细胞生物学--细胞信号转导与信号传递系统.ppt

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1、细胞生物学-细胞信号转导与信号传递系统 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望信号细胞信号细胞(signalingcell)：能产生信号分子的细胞能产生信号分子的细胞.靶靶细细胞胞(targetcell)：受受到到信信号号分分子子的的作作用用发发生生反应的细胞反应的细胞.信信号号转转导导(signaltransduction)：靶靶细细胞胞依依靠靠受受体体识识别别专专一一的的细细胞胞外外信信号号分分子子，并并把把细细胞胞外外信信号号转变为细胞内信号，这一转

2、变过程称为信号转导。转变为细胞内信号，这一转变过程称为信号转导。细细胞胞内内的的信信号号分分子子经经连连锁锁级级联联反反应应，进进行行细细胞胞内内信号传递，引起细胞发生反应。信号传递，引起细胞发生反应。靶细胞的受体蛋白多种多样靶细胞的受体蛋白多种多样:存在于质膜上，识别的分子是亲水性的；存在于质膜上，识别的分子是亲水性的；存在于胞质溶质中，识别的分子是疏水性的。存在于胞质溶质中，识别的分子是疏水性的。受体蛋白分别与不同的信号分子发生结合各具有专受体蛋白分别与不同的信号分子发生结合各具有专一性。一性。第一节第一节信号细胞与靶细胞信号细胞与靶细胞一、信号分子与信号细胞一、信号分子与信号细胞信信号号

3、细细胞胞通通过过外外排排分分泌泌和和穿穿膜膜扩扩散散释释放放出出信信号号分分子子。有有的的信信号号分分子子可可对对远远距距离离的的靶靶细细胞胞发发生生作作用用；有有的的信信号号分分子子在在释释放放后后仍仍结结合合在在信信号号细细胞胞表表面面，只只能能影影响响与与之之接接触触的的细细胞胞，甚至信号细胞本身。甚至信号细胞本身。信号分子分类：信号分子分类：1 1、旁旁分分泌泌信信号号：信信号号分分子子扩扩散散不不太太远远，只只能能影影响响周围近邻细胞周围近邻细胞2 2、突突触触信信号号：神神经经末末梢梢与与神神经经元元或或肌肌肉肉细细胞胞之之间间的的连连接接称称突突触触，神神经经末末梢梢分分泌泌神神

4、经经递递质质，作作用用于于突突触后靶细胞，传递信号。触后靶细胞，传递信号。3 3、内内分分泌泌信信号号：内内分分泌泌细细胞胞分分泌泌的的信信号号分分子称为激素，可远距离传播，散布全身。子称为激素，可远距离传播，散布全身。4 4、自自分分泌泌信信号号：细细胞胞分分泌泌的的信信号号分分子子只只作作用用于于同同种种细细胞胞，甚甚至至同同自自身身的的受受体体结结合合引引起起反反应应，分分泌泌信信号号分分子子的的细细胞胞既既是是信信号号细细胞胞，也是靶细胞。也是靶细胞。二、靶细胞二、靶细胞（一）靶细胞反应的特征（一）靶细胞反应的特征1 1、专专一一性性地地识识别别信信号号细细胞胞按按发发育育编编程程，在

5、在不不同同的分化阶段分别对专一的信号分子识别。的分化阶段分别对专一的信号分子识别。2 2、反反应应的的差差异异性性 一一种种信信号号分分子子对对不不同同的的靶靶细细胞胞常常有有不不同同的的效效应应。这这是是由由于于1）细细胞胞表表面面受受体体组组合合不不同同，2）细细胞胞内内的的装装置置对对接接收收的的信信息息在在细细胞胞内内进行不同的整合和译解。进行不同的整合和译解。（二）靶细胞中的受体种类二）靶细胞中的受体种类1 1、细细胞胞内内受受体体：存存在在于于细细胞胞质质基基质质或或核核中中，如如脂溶性信号分子的受体。脂溶性信号分子的受体。（类固醇、维生素（类固醇、维生素D）2 2、细细胞胞表表面

