生理学课件细胞2wei.ppt

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1、第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导外外界界信信号号细细胞胞膜膜表表面面膜膜蛋蛋白白分分子子变变构构新新信信号号形形成成的的功功能能变变化化靶靶细细胞胞膜膜内内 细胞的信号传导路径有很多，但根据细胞膜上感受细胞的信号传导路径有很多，但根据细胞膜上感受信号物质信号物质(激素、递质、因子等）的激素、递质、因子等）的 蛋白分子结构和蛋白分子结构和功能的不同，将信号传导路径分为三类：功能的不同，将信号传导路径分为三类：跨膜信号的传导跨膜信号的传导一、一、G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导信号分子的连锁信号分子的连锁:膜受体G蛋白G蛋白效应器第二信使蛋白激酶 1.G

2、1.G蛋白偶联受体蛋白偶联受体(促代谢型受体促代谢型受体):):7 7次跨膜受体次跨膜受体 特点：特点：配体结合部位受体分子胞外侧、跨膜螺旋部 G蛋白结合部位受体分子膜内胞质侧 包括：包括：肾上腺素能、受体、Ach受体、5-羟色胺受体、肽类激素受体等1000种32.G2.G蛋白蛋白 鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein)常由常由、三个亚单位形成的异源三聚体三个亚单位形成的异源三聚体其中其中 亚单位：具有结合亚单位：具有结合GTPGTP、GDPGDP的能力，的能力，具有具有GTPGTP酶活性酶活性种类：种类：GsGs、GiGi、GqG

3、q、G12 G12 家族家族43.G3.G蛋白效应器蛋白效应器（G protein effector）概念：催化生成或分解第二信使的酶概念：催化生成或分解第二信使的酶包括：包括：腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶（ACAC）；）；鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶 (GC)(GC)；磷脂酶磷脂酶A2(PLAA2(PLA2 2)；磷脂酶磷脂酶C(PLC)C(PLC)；cGMPcGMP磷酸二酯酶磷酸二酯酶(PDE)(PDE)54.4.第二信使第二信使（second messengersecond messenger）概念：第一信使作用于细胞膜后产生的细胞内信号概念：第一信使作用于细胞膜后产生的细胞内信号 分子，可以把

4、第一信使携带的信息转入胞内分子，可以把第一信使携带的信息转入胞内包括：环磷酸腺苷包括：环磷酸腺苷(cAMPcAMP)；环磷酸鸟苷环磷酸鸟苷(cGMPcGMP)；三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3)(IP3)；二酰甘油二酰甘油(DG)(DG)；CaCa2+2+调节的效应：调节的效应：靶蛋白（蛋白激酶、离子通道）构象靶蛋白（蛋白激酶、离子通道）构象 变化，产生变化，产生联级反应联级反应和和细胞功能改变细胞功能改变6 G蛋白蛋白-GDP第一信使第一信使+R G蛋白蛋白-GTP 效应器酶效应器酶 蛋白激酶蛋白激酶 第二信使第二信使及其他及其他 第二信使前体第二信使前体细胞功能改变细胞功能改变7二、酶偶联受体

5、介导的信号转导二、酶偶联受体介导的信号转导特点特点:受体自身具有酶的活性受体自身具有酶的活性 直接结合并激活胞质的酶直接结合并激活胞质的酶 不需要不需要G G蛋白参与蛋白参与1.1.通过通过酪氨酸激酶受体（酪氨酸激酶受体（TKRTKR）介导的信号转导介导的信号转导 受体一端具有酪氨酸激酶结构域，受体一旦被激活，受体一端具有酪氨酸激酶结构域，受体一旦被激活，酶活性部分活化，经信号转导产生生物效应酶活性部分活化，经信号转导产生生物效应82.2.通过通过鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体介导的信号转导介导的信号转导 受体一端具有鸟苷酸环化酶受体一端具有鸟苷酸环化酶(GC)(GC)结构域，结构域，GCG

6、C一旦一旦被激活，可将被激活，可将GTPGTP环化，生成环化，生成cGMPcGMP，cGMPcGMP结合并激活蛋结合并激活蛋白激酶白激酶G(PKG),G(PKG),使底物蛋白磷酸化而实现信号转导。使底物蛋白磷酸化而实现信号转导。9三、离子通道受体介导的信号转导三、离子通道受体介导的信号转导 受体蛋白本身就是离子通道，通道的开放、或关闭受体蛋白本身就是离子通道，通道的开放、或关闭导致离子的跨膜转运，更重要的是实现体内各种电信导致离子的跨膜转运，更重要的是实现体内各种电信号和机械信号的跨膜转导。号和机械信号的跨膜转导。1 1、化学门控通道、化学门控通道 化学物质控制：化学物质控制：(递质、递质、激

7、素、因子等激素、因子等)例：例：终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道过程：过程：化学物质化学物质相应受体相应受体构象改变构象改变通道开放通道开放 离子流动离子流动膜去极化膜去极化终板电位形成终板电位形成功能改变功能改变2 2、电压门控通道、电压门控通道跨膜电位控制跨膜电位控制例：钠通道例：钠通道3 3、机械门控通道、机械门控通道机械性刺激控制机械性刺激控制例：例：听觉毛细胞听觉毛细胞11本节结束本节结束!12 G G蛋白耦联型受蛋白耦联型受体为体为7 7次跨膜蛋白次跨膜蛋白G G蛋白分子开关过程蛋白分子开关过程13!乙酰胆碱受体是目前了解较多的配体门通道。由乙酰胆碱受体是目前了解较多的配体门通

