DAGIP3IP3闸门Ca2+释放通道蛋白激酶C第81页/共128页82 系统组成系统组成:1.受体受体:G蛋白偶联受体，蛋白偶联受体，7次跨膜。如肾上腺素次跨膜。如肾上腺素(型型)受体等。受体等。2.Gq蛋白：蛋白：异源三体，其异源三体，其亚基上具有亚基上具有GTP/GDP结合位结合位 点，点，作用方式与作用方式与cAMP系统中的系统中的G蛋白完全蛋白完全相同。相同。3.效应物：磷脂酶效应物：磷脂酶C 此处的此处的表示一种异构体。表示一种异构体。5.2.3.1膜结合机器第82页/共128页83 三个第二信使三个第二信使:IP3、DAG、Ca2+。产生过程包括产生过程包括:磷脂酶磷脂酶C的激活的激活 IP3/DAG的生成的生成 Ca2+的释放。的释放。5.2.3.2第二信使的产生第83页/共128页84磷脂酶C-的激活是膜整合蛋白。当信号分子识别并同受体结合后，激活Gq蛋白的亚基。激活的Gq-亚基通过扩散与磷脂酶C-接触，并将磷脂酶C-激活。第二信使IP3/DAG的生成被激活的磷脂酶C-水解质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)，产生三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)第84页/共128页85第85页/共128页86 IP3 启动第二信使启动第二信使Ca2+的释放的释放 IP3是水溶性的小分子，是水溶性的小分子，它可以离开质膜并迅速在胞质溶胶中扩散。它可以离开质膜并迅速在胞质溶胶中扩散。IP3同内质同内质网膜上专一的网膜上专一的IP3受体受体结合，结合，使使IP3-门控门控Ca2+通道通道打开，打开，使使Ca2+从内质从内质网中释放出来。网中释放出来。第86页/共128页875.2.3.3蛋白激酶C的激活是三种第二信使共同作用的结果。第87页/共128页885.2.3.4蛋白激酶C的作用在未受刺激的细胞中，PKC主要分布在细胞质中，呈非活性构象。一旦有第二信使的存在，PKC将成为膜结合的酶;蛋白激酶C与蛋白激酶A一样，均是将靶蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。它能激活细胞质中的酶，参与生化反应的调控，在肝细胞中可与蛋白激酶A协作促进糖原代谢。同时也能作用于细胞核中的转录因子，参与基因表达的调控。多与细胞的生长和分化相关的基因。第88页/共128页89第89页/共128页905.2.3.5 第二信使第二信使Ca2+(calcium ions)的作用的作用 细胞中细胞中Ca2+浓度及其控制浓度及其控制在静息状态的细胞中，在静息状态的细胞中，Ca2+浓度维持在非常低浓度维持在非常低的水平，通常只有的水平，通常只有10-7M。但在细胞外和某。但在细胞外和某些膜结合细胞器，如些膜结合细胞器，如ER和植物液泡的腔中和植物液泡的腔中 Ca2+浓度比胞质溶胶中要高浓度比胞质溶胶中要高10，000倍。倍。第90页/共128页91在正常情况下，膜对Ca2+是高度不通透的。质膜和ER的膜中含有能够将Ca2+从胞质溶胶中泵出细胞外或泵进ER腔的运输系统。Ca2+通过膜通道扩散，使胞质溶胶中Ca2+浓度快速升高。细胞质中的低Ca2+浓度是通过各种通道和运输泵控制的p204第91页/共128页92 钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin)真核生物细胞中真核生物细胞中的胞质溶胶蛋白，由的胞质溶胶蛋白，由148个氨基酸个氨基酸组成单条多肽，钙调蛋白的外组成单条多肽，钙调蛋白的外形似哑铃形似哑铃，有两个球形，有两个球形的末端，中间被一个长而富有弹性的螺旋结构相连，的末端，中间被一个长而富有弹性的螺旋结构相连，每个末端有两个每个末端有两个Ca2+结构域，每个结构域可以结合结构域，每个结构域可以结合一个一个Ca2+，这样，这样，一个钙调蛋白可以结合一个钙调蛋白可以结合4个个Ca2+。第92页/共128页93 Ca2+-钙调蛋白复合物的信号放大作用钙调蛋白复合物的信号放大作用 钙钙-钙调蛋白复合物，就会引起钙调蛋白构型钙调蛋白复合物，就会引起钙调蛋白构型的变化，增强了钙调蛋白与许多效应物结合的变化，增强了钙调蛋白与许多效应物结合的亲和力。