细胞信号转导 ppt课件
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第十二章细胞的信号转导ppt课件
医学细胞生物学
细胞的信号转导
Ligand
Receptor
Ion channel
Receptor
Kinase
Second messenger
Transcription factor
Gene Transcription
医学细胞生物学
第一节 细胞外信号
医学细胞生物学
化 学 信 号 分 子 的 类 型
Gs：刺激性G蛋白； Rs Gi：抑制性G蛋白；Ri Gt：与激活磷酯酶C的受体偶联； Go：与控制Ca2+通道的受体偶联； Gp：与激活磷酸二酯酶的受体偶联；
医学细胞生物学
第二节 受体
• G蛋白：
Ligand GTP
ab
PLC
g
GDP
AC
医学细胞生物学
第二节 受体
医学细胞生物学
第二节 受体
• 3.酪氨酸蛋白激酶受体： • 一条单次跨膜的多肽链 • 配体结合区域为胞外区 • 胞内区具有酪氨酸激酶
后作用于 Ras蛋白、AC和多种磷脂酶等。 • 2. 非受体型PTK： • 1）具有SH2/SH3结构域，游离于胞质中 • 2）与非催化型的受体耦联 • 3）与受体结合后被激活，进一步激活下游蛋白，
如STAT转录因子家族。
医学细胞生物学
第四节 信号转导与蛋白激酶
• 三、丝氨酸/苏氨酸激酶（STK） • 通过变构激活丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化 • 磷酸化调节有放大级联效应，可逆性 • 作用底物：PKA(protein kinase A)、PKC、
神经传导、激素作用过程和感觉细胞中广 泛发挥作用
医学细胞生物学
G-protein
（Gliman和Rodbell，1994对G蛋白研究获诺贝尔奖）。
细胞信号转导PPT课件
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一般将细胞外信号分子称为“第一信使”，第一信使与受 体作用后在细胞内产生的信号分子称为第二信使。
胞外物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面 受体导致胞内产生第二信使，从而激发一系列生化反应， 最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用 终止。
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亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，它们可以穿过细胞膜 进入细胞，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子和大多数激素，它们不能 穿过细胞质膜，只能通过与靶细胞膜表面受体结合，再经过信号转导 机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或磷酸蛋白酶的活性， 引起细胞的应答反应。
气体性信号分子(NO) ：是迄今为止发现的第一个气体信号分子，它 能直接进入细胞直接激活效应酶，是近年来出现的“明星分子”。
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受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子） 的大分子。当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信 号转换为胞内物理或化学的信号，以启动一系过程，最终 表现出生物学效应。
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此类受体是细胞表面受体中最大家族，普遍存在于各类 真核细胞表面。其信号的传递需要依赖于G蛋白的活性。
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此类受体包括两种类型：一是受体胞内结构域具有潜在酶 活力，另一类是受体本身不具酶活性，通过其胞内区与酶 相联系。
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山东师范大学生命科学学院
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《细胞信号转导》PPT课件
Hydrophobic signal 疏水信号 菑类激素；甲状腺素，NO 可以直接穿过细胞膜，与胞内受体或者核受体结合
Hydrophilic signal 亲水信号 不能直接穿过细胞膜 与细胞表面受体结合 产生第二信史 气体分子――一氧化氮（NO）——star molecule 首次发现的气体信号分子，可以进入细胞激活效应酶。
Year 2000 1999 1998 1994 1992 1971
2001 2002
Recipient A. Carlsson, P. Greengard, E. Kandel G. Blobel R. Furchgott, L. Ignarro, F. Murad A. Gilman, M. Rodbell E. Fischer, E. Krebs E.W. Sutherland
