细胞的信号转导
细胞的信号转导医学细胞生物学
细胞信号转导的分类
01
根据信号分子种类的不同,细胞信号 转导可以分为亲脂性信号转导和亲水 性信号转导。
02
亲脂性信号转导主要涉及类固醇激素 、甲状腺激素等脂溶性激素,而亲水 性信号转导则涉及氨基酸、肽类、核 苷酸等水溶性分子。
03
此外,根据信号转导途径的不同,细 胞信号转导还可以分为受体介导的信 号转导和非受体介导的信号转导。受 体介导的信号转导主要涉及配体-受 体相互作用,进而激活一系列的信号 分子和酶促反应;而非受体介导的信 号转导则主要涉及细胞内某些化学反 应或物理刺激引起的信号转导。
指导。
新药靶的抗肿瘤作用研究
要点一
总结词
新药靶的抗肿瘤作用研究是信号转导领域的重要应用方向 ,旨在开发针对肿瘤细胞特异信号通路的创新药物。
要点二
详细描述
肿瘤的发生发展与细胞信号转导通路的异常密切相关。针 对新发现的靶点,研究者们会评估其在抗肿瘤中的作用, 包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡、抑制肿瘤血管生 成等方面。通过体外实验和临床试验,验证新药靶在抗肿 瘤治疗中的潜在应用价值,为肿瘤治疗提供新的策略和药 物候选物。
02 医学细胞生物学基础
医学细胞生物学定义
医学细胞生物学是一门研究细胞的结 构、功能、生长、发育、代谢、遗传 和疾病等生命现象的科学。它以细胞 为基本单位,研究细胞的组成、结构、 功能和相互关系,以及细胞在生命活 动中的作用和变化规律。
VS
医学细胞生物学是医学领域中一门重 要的基础学科,它为医学研究和临床 实践提供了重要的理论基础和技术支 持。
信号转导与疾病的诊断
分子标志物
信号转导相关分子可作为疾病诊断的标志物。例如,某些癌症患者体内存在异常激活的信号转导分子,这些分子可作 为癌症诊断的指标。
细胞的信号转导
• 由膜上的腺苷酸环化酶(AC)环化胞浆内 • ATP形成cAMP。 • cAMP是最早确定的第二信使。 正常情况下,cAMP的生成与分解保持平衡,使 胞浆内cAMP浓度保持在10-7M以下。当配体与受体 结合后,1个AC可生成许多cAMP,使cAMP的水平 在几秒钟内增高20倍以上。
• • • • • • •
3. PLA 2 –AA信号转导系统 花生四烯酸( AA)是通过磷脂酶水解膜磷脂释放的不饱
和脂肪酸。 1)PLA2的激活机制 :
许多细胞外信号(如肾上腺素能激动剂、缓激肽、凝血
酶等)都可激活PLA2,有些PLA2通过G蛋白激活;有些 PLA2被PLC激活,PLC通过增加胞内Ca2+、或激活PKC间 接激活PLA2。细胞外信号刺激PLA2途径直接在sn-2位置 脱酯释放AA,是生成AA的重要途径,也是细胞调控AA生
期使用激动剂和拮抗剂的药理或病理情况下,将之除去后受体 数量和反应性均可恢复。
(2)根据调节的种类,分为
1)受体的数目与结合容量:促使受体数目或结合
容量增加的调节称为上调。反之称为下调。
2)反应性:在内环境影响下,受体反应性会产生增
敏、失敏等现象。 增敏:细胞在某种因素的作用下,受体与配体结合的
敏感性增加。如甲状腺素可增加细胞对儿茶酚胺、TSH、
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
• 跨膜信号转导 • (transmembrane signal transduction)
(一)细胞信号转导
1. 细胞信号转导的概念
不同形式的外界信号作用于细胞时,通常并不进入细胞或 直接影响细胞内过程,而是作用于细胞膜表面(少数类固 醇激素和甲状腺激素除外)通过引起膜结构中一种或数种 特殊蛋白质分子的变构作用,将外界环境变化的信息以新
细胞生物化学第22章 细胞信号转导
• PKB在体内参与许多重要生理过程:
• 参与胰岛素促进糖类由血液转入细胞、糖原 合成及蛋白质合成过程。
• PKB还参与多种生长因子如PDGF、EGF、 NGF等信号的转导。
• 在细胞外基质与细胞相互作用的信号转导过 程中,PKB亦是关键信号分子。
(四) TPKR介导的信号减弱和终止机制
• 蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)也是 一类丝/苏氨酸蛋白激酶,其激酶活性区序 列与PKA(68%)和PKC(73%)高度同 源。
• 由于PKB分子又与T细胞淋巴瘤中的逆转录
病毒癌基因v-akt编码的蛋白Akt同源,又
被称为Akt。
• PKB的底物有糖原合酶激酶-3、核糖体蛋 白S6激酶、某些转录因子、翻译因子抑制 剂4E-BPI以及细胞凋亡相关蛋白BAD等。
配体
能与受体呈特异性结合的生物活性分 子则称配体(ligand)。
(一)受体的分类
1、膜受体(membrane receptor) 是存在于细胞膜上的受体,绝大部分
是镶嵌糖蛋白。
胞浆段内组成性含有不同功能 结构域的膜受体亚类