的亲和力。在不同的细胞中，在不同的细胞中，Ca2+-钙调蛋白复合物可钙调蛋白复合物可以同以同CaM-蛋白激酶、蛋白激酶、cAMP磷酸二酯酶、磷酸二酯酶、以及质膜中的以及质膜中的Ca2+运输蛋白结合运输蛋白结合(P119)，将它们激活，进行信号的放大。将它们激活，进行信号的放大。第93页/共128页945.2.3.6 IP3/DAG/Ca2+信号信号的终止的终止 DAG信号的解除信号的解除 DAG寿命只有几秒钟，寿命只有几秒钟，靠两种方式进行降解靠两种方式进行降解:被被DAG磷磷酸酸激激酶酶磷磷酸酸化化,生生成成磷磷脂脂酸酸(PA),PA被被转转化化为为CMP-磷磷脂脂酸酸,再再与与肌肌醇醇作作用用合合成成磷磷脂脂肌肌醇醇(PI)。DAG 被被DAG 酯酯酶酶水水解解生生成成单单脂脂酰酰甘甘油油,再再进进一一步步水水解解成成自自由由的的多多不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸和和花花生生四四烯烯酸酸甘甘油。油。第94页/共128页95IP3被水解，即被水解，即IP3在在5-磷酸酶磷酸酶的作用下，的作用下，水解为水解为I(1，4)P2，并且进一步水解成肌醇，并且进一步水解成肌醇在胞浆的在胞浆的肌醇磷酸脂肌醇磷酸脂 3-激酶激酶的作用下，的作用下，IP3被被ATP磷酸化生成肌醇磷酸化生成肌醇-1，3，4，5-四四磷酸磷酸(IP4)。IP3信号的解除有两种途径终止IP3的信号作用第95页/共128页96 IP4参与打开细胞质膜上的参与打开细胞质膜上的Ca2+通道通道,使使细胞质中的细胞质中的Ca2+较为持久地增高。较为持久地增高。胞胞内内Ca2+浓浓度度持持久久地地升升高高,可可激激活活Ca2+-ATP酶酶（质质膜膜、内内质质网网膜膜的的钙钙泵泵），从从而而降降低低胞胞质质中中的的 Ca2+，使使胞胞质质中中的的Ca2+迅迅速速恢恢复复到到基基态态水水平平(10-7 M),并并使使活活性性CaM-酶酶复复合物解离合物解离,从而酶失去活性从而酶失去活性,细胞反应终止。细胞反应终止。Ca2+信号的解除第96页/共128页975.3 酶联受体信号转导酶联受体信号转导(signaling via enzyme-linked receptor)特点：不需要信号偶联蛋白不需要信号偶联蛋白(G-蛋白蛋白)；该通路对信号的反应比较慢该通路对信号的反应比较慢(通常要几小时通常要几小时)，并且需要许多细胞内的转换步骤；，并且需要许多细胞内的转换步骤；通常与细胞分裂相关。通常与细胞分裂相关。第97页/共128页98 受体本身就是受体本身就是鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶，其细胞外部分，其细胞外部分有同信号分子结合的位点，有同信号分子结合的位点，细胞内部分有一细胞内部分有一个鸟苷酸环化酶的催化结构域，个鸟苷酸环化酶的催化结构域，可催化可催化GTP生成生成cGMP;cGMP可激活可激活cGMP依赖性的蛋白激酶依赖性的蛋白激酶G，被激活的蛋白激酶被激活的蛋白激酶G可使特定蛋白质的丝氨可使特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，酸或苏氨酸残基磷酸化，从而引起细胞反应从而引起细胞反应;此途径中的此途径中的第二信使是第二信使是cGMP。5.3.1鸟苷酸环化酶受体与第二信使cGMP第98页/共128页99PKG如：血管壁的平滑肌细胞松弛心房钠尿肽两种形式的鸟苷酸环化酶胞浆可溶型GC膜结合型GC第99页/共128页100 受体酪氨酸激酶，简称受体酪氨酸激酶，简称RTKs(receptor tyrosine kinase)是最大的一类酶联受体；是最大的一类酶联受体；Ras是是原癌基因原癌基因c-ras表达的产物，表达的产物，RTKs/Ras是目前研究得比较清楚的一条主是目前研究得比较清楚的一条主要的信号转导途径。要的信号转导途径。5.3.2受体酪氨酸激酶/Ras途径第100页/共128页1015.3.2.1 受体的结构特点及类型受体的结构特点及类型第101页/共128页102 受体结构受体结构 胰岛素受体是胰岛素受体是一个四聚体，由一个四聚体，由两个两个亚基和两亚基和两个个亚基通过二亚基通过二硫键连接。