（二） 细胞内信号蛋白的相互作用 受体通过细胞内受体蛋白的相互作用组成 不同的信号通路而传播信号，这必然涉及 信号蛋白之间精确互作。细胞内信号蛋白 的相互作用是依靠蛋白质模式结合域特异 性介导的。
（三） 信号转导系统的主要特性 信号识别的特异性。 信号的放大和终止或下调。 细胞对信号的整合。
受体与配体作用的复杂性： 受体与信号分子的空间互补性是二者特异 结合的主要因素，但二者的结合不是简单 的一一对应的关系。靶细胞一方面通过受 体对信号结合的特异性，另一方面通过细 胞本身固有的特征对外界信号进行反应。 不同细胞对同一信号可能具有不同的受体， 不同靶细胞以不同方式应答于相同的化学 信号产生不同的效应。
（一） 信号转导系统的基本组成与信号蛋白 1. 细胞表面受体介导的信号途径的主要步骤： 表面受体对信号的特异性识别。 第一信使通过适当的分子开关机制实现信号 的跨膜转导，产生第二信使。 信号放大过程。 细胞反应由于受体的脱敏和受体下调。启动 反馈机制从而终止和降低细胞反应。
《细胞信号转导》课件
03 肿瘤细胞信号转导与血管生成
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
《生物化学》课件 第十一章细胞信号转导 ppt
2、细胞表面受体：
该受体位于靶细胞膜表面，其配体为水溶性信号分 子和膜结合型信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶 性激素分子、粘附分子等）。
目录
目录
一种受体分子转换的信号，可通过 一条或多条信号转导通路进行传递。而 不同类型受体分子转换的信号，也可通 过相同的信号通路进行传递。
不同的信号转导通路之间亦可发生 交叉调控，形成复杂的信号转导网络。
信号转导通路和网络的形成是动态 过程，随着信号的种类和强弱而不断的 变化。
目录
（二）受体与配体相互作的特点
1、高度专一性 2、高度亲和力 3、可饱和性 4、可 逆 性 5、特定的作用模式
目录
三、膜受体介导的信号转导
（一）蛋白激酶A（PKA）通路
该通路以靶细胞内cAMP浓度改变和PKA 激活为主要特征。
1、细胞内信号转导分子异常激活
信号转导分子的结构发生改变，可导 致其激活并维持在活性状态。
2、细胞内信号转导分子异常失活
信号转导分子表达降低或结构改变， 可导致其失活。
目录
（三）信号转导异常可导致疾病的发生 异常的信号转导可使细胞获得异常
功能或者失去正常功能，从而导致疾 病的发生，或影响疾病的过程。许多 疾病的发生和发展都与信号转导异常 有关。
不能正常传递 持续高度激活 受体功能异常 信号转导分子功能异常
目录
（一）受体异常激活和失能
1、受体异常激活
基因突变可导致异常受体的产生， 不依赖外源信号的作用而激活细胞内 的信号通路。
2、受体异常失能
受体分子数量、结构或调节功能 发生异常，导致受体异常失能，不能 正常递信号。
目录Βιβλιοθήκη （二）信号转导分子的异常激活和失活
细胞外信号
该受体位于靶细胞膜表面，其配体为水溶性信号分 子和膜结合型信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶 性激素分子、粘附分子等）。
目录
目录
一种受体分子转换的信号，可通过 一条或多条信号转导通路进行传递。而 不同类型受体分子转换的信号，也可通 过相同的信号通路进行传递。
不同的信号转导通路之间亦可发生 交叉调控，形成复杂的信号转导网络。
信号转导通路和网络的形成是动态 过程，随着信号的种类和强弱而不断的 变化。
目录
（二）受体与配体相互作的特点
1、高度专一性 2、高度亲和力 3、可饱和性 4、可 逆 性 5、特定的作用模式
目录
三、膜受体介导的信号转导
（一）蛋白激酶A（PKA）通路
该通路以靶细胞内cAMP浓度改变和PKA 激活为主要特征。
1、细胞内信号转导分子异常激活
信号转导分子的结构发生改变，可导 致其激活并维持在活性状态。
2、细胞内信号转导分子异常失活
信号转导分子表达降低或结构改变， 可导致其失活。
目录
（三）信号转导异常可导致疾病的发生 异常的信号转导可使细胞获得异常
功能或者失去正常功能，从而导致疾 病的发生，或影响疾病的过程。许多 疾病的发生和发展都与信号转导异常 有关。
不能正常传递 持续高度激活 受体功能异常 信号转导分子功能异常
目录
（一）受体异常激活和失能
1、受体异常激活
基因突变可导致异常受体的产生， 不依赖外源信号的作用而激活细胞内 的信号通路。
2、受体异常失能
受体分子数量、结构或调节功能 发生异常，导致受体异常失能，不能 正常递信号。
目录Βιβλιοθήκη （二）信号转导分子的异常激活和失活
细胞外信号
第十二章细胞信号转导ppt课件
➢ 激素(hormone)：内分泌细胞分泌 特点：低浓度、长距离、长时效、全身性
➢ 神经递质：神经突触释放 特点：短距离、短时间
➢ 局部介质：各种细胞 旁分泌(paracrine)或自分泌(autocrine) 的生长因子、细胞因子、NO 特点：短距离、长时效
细胞内信号分子：传导方式
a. 2 b. 5 c. 4 d. 3
9、生长因子是细胞内的(
