动物生理学细胞的跨膜信号转导
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(2)受体本身没有酶的活性，但当它被配体激活时立即与 酪氨酸激酶结合，并使之激活，通过对自身和底物蛋 白的磷酸化作用，把信号传入细胞内 。
Scientists have found that the mutation affects the gene that codes for he same Gprotein involved in cholera. This G-protein gets stuck in the "on" position. In skin cells, this causes darker than normal pigment. If the mutation affects bone cells, it causes weakness and fractures. In hormoneproducing cells, the mutation causes the release of excess hormones
➢ G-蛋白通常由α、β、γ3个亚基组成，未激活时，与一个分子的 GDP结合。
➢ 受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧G蛋白， ➢ 当它被激活时便与GDP分离，而与一个分子的GTP（三磷酸鸟苷）
结合为α-GTP ， ➢ 这α亚基与其它两个亚基（β-γ）分离，分别对膜中的效应器酶起作用Biblioteka 1.2.2.3 G蛋白效应器
当某些因素存在时，在缝隙连接处的两侧膜蛋 白颗粒发生对接，形成沟通相邻细胞浆的通道，而 在另一些因素存在时，沟通的通道消失。
1.2.2 由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
G蛋白耦联受体 G-蛋白 第二信使
G蛋白效应器
"for their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells" 1994 Nobel Prize
内环境中的各种化学因子到达靶细胞的方式有4种：
①远距离分泌：内分泌腺分泌的激素或其它体液性调节因子经血液循环运输 达到靶细胞的方式；
②突触传递：神经末梢释放的神经递质或调质，经突触间隙液扩散到突触后 神经或效应器细胞膜上的方式。
③旁分泌：某些细胞分泌的化学物质经细胞外液以扩散到达邻近细胞膜上的 方式；
(3)化学门控通道
(chemically gated channel),
主要分布于如肌细胞的终板膜 和神经元的突触后膜中，如神经肌肉接头处的N-乙酰胆碱门控通道 上，ACh受体身就是离子通道的一 个组成部分，因它的激活能直接引 起跨膜离子流动，故又称为通道型 受体,或促离子型受体 （ionotropic receptor）。
Skin cells and bone cells are affected in this 4-year-old girl with McCune Albright syndrome. She wears a body cast because of bone fractures, and you can see the mosaic pattern of darkened skin.
该通道由2α.β.γ.δ组成的5 个亚基构成，Ach的结合位点就 存在于2个α亚单位上,当两个 Ach与之结合后引起Na+通道开 放。
因为这种通道只有在膜外特 定的化学信号（配体,ligand）与 膜上的受体结合后才开放, 又称 配子门控通道。
(4)细胞间通道
许多低等动物或动物 的某些细胞如，平滑肌细 胞、心肌细胞及中枢的某 些神经细胞之间存在着缝 隙连接（gap junction），
(1)电压门控通道
（voltage gated channel）
主要是分布在除突触后膜和终板膜以外的神经 和肌肉细胞表面膜中的Na+、k+、Ca2+等通道。
(2)机械门控通道
(mechanically gated channel)
如神经末梢顶部的纤毛受到切向力弯曲时由于 纤毛受力使其根部的膜变形（牵拉），直接激活了 其附近膜中的机械门控通道而出现离子跨膜移动。
G蛋白也可直接或间接（通过第二信使）调控离子通道的活动
1.2.2.4 第二信使
腺苷酸环化酶能催化ATP生成cAMP，cAMP可把激素 的信号带入细胞浆，进而导致细胞生理功能的改变。作用于 细胞膜的信号(如肾上腺素)叫第一信使(first messenger)；
由细胞外信号分子作用于细胞膜而产生的细胞内信号分 子(如cAMP)叫第二信使。 第二信使物质有： 环一磷酸腺苷(cAMP) 三磷酸肌醇(inositol triphosphate , IP3) 二酰甘油(diacylglycerol, DG) 环一磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphoate cGMP)和 Ca2+；
1.2.1 由离子通道介导的跨膜信号转导 1.2.2 由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 1.2.3 酶耦联受体介导的跨膜信号转导
1.2.1由离子通道介导的跨膜信号转导
离子通道实际上是特殊的膜蛋白质分子在膜上形 成的通道。大多数离子通道都有门，称为门控通道 （gated channel）。
1.2.3酶耦联受体介导的跨膜信号转导
1.2.3.1具有酪氨酸激酶的受体 tyrosine kinase receptor
该受体简单, 一般只有一个横跨细胞膜的α螺旋,有两种类 型:
(1)受体具有酪氨酸激酶的结构域,即受体与酪氨酸激酶是 同一个蛋白质分子。当与相应的化学信号结合时,直接 激活自身的酪氨酸激酶结构域,导致受体自身或细胞内 靶蛋白的磷酸化。
第二信使的功能是调节各种蛋白激酶和离子通道。
G-proteins and disease
改变G蛋白的功能
霍乱 百日咳
改变细胞中G蛋白的数目 糖尿病和酒精中毒 G蛋白表达的减低可导致动物发育改变和代谢干扰
某些人类肿瘤疾病表现G蛋白变异或过于活跃。
McCune Albright syndrome is an unusual type of disease with varied symptoms. In this disease, a mutation occurs sometime after conception, affecting only some of the body's cells. The number and type of symptoms depend on which cells—and thus which organs—are affected.