硫键连接。5.3.2.3胰岛素受体信号转导途径胰岛素受体底物InsulinreceptorsubstrateIRS第102页/共128页103使胰岛素受体底物IRSs上的十几个酪氨酸残基磷酸化，磷酸化的IRSs能够与那些具有SH2结构域的蛋白结合，引起进一步的反应。激活第103页/共128页104是是“Src同源结构域同源结构域”(Src homology domain)的缩写的缩写(Src是一种癌基因，最初在是一种癌基因，最初在Rous 肉瘤病毒肉瘤病毒 中发现中发现)。这种结构域能够与这种结构域能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残受体酪氨酸激酶磷酸化残基基紧紧结合，形成多蛋白的复合物进行信号紧紧结合，形成多蛋白的复合物进行信号转导。转导。SH2大约由大约由100个氨基酸组成。个氨基酸组成。SH3由由50个氨基酸组成。个氨基酸组成。SH结构域(SHdomain)第104页/共128页105信号转导机制第105页/共128页106 表皮生长因子受体（表皮生长因子受体（Epidermal growth factor receptor，EGF受体）受体）存在于特殊的靶细胞的质膜上，调节不同的功能，存在于特殊的靶细胞的质膜上，调节不同的功能，包括细胞的生长、增殖和分化，并且与肿瘤的发生有关。包括细胞的生长、增殖和分化，并且与肿瘤的发生有关。EGF受体结构受体结构 是一种糖蛋白是一种糖蛋白,由三个结构域组成：由三个结构域组成：EGF结合结构结合结构域；跨膜区和蛋白激酶活性区域，位于质膜的内表面。域；跨膜区和蛋白激酶活性区域，位于质膜的内表面。5.3.2.4表皮生长因子受体信号转导途径第106页/共128页107受体激活当EGF同受体细胞外结构域结合位点结合后，受体被激活，导致两个EGF受体单体形成二聚体，激活细胞质部分的酪氨酸激酶，使酪氨酸自我磷酸化。第107页/共128页108 级联放大级联放大 在多数情况在多数情况下，下，EGF受体被磷酸受体被磷酸化的酪氨酸位点同靶化的酪氨酸位点同靶蛋白蛋白(酶酶)的的SH2结构结构域域相互作用，将靶蛋相互作用，将靶蛋白白(酶酶)激活，引起细激活，引起细胞应答。胞应答。第108页/共128页109 Ras蛋白蛋白(Ras protein)原癌基因原癌基因c-ras的表达产物。的表达产物。Ras是大鼠肉是大鼠肉瘤瘤(rat sarcoma)的英文缩写。的英文缩写。系单体系单体 GTP结合蛋白，具有弱的结合蛋白，具有弱的 GTP酶活酶活性。性。其活性则是通过与其活性则是通过与GTP或或GDP的结合进行调的结合进行调节。节。5.3.2.5Ras蛋白的激活与信号转导第109页/共128页110GTPase激活蛋白鸟苷交换因子第110页/共128页111第111页/共128页112Grb2蛋白(growthfactorreceptor-boundprotein2)和Sos蛋白Grb2能够与Sos结合,并将Sos激活，激活的Sos与质膜上的Ras蛋白结合，并将其激活,引起信号级联反应。Grb2蛋白含有一个SH2结构域和两个SH3结构域,属SH蛋白。Sos：鸟苷交换因子，激活Ras第112页/共128页113p218促分裂原活化蛋白激酶MAPK第113页/共128页114当EGF激活其受体后，受体细胞质结构域磷酸化，新的磷酸化位点作为Grb2-Sos蛋白结合部位。Grb2-Sos蛋白同受体的磷酸化位点结合之后，Sos蛋白被激活，激活的Sos蛋白促进Ras蛋白进行GDP与GTP的交换，从而将Ras蛋白激活。P217Ras信号传导途径与细胞的生长分裂有相当大的关系，并且与细胞的癌变密切相关。P218Ras蛋白的激活第114页/共128页115RTKs/Ras信号通路配体RTKsGrb2-SosRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK(促分裂原活化蛋白激酶)进入细胞核转录因子基因表达。第115页/共128页116一氧化氮是可溶性的气体，产自精氨酸，在一氧化氮是可溶性的气体，产自精氨酸，在一些组织中作为局部介质起作用。一些组织中作为局部介质起作用。NO能够能够引起血管壁的平滑肌细胞松弛。引起血管壁的平滑肌细胞松