6、面受受体体：为为跨跨膜膜整整合合蛋蛋白白，亲亲水水性性信信号号分分子子的的受受体体。（神神经经递递质质、蛋蛋白白质质激激素素、蛋蛋白白质质生生长长因子因子）细胞表面受体和细胞内受体细胞表面受体和细胞内受体亲水性亲水性细胞表面受体根据传导机制不同分三类：细胞表面受体根据传导机制不同分三类：（1 1）离子通道关联受体）离子通道关联受体受受体体是是多多次次穿穿膜膜的的蛋蛋白白质质，与与电电兴兴奋奋细细胞胞之之间间突突触触信信号号快快速速传传递递有有关关。受受体体与与神神经经递递质质结结合合后后构构象象发发生生改改变变，通通道道瞬瞬时时打打开开或或关关闭闭，改改变变了了质质膜膜的离子透性，使突触后细胞

7、发生兴奋。的离子透性，使突触后细胞发生兴奋。（2 2）G G蛋白关联受体蛋白关联受体可可间间接接调调节节结结合合在在质质膜膜上上的的靶靶蛋蛋白白的的活活性性，靶靶蛋蛋白白是是酶酶或或离离子子通通道道。受受体体与与靶靶蛋蛋白白之之间间有有第第三三种种蛋白质：蛋白质：G G蛋白蛋白三体三体GTPGTP结合调节蛋白。结合调节蛋白。（3 3）酶关联受体）酶关联受体受受体体多多是是一一次次穿穿膜膜的的蛋蛋白白质质，自自身身具具酶酶的的性性质质，或或与与酶酶结结合合在在一一起起。多多为为蛋蛋白白激激酶酶或或与与蛋蛋白白激激酶酶结结合合在在一一起起。被被激激活活后后，可可使使靶靶细细胞胞中中专专一一的的一一

8、组蛋白质发生磷酸化。组蛋白质发生磷酸化。G蛋白耦联型受体为蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白次跨膜蛋白第二节第二节细胞内信号传递的基本细胞内信号传递的基本原理原理一、细胞内信号传递的级联反应一、细胞内信号传递的级联反应信号传递级联反应信号传递级联反应的概念：的概念：p382p3821 1、构成信号传递级联反应链的蛋白种类：、构成信号传递级联反应链的蛋白种类：（1 1）可被蛋白激酶磷酸化的蛋白可被蛋白激酶磷酸化的蛋白；（2 2）在信号诱导下同在信号诱导下同GTPGTP结合的蛋白结合的蛋白2 2、参与磷酸化级联反应的蛋白激酶的种类：、参与磷酸化级联反应的蛋白激酶的种类：（1 1）丝氨酸丝氨酸/苏氨酸激酶

9、苏氨酸激酶；（2 2）酪氨酸激酶酪氨酸激酶 蛋蛋白白激激酶酶是是一一类类磷磷酸酸转转移移酶酶，其其作作用用是是将将 ATP 的的 磷磷酸酸基基转转移移到到底底物物特特定定的的氨氨基基酸酸残残基基上上，使蛋白质磷酸化。使蛋白质磷酸化。蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面：蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面：其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性；则在去磷

10、酸化后具有活性；其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。大，引起细胞反应。二、细胞对细胞外的信号有不同的二、细胞对细胞外的信号有不同的反应速率反应速率1 1、快快速速反反应应：通通过过磷磷酸酸化化级级联联反反应应链链进进行行，不涉及基因表达。不涉及基因表达。2 2、慢速反应：涉及基因表达的调节。、慢速反应：涉及基因表达的调节。激激 素素 受受 体体 G G蛋蛋 白白 AC(adenylate AC(adenylate cyclase,AC)cAMPcyclase,AC)cAMP蛋蛋白白激激酶酶AA基基因因调调节蛋白节蛋白基因表达。基