酪氨酸蛋白激酶受体(TPKR) 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体(SPKR) 肿瘤坏死因子受体家族(TNF-R) T淋巴细胞受体和B淋巴细胞受体(TCR and BCR) Toll样受体
亚基亦含有一个富含半胱氨酸重复序列。 第三类型:胞外段内含5个免疫球蛋白样结构域(IG)。 第四类型:胞外段内含3个免疫球蛋白样结构域(IG)。
(二) TPKR的激活和信号转导
(三)TPKR介导的信号转导途径
1、MAPK途径 2、PI3K-Akt/PKB途径 3、PLC-PKC途径 4、STAT途径
细胞的信号转导
4. 自分泌信号:与上述三类不同的是,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。
从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类:
脂溶性信号分子:如甾类激素和甲状腺素,可直接穿膜进入靶细胞 ,与胞内受体结合形成激素-受体复合物,调节基因表达。
其共同特点是: ①特异性 ②复杂性 ③时间效应
按产生和作用方式分:
1. 激素 :内分泌信号,经血液或淋巴循环转运,作用距离
远、范围大、持续时间长。如:胰岛素、甲状腺素、肾 上腺素等
2. 神经递质:突触分泌信号,作用时间、距离短,如: 乙
酰胆碱、去甲肾上腺素等
3. 局部化学介质 :旁分泌信号,通过细胞外液介导,作用
参与G蛋白偶联受体进行信号转导的第二信使有cAMP 、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG )、Ca2+等。第二信使的作用是对胞外信号起转换和 放大的作用。
(一)cAMP信号途径
1、刺激性/抑制性激素和相应受体
Gs/ Gi
腺苷酸环化酶(AC):跨膜12次,在G蛋白激 活下,催化ATP生成cAMP。
Adenylate cyclase
2、依赖cAMP的蛋白激酶A(Protein Kinase A, PKA):由两个催化亚基和两个调节亚基组成。
•cAMP与调节亚基结合,使调节亚基和催化亚基解离, 释放出催化亚基,激活蛋白激酶A的活性。
3、环核苷酸磷酸二酯酶(PDE):降解cAMP生成5’-AMP ,终止其信号功能。
量氯离子和水分子持续转运入肠腔 ,引起严重
腹泻和脱水。
四、蛋白激酶功能异常
肿瘤促进剂佛波酯与DAG结构类似,取代其与 PKC结合而活化PKC,但不被降解,从而使PKC 不可逆活化,细胞不可控的生长、增殖。
细胞生物学 第十二章 细胞的信号转导
第十二章细胞的信号转导信号转导:细胞之间联系的信号有许多种,由细胞分泌的、能够调节机体功能的生物活性物质是一类重要的化学信号分子,它们通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合,将信号转换后传给相应的胞内系统,使细胞对外界信号做出适当的反应,这一过程称为信号转导。
第一信使:细胞所接收的信号包括物理信号、化学信号等,其中最重要的是由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质,它们是细胞间通讯的信号,被称为“第一信使”。
激素:由内分泌细胞合成,经血液或淋巴循环到达机体各部位靶细胞的化学信号分子,如胰岛素、甲状腺素等,作用特点是距离远、范围大、持续时间长。
神经递质:由神经元的突触前膜终端释放,作用于突触后膜上的特殊受体,如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等,特点是作用时间短、作用距离短。
局部化学介质:由某些细胞产生并分泌的一大类生物活性物质,包括生长因子、前列腺素和一氧化氮等,它们通过细胞外液的介导作用于附近的靶细胞。
胞外信号分子可根据与受体结合后细胞所产生的效应不同,分为激动剂和拮抗剂。
激动剂:指与受体结合后能使细胞产生效应的物质。
①Ⅰ型激动剂:与受体结合的部位与内源性配体相同,产生的细胞效应与内源性配体相当或更强者②Ⅱ型激动剂:与受体结合的部位不同于内源性配体,本身不能使细胞产生效应,但可增强内源性配体对细胞作用者拮抗剂:指与受体结合后不产生细胞效应,但可阻碍激动剂对细胞作用的物质。
①Ⅰ型拮抗剂:结合于受体的部位与内源性配体相同,可阻断或减弱内源性配体对细胞的效应②Ⅱ型拮抗剂:结合于受体的部位与内源性配体不同,能阻断或减弱内源性配体对细胞的作用。
受体:是一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质,能特异性识别并结合胞外信号分子,进而激活细胞内一系列生物化学反应,使细胞对外界刺激产生相应的效应。
配体(ligand):与受体结合的生物活性物质统称为配体,包括激素、神经递质、生长因子、某些药物和毒物等。
膜受体:主要为镶嵌在胞膜上糖蛋白,由与配体相互作用的细胞外域、将受体固定在细胞膜上的穿膜域和起传递信号作用的胞内域三部分构成,其配体是一些亲水的、不能直接穿过细胞膜脂质双分子层的肽类激素、生长因子和递质。
第八章-细胞信号转导