1.2.2.1 G蛋白耦联受体 (G protein-linked receptor)
受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异 结合的独立的蛋白质分子，包括α和β 肾上腺 素能受体, Ach受体, 多数肽类激素, 5-羟色氨受 体, 嗅觉受体, 视紫红质受体等。
1.2.2.2 G-蛋白
G-蛋白是鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein）的简称。有兴 奋（Gs、Go）型和抑制（Gi）型两种，可 分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细 胞内第二信使物质增加或减少。
Alfred G. Gilman
1/2 of the prize USA University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas Dallas, TX, USA
b. 1941
Martin Rodbell
1/2 of the prize USA National Institute of Environmental Health Sciences Research Triangle Park, NC, USA b. 1925 d. 1998
④自分泌
外界环境中各种刺激：
机械感受器 温度感受器 味感受器
嗅感受器 光感受器 电感受器
跨膜信号转导（transmembrane singal tranduction） 或跨膜信号传递（transmembrane singaling）
各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细
胞内直接影响靶细胞内的过程，而是通过引起细胞膜上一种或数种 特异蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以一种新的信 号形式传递到膜内，再引起被作用细胞（即靶细胞）相应功能的改 变。
1．能催化第二信使生成的酶（位于细胞膜上）
腺苷酸环化酶（adenylate cyclase,AC）、 磷脂酶C（phospholipase C,PLC）； 磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE) 磷脂酶A2（phospholipase A2）
它们都是催化生成或分解第二信的酶。
2．离子通道
Scientists have found that the mutation affects the gene that codes for he same Gprotein involved in cholera. This G-protein gets stuck in the "on" position. In skin cells, this causes darker than normal pigment. If the mutation affects bone cells, it causes weakness and fractures. In hormoneproducing cells, the mutation causes the release of excess hormones
➢ G-蛋白通常由α、β、γ3个亚基组成，未激活时，与一个分子的 GDP结合。
➢ 受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧G蛋白， ➢ 当它被激活时便与GDP分离，而与一个分子的GTP（三磷酸鸟苷）
结合为α-GTP ， ➢ 这α亚基与其它两个亚基（β-γ）分离，分别对膜中的效应器酶起作用Biblioteka 1.2.2.3 G蛋白效应器
当某些因素存在时，在缝隙连接处的两侧膜蛋 白颗粒发生对接，形成沟通相邻细胞浆的通道，而 在另一些因素存在时，沟通的通道消失。
1.2.2 由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
G蛋白耦联受体 G-蛋白 第二信使
G蛋白效应器
"for their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells" 1994 Nobel Prize
内环境中的各种化学因子到达靶细胞的方式有4种：
①远距离分泌：内分泌腺分泌的激素或其它体液性调节因子经血液循环运输 达到靶细胞的方式；
②突触传递：神经末梢释放的神经递质或调质，经突触间隙液扩散到突触后 神经或效应器细胞膜上的方式。
③旁分泌：某些细胞分泌的化学物质经细胞外液以扩散到达邻近细胞膜上的 方式；
(3)化学门控通道
(chemically gated channel),
主要分布于如肌细胞的终板膜 和神经元的突触后膜中，如神经肌肉接头处的N-乙酰胆碱门控通道 上，ACh受体身就是离子通道的一 个组成部分，因它的激活能直接引 起跨膜离子流动，故又称为通道型 受体,或促离子型受体 （ionotropic receptor）。
Skin cells and bone cells are affected in this 4-year-old girl with McCune Albright syndrome. She wears a body cast because of bone fractures, and you can see the mosaic pattern of darkened skin.