11、因表达。第三节第三节G蛋白关联受体与蛋白关联受体与G蛋白蛋白一、一、G蛋白的结构和活性变化蛋白的结构和活性变化1、G蛋白的结构蛋白的结构三个亚基组成三个亚基组成，不受刺激无活性不受刺激无活性。配体配体+受体受体受体激活受体激活G蛋白蛋白+受体受体G蛋白激活蛋白激活G蛋白蛋白+GTP2、GTP和和GDP对对G蛋白活性的影响蛋白活性的影响结结合合GTPGTP时时处处于于活活性性状状态态，结结合合GDPGDP时时处处于失活状态。于失活状态。激激活活，亚亚基基与与复复合合物物分分离离，沿沿质质膜膜内内表面散开，分别与各自靶蛋白结合。表面散开，分别与各自靶蛋白结合。3、G蛋白激活靶蛋白的作用机制：蛋白激

12、活靶蛋白的作用机制：G G蛋蛋白白亚亚基基具具有有GTP酶酶活活性性，亚亚基基与与其其靶靶蛋蛋白白相相互互作作用用后后，几几秒秒钟钟后后把把GTP水水解解成成了了GDP，亚亚基基便便与与复复合合物物重重新新结结合合成成无无活活性的性的G蛋白。蛋白。4、信号转导中、信号转导中G蛋白活性变化过程：蛋白活性变化过程：（1 1）受体激活；（）受体激活；（2 2）G G蛋白激活；蛋白激活；（3 3）G G蛋白复原失活。蛋白复原失活。5、刺刺激激性性G蛋蛋白白和和抑抑制制性性G蛋蛋白白（Gs和和Gi）G G蛋蛋白白激激活活后后有有激激活活酶酶蛋蛋白白的的能能力力刺刺激性激性G G蛋白；蛋白；活活化化后后对

13、对腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶有有抑抑制制作作用用的的G G蛋蛋白白抑制性抑制性G G蛋白。蛋白。二者二者亚基不同亚基不同。二、二、G蛋白在信号转导中的功能蛋白在信号转导中的功能（一）调节离子通道，如钾离子通道（一）调节离子通道，如钾离子通道乙乙酰酰胆胆碱碱+G蛋蛋白白关关联联受受体体G蛋蛋白白分分解解成成亚亚基基、复复合合物物复复合合物物+K+通通道道蛋蛋白白K+进进入入细细胞胞亚亚基基（GDP）与与复复合合物物重重新结合成无活性的新结合成无活性的G蛋白蛋白（二）激活（二）激活AC腺苷酸环化酶（腺苷酸环化酶（Adenylylcyclase）：）：是分子是分子量为量为150KD的糖蛋白，跨膜的糖蛋

14、白，跨膜12次。在次。在Mg2+或或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生成生成cAMP。许多细胞外信号分子主要通过改变许多细胞外信号分子主要通过改变AC的活性的活性来调控来调控cAMP的含量水平。的含量水平。P387（三）激活磷脂酶三）激活磷脂酶C三、细胞内信号传递与第二信使三、细胞内信号传递与第二信使（一）（一）cAMP信号传递途径信号传递途径1细胞内细胞内cAMP浓度升高所起的作用：浓度升高所起的作用：糖原降解；糖原降解；激活特定基因的转录。激活特定基因的转录。2cAMP发生作用的过程（机制）：发生作用的过程（机制）：cAMP依赖蛋白质激酶依赖蛋白质激酶A激