• 化学信号根据其溶解性分为: 亲脂性信号分子:分子小、疏水性强、可透膜与胞内受体结合。
如甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子:分子较大、亲水性强、不能透膜、只能与胞 外受体结合。如神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数 激素… 气体性信号分子(NO):可以透膜直接激活效应酶。
• 化学信号根据作用方式分为: 内分泌信号、旁分泌信号、突触信号、接触依赖性信号 P220
接触性依赖的通讯
细胞间直接接触,信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。这种通讯方式 在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。(胚胎诱导)
P218
细胞通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯步骤
①信号分子的产生; ②运送信号分子至靶细胞; ③信号分子与靶细胞受体特异性结合,并激活 受体; ④活化受体启动胞内一种或多种信号转导途 径; ⑤引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥信号的解除并导致细胞反应终止。
G-蛋白耦联的受体(G-protein-linked receptor)
酶连受体(enzyme-linked receptor) 受体的两个功能区域:配体结合区(结合特异性)
效应区(效应特异性)
P221
亲水性信号
胞 外 受 体
亲脂性信号
胞 内 受 体
胞外受体和胞内受体
三种类型的细胞表面受体
NO合酶 (NOS)
L-Arg+NADPH
NO+L-瓜氨酸
• NO没有专门的储存及释放调节机制,靶细胞上NO的多少 直接与NO的合成有关。
P229
Guanylate cyclase
内源性 NO 由 NOS 催化合成后,扩散到邻近细胞,与鸟苷酸环化酶活 性中心的Fe2+结合,改变酶的构象,导致酶活性的增加和cGMP 合成增 强。 cGMP作为第二信使介导蛋白质的磷酸化,引起生理生化反应。
细胞的信号转导医学细胞生物学第
7
二、细胞的信号分子
➢信号分子(配体ligand):能与细胞内受体或膜受体结合并 产生特定生物学效应的化学物质。 ➢特点:①特异性;②高效性;③可被灭活。 ➢分子种类:短肽、蛋白质、气体分子(NO、CO)、氨基酸、 核苷酸、脂类、胆固醇衍生物。 ➢从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部 化学介导因子和气体分子等四类; ➢从信号分子性质分为:脂溶性、水溶性、气体分子三类。
配体→RTK →adaptor →GEF →Ras →Raf (MAPKKK)→MAPKK→MAPK→进入细 胞核→其它激酶或转录因子的磷酸化修饰
医学ppt
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第三节、细胞内受体介导的信号转导
➢核受体介导的信号途径 ➢NO作为信号分子介导的信号途径
医学ppt
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一、核受体介导的信号途径
➢核受体即细胞内受体,存在于核或胞质内,其本质 是甾类激素激活的基因调控蛋白。
Chap 4. 细胞的信号转导
Cell Signal Transduction
医学ppt
1
细胞的信号转导(signal transduction)
概述 膜表面受体介导的信号转导 细胞内受体介导的信号转导
信号转导的特点 信号转导与医学
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2
第一节、概述
息的现代一环的息别
系现象间方境存处在 统象是传面的在理于生 的,信递核变使系生命 进生息维酸化有统命与 化命在持和,机。是非 。的同了蛋维体一一生
的发生和组织的构建,协调细胞
的功能,控制细胞的生长、分裂、
分化和凋亡等是必须的。
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细胞通讯的主要方式
细胞间隙连接 膜表面分子接触通讯 化学通讯
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第五章 细胞的信号转导
举例: 硝酸甘油治疗缺血性心脏病:
硝酸甘油→细胞→NO→GC 活化→cGMP →激活 PKG→肌动蛋白-肌球蛋白复合物抑制→平滑肌松 弛,血管扩张→缺血缓解
三、磷脂酰肌醇信号通路
G蛋白偶联的信号通路 L-R →PLC活化→PIP2分解为DAG和IP3(第二信使)
第四节 信号转导途径的主要特点 一、蛋白质的磷酸化和去磷酸化
β亚单位的作用: 调节G蛋白作用强度。
浓度高→静息G蛋白→ G蛋白作用小 浓度低→游离α亚单位→ G蛋白作用大