)。
a. 营养物质
b. 能源物质
c. 结构物质
d. 信息分子
比较题
1、酪氨酸蛋白激酶和丝氨酸／苏氨酸蛋白激 酶
2、磷脂酶C和蛋白激酶C
cAMP作用的靶分子
cAMP-PKA通路调节基因转录
cAMP信号传递模型
钙信号的消除
两种鸟 苷酸环 化酶： mGC、
(3)丝\苏氨酸激酶
通过变构而激活蛋白，催化底物蛋白丝\苏氨酸残 基磷酸化。 包括：蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)、PKB、PKC、 PKG、CaMK和丝裂原激的蛋白激酶(mitogenactivated protein kianse, MAPK)、Raf-1等均属此类。
信号转导与信号传导(cell signalling)
➢ 信号转导强调信号的转换, 胞外信号转换为胞内信 号，包括即信号的识别与转换。
➢ 信号传导强调信号的传递，包括信号的产生、分泌 与传递
细胞通讯(cell communication)：
细胞与细胞之间的信息交流
细胞通讯的几种方式
1.信号分子 2.细胞接触 或连接 3.细胞外基质
A 与配体有高度亲和力和特异性 B 受体与配体的结合有可逆性 C 受体与配体的结合有一定的数量限度 （饱 和性） D 立体构型决定受体的特异性 E 磷酸化与去磷酸化调节受体的活性
➢ 神经递质：神经突触释放 特点：短距离、短时间
➢ 局部介质：各种细胞 旁分泌(paracrine)或自分泌(autocrine) 的生长因子、细胞因子、NO 特点：短距离、长时效
细胞内信号分子：传导方式
a. 2 b. 5 c. 4 d. 3
9、生长因子是细胞内的(
)。
a. 营养物质
b. 能源物质
c. 结构物质
d. 信息分子
比较题
1、酪氨酸蛋白激酶和丝氨酸／苏氨酸蛋白激 酶
2、磷脂酶C和蛋白激酶C
cAMP作用的靶分子
cAMP-PKA通路调节基因转录
cAMP信号传递模型
钙信号的消除
两种鸟 苷酸环 化酶： mGC、
(3)丝\苏氨酸激酶
通过变构而激活蛋白，催化底物蛋白丝\苏氨酸残 基磷酸化。 包括：蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)、PKB、PKC、 PKG、CaMK和丝裂原激的蛋白激酶(mitogenactivated protein kianse, MAPK)、Raf-1等均属此类。
信号转导与信号传导(cell signalling)
➢ 信号转导强调信号的转换, 胞外信号转换为胞内信 号，包括即信号的识别与转换。
➢ 信号传导强调信号的传递，包括信号的产生、分泌 与传递
细胞通讯(cell communication)：
细胞与细胞之间的信息交流
细胞通讯的几种方式
1.信号分子 2.细胞接触 或连接 3.细胞外基质
A 与配体有高度亲和力和特异性 B 受体与配体的结合有可逆性 C 受体与配体的结合有一定的数量限度 （饱 和性） D 立体构型决定受体的特异性 E 磷酸化与去磷酸化调节受体的活性
植物细胞的信号转导-PPT课件
受体具有高度特异性、高亲和力和可逆性等特征。
细胞内受体（intra cellular receptor)：存在于亚细胞 组分（如细胞核等）的受体。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞质膜上 的受体。
细胞表面受体
➢酶联受体 (enzyme-linked receptor)
细胞的信号转导过程是一个级联放大的过程。
细 胞 信 号 传 导 的 主 要 分 子 途 径
?思考题
1、名词解释： 受体，G蛋白，CaM
2、问答题 植物细胞信号转导的大致途径是怎样的?
双信号系统
ABA引起气孔关闭机理的模 型
在这个模型中， ABA与受 体（R）结合,导致了Ca2+ 的输入或Ca2+从胞内钙库 中的释放，
(1.ABA使胞外Ca2+通过 Ca2+通道进入保卫细胞 ;2.IP3激活液泡和内质网膜 上的Ca2+通道开放,向胞质 释放Ca2+)
从而使细胞质中的Ca2+浓 度升高，促进了质膜上阴离 子与K+Out通道的开放，并 抑制了K+in通道的开放。当 离开细胞的离子比进入细胞 的多时，细胞就会失水，从 而使得气孔关闭。
➢钙调素（CaM）
一种钙受体蛋白，是耐热、酸性的小分子球蛋白，具有148 个氨基酸的单链多肽。其上有四个Ca2+结合位点。
作用方式：
直接与靶酶结合,诱导靶酶的活性构象,而调节靶酶的活性。 与Ca2+结合，形成活化态的Ca2+ CaM复合体，然后再与靶 酶结合将靶酶激活。CaM与Ca2+有很高的亲和力，一个CaM 分子可与4个Ca2+结合。
• 离子通道连接受体(ion－channel-linked receptor)
细胞内受体（intra cellular receptor)：存在于亚细胞 组分（如细胞核等）的受体。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞质膜上 的受体。
细胞表面受体
➢酶联受体 (enzyme-linked receptor)
细胞的信号转导过程是一个级联放大的过程。
细 胞 信 号 传 导 的 主 要 分 子 途 径
?思考题
1、名词解释： 受体，G蛋白，CaM
2、问答题 植物细胞信号转导的大致途径是怎样的?
