《药学分子生物学》第五章

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2021/6/18 cAMP水平升高引起的基因转录的过程
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cAMP-PKA信息转导途径及其调节作用
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cGMP-PKG途径
此途径与cAMP-PKA途径类似，即通过激活GC，催化生成 第二信使cGMP，再通过激活PKG传递信息。
2、高度的亲和力(high affinity)；
通常用其解离常数（Kd）来表示其亲和力的大小，多数配体 与受体的解离常数为10-11～10-9 mol/L。
3、可饱和性；
度受 （体
％饱
）和
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配体浓度
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4、可逆性；
配体与受体通常通过非共价键而结合，因此可以采用简单的 方法将二者分离开。
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胞内受体通常为单体蛋白，含400-1000个氨基酸残基， 分为四个功能区域：
1.高度可变区：位于受体N-端，不同受体间无同源性，具有转录 激活作用。
2. DNA结合区：含66-68个氨基酸，富含Cys，不同受体此域 有较高同源性，含有两个锌指结构，为DNA结合所必需。
3. 绞链区：为DNA结合区与配体结合区之间 的段序列，可能含有与转 录因子相互作用和受体向核内移动的信号。
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G蛋白存在有活性和无活性两种状态。当亚基与GDP结合， 并构成异三聚体时呈无活性状态。
当配体与受体结合后，受体的构象发生变化，与亚基的C-端 相互作用，促使GDP从亚基上脱落下来，而GTP结合上去， G蛋白被激活。此时，亚基与亚基分离，可分别与效应蛋 白（酶）发生作用。
接着，亚基的GTPase将GTP水解为GDP，亚基重新与 亚基结合而失活。
PIP2：磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸 DG：二酰甘油 IP3: 1,4,5-三磷酸肌醇
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DG+IP3
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(1) DG-PKC途径
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DG通过两种途径终止其信使作用： 一是被DG激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环； 二是被DG酯酶水解等过程分解为甘油和花生四烯酸。
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（二）细胞内信号转导相关分子
定义 在细胞信号转导途径中，能够在细胞内传递特定调控信号的化 学物质称为信号转导分子（signal transducer ）或细胞内信 号分子。
分类 第二信使 酶分子 调节蛋白
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第二信使（second messenger）
思考题
cGMP的合成和降解
GC GTP
Mg2+
cGMP 磷酸二酯酶 5'-GMP Ca2+ /Mg2+
PPi H2O
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心房肽是通过此途径传递信号，可引起血管平滑肌的松弛。 NO可激活GC，从而激活该途径。
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2、PLCβ-IP3/DG信号转导途径
PIP2 signal molecules + GPCR→Gα被激活→PLCβ
膜受体（细胞表面受体）（membrane receptor）
存在于细胞膜上的受体，绝大部分是镶嵌蛋白。根据其结构和 转换信号的方式分为三大类：离子通道型受体;G蛋白偶联受体;酶偶联受体
胞内受体（核受体） 4
离子通道型受体（ion channel-linked receptor） 指具有离子通道作用的细胞膜受体
细
按
胞
化 学
类固醇激素
本
质
脂肪酸衍生物
分
分 局部化学介质
泌 信 号
分 神经递质
子
类
维生素类
的 方
气体分子
式
自分泌信号
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（二）受体
定义 一类存在于靶细胞膜或细胞内的可特异识别并结合外界信号分 子（配体），进而引起靶细胞内产生相应的生物效应的分子。
分类
受 体 在 细 胞 的 位 202置1/6/18
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cAMP 的合成与分解
AC ATP
Mg2+
cAMP 磷酸二酯酶 5'-AMP
Mg2+
PPi
H2O
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蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）
四个亚基构成的寡聚体
两个亚基为催化亚基，另两个亚基为调节亚基。
当调节亚基与cAMP结合后发生变构（每一调节亚基可结合 两分子cAMP），与催化亚基解聚，从而激活催化亚基。