效应蛋白种类: 取决于细胞的类型和α亚单位类型
第四节 第二信使及其介导的下游信号途径
第一信使(first messenger): 各种细胞外信息分子,激素,神经递质,局部化 学介导因子等。
霍乱 霍乱毒素A亚基入细胞→NAD+中的ADP核糖基不 可逆的结合到G蛋白α亚基→G蛋白持续激活→CA 持续活化→cAMP大量增加→CL-和HCO3-通道持续 开放,释放入肠腔→肠道渗透压改变→大量水分 入肠腔→剧烈腹泻
思考题
一、 概念: 受体与配体、G蛋白、第一信使与第二信使 二、问答题 1、膜受体的化学组成和结构、分类。 2、cAMP信号传导通路。 3、试述G蛋白偶联受体作用机制。
举例
2、配体门控性离子通道 常为多亚基 配体-受体→通道状态改变
每个亚单位带4个疏水跨膜区; 每个亚单位的羧基端和氨基端均朝向细胞外基质; 每个亚单位M2越膜区与离子通过有关。
3、G蛋白偶联受体 一条多肽链组成,7个跨膜疏水区 氨基端朝向胞外,羧基端朝向胞内 氨基端具糖基化位点,胞内具有可被磷酸化的位点
➢ 两条以上多肽链构成的受体为复合型受体,例胰 岛素受体、N-乙酰胆碱受体(α2βγσ)。
细胞生物学笔记-信号转导
细胞的信号转导信号转导(signal transduction):指在信号传递中,细胞将细胞外的信号分子携带的信息转变为细胞内信号的过程完整的信号传递程序:1、合成信号分子;2、细胞释放信号分子;3、信号分子向靶细胞转运;4、信号分子与特异受体结合;5、转化为细胞内的信号,以完成其生理作用;6、终止信号分子的作用;第一节、细胞外信号1、由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质。
如:配体2、配体的概念:指细胞外的信号分子,或凡能与受体结合并产生效应的物质。
3、配体的类型:1)水溶性配体:N递质、生长因子、肽类激素2)脂溶性配体:甲状腺素、性激素、肾上腺激素4、第一信使:指配体,即细胞外来的信号分子。
第二节、受体一、受体的概念:细胞膜上或细胞内一类特殊的蛋白质,能选择性地和细胞外环境中特定的活性物质结合,从而引起细胞内的一系列效应。
二、受体的类型:细胞表面受体胞内受体(胞浆和核内)1、细胞表面受体类型1)离子通道偶联受体:特点:本身既有信号结合位点又是离子通道组成:几个亚单位组成的多聚体,亚单位上配体的结合部位,中间围成离子通道,通道的“开”关受细胞外配体的调节。
2)酶偶联受体:或称催化受体、生长因子类受体,既是受体,又是“酶”。
特点:N端细胞外区有配体结合部,C端细胞质区含特异酪氨酸蛋白激酶(TPK)的活性。
组成:一条肽链一次跨膜的糖蛋白。
3、 G蛋白偶联受体:是N递质、激素、肽类配体的受体。
1)特点:指配体与细胞表面受体结合后激活偶联的G蛋白,活化的G蛋白再激活第二信使的酶类。
通过第二信使引起生物学效应。
2)组成:由一条350-400个氨基酸残基组成的多肽链组成,具有高度的同源性和保守性。
3)G蛋白偶联受体作用特点:分布广,转导慢,敏感,灵活,类型多。
G蛋白偶联受体:G蛋白(由G蛋白偶联受体介导的信号转导)1)、G蛋白的概念:指鸟苷酸结合蛋白配体—G蛋白偶联受体—G蛋白2)、G蛋白的结构特征:①由α、β、γ3个不同的亚单位构成异三聚体(异聚体),β、γ二个亚单位极为相似且结合为二聚体,共同发挥作用。
生物学中的细胞信号转导
生物学中的细胞信号转导在生物学中,细胞信号转导指的是生物体对外界刺激的应答过程。
它是细胞内外信息交流的方式之一,是调节细胞功能协调性的重要机制之一。
细胞信号转导涉及到多种细胞因子、受体、激酶、蛋白质等分子的参与,这些分子通过不同的途径相互作用,最终导致细胞内的生理响应发生改变。
细胞信号转导在生命起源、正常生长发育、免疫应答、代谢调节、疾病治疗等方面都有着重要的作用。
一、细胞信号转导的基本原理细胞信号转导的关键是信号转导通路。
通路的起点是外界刺激分子与受体结合,触发内部信号转导步骤,最终导致下游分子的生理响应。
信号转导的传导方式主要有两种:离子通道介导的直接转导和酶媒介的间接转导。
对于一些水溶性分子,它们可以直接结合受体,形成复合物后通过跨膜通道进入细胞内部,影响细胞内环境。
对于另一些大分子如蛋白质,它们需要通过受体介导的酶结合,启动下游级联反应。
这种级联反应是一种信号放大的机制,一个刺激分子可以激活多个受体,每个受体又能活化很多的下游因子,最终传导效应有可能达到几百倍甚至几千倍。
二、信号通路的分类细胞信号转导通路按照信号的类型、具体传导路线,以及参与分子的类别等多种角度进行分类。
目前最常用的分类方法是按照信号的传导路线:内质网应激、细胞器受损、氧化应激等压力信号通路;Wnt、Notch、TGF-β、Hedgehog等发育调节传导通路;PKC、Ca2+、cAMP等第二信使传导的途径;JNK、NF-κB、MAPK等一系列蛋白质酶级联反应的经典信号传导通路以及几种新型信号通路如PI3K/Akt、APC/β-catenin和Jak/Stat等。