双信号系统
ABA引起气孔关闭机理的模 型
在这个模型中， ABA与受 体（R）结合,导致了Ca2+ 的输入或Ca2+从胞内钙库 中的释放，
(1.ABA使胞外Ca2+通过 Ca2+通道进入保卫细胞 ;2.IP3激活液泡和内质网膜 上的Ca2+通道开放,向胞质 释放Ca2+)
从而使细胞质中的Ca2+浓 度升高，促进了质膜上阴离 子与K+Out通道的开放，并 抑制了K+in通道的开放。当 离开细胞的离子比进入细胞 的多时，细胞就会失水，从 而使得气孔关闭。
➢钙调素（CaM）
一种钙受体蛋白，是耐热、酸性的小分子球蛋白，具有148 个氨基酸的单链多肽。其上有四个Ca2+结合位点。
作用方式：
直接与靶酶结合,诱导靶酶的活性构象,而调节靶酶的活性。 与Ca2+结合，形成活化态的Ca2+ CaM复合体，然后再与靶 酶结合将靶酶激活。CaM与Ca2+有很高的亲和力，一个CaM 分子可与4个Ca2+结合。
• 离子通道连接受体(ion－channel-linked receptor)
细胞信号转导PPT演示课件
Department of Biochemistry & Molecular Biology
甾体激素NR
类别
非甾体激素NR
Байду номын сангаас孤儿NR
被领养的孤儿NR
未被领养的孤儿NR （配体不明或不需要）
NR的分类
成员 糖皮质激素受体 盐皮质激素受体
雄激素受体 雌激素受体 孕激素受体 甲状腺激素受体
维甲酸受体
维生素D3 受体
配体 糖皮质激素 盐皮质激素
雄激素 雌激素 孕激素 甲状腺激素
全反式维甲酸
维生素D3
PPARα PPARγ PPARβ/δ
FXR LXRs PXR RXRs CAR RORs HNF4 ERR SXR SF-1 COUP-TFs GCNF Nor1 Nurr1 Nurr77 PNR TR2/4 Rev-erbs TLX
Clinical tips
➢Why glucocorticoid( 糖 皮 质 激 素 ) can promote glyconeogenesis(糖异生) in hypoglycaemia(低血糖)？
➢Why thyroxin deficiency can result in cretinism(呆小 症 ), and much higher level of thyroxin is closely associated with the hypermetabolism( 高 代 谢 ) in hyperthyroidism (甲亢)?
domain（配体依赖性转录激活功能域）
Nomenclature of NR
➢ 1999年，NR命名委员会根据NR的C和E结构域的同源性对NR 进行了系统命名，用NRXYZ来表示，其中NR表示核受体，X 和Z是阿拉伯数字，Y是大写英文字母。X代表NR的亚家族， Y代表亚家族中的组别，Z代表组别中的成员。 例如：FXR:NR1H4; LXRα:NR1H3; LXRβ:NR1H2.
甾体激素NR
类别
非甾体激素NR
Байду номын сангаас孤儿NR
被领养的孤儿NR
未被领养的孤儿NR （配体不明或不需要）
NR的分类
成员 糖皮质激素受体 盐皮质激素受体
雄激素受体 雌激素受体 孕激素受体 甲状腺激素受体
维甲酸受体
维生素D3 受体
配体 糖皮质激素 盐皮质激素
雄激素 雌激素 孕激素 甲状腺激素
全反式维甲酸
维生素D3
PPARα PPARγ PPARβ/δ
FXR LXRs PXR RXRs CAR RORs HNF4 ERR SXR SF-1 COUP-TFs GCNF Nor1 Nurr1 Nurr77 PNR TR2/4 Rev-erbs TLX
Clinical tips
➢Why glucocorticoid( 糖 皮 质 激 素 ) can promote glyconeogenesis(糖异生) in hypoglycaemia(低血糖)？
➢Why thyroxin deficiency can result in cretinism(呆小 症 ), and much higher level of thyroxin is closely associated with the hypermetabolism( 高 代 谢 ) in hyperthyroidism (甲亢)?
domain（配体依赖性转录激活功能域）
Nomenclature of NR
➢ 1999年，NR命名委员会根据NR的C和E结构域的同源性对NR 进行了系统命名，用NRXYZ来表示，其中NR表示核受体，X 和Z是阿拉伯数字，Y是大写英文字母。X代表NR的亚家族， Y代表亚家族中的组别，Z代表组别中的成员。 例如：FXR:NR1H4; LXRα:NR1H3; LXRβ:NR1H2.