8、道。由4种不同的亚单种不同的亚单位组成的位组成的5聚体，总分子量约为聚体，总分子量约为290kd。亚单位通过氢键等非共。亚单位通过氢键等非共价键，形成一个结构为价键，形成一个结构为2的梅花状通道样结构，其中的两个的梅花状通道样结构，其中的两个亚单位是同两分子亚单位是同两分子Ach相结合的部位。当受体与相结合的部位。当受体与Ach结合时，结合时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内内流，膜内K+外外流。形成终板电位，引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。筒箭毒流。形成终板电位，引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。筒箭毒和和银环蛇毒素可阻断乙酰胆碱受体，导致肌

9、肉麻痹。银环蛇毒素可阻断乙酰胆碱受体，导致肌肉麻痹。14 G G蛋白以蛋白以、亚亚基三聚体的形式存在于细基三聚体的形式存在于细胞质膜内侧。胞质膜内侧。亚基有亚基有2020余种，分子量为余种，分子量为363652kd52kd。亚基具有多个活化位点，亚基具有多个活化位点，可与受体结合并受其活化可与受体结合并受其活化调节的部位、与调节的部位、与亚基亚基相结合的部位、相结合的部位、GDPGDP或或GTPGTP结合部位以及与下游效应结合部位以及与下游效应分子相互作用的部位等等。分子相互作用的部位等等。亚基还具有亚基还具有GTPGTP酶活性。酶活性。亚基结合亚基结合GDPGDP时是无活性时是无活性状态，而

10、与状态，而与GTPGTP结合时则为结合时则为有活性状态，有活性状态，GTPGTP的水解又的水解又使其返回无活性状使其返回无活性状鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白15G G蛋白的激活过程蛋白的激活过程 G G蛋白有蛋白有、三个亚单位，三个亚单位，亚单位具有亚单位具有结合结合GTPGTP或或GDPGDP的能力；还具有的能力；还具有GTPGTP酶活性，能将酶活性，能将GTPGTP生生成成GDPGDP，起信号放大作用。，起信号放大作用。16 G G蛋白活化后作用于腺蛋白活化后作用于腺苷酸环化酶和磷脂酶苷酸环化酶和磷脂酶C C等效等效应分子。有可激活腺苷酸环应分子。有可激活腺苷酸环化酶；或抑制腺苷酸环化酶。

11、化酶；或抑制腺苷酸环化酶。腺苷酸环化酶催化腺苷酸环化酶催化ATPATP生成生成cAMPcAMP的反应。细胞内的的反应。细胞内的cAMPcAMP水平受水平受G G蛋白蛋白亚单位的作亚单位的作用而升高或降低，从而将细用而升高或降低，从而将细胞外信号转变为细胞内信号。胞外信号转变为细胞内信号。这些细胞内信号分子被称为这些细胞内信号分子被称为细胞内信使。细胞内信使亦细胞内信使。细胞内信使亦被称为第二信使。已知的细被称为第二信使。已知的细胞内信使包括胞内信使包括cAMPcAMP、cGMPcGMP、甘油二酯甘油二酯(DAG)(DAG)、IP3IP3、和、和Ca2Ca2等等。等等。腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶1

12、7 肝细胞的两组第二肝细胞的两组第二信使协同作用，影响糖信使协同作用，影响糖原分解和合成原分解和合成 ：cAMPcAMP介导的促进糖介导的促进糖原分解、抑制糖原合成原分解、抑制糖原合成作用是由胰高血糖素受作用是由胰高血糖素受体和体和肾上腺素受体结肾上腺素受体结合了相应激素所引起合了相应激素所引起;而而IP3IP3、DAGDAG和和Ca2+Ca2+介导介导的促进糖原分解和抑制的促进糖原分解和抑制糖原合成的是由糖原合成的是由肾上肾上腺受体结合肾上腺素所腺受体结合肾上腺素所引起。引起。cAMPcAMP激活蛋白激激活蛋白激酶酶A A，而，而IP3IP3、DAGDAG和和Ca2+Ca2+激活蛋白激酶激活

13、蛋白激酶C C。18信息分子诱发的级联反应信息分子诱发的级联反应19第二信使第二信使cAMPcAMP通过各种激酶（通过各种激酶（KinaseKinase）使细胞功能的变化）使细胞功能的变化20图图9-1-2 信息分子诱发的级联反应信息分子诱发的级联反应21G G蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体G G蛋白腺苷酸环化酶蛋白腺苷酸环化酶信号转导途径示意图信号转导途径示意图22G G蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体G G蛋白磷脂酶蛋白磷脂酶C C信号转导途径示意图信号转导途径示意图23HedgehogHedgehog信号途径信号途径24WntWnt信号途径信号途径 引自引自Johan H.van ES 2003Johan H.van ES 200325 钙离子通过钙调蛋白生成钙离子通过钙调蛋白生成CaCa2+2+。CaMCaM复合物激活复合物激活NONO合合酶，形成酶，形成NONO扩散至平滑肌，引起血管舒张。扩散至平滑肌，引起血管舒张。26酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体27图图:鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体28