三、信号通路中的基本元素不同的信号通路有不同的特点,但一般都包括信号分子、受体、酶活化、级联反应、二级信使的产生、细胞核入口等基本元素。
信号分子作为通路的起点,是通过途径发挥作用的重要分子。
信号分子可以是内部因子,也可以是外部刺激物,这些刺激物可以分为化学物质、光线、温度以及机械刺激等多种形式。
细胞信号转导的四种途径
细胞信号转导的四种途径
细胞信号转导是指外界刺激通过细胞表面受体传递到细胞内部的过程。
根据信号传递的途径和方式的不同,细胞信号转导可以分为以下四种途径:
1. 直接途径:有些信号分子可以直接通过细胞膜渗透到细胞内,与胞内的受体或靶分子结合,从而触发信号转导。
例如,甲状腺激素可以通过细胞膜渗透到细胞内,与核内的甲状腺激素受体结合,从而调节基因转录。
2. 离子通道途径:一些信号分子可以通过调节细胞膜上的离子通道的开关状态来转导信号。
例如,神经递质乙酰胆碱可以通过结合细胞膜上的乙酰胆碱受体,打开或关闭离子通道,引发细胞内的信号转导过程。
3. 酶级联途径:某些信号分子通过激活或抑制多个酶的活性来转导信号。
例如,酪氨酸激酶受体在受到外界信号刺激后,会自磷酸化并激活下游的信号转导酶,从而引发一系列的酶级联反应。
4. 细胞内信号传导通路:某些信号分子可以通过调节细胞内的信号传导通路来转导信号。
例如,细胞因子肿瘤坏死因子可以通过结合细胞膜上的肿瘤坏死因子受体,激活NF-κB信号传
导通路,引发细胞内的炎症反应。
细胞信号转导的途径不仅多样化,同时也会相互影响和交叉调控,从而产生复杂的信号网络,调节细胞的生理和病理过程。
细胞生物学-第十一章 细胞的信号转导
细胞通讯(cell communication)
细胞通讯(cell communication):指一个细胞 发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应 的过程。
细胞通讯方式: 分泌化学信号进行通讯 内分泌(endocrine)旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine)化学突触(chemical synapse) 接触性依赖的通讯
受体的功能:①能够识别自己特异的信号物 质-配体,并能与之特异性结合。②将识别接受 的信号放大并传递到细胞内部,启动一系列胞内 信号级联反应,最终导致特定的细胞效应。
二、膜受体与细胞内受体
根据靶细胞中受体存在的部位,可将受体分为 细胞表面受体(cell receptor)。
细胞表面受体分为三类: 离子通道偶联的受体(ion-channel-linked receptor) G-蛋白偶联的受体(G-protein-linked receptor) 酶偶联的受体(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。
细胞表面受体
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。
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”。 另外还有CO。
化学信号分子 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、 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); 气体(如一氧化氮、一氧化碳)等。
MAPK: 又称ERK(extracelular signal-regulated kinase)----真 核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白 激酶。
细胞信号转导
A、钙信号系统
各种胞外刺激信号可能直接或间接地调 节钙运输系统而引起胞内游离Ca2+浓度的 变化,并导致不同的细胞反应。(静息态细 胞质Ca2+浓度:10-7~10-6mol.L-1,质外体 Ca2+浓度:10-4~10-3mol.L-1,而Ca2+ 库的 Ca2+浓度更高。
高〔Ca2+〕 低〔Ca2+〕 高〔Ca2+〕
• 胞内Ca2+信号通过其受体-钙结合蛋白转 导信号。现在研究得较清楚的植物中的 钙结合蛋白主要有两种:钙调素与钙依 赖型蛋白激酶。
• 钙调素(calmodulin,CaM)是最重要的多功 能Ca2+信号受体,由148个氨基酸组成的单 链的小分子(分子量为17 000~19 000)酸 性蛋白。CaM分子有四个Ca2+结合位点。当 外界信号刺激引起胞内Ca2+浓度上升到一定 阈值后(一般≥10-6mol.L-1), Ca2+ 与 CaM结合,引起CaM构象改变。而活化的CaM 又与靶酶结合,使其活化而引起生理反应。 目前已知有十多种酶受Ca2+-CaM的调控,如 蛋白激酶、NAD激酶、H+-ATPase等。在以光 敏色素为受体的光信号传导过程中Ca2+-CaM 胞内信号起了重要的调节作用。
受体:指位于细胞质膜上能与化学信 号物质特异地结合,并能将胞外信号转换 为胞内信号,发生相应细胞反应的物质。