第12章 细胞信号转导(共63张PPT)
coupled receptor，GPCR）。
一条肽链糖蛋白 信息传递步骤： 激素与受体结合
受体蛋白的构象改变调节G 蛋白的活性
促进蛋白激酶活性，产生生 物学效应（细胞代谢、基因 转录的调控）
胞质内第二 信使浓度增 加
细胞膜上的酶活
化（AC 等）
❖ G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCR ）作为人类 基因组编码的最大类别膜蛋白超家族，有800多个家族成员，与 人体生理代谢几乎各个方面都密切关联。它们的构象高度灵活， 调控非常复杂，天然丰度很低。
成纤维细胞生长因子(FGF)
血管内皮生长因子(VEGF)
功能：
配体受体结合
受体蛋白质 构象改变
使底物磷酸化，与细胞的增殖、 分化、癌变有关。
（存在自身磷酸化位点，调节酪 氨酸激酶活性）
（二）细胞内受体结构特征
❖ 胞内受体通常为由400～1000个氨基酸组成的单体蛋白，包括四个区域：
❖ ①高度可变区：位于N末端的氨基酸序列高度可变，长度不一，具有转录激活功能。 ❖ ②DNA结合区：其DNA结合区域由66～68个氨基酸残基组成，富含半胱氨酸残基
❖ ③PKA对基因表达的调节作用
表12-2PKA对底物蛋白的磷酸化作用
底物蛋白 核中酸性蛋白质 核糖体蛋白 细胞膜蛋白
微管蛋白 心肌肌原蛋白 心肌肌质网膜蛋白 肾上腺素受体蛋白β
磷酸化的后果
生理意义
加速转录
促进蛋白质合成
加速翻译
促进蛋白质合成
膜蛋白构象及功能改变 构象及功能改变
改变膜对水及离子的通 透性
，具两个锌指结构，由此可与DNA结合。 ❖ ③铰链区：为一短序列，可能有与转录因子相互作用和触发受体向核内移动的
一条肽链糖蛋白 信息传递步骤： 激素与受体结合
受体蛋白的构象改变调节G 蛋白的活性
促进蛋白激酶活性，产生生 物学效应（细胞代谢、基因 转录的调控）
胞质内第二 信使浓度增 加
细胞膜上的酶活
化（AC 等）
❖ G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCR ）作为人类 基因组编码的最大类别膜蛋白超家族，有800多个家族成员，与 人体生理代谢几乎各个方面都密切关联。它们的构象高度灵活， 调控非常复杂，天然丰度很低。
成纤维细胞生长因子(FGF)
血管内皮生长因子(VEGF)
功能：
配体受体结合
受体蛋白质 构象改变
使底物磷酸化，与细胞的增殖、 分化、癌变有关。
（存在自身磷酸化位点，调节酪 氨酸激酶活性）
（二）细胞内受体结构特征
❖ 胞内受体通常为由400～1000个氨基酸组成的单体蛋白，包括四个区域：
❖ ①高度可变区：位于N末端的氨基酸序列高度可变，长度不一，具有转录激活功能。 ❖ ②DNA结合区：其DNA结合区域由66～68个氨基酸残基组成，富含半胱氨酸残基
❖ ③PKA对基因表达的调节作用
表12-2PKA对底物蛋白的磷酸化作用
底物蛋白 核中酸性蛋白质 核糖体蛋白 细胞膜蛋白
微管蛋白 心肌肌原蛋白 心肌肌质网膜蛋白 肾上腺素受体蛋白β
磷酸化的后果
生理意义
加速转录
促进蛋白质合成
加速翻译
促进蛋白质合成
膜蛋白构象及功能改变 构象及功能改变
改变膜对水及离子的通 透性
，具两个锌指结构，由此可与DNA结合。 ❖ ③铰链区：为一短序列，可能有与转录因子相互作用和触发受体向核内移动的
第九章-细胞信号转导(共53张PPT)
• NO的作用机制：
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
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G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
第一节 细胞信号转导概述
一、细胞通讯 二、信号分子与受体 三、信号转导系统及其特性
一、细胞通讯
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
1234 5
67
G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
第一节 细胞信号转导概述
一、细胞通讯 二、信号分子与受体 三、信号转导系统及其特性
一、细胞通讯
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质
第5章 细胞信号转导 PPT课件
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
2、PLCβ-IP/DG信号转导途径
血管紧张素II 受体通过PLC-IP3/DAG-PKC通路介导信号转
（1）DG-PKC 途径
组成 胞外信息分子，G蛋白 磷脂酶C(phospholipase C, PLC) 甘油二脂(diacylglycerol, DAG) 三磷酸肌醇( inositol 1, 4, 5 triphosphate, IP3 ) 蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)
节功能。
磷酸化酶激酶ｂ ATP PKA
PPi 磷蛋白磷酸酶
肾上腺素 ＋受体
肾上腺素 ·受体复合物
磷酸化酶激酶ａ ATP
激活Ｇ蛋白
激活AC
ATP
cAMP
