分子生物学--细胞通信课件

Cell surface receptors
一、离子通道型受体
• 受 体 本 身 为 离 子 通 道 ， 即 配 体 门 通 道 （ ligand-gated channel）。主要存在于பைடு நூலகம்经、肌肉等可兴奋细胞，其信号 分子为神经递质。
• 分为： • 阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体； • 阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。
• G蛋白耦联型受体：7次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号 分子，胞内结构域与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在细 胞内产生第二信使。
• 类型：①多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，② 味觉、视觉和嗅觉感受器。
• 相关信号途径：cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。
G蛋白偶联受体的信号传递过程包括
• (1)配体与受体结合 • (2)受体活化G蛋白 • (3)G蛋白激活或抑制细胞中的效应分子 • (4)效应分子改变细胞内信使的含量与分布 • (5)细胞内信使作用于相应的靶分子，从而
2.效应分子及细胞内信使
• G蛋白活化之后，可作用于腺苷酸环化酶和磷脂 酶C等效应分子(Effector)上。有的α亚基(Gs)可以 激活腺苷酸环化酶；有的α亚基(αi)可以抑制腺苷 酸环化酶。腺苷酸环化酶催化ATP生成环状 AMP(cAMP)的反应，因此细胞内的cAMP水平在 配体与受体结合后，可受G蛋白α亚单位的作用而 升高或降低，从而将细胞外信号转变为细胞内信 号。这种细胞内信号可再作用于下游分子。这种 细胞内信号的传递方式是G蛋白偶联型受体传递 信号的主要方式，这些细胞内信号分子被称为细 胞内信使。细胞内信使亦被称为第二信使。已知 的细胞内信使包括cAMP、cGMP、甘油二酯 (DAG)、IP3、和Ca2＋等等
Chemical synapse
Acetylcholine receptor
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
二、G蛋白耦联型受体
改变细胞的代谢过程及基因表达等功能。 • 本节将逐一介绍这一过程的主要环节。
1.G蛋白的循环或活化 G Protein Cycle
G蛋白偶联型受体的信号转导途径中的 第一个信号传递分子是G蛋白，其活化过程 称为G蛋白循环。
G蛋白以α、βγ亚基三聚体的形式存在 于细胞质膜内侧。
G 蛋 白 循 环 示 意 图
• 第二信使的作用：信号转换、信号放大。
三、受体（receptor）
• 能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物 质，多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域 和产生效应的区域。
• 受体的特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。 • 分为：细胞内受体（intracellular receptor）、细胞表面受
• 旁分泌（paracrine）：信号分子通过扩散作用于邻近的细 胞。包括：①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体 信号分子（如：NO）。
• 突触信号发放：神经递质经突触作用于特定的靶细胞。 • 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同
一细胞，常见于癌变细胞。
第二节 膜表面受体介导的信号转导
connexon
（二）膜表面分子接触通讯
• 即细胞识别（cell recognition）。如：精子和卵子 之间的识别，T与B淋巴细胞间的识别。
（三）化学通讯
• 细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号 分子作用于靶细胞，调节其功能，可分为4类。
• 内分泌（endocrine）：内分泌激素随血液循环输至全身， 作用于靶细胞。特点：①低浓度10-8-10-12M ，②全身性， ③长时效。
四、蛋白激酶
• 是一类磷酸转移酶，能将 ATP 的 γ 磷酸基转移到底物特 定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。分为5类，其中了 解较多的是蛋白酪氨酸激酶、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。
• 作用：
– 通过磷酸化调节蛋白质的活性； – 通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。
五、胞间通信的主要类型
• 三种主要方式：细胞间隙连接、膜表面分子接触通讯、化 学通讯。
• （一）细胞间隙连接 • 两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。连接子
中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小分子物质如Ca2+、 cAMP通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应， 如可兴奋细胞的电耦联现象（电紧张突触）。
• 水溶性信号分子（如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只 能经膜上的信号转换机制实现信号传递，所以这类信号 分子又称为第一信使（primary messenger）。
• 第二信使（secondary messenger）主要有：cAMP、 cGMP、IP3(三磷酸肌醇 )、DG(甘油二酯 )、Ca2+。
体（cell surface receptor）。
• 细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性， 而且与细胞的固有特征有关。
– 有时相同的信号可产生不同的效应，如Ach可引起骨骼 肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。
– 有时不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血 糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。
GTP-binding regulatory protein
• 由于G蛋白的种类不同，因此G蛋白可以作 用于不同的效应分子，或对同一效应分子 进行不同的调节。
• G蛋白活化之后，可作用于腺苷酸环化酶和 磷脂酶C等效应分子(Effector)上。有的α亚 基(Gs)可以激活腺苷酸环化酶；有的α亚基 (Gi)可以抑制腺苷酸环化酶。
• 膜表面受体主要有三类：
– ①离子通道型受体（ion-channel-linked receptor）； – ②G蛋白耦联型受体（G-protein-linked receptor）； – ③酶耦联的受体（enzyme-linked receptor）。
• 第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大多数细胞，在 信号转导的早期表现为激酶级联（kinase cascade）事件， 即为一系列蛋白质的逐级磷酸化，籍此使信号逐级传送和 放大。
• G蛋白：即：trimeric GTP-binding regulatory protein。 • 组成：αβγ三个亚基， α 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 • 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态，结合
GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性，能催化所结 合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活 性能被GAP增强。