特点:特异性、高亲和性、可逆性、 饱和性等,多为蛋白质。
简述细胞的信号转导方式
细胞的信号转导是指外界信号通过细胞膜传递到细胞内部,触发一系列生化反应和细胞功能的调控过程。
细胞的信号转导可以通过多种方式进行,其中常见的几种方式包括:
1.直接通透型信号转导:某些小分子信号物质(如气体一氧化氮)、离子(如钙离子)或
水溶性小分子可直接穿过细胞膜,与胞浆内的靶分子发生作用,并触发相应的信号转导反应。
2.膜受体介导的信号转导:大部分信号分子无法直接通过细胞膜,而是通过与细胞膜上特
定的受体结合来传递信号。
这些受体可以是离子通道、酪氨酸激酶、鸟苷酸环化酶等类型的膜受体。
当信号分子与受体结合后,受体会激活下游的信号传递通路,如激活蛋白激酶级联反应或次级信号分子的释放,从而引发细胞内的信号转导。
3.细胞间接触介导的信号转导:有些细胞间信号传递是通过直接接触实现的。
例如,细胞
间的黏附分子可以通过细胞-细胞或细胞-基质之间的物理接触来传递信号。
这种方式通常使细胞与周围环境相互作用,调控细胞的形态、迁移和生长等过程。
4.核内受体介导的信号转导:某些脂溶性信号分子(如类固醇激素和甲状腺激素)可以通
过穿过细胞膜进入细胞,并与细胞核内的核受体结合。
与核受体结合后,信号分子与核受体复合物进入细胞核,影响特定基因的转录和表达,从而调控细胞功能。
这些信号转导方式可以单独存在,也可以相互作用,共同调节细胞的功能和生理过程。
不同的信号转导方式在细胞内部形成了复杂的网络,以确保信号的准确传递和细胞功能的精确调控。
细胞生物学 第8章 细胞信号转导
Adenylate cyclase
④环腺苷酸磷酸二酯酶(cAMP phosphodiesterase, PDE):降解
cAMP生成5’-AMP,起终止信号
的作用。
Degredation of cAMP
⑤蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA):由两个催 化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合, 使调节亚基和催化亚基解离,释放出催化亚基,激 活蛋白激酶A的活性。
通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的 受体分子相结合,影响其他细胞。如精子和卵子之间的识 别,T与B淋巴细胞间的识别。
3.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
1. 信号分子的产生
信号分子
2. 细胞识别(Cell recognition)
受体蛋白 3. 信号转导(Signal transduction) 4. 引发生物学效应 5. 信号的解除
细胞信号转导
指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)
结合,引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋
白间相互作用,直至细胞生理反应所需基因开始
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一)、 G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成:αβγ三个亚基, β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 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。α亚基具有三个功能位点:①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。
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一、细胞信号转导概述(一)信号转导的概念在多细胞生物体中,细胞间的信号转导(signaltransduction)与交换对细胞的生存非常重要。
细胞的信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应,将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子,并产生生物效应的过程。
通常所指的信号转导是指跨膜信号转导(transmembrane signal transduction),即生物活性物质(如神经递质、激素、细胞因子等)通过受体或离子通道的作用,将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化,从而对细胞的功能、代谢、生长速度、迁移等生物学行为产生影响。
(二)信号转导系统的基本组成细胞信号转导系统通常由信息分子(signaling molecule)、受体(receptor)、转导体(transducer)及效应体(effector)四个环节组成。