15、酶。激酶。cAMPPKA下下游游蛋蛋白白的的丝丝氨氨酸酸/苏苏氨氨酸酸磷酸化磷酸化激活基因调控蛋白激活基因调控蛋白基因表达。基因表达。cAMP信信号号与与基基因因表表达达（二）细胞内的钙信号传递途径（二）细胞内的钙信号传递途径 1钙离子产生调控作用的两种基本过程：钙离子产生调控作用的两种基本过程：（1）钙离子）钙离子钙调素钙调素靶蛋白（直接作用形式）靶蛋白（直接作用形式）（2）钙钙离离子子钙钙调调素素钙钙离离子子/钙钙调调素素依依赖赖的的蛋蛋白白激激酶酶使使下下游游蛋蛋白白或或自自身身磷磷酸酸化化产产生生生生理理效效应（间接作用方式）。应（间接作用方式）。2、cAMP途径与钙离子途径之间的交互

16、作用途径与钙离子途径之间的交互作用（1）与与cAMP合合成成和和降降解解有有关关的的酶酶可可受受到到钙钙离离子子/钙钙调调素素复复合合物物的的调调节节，反反过过来来，PKA也也影影响响钙钙通通道道和和钙泵的活性。钙泵的活性。（2）直接受钙离子和）直接受钙离子和cAMP调节的酶可相互影响。调节的酶可相互影响。（3）PKA和和钙钙离离子子/钙钙调调素素依依赖赖的的蛋蛋白白激激酶酶(CaM激激酶酶)可以使同一种蛋白的不同位点发生磷酸化。可以使同一种蛋白的不同位点发生磷酸化。（三）（三）肌醇磷脂信号传递途径肌醇磷脂信号传递途径1、IP3和和DAG（DG）第二信使的产生：第二信使的产生：质质膜膜脂脂双双

17、层层内内层层的的PI，有有两两个个衍衍生生物物，PIP，PIP2PLC（磷脂酰肌醇专一性磷脂酶磷脂酰肌醇专一性磷脂酶C)PIP2IP3+DAG（两者均为第二信使）。两者均为第二信使）。在在磷磷脂脂酰酰肌肌醇醇信信号号通通路路中中，胞胞外外信信号号分分子子与与细细胞胞表表面面G G蛋蛋白白耦耦联联型型受受体体结结合合，激激活活质质膜膜上上的的磷磷脂脂酶酶C C（PLC-PLC-），使使质质膜膜上上4 4，5-5-二二磷磷酸酸磷磷脂脂酰酰肌肌醇醇（PIPPIP2 2）水水解解成成1 1，4 4，5-5-三三磷磷酸酸肌肌醇醇（IPIP3 3）和和二二酰酰基基甘甘油油（DGDG）两两个个第第二二信信使

18、使，胞胞外外信信号号转转换换为为胞胞内内信信号号，这这一一信信号号系系统统又又称称为为“双双信信使使系系统统”（double double messenger systemmessenger system）。）。磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径 2、磷脂酶、磷脂酶C激活的信号传递途径：激活的信号传递途径：IP3的作用：提高胞质中的作用：提高胞质中Ca2+浓度浓度DAG的作用：激活蛋白激酶的作用：激活蛋白激酶C。3、激活的、激活的PKC通过两条途径促进基因转录通过两条途径促进基因转录（1）MAPK：激活基因调节蛋白激活基因调节蛋白（2）NFb：激活基因调节蛋白的抑制蛋白激活基因调节蛋白的抑制蛋白第四节第四节酶关联受体信号传递途径酶关联受体信号传递途径一、鸟苷酸环化酶性受体：一、鸟苷酸环化酶性受体：cGMP二、酪氨酸激酶性受体二、酪氨酸激酶性受体:酪氨酸激酶性受体的活化过程：图酪氨酸激酶性受体的活化过程：图1318，1319。三、酪氨酸激酶关联性受体三、酪氨酸激酶关联性受体四、酪氨酸磷酸酶性受体四、酪氨酸磷酸酶性受体五、丝氨酸五、丝氨酸/苏氨酸激酶性受体苏氨酸激酶性受体六、细胞内六、细胞内4条主要信号传递途径条主要信号传递途径