磷酸化酶ｂ
磷酸化酶ａ
PPi 磷蛋白磷酸酶
H2O
肾上腺素对糖原 代谢的影响
PKA
ATP
抑制物Ｉb 抑制物Ｉa
磷蛋白磷酸酶 PPi
胰高血糖素受体通过AC-cAMP-PKA通路转导信号
丝 氨 酸
调节结构域
磷
脂
DAG Ca2+
酰
丝
氨
酸
催化结构域
底物
(2) PKC 的结构与生理功能
• 结构与分型：其氨基酸序列有四个保守区（C1、C2、C3、 C4 )和可变区（Ｖ），分为调节域和催化域。
调节域
C1：富含 Cys，DAG、TPA 结合部位 C2：Ca2+ 结合部位
《细胞信号转导》PPT课件
molecularbiology生物化学与分子生物学教研室第一节细胞通讯第二节细胞信号转导的分子机制第三节不同受体介导的细胞信号转导通路第四节细胞信号转导与医学细胞外信号细胞内的多种分子的浓度活性位置变化蛋白激酶与蛋白磷酸酶proteinkinaseproteinphosphatasegtp结合蛋白gtpbindingproteinmolecularswitchsgtpgtpgdpgtpgtpgtpg蛋白的主要类型肾上腺素腺苷酸环化酶atpcamp无活性pka活化pka磷酸化酶b激酶糖原合酶糖原分解增加肾上腺素腺苷酸环化酶atpcampg蛋白一类和gtp或gdp结合位于胞膜胞浆面的外周蛋白具有信号转导功能由三个亚基组成非活化形式活化形式proteinactivationpkacampacplcippkacampac11gtp结合蛋白异源三聚体低分子量g蛋白gtp结合形式为活性形式gdp结合形式为非活性形式2130kda称为ras超家族现有50多种具有gtp酶活性13gapgtpaseactivatingproteingtpase激活蛋白sosguanidineexchangefactor鸟苷酸交换因子gefgtpoffgdpgaprasrassosgap第二节细胞信号转导的分子机制15蛋白复合物proteincomplexesclusters是细胞信号转导分子共同构成的基本工作场所是信号转导过程特异性和精确性的保证是网络性调控的基础signalosomestransducisomessignalcomplexsignalcassettessignalingmodules16转录调控复合物17蛋白相互作用是信号转导复合物形成的基础蛋白相互识别的结构基础蛋白复合物的重要结构蛋白衔接蛋白adapterprotein支架蛋白scaffoldprotein1840proteininteractiondomain19sh2domainsrcsh2srchomologydomainpyeei20sh3domainclassrkxxpxxpclasspxxpxrsrchomologydomain蛋白激酶btkphthsh3sh2催化区衔接蛋白grb2sh3sh2sh3转录因子statdna结合区sh2ta细胞骨架蛋白tensinsh2ptb22phosphotyrosine?sh2?ptbapoptosis?dd?ded?car
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• Born: 29 January 1947, Seattle, WA, USA
• Affiliation at the time of the award: Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle, WA, USA
18
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004 to them:
②激活的视蛋白与无活性 的Gt-GDP结合并介导GDP
被GTP置换。
③Gt三聚体蛋白解离形成 游离的GT，通过与cGMP
磷酸二酯酶（PDE）抑制 性 亚基结合导致PDE活化。
④ 亚基与催化性 和
亚基分离。
⑤由于抑制的解除，cGMP 转换成GMP。
⑥cGMP水平降低导致 GMP-门控阳离子通道的关 闭，膜瞬间超级化。
2. cAMP-PKA信号通路对真核细胞基因表达的 调控：
21
胞外
肝细胞质膜 激活性配体
肾上腺素 前列腺素E1
胰高血糖素
促肾上腺皮质激素
腺苷
抑制性配体
酶的活化
酶的抑制
基质
激活性激素受体
腺苷酸环化酶
抑制性激素受体
激活型G蛋白复合物
抑制型G蛋白复合物
the activation of Gs ＆ Gi protein-coupled systems
合的GDP被GTP取代，引 发三聚体Gi蛋白解离，使
激活的βγ复合物
细胞外
细胞质膜
胞质溶胶激活的α亚基 Nhomakorabea通道打开
打开的K+通道
K+ 激活的βγ复合物
G 亚 基得以释放，进而致
使心肌细胞质膜上相关的
效应器 通K道 开启，随即
引发细胞内 外K 流 ，从而
导致细胞膜超级化，减缓
心肌细胞的收缩频率。
失活
关闭的K+通道
16
• Richard Axel
• Born: 2 July 1946, New York, NY, USA
• Affiliation at the time of the award: Columbia University, New York, NY,USA
17
• Linda B. Buck
➢ G蛋白偶联受体的结构模式
➢ G蛋白的生理学功能
3
G蛋白的结构
a.G蛋白位于质膜内胞 浆一侧，由αβγ三种蛋 白亚基组成。