4. 配体结合区：位于C-端，不同受体有30~60%的同源性，其结构与
202功1/6能/18最复杂，包括：与配体结合；与HSP结合。
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（三）受体与信号分子的结合特点
1、高度专一性；
指一种激素或细胞因子只能选择性与相应的受体结合的性质。 其原因在于配体通过具有特定结构的部位与受体上的特定结 合部位相结合。
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第一节 信号转导概述 （The General of Signal Transduction ）
一、信号分子与受体
（一）信号分子
定义 具有调节细胞生命活动的化学物质
特点 特异性、高效性、可被灭活、可与靶细胞的受体结合， 转变为细胞内信号
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分类
蛋白质和肽类
内分泌激素
按
氨基酸及其衍生物
细胞内液钙离子含量很低，且90%以上储存于细胞内钙库 （内质网和线粒体内）；胞液中游离Ca2+ 的含量极少（基 础浓度只有0.01-0.1mol/L）；
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胞质内Ca2+浓度升高途径：
1、细胞质膜钙通道开放，引起钙内流；
2、细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起钙释放；
胞液Ca2+ 可以经由细胞质膜及钙库膜上的钙泵（ Ca2+ -ATP 酶）返回细胞外或胞内钙库，以消耗能量的方式维持细胞质 内的低钙状态。
特点：
第二信使的靶分子都有哪些？
在细胞中的浓度或分布可迅速改变；
不位于能量代谢途径的中心；
阻断该分子的变化可以阻断细胞对外源信号的反应；
作为变构效应剂作用于细胞内相应的靶分子；
分类：
环核苷酸，如cAMP和 c脂G类M衍P；生物如甘油二酯（DAG）；神经酰胺，花生四烯酸；
无202机1/6物/18 如Ca2+、NO ；
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衔接蛋白
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SH2结构域 约由100个氨基酸组成，可识别和结合SH2结合位点 能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合
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SH3结构域 约由50个氨基酸组成； 能识别和结合蛋能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合
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G蛋白偶联受体（G protein-coupled/linked receptor,GPCR）
1、此型受体通常由单一的多肽链或均一的亚基组成，其肽链 可分为细胞外区、跨膜区、细胞内区三部分；
2、受体的跨膜区由7个螺旋结构组成；多肽链的N-端位于细 胞外区，而C-端位于细胞内区；在第五及第六跨膜螺旋结构 之间的细胞内环部分（第三内环区），是与G蛋白偶联的区域；
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(2) IP3-Ca2+途径
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IP3信号的终止：
通过去磷酸化形成IP2、或磷酸化为IP4 。
Ca2+被质膜上的钙泵和Na+- Ca2+交换器抽出细胞，或被内质 网膜上的钙泵抽回内质网。
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Ca2+在体液中分布的区域特点：
细胞外液游离钙浓度高（1.12-1.23mmol/L）；
3、大多数常见的激素受体和慢反应神经递质受体是属于G蛋白 偶联型受体；
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酶偶联受体（enzyme-linked receptor） 1、酶偶联受体指那些自身具有酶活性，或者自身没有酶活性， 但与酶分子结合存在的受体； 2、这些受体大多为只有1个跨膜区段的糖蛋白，也称为单次跨 膜糖蛋白； 3、可分为酪氨酸蛋白激酶受体（TPKR）和非酪氨酸蛋白激酶 受体；
5、特定的作用模式；
在不同细胞中，受体的种类和含量分布均不同，表现为特 定的作用模式，即具有组织特异性。
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二、转导的基本过程
（一）信号转导的基本过程
特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞
与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
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（三）AC-cAMP-PKA和PLCβ-IP3/DG信号转导途径
1、AC-cAMP-PKA信号转导途径 信号转导途径的组成内容：
➢胞外信息分子（第一信使） ➢膜受体 ➢G蛋白 ➢腺苷酸环化酶（AC） ➢第二信使-cAMP ➢蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）
PH结构域
约由120个氨基酸组成；
识别具有磷酸化的丝氨酸和苏氨酸的短肽，并能与G蛋白的