信息分子的受体位于靶细胞的质膜上、胞质或核内,与之相结合的相应信息分子统称为配体(ligand)。
配体与受体的结合可诱导受体的构象发生变化,激活转运体,进而启动细胞内的信息转导途径(如效应体的级联反应),最终导致细胞功能的改变。
(三)信号转导的主要途径根据介导的配体和受体的不同,信号转导可分为两大类,一类是水溶性配体或物理信号作用于膜受体,随后经历跨膜和细胞内信号转导体的依次作用,最终作用于效应体,产生效应。
依据膜受体特性的不同,这类信号转导又有多种通路,主要是由离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联受体和招募型受体介导的信号转导。
另一类是脂溶性配体直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用,这类方式通常都是通过影响基因表达而产生效应。
应当注意到膜受体介导的信号转导也大多可以影响转录因子的活性而改变基因的表达。
(四)信号转导途径间的交互联系细胞信号转导通路的细节非常复杂,涉及蛋白质等相互作用以及相关基因表达的过程,而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系,构成错综复杂的信号网络(signaling network)。
主要表现为以下几种形式:一条信号转导途径中的成员可干预另一条信号转导途径;不同的信号转导途径可共同控制同一信息分子及基因调控区;一个信息分子可激活多条信号转导途径。
(五)信号转导与疾病信号转导在细胞正常功能与代谢中起着重要作用,是细胞对外界刺激做出的必要反应的途径。
当其中某一环节发生障碍时,细胞则不能对外界刺激做出正确的反应,这将导致细胞发生病变。
许多疾病的产生与信号转导异常相关,主要表现为下列几种形式:受体相关疾病,如非胰岛素依赖性糖尿病是由于胰岛素受体数量减少或功能异常导致的细胞对胰岛素敏感性降低,耐受力增强,引起的细胞糖代谢障碍的疾病;G蛋白相关疾病:如霍乱弧菌引起的腹泻是由于霍乱弧菌毒素抑制了GTP酶的活性,导致G蛋白处于持续激活状态,大量的C l −和H C O 3 −从细胞进入肠腔,引起大量水分进入肠腔,导致剧烈腹泻;蛋白酶功能异常相关的疾病:肿瘤促进剂佛波酯可引起PKC长时间、不可逆的活化,导致细胞持续增殖,最终导致肿瘤。
二、信息分子细胞可以感受物理信号,但体内细胞所接收的外源性信号多为化学信号,即信息分子,因其可以与靶细胞上特异的受体结合,又称为配体。
信息分子按照其理化特性可分为可溶型和膜结合型两类。
(一)可溶性信息分子在多细胞生物中,细胞可以通过分泌某些特殊的化学物质,如蛋白质或一些小分子有机物,而发出信号,这些分子作用于靶细胞表面或细胞内的受体,调节靶细胞的功能,从而实现细胞间的信息交流。
可溶型信号分子可根据其溶解特性分为脂溶性化学信号和水溶性化学信号两大类;而根据其在体内作用的距离,可分为内分泌信号、旁分泌信号和神经递质三大类,有些旁分泌信号还作用于发出信号的细胞自身,称为自分泌。
(二)膜结合型信号分子在任何一个细胞质膜外都有众多的蛋白质、糖蛋白分子。
相邻细胞可通过膜表面的特异性识别和相互作用而传递信号。
这种细胞通讯方式称为膜表面分子接触通信,属于这类通讯的有相邻细胞间黏附因子的相互作用、淋巴细胞表面分子的相互作用等。
三、离子通道受体介导的信号转导离子通道受体是一类自身为离子通道的受体,其中部分通道具有配体结合部位。
通道的开放与关闭直接受化学配体的控制,也就是我们所称的配体门控的离子通道,其配体主要是神经递质。
由于离子通道受体信号转导的最终效应是细胞膜电位变化,可以认为离子通道受体是通过将化学信号转换为电信号而影响细胞功能的。
离子通道受体的典型代表是N型乙酰胆碱受体,其存在于神经-肌肉接头处的突触后膜上。
在它的两个α亚单位上有乙酰胆碱的结合部位,在乙酰胆碱存在的情况下可以使通道开放,引起质膜对N a + 的通透性增加,产生N a + 内流,使细胞膜出现去极化的改变,最终引起肌细胞兴奋。
从神经递质与受体结合到产生电位的变化仅需0.5ms,适用于完成神经电信号的快速传递。
即使有乙酰胆碱的存在,该受体处于通道开放构象的时限仍十分短暂,在几十毫秒内又回到关闭状态。
然后乙酰胆碱与之解离,受体恢复到初始状态,为重新与配体结合做好了准备。
尽管电压门控的离子通道和机械门控的离子通道通常不被称为受体,但其可将物理信号转换为细胞膜电位的改变,具有与化学门控通道类似的信号转导功能,故也可将其归入离子通道型受体介导的信号转导中。
与配体门控的离子通道不同,它们接受的是电信号和机械信号,但它们也通过离子通道的活动将信号转导入细胞内。
例如,N型乙酰胆碱受体激活后产生的膜电位还需经过电压门控的钠通道兴奋,才能产生动作电位,最终引起骨骼肌收缩。
四、G蛋白耦联受体介导的信号转导G蛋白耦联受体(G protein-linked receptor)是指激活后作用于与之耦联的G蛋白,然后引发一系列以信号蛋白为主的级联反应而完成跨膜信号转导的一类受体,是一种桥梁分子;因其触发蛋白质信号分子发生一系列生化反应,所以也被称作促代谢性受体(metabotropic receptor)。
