第15章细胞信息转导

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二、细胞内信息物质
定义
细胞内信息物质(intracellular signal molecules) 第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传 递细胞调控信号的化学物质。
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化学性质 无机离子：如 Ca2+ 脂类衍生物：如DAG、Cer 核苷酸：如cAMP、cGMP 糖类衍生物：如IP3 信号蛋白分子
– cAMP- 蛋白激酶途径 – Ca2+- 依赖性蛋白激酶途径 – cGMP- 蛋白激酶途径 – 酪氨酸蛋白激酶途径 – 核因子 途径 – TGF-β途径
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（一）cAMP - 蛋白激酶Ａ途径
组成 胞外信息分子，受体，G蛋白，腺苷酸环
化酶 (adenylate cyclase，AC)， cAMP，蛋白 激酶 A(protein kinase A，PKA)
受
• 高度亲和力
体 饱
• 可饱和性
和 度
• 可逆性
（ ％
• 特定的作用模式 ）
配体浓度
配体－受体结合曲线
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三、受体活性的调节
• 磷酸化与脱磷酸化作用 • 膜磷脂的代谢的影响 • 酶促水解作用 • Ｇ蛋白的调节
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第三节 信息的传递途径
Signal Transduction Pathway
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一、膜受体介导的信息传递
非酪氨酸蛋白激酶受体型
与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而 表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。
含TPK结构域的受体
EGF:表皮生长因子
IGF-1:胰岛素样生长因子
PDGF:血小板衍生生长因子 FGF:成纤维细胞生长因子
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自身磷酸化(autophosphorylation)
当配体与单跨膜螺旋受体结合后，催化型 受体(catalytic receptor)大多数发生二聚化，二 聚体的酪氨酸蛋白激酶(tyrosine protein kinase, TPK)被激活，彼此使对方的某些酪氨酸残基磷 酸化，这一过程称为自身磷酸化。
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3. 单个跨膜螺旋受体
酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体） 与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰
岛素受体insulin growth factor receptor, IGF-R 表 皮 生 长 因 子 受 体 (epidermal growth factor receptor, EGF-R)。
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（二） 内分泌激素
又称内分泌信号(endocrine signal)
特点 由特殊分化的内分泌细胞分泌 ； 通过血液循环到达靶细胞 ； 大多数作用时间较长。
例如 胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等
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按内分泌激素的化学组成分为 含氮激素
如肾上腺素、甲状腺、 促甲状腺激素 、 胰高血糖素、胰岛素、生长激素等
AMP
OH OH
NH2 N
N
O P O OH OH
cAMP
磷酸二酯酶
(phosphodiesterase, PDE)
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2．cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
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蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
RＣ RＣ
R： 调节亚基 C： 催化亚基
第十五章
细胞信息传递
Cell Communication and Signal Transduction
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概述
外界环境变化时 单细胞生物 —— 直接作出反应 多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信号传递 系统来传递信息，从而调控机体活动。
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细胞信息传递方式 ① 通过相邻细胞的直接接触 ② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细
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* C-末端的高度保守的Cys残基在肾上腺素 能α受体、肾上腺素能β受体和视紫质受体中 可被棕榈酰化，可稳定受体胞内部分的三级 结构。
* 受体的C-末端和胞内第三环含有多个Thr和 Ser残基可被磷酸化，与抑制蛋白——β-视紫 红质抑制蛋白（arrestin）结合 ，使受体不 能再活化G蛋白而失活。
胞的代谢和功能 具有调节细胞生命活动的化学物质称为信息物质
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跨膜信号转导的一般步骤 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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第一节 信息物质
Signal Molecules
能与受体呈特异性结合的生物活性分子 则称 配体(ligand)。
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一、受体的分类、一般结构与功能
根据细胞定位: 膜受体、胞内受体
（一）膜受体(membrane receptor)
存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶 嵌糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分 为三大类：离子通道受体，G蛋白偶联受体和 单跨膜受体。
该型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关
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受体结构
* 胞外区为配体结合部位。
* 受体跨膜区由22～26个氨基酸残基构成一 个α-螺旋，高度疏水。
* 胞内区为酪氨酸蛋白激酶功能区（又称SH1, Scr homology 1 domain，与Src的酪氨酸蛋 白激酶区同源） 位于C末端，包括ATP结合 和底物结合两个功能区。
失去对转录 的阻遏作用
生理意义
转录，促进 蛋白质的合成
核蛋白体蛋白 加速翻译
促进蛋白质的合成
细胞膜蛋白 膜蛋白构象及 改变膜对水及离子
功能改变
通道的通透性
微管蛋白
构象和功能改变 影响细胞分泌
心肌肌原蛋白 易与Ca2+结合 加强心肌收缩
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（二）Ca2+－依赖性蛋白激酶途径 1. Ca2+－ 磷脂依赖性蛋白激酶途径
类固醇激素 如性激素、皮质醇、醛固酮等
按激素受体的分布部位 ： 胞内受体激素: 甲状腺素、类固醇激素
胞膜受体激素: 除甲状腺素外其他的含氮激素
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（三）局部化学介质
又称旁分泌信号(paracrine signal
特点 由体内某些普通细胞分泌； 不进入血循环，通过扩散作用到达附近 的靶细胞； 一般作用时间较短。
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Gs
AC
ATP cAMP
CR CR
细胞膜
蛋白磷酸化
C
R 2cAMP
C
R 2cAMP
Pi Pi Pi
N
转录活化域
CREB
DNA结合域
核膜
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Ｃ
Ｃ
ＣＣ
Ｃ
细
Ｃ
Pi
Ｒ Ｅ
Ｂ
Pi
ＲＲ ＥＥ
Pi
ＢＢ
Ｒ Ｅ Pi
Ｂ
胞 核
DNA
ＣＲＥ
结构基因
蛋白质
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PKA 对底物蛋白的磷酸化作用
底物蛋白 组蛋白
磷酸化的后果
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4. 具有鸟嘌呤环化酶活性的受体
膜受体
可溶性受体
胞外
胞内 PKH GC GC
具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构 PKH：激酶样结构域 GC： 鸟苷酸环化酶结构域
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（二）胞内受体(intracellular receptor)
位于细胞浆和细胞核中的受体，全部为 DNA结合蛋白。
⑴ 受体的结构
高度可变区 DNA结合区 激素结合区
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1. 环状受体
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2. G 蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)
又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体(serpentine receptor)
G蛋白偶联受体的结构
矩型代表-螺旋， N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。
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受体结构的特点 * 受体的N端可有不同的糖基化。 * 胞内的第二和第三个环能与G-蛋白相偶联 。 * 受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基， 对维持受体的结构起到关键作用。
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1. cAMP 的合成与分解
ATP
AC
Mg2+
PPi
cAMP
磷酸二酯酶
Mg2+
H2O
5´-AMP
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NH2
OOO
N
N
HO P O P O P O CH2O N N OH OH OH
ATP
OH OH
腺苷酸环化酶
(adenylate cyclase,AC)
N O CH2O N
NH2 N
N
N O
HO P O CH2O N OH
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※ G蛋白(guanylate binding protein) 是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜 胞浆面的外周蛋白，由、、 三个亚基组成。 有两种构象：非活化型；活化型
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两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
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信息传递过程中的Ｇ蛋白
Ｇ蛋白的类型 Ｇs Ｇi Ｇp Ｇo* ＧT * *
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* 该受体的下游常含有
SH2结构域 能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合
SH3结构域 能与富含脯氨酸的肽段结合
PH结构域(pleckstrin homology domain) 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βγ复合物结合 ,还能 与带电的磷脂结合
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TGFβ的Ⅰ型和Ⅱ型受体
例如 生长因子、前列腺素等。
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（四）气体信号
例如 * NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸的胍基
而产生NO *血红素单加氧酶氧化血红素产生的CO
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其他
有些细胞间信息物质能对同种细胞或 分泌细胞自身起调节作用，称为自分泌信 号(autocrine signal)
有些细胞间信息物质可在不同的个 体间传递信息，如昆虫的性激素。
亚基
功能
s 激活腺苷酸环化酶 i 抑制腺苷酸环化酶
p 激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶Ｃ
o 大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道 Ｔ 激活视觉
*o表示另一种(other) ＊＊T：传导素 (transductin)
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此类受体的信息传递可归纳为
激素
受体
Ｇ蛋白
酶
第二信使
蛋白激酶
酶或其他功能蛋白
生物学效应
肾上腺素等） * 类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等） * 脂酸衍生物（如前列腺素பைடு நூலகம் * 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等
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分类
（一）神经递质
又称突触分泌信号(synaptic signal)
特点 由神经元细胞分泌； 通过突触间隙到达下一个神经细胞； 作用时间较短。
例如： 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等
铰链区
位于N端，具有转录活性 含有锌指结构
位于C端，结合激素、热休克蛋 白，使受体二聚化，激活转录 核定位信号
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核受体结构示意图
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⑵ 相关配体 类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等
⑶功能 多为反式作用因子，当与相应配体结合
后，能与DNA的顺式作用元件结合，调节基 因转录。
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二、受体作用的特点
• 高度专一性