β202γ1/6复/18 合物结合，还能与带电的磷脂结合
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第二节 主要信号转导途径（上）
一、G蛋白偶联受体信号转导途径
（一）G蛋白简介 (guanylate binding protein)
G蛋白即鸟苷酸调节蛋白，是一类位于细胞膜胞液面的外周蛋白； 由、和三种亚基构成的异三聚体，分子量大约为100kD。
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信息分子（第一信使）
主要有儿茶酚胺类激素、胰高血糖素、腺垂体的激素、 下丘脑激素、甲状旁腺素、降钙素、前列腺素等。 H+R→RS激活→Gs被激活→AC↑→cAMP↑ H+R→Ri激活→Gi被激活→AC →cAMP
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腺苷酸环化酶（AC）
• 150kDa,跨膜12次。 Mg2+或Mn2+的存在 下，催化ATP生成 cAMP。
Rab蛋白
衔接蛋白：如Grb2、SOS等
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三聚体G蛋白
与7次跨膜受体结合，以α亚基（G α ）和β、γ亚基（G βγ ） 三聚体的形式存在于细胞质膜内侧
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小G蛋白
低分子量G蛋白（20-30kDa）,在多种细胞信号转导途径中具有 开关作用。
Ras Protein
内分泌(endocrine)型：以激素为主，它们是由内分泌器官分 泌的化学信号，并随血流作用于全身靶器官。
旁分泌(endocrine)型：以细胞因子为主，它们主要作用于局 部的细胞，作用距离以毫米计算。
自分泌(endocrine)型：神经介质为主，其作用局限于突触内，
作用距离在100nm以内。
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酪氨酸激酶偶联受体
受体丝氨酸/苏氨酸激酶
组氨酸激酶偶联受体
受体鸟甘酸环化酶
类受体酪氨酸去磷酸酶
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胞内受体（核受体） 此类受体位于细胞质或细胞核内，通常为单纯蛋白质；
主要包括类固醇激素受体，如肾上腺皮质激素；性激素； 维生素D3受体(VDR)以及甲状腺激素受体(TR)。
信号分子进入细胞以后，能与特异性受体结合形成活性 复合物，作用于染色体DNA，调节基因表达，从而影响 细胞的物质代谢和生理活动；
第五章 细胞信号转导基础
什么是细胞信号转导呢？
细胞信号转导（cellular signal transduction, cell signaling）: 针对外源性信号所发生的细胞内各种分子活性的变化，以及将
这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过程。
细胞间信号转导的作用方式：（根据分子作用的距离）
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酶分子
分类：
催化小分子信使生成和转化的酶：AC、GC、PLC等？ ①蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶
蛋白激酶和蛋白磷酸酶
②蛋白酪氨酸激酶（PTK） ③蛋白组氨酸/赖氨酸/精氨酸激酶
④蛋白色氨酸激酶
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⑤蛋白天冬氨酰基/谷氨酰基激酶17
调节蛋白
分类
三聚体G蛋白
G蛋白
Ras蛋白
小G蛋白 Rho蛋白
酪氨酸蛋白激酶受体（TPKR） 受体本身具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性，如胰岛素样生长
因子受体(IGF-R)，表皮生长因子受体(EGF-R)。
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表皮生长因子受体(EGF-R)
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非酪氨酸蛋白激酶受体
与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶等偶联而表现出酶活性， 如生长激素受体、干扰素受体。
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（二）G蛋白偶联受体信号转导的基本过程
主要包括以下几个阶段： ➢配体结合受体并激活受体； ➢G蛋白活化及G蛋白循环；幻灯片 9 ➢G蛋白激活下游效应分子； ➢第二信使的产生及分布变化； ➢第二信使激活蛋白激酶进而激活效应蛋白。
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G蛋白循环
1、受体-配体结合激活G蛋白； 2、G蛋白活化信号的传递； 3、G蛋白的失活；
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G蛋白的活性型和非活性型的互变
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现已发现，在哺乳动物中，G蛋白的 亚基有20余种， 亚基 有5种， 亚基有12种； G蛋白有许多种类，不同的G蛋白能特异地将受体与相应的效 应酶偶联起来，将特异的信息传递到细胞内；
依据他们的效应分子或细菌毒素的敏感性
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