(一)受体G蛋白耦联受体在人体内分布非常广泛,是膜受体中最大的家族。
激活这类受体的配体种类非常多,包括儿茶酚胺、5-羟色胺、乙酰胆碱等几乎所有的多肽和蛋白质类递质或激素。
这类受体通常有7个跨膜α螺旋,每个螺旋由20~27个高度保守的氨基酸残基构成。
以β-肾上腺素能受体为例,其第5及第6个螺旋间的结构在与G蛋白相互作用中起重要作用。
(二)G蛋白G蛋白(GTP-binding protein,G protein)因其活性与GTP/GDP密切相关而得名,是G蛋白耦联受体联系细胞信号通路的关键膜蛋白,由Gα,Gβ及Gγ三个亚基构成;Gα是主要的功能亚单位,其具有GTP酶活性,并且可以与GTP或GDP相结合;另外两个亚单位Gβ及Gγ以功能复合体的形式发挥作用。
G蛋白可根据与之结合的鸟苷酸的不同而改变其分子构象,在失活状态和激活状态之间相互变换,起到分子开关(molecular switch)的作用。
在未激活前,Gα与GDP结合,Gα,Gβ及Gγ结合成一体呈无活性状态(GDP-GαGβγ)。
当配体与受体结合后,受体的构象改变可导致G蛋白中的Gα与GDP解离而与GTP结合,呈现为激活状态,Gα与GTP结合后即与Gβγ解离,转而与效应体如腺苷酸环化酶结合并将其激活。
接着位于Gα内的GTP酶将与之结合的GTP水解成GDP,将活化的GTP-Gα转换为失活的GDP-Gα,GDP-Gα会再与Gβγ结合成为无活性的GDP-GαGβγ。
因此可见,G蛋白介导的信号转导是暂时性的。
根据Gα亚基的不同,G蛋白有许多亚型,如:Gs、Gi、Gq和G12等,可分别对不同的效应体(酶)发挥激活或抑制的作用。
(三)G蛋白效应器G蛋白效应器(G protein effector)是指G蛋白直接作用的靶标,包括酶、离子通道以及膜转运蛋白等。
常见的效应器包括腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2和磷酸二酯酶等。
它们的作用主要是催化生成/分解第二信使。
(四)第二信使细胞内有一系列小分子物质在细胞内信号传导过程中作为转导体发挥作用,如环腺苷酸(cAMP),环鸟苷酸(cGMP),三磷酸肌醇(IP3),磷脂酰肌醇(PIP3),二酰甘油(DAG),C a 2 + 等,它们被称为第二信使(secondary message)。
这类分子具有以下特点:上游信号可以使其浓度或分布发生迅速变化;该分子的类似物可模拟细胞外信号的作用;阻断其变化即可阻断细胞对信息分子的反应;可以激活下游特定的靶蛋白分子。
第二信使可进一步通过激活蛋白酶,产生以靶蛋白磷酸化和构象改变为特征的级联反应或调控基因表达,产生不同的生物学效应。
(五)G蛋白偶联受体的主要信号传导通路1.cAMP信息传导途径这一通路的关键信号分子是cAMP。
腺苷酸环化酶作为G蛋白的效应蛋白,多存在于质膜上。
在同一细胞中,腺苷酸环化酶既可被Gsα激活,也可被Giα抑制。
如在脂肪细胞中,肾上腺素、胰高血糖素及ACTH均可激活Gαs,从而激活腺苷酸环化酶;而前列腺素E1及腺苷则通过激活Giα抑制腺苷酸环化酶。
这两种G蛋白中的Gβγ的结构完全相同,对腺苷酸环化酶表现为直接抑制作用。
活化的腺苷酸环化酶可使细胞内cAMP生成量增加,而cAMP的降解则由磷酸二酯酶催化,生成5′-AMP。
cAMP的作用是通过蛋白激酶A(cAMP-dependent protein kinase, PKA)实现的。
PKA是一类将ATP分子上的磷酸基团转移到底物蛋白而产生蛋白磷酸化的酶类,被磷酸化的蛋白质底物一方面可发生蛋白特性改变,另一方面可发生构象的改变,导致其生物学特性发生变化。
PKA激活的生物效应有很多,如细胞受到肾上腺素刺激后,通过PKA激活磷酸化酶b,从而活化磷酸化酶a,磷酸化酶a催化肝糖原降解成1-磷酸葡萄糖,进而升高血糖;另外,cAMP激活的PKA又可使糖原酶磷酸化修饰而失活,抑制1-磷酸葡萄糖合成糖原。
cAMP除通过PKA磷酸化下游蛋白质而产生生物效应外,还可直接作用于膜离子通道而产生信号转导作用,如超极化激活的环核苷酸门控阳离子通道的膜内侧C末端有一个cAMP结合区域,cAMP与之结合后可直接门控该通道,从而调节细胞的功能。
2.磷脂酰肌醇信息传导途径这一途径的关键信号分子是IP3和DAG。
在某些激素或配体与相应膜受体(也含有7个跨膜螺旋)结合后,诱导Gq的激活,进而激活磷脂酶Cβ,促进质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(phoisphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PI-4,5-P2)水解,生成两种重要物质——二酰甘油(1,2-diacylglycerol, DAG)及三磷酸肌醇(1,4,5-inositol triphosphate,IP3),它们均为第二信使。