细胞信号转导 ppt课件
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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
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;
➢ 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
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
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
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
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）
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
“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：
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；
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
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
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
• 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:
Байду номын сангаас
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。
• 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
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;
➢ G蛋白偶联受体的结构模式
➢ G蛋白的生理学功能
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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。
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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
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
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
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
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）
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
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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
“for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory
system”
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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：
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；
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
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
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
• 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:
Байду номын сангаас
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。