该通道由2α.β.γ.δ组成的5 个亚基构成，Ach的结合位点就 存在于2个α亚单位上,当两个 Ach与之结合后引起Na+通道开 放。
因为这种通道只有在膜外特 定的化学信号（配体,ligand）与 膜上的受体结合后才开放, 又称 配子门控通道。
(4)细胞间通道
许多低等动物或动物 的某些细胞如，平滑肌细 胞、心肌细胞及中枢的某 些神经细胞之间存在着缝 隙连接（gap junction），
(1)电压门控通道
（voltage gated channel）
主要是分布在除突触后膜和终板膜以外的神经 和肌肉细胞表面膜中的Na+、k+、Ca2+等通道。
(2)机械门控通道
(mechanically gated channel)
如神经末梢顶部的纤毛受到切向力弯曲时由于 纤毛受力使其根部的膜变形（牵拉），直接激活了 其附近膜中的机械门控通道而出现离子跨膜移动。
G蛋白也可直接或间接（通过第二信使）调控离子通道的活动
1.2.2.4 第二信使
腺苷酸环化酶能催化ATP生成cAMP，cAMP可把激素 的信号带入细胞浆，进而导致细胞生理功能的改变。作用于 细胞膜的信号(如肾上腺素)叫第一信使(first messenger)；
由细胞外信号分子作用于细胞膜而产生的细胞内信号分 子(如cAMP)叫第二信使。 第二信使物质有： 环一磷酸腺苷(cAMP) 三磷酸肌醇(inositol triphosphate , IP3) 二酰甘油(diacylglycerol, DG) 环一磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphoate cGMP)和 Ca2+；
1.2.1 由离子通道介导的跨膜信号转导 1.2.2 由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 1.2.3 酶耦联受体介导的跨膜信号转导
1.2.1由离子通道介导的跨膜信号转导
离子通道实际上是特殊的膜蛋白质分子在膜上形 成的通道。大多数离子通道都有门，称为门控通道 （gated channel）。
1.2.3酶耦联受体介导的跨膜信号转导
1.2.3.1具有酪氨酸激酶的受体 tyrosine kinase receptor
该受体简单, 一般只有一个横跨细胞膜的α螺旋,有两种类 型:
(1)受体具有酪氨酸激酶的结构域,即受体与酪氨酸激酶是 同一个蛋白质分子。当与相应的化学信号结合时,直接 激活自身的酪氨酸激酶结构域,导致受体自身或细胞内 靶蛋白的磷酸化。
第二信使的功能是调节各种蛋白激酶和离子通道。
G-proteins and disease
改变G蛋白的功能
霍乱 百日咳
改变细胞中G蛋白的数目 糖尿病和酒精中毒 G蛋白表达的减低可导致动物发育改变和代谢干扰
某些人类肿瘤疾病表现G蛋白变异或过于活跃。
McCune Albright syndrome is an unusual type of disease with varied symptoms. In this disease, a mutation occurs sometime after conception, affecting only some of the body's cells. The number and type of symptoms depend on which cells—and thus which organs—are affected.
1.2.2.1 G蛋白耦联受体 (G protein-linked receptor)
受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异 结合的独立的蛋白质分子，包括α和β 肾上腺 素能受体, Ach受体, 多数肽类激素, 5-羟色氨受 体, 嗅觉受体, 视紫红质受体等。
1.2.2.2 G-蛋白
G-蛋白是鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein）的简称。有兴 奋（Gs、Go）型和抑制（Gi）型两种，可 分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细 胞内第二信使物质增加或减少。
Alfred G. Gilman
1/2 of the prize USA University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas Dallas, TX, USA
b. 1941
Martin Rodbell
1/2 of the prize USA National Institute of Environmental Health Sciences Research Triangle Park, NC, USA b. 1925 d. 1998
④自分泌
外界环境中各种刺激：
机械感受器 温度感受器 味感受器
嗅感受器 光感受器 电感受器
跨膜信号转导（transmembrane singal tranduction） 或跨膜信号传递（transmembrane singaling）
各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细
胞内直接影响靶细胞内的过程，而是通过引起细胞膜上一种或数种 特异蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以一种新的信 号形式传递到膜内，再引起被作用细胞（即靶细胞）相应功能的改 变。
1．能催化第二信使生成的酶（位于细胞膜上）
腺苷酸环化酶（adenylate cyclase,AC）、 磷脂酶C（phospholipase C,PLC）； 磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE) 磷脂酶A2（phospholipase A2）
它们都是催化生成或分解第二信的酶。
2．离子通道