抑制物Ｉb
PKA
磷蛋白磷酸酶
ATP 抑制物Ｉa PPi
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(2) 对基因表达的调节作用 受cAMP调控的基因中，在其转录调控区有一
共同的DNA序列(TGACGTCA)，称为cAMP应答元 件(cAMP response element , CRE)。
可与cAMP应答元件结合蛋白 (cAMP response element bound protein,CREB)相互作用而调节此基 因的转录。
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3．PKA的作用
⑴ 对代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调
节功能。
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肾上腺素 ＋受体 肾上腺素 ·受体复合物
磷酸化酶激酶ｂ
ATP
PPi
PKA
磷蛋白磷酸酶
激活Ｇ蛋白
磷酸化酶激酶ａ
ATP
激活AC
ATP
cAMP

肾上腺素对糖 原代谢的影响
磷酸化酶ｂ
磷酸化酶ａ
PPi 磷蛋白磷酸酶 H2O
激素 酸衍生物类激素
受体
类固醇激素、甲状腺 胞内 调节转录
素
受体
维生 维生素A、维生素D 胞内 同上
素
受体
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第二节 受体
Receptor
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受体的定义
是细胞膜上或细胞内能特别识别生物活 性分子并与之结合的成分，它能把识别和接 受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部， 进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是 糖脂。
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一、细胞间信息物质
定义 细 胞 间 信 息 物 质 (extracellular signal molecules) 是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的 化学物质的统称，又称作第一信使。
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化学性质 * 蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰
岛素等） * 氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、
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※第二信使(secondary messenger) 在细胞内传递信息的小分子物质，如： Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花 生四烯酸及其代谢产物等。
※第三信使(third messenger) 负责细胞核内外信息传递的物质，又称 为DNA结合蛋白，是一类可与靶基因特异序 列结合的核蛋白，能调节基因的转录。如立早 基因(immediate-early gene)的编码蛋白质 。
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细胞间信息物质影响细胞功能的途径
种类 信息物质
受体 引起细胞内的变化
神经 乙酰胆碱、谷氨酸、 质膜 影响离子通道关闭
递质 –氨基丁酸
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血 受体 小板衍生生长因子
引起酶蛋白和功能蛋白的 磷酸化和去磷酸化，改变 细胞的代谢和基因表达
蛋白质、多肽及氨基 质膜 同上