b.在G蛋白的三个亚基 中，β和γ以异二聚体 形式存在，α亚基和βγ 亚基分别通过共价结 合的脂分子锚定于质 膜上。
4
Gs调节模型
5
G蛋白偶联受体的结构模式图
6
G蛋白偶联受体的结构特征
①由一条多肽链组成，
其中带有7个跨膜α螺
旋区域。
②其氨基末端朝向细
胞外（有4个胞外区）
而羧基朝向细胞内基
质（有4个胞内区）。
③在氨基的末端带有
一些糖基化位点，而
在细胞内基质的第三
个羧基末端各有一个
在蛋白激酶催化下发
生磷酸化的位点。
7
➢ G蛋白的生理学功能：
G蛋白均通过第二信使引起级联反应，产生生 物效应；
信号途径为：光信号Rh激 活 Gt活化 cGMP磷酸二 酯酶激活 胞内cGMP减少 Na+离子通道关闭 离子 浓度下降 膜超极化 神经 递质释放减少 视觉反应;
14
视杆细胞中Gt蛋白偶联的光受体 （视紫红质）诱导的阳离子通道的
关闭
①高水平的cGMP保持 cGMP-门控非选择性阳离 子通道的开放，吸收光后产 生激活的O视* 蛋白
激动剂与受体结合后，通过G蛋白，才能将信 号传递到效应系统；
其作用特点是在一个细胞库可与不同受体和 不同的效应器，产生不同特定功能；
8
二.G蛋白偶联受体所介导 的细胞信号通路
(一).激活离子通道的G蛋白偶联受 体所介导的信号通路
9
1.心肌细胞上M-型乙酰胆碱受体激活G蛋白 开启K+通道
2.Gt蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发 cGMP-门控阳离子通道的关闭
15
➢ 两位美国科学家的研究阐释了我们的嗅觉系统 是如何运作的。他们发现了一个大型的基因家族 （由1000种不同的基因组成，占我们基因总数的 3%），该家族的基因构成了相当数量的嗅觉受体 种类。这些受体位于鼻上皮上端的嗅觉受体细胞内， 可以探测到吸入的气味分子；
➢ 气味分子与受体结合，激活腺苷酸环化酶，产 生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道，引起Na+离 子内流，膜去极化，产生神经冲动，形成嗅觉或味 觉;
失活的G蛋白
12
人视杆细胞模式图及其透射电镜下的一部分 13
视紫红质（rhodopsin, Rh） 为7次跨膜蛋白，含一个11顺 -视黄醛。是视觉感受器中的 G蛋白偶联型受体，光照使 Rh视黄醛的构象变为反式， Rh分解为视黄醛和视蛋白 （opsin），构象改变的视蛋 白激活G蛋白（transducin, Gt），G蛋白激活cGMP磷酸 二酯酶，将细胞中的cGMP水 解。从而关闭钠通道，引起 细胞超极化，产生视觉。可 见胞内cGMP水平下降的负效 应信号起传递光刺激的作用。
“for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory
system”
19
二.G蛋白偶联受体所介导 的细胞信号通路
(二).激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白 偶联受体
20
➢ 激活型和抑制型的G蛋白偶联系统： ➢ cAMP对PKA的激活： 1. cAMP-PKA信号通路对肝细胞和肌细胞糖原 代谢的调节：
3.G蛋白偶联的嗅觉受体的活化诱导 cAMP-门控阳离子通道的开启
10
4.G蛋白耦联的嗅觉受体的活化诱 导cAMP-门控阳离子通道的开启
11
心肌细胞质膜上M-型乙酰胆碱受体的工作模型
失活的G蛋白
激活
关闭的K+通道 关闭的K+通道
M乙酰胆碱受体在心肌细 胞膜上与Gi蛋白偶联，乙 酰胆碱配体与受体结合使 受体活化，导致Gi亚 基结
在酸该环信化号酶通活路性中的，变G化亚调基节的靶首细要胞效内应第酶二是信腺使苷cA酸M环P化的酶水，平通，过进腺而苷影
细胞信号转导
G蛋白偶联受体介导的信号转导
1
一.G蛋白偶联受体的结构 与激活
2
➢ G蛋白，即GTP结合蛋白（GTP binding protein）又称为鸟苷酸结合调节蛋白（guanine nucleotide-binding regulatory protein）；
➢ G蛋白偶联系统中的G蛋白为异源三聚体G蛋 白（heterotrimeric G-protein）
• Affiliation at the time of the award: Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle, WA, USA
18
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004 to them:
②激活的视蛋白与无活性 的Gt-GDP结合并介导GDP
被GTP置换。
③Gt三聚体蛋白解离形成 游离的GT，通过与cGMP
磷酸二酯酶（PDE）抑制 性 亚基结合导致PDE活化。
④ 亚基与催化性 和
亚基分离。
⑤由于抑制的解除，cGMP 转换成GMP。
⑥cGMP水平降低导致 GMP-门控阳离子通道的关 闭，膜瞬间超级化。
2. cAMP-PKA信号通路对真核细胞基因表达的 调控：
21
胞外
肝细胞质膜 激活性配体
肾上腺素 前列腺素E1
胰高血糖素
促肾上腺皮质激素
腺苷
抑制性配体
酶的活化
酶的抑制
基质
激活性激素受体
腺苷酸环化酶
抑制性激素受体
激活型G蛋白复合物
抑制型G蛋白复合物
the activation of Gs ＆ Gi protein-coupled systems
合的GDP被GTP取代，引 发三聚体Gi蛋白解离，使
激活的βγ复合物
细胞外
细胞质膜
胞质溶胶激活的α亚基 Nhomakorabea通道打开
打开的K+通道
K+ 激活的βγ复合物
G 亚 基得以释放，进而致
使心肌细胞质膜上相关的
效应器 通K道 开启，随即
引发细胞内 外K 流 ，从而
导致细胞膜超级化，减缓
心肌细胞的收缩频率。
失活
关闭的K+通道
16
• Richard Axel
• Born: 2 July 1946, New York, NY, USA
• Affiliation at the time of the award: Columbia University, New York, NY,USA
17
• Linda B. Buck
➢ G蛋白偶联受体的结构模式
➢ G蛋白的生理学功能
3
G蛋白的结构
a.G蛋白位于质膜内胞 浆一侧，由αβγ三种蛋 白亚基组成。
b.在G蛋白的三个亚基 中，β和γ以异二聚体 形式存在，α亚基和βγ 亚基分别通过共价结 合的脂分子锚定于质 膜上。
4
Gs调节模型
5
G蛋白偶联受体的结构模式图
6
G蛋白偶联受体的结构特征
①由一条多肽链组成，
其中带有7个跨膜α螺
旋区域。
②其氨基末端朝向细
胞外（有4个胞外区）
而羧基朝向细胞内基
质（有4个胞内区）。
③在氨基的末端带有
一些糖基化位点，而
在细胞内基质的第三
个羧基末端各有一个
在蛋白激酶催化下发
生磷酸化的位点。
7
➢ G蛋白的生理学功能：
G蛋白均通过第二信使引起级联反应，产生生 物效应；
信号途径为：光信号Rh激 活 Gt活化 cGMP磷酸二 酯酶激活 胞内cGMP减少 Na+离子通道关闭 离子 浓度下降 膜超极化 神经 递质释放减少 视觉反应;
14
视杆细胞中Gt蛋白偶联的光受体 （视紫红质）诱导的阳离子通道的
关闭
①高水平的cGMP保持 cGMP-门控非选择性阳离 子通道的开放，吸收光后产 生激活的O视* 蛋白
激动剂与受体结合后，通过G蛋白，才能将信 号传递到效应系统；
其作用特点是在一个细胞库可与不同受体和 不同的效应器，产生不同特定功能；
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二.G蛋白偶联受体所介导 的细胞信号通路
(一).激活离子通道的G蛋白偶联受 体所介导的信号通路
9
1.心肌细胞上M-型乙酰胆碱受体激活G蛋白 开启K+通道
2.Gt蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发 cGMP-门控阳离子通道的关闭
15
➢ 两位美国科学家的研究阐释了我们的嗅觉系统 是如何运作的。他们发现了一个大型的基因家族 （由1000种不同的基因组成，占我们基因总数的 3%），该家族的基因构成了相当数量的嗅觉受体 种类。这些受体位于鼻上皮上端的嗅觉受体细胞内， 可以探测到吸入的气味分子；
➢ 气味分子与受体结合，激活腺苷酸环化酶，产 生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道，引起Na+离 子内流，膜去极化，产生神经冲动，形成嗅觉或味 觉;
失活的G蛋白
12
人视杆细胞模式图及其透射电镜下的一部分 13
视紫红质（rhodopsin, Rh） 为7次跨膜蛋白，含一个11顺 -视黄醛。是视觉感受器中的 G蛋白偶联型受体，光照使 Rh视黄醛的构象变为反式， Rh分解为视黄醛和视蛋白 （opsin），构象改变的视蛋 白激活G蛋白（transducin, Gt），G蛋白激活cGMP磷酸 二酯酶，将细胞中的cGMP水 解。从而关闭钠通道，引起 细胞超极化，产生视觉。可 见胞内cGMP水平下降的负效 应信号起传递光刺激的作用。
“for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory
system”
19
二.G蛋白偶联受体所介导 的细胞信号通路
(二).激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白 偶联受体
20
➢ 激活型和抑制型的G蛋白偶联系统： ➢ cAMP对PKA的激活： 1. cAMP-PKA信号通路对肝细胞和肌细胞糖原 代谢的调节：
3.G蛋白偶联的嗅觉受体的活化诱导 cAMP-门控阳离子通道的开启
10
4.G蛋白耦联的嗅觉受体的活化诱 导cAMP-门控阳离子通道的开启
11
心肌细胞质膜上M-型乙酰胆碱受体的工作模型
失活的G蛋白
激活
关闭的K+通道 关闭的K+通道
M乙酰胆碱受体在心肌细 胞膜上与Gi蛋白偶联，乙 酰胆碱配体与受体结合使 受体活化，导致Gi亚 基结
在酸该环信化号酶通活路性中的，变G化亚调基节的靶首细要胞效内应第酶二是信腺使苷cA酸M环P化的酶水，平通，过进腺而苷影
细胞信号转导
G蛋白偶联受体介导的信号转导
1
一.G蛋白偶联受体的结构 与激活
2
➢ G蛋白，即GTP结合蛋白（GTP binding protein）又称为鸟苷酸结合调节蛋白（guanine nucleotide-binding regulatory protein）；
➢ G蛋白偶联系统中的G蛋白为异源三聚体G蛋 白（heterotrimeric G-protein）