专题二 常见的细胞信号转导通路ppt课件
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《细胞信号转导》课件
1
激活物
激活物是引发细胞信号传递的触发因素。
2
受体
受体是细胞上识别和结合信号的蛋白质。
3
信使分子
信使分子是传递信号的分子信使，如细胞内嵌合蛋白和化学物质。
细胞信号传递的途径
细胞信号传递可以通过不同的途径实现，例如G蛋白偶联受体、酪氨酸激酶受体和泛素样修饰途径。
G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体是一类可以与G 蛋白相互作用并激活细胞信号 传递的受体。
基因调控
通过激活或抑制特定基因的转录来调节
蛋白激酶级联反应
2
细胞的功能和行为。
一系列蛋白激酶的级联反应，参与细胞
内复杂的信号转导网络。
3
细胞增殖、分化、凋亡
细胞信号转导可以调控细胞的增殖、分 化和凋亡等生物学过程。
细胞信号传递的调控
细胞信号传递可以通过酶促修饰、反式调控和基因转录控制等方式进行调控。
基本过程
细胞信号转导包括信号传递、信号放大、信号 整合和信号传导。
细胞信号转导的类型
细胞信号转导可以分为内源性信号和外源性信号两种类型。
1 内源性信号
来自细胞内部的信号，如细胞自身合成的分 子信号。
2 外源性信号
来自细胞外部的信号，如激素、生长因子和 神经递质等。
细胞信号传递的参与者
细胞信号传递涉及多个参与者，包括激活物、受体和信使分子。
《细胞信号转导》PPT课 件
# 细胞信号转导
细胞信号转导是细胞内外相互作用的关键过程，它们通过一系列复杂的分子 信号传递调控细胞的功能和行为。
什么是细胞信号转导
细胞信号转导是指细胞通过传递分子信号来调节其生理反应和行为的过程。
定义
细胞信号转导是指细胞通过传递分子信号来调 节其生理反应和行为的过程。
细胞的信号转导完美版PPT
一、信号转导概述
信号转导——细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构，通过 一系列反应实现对细胞功能活动的调控。
(一)细胞外刺激信号 体内的信号物质一般为生物活性物质，如神经递质、激素、 细胞因子等，其中多数为水溶性物质。
(二)受体及其特征
1.受体的概念及其分类 受体(receptor)——位于细胞膜或细胞内能与某些信号
3.以神经-肌接头处兴奋传递为例，简述通道耦联的受体介导 的信号转导过程。
G蛋白作用模式
cAMP作为第二信使的发现
➢ 第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为 人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都 是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次 把cAMP叫做第二信使，激素等为第一信使。已知的第二 信使种类很少，但却能转递多种细胞外的不同信息，调节 大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有 明显的通用性。
(3)Ｇ蛋白效应器(Ｇ protein effector)
(4)第二信使(second messenger) (5)蛋白激酶(protein kinase, PK)
G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程
配体 受体
受体-配体
G蛋白
激活型G蛋白
G蛋白效应器
激活的 G蛋白效应器
[第二信使] 或
依赖于第二信使的酶或通道激活或抑制
某些蛋白质磷酸化
生物效应
2. G蛋白受体介导的信号转导的主要途径
(2)受体-G蛋白-DG/PKC途径： 配体与膜受体结合 膜中的G蛋白(Gq) 激活磷脂酶C(PLC) 膜脂质中的二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)迅速水解为 IP3(三磷酸肌醇)和DG(二酰甘油) DG激活蛋白激酶C(PKC) 进一步作用于下游的信号蛋白或功能蛋白 诱发细胞功能改变。
专题二 常见的细胞信号转导通路
结构域是“假”激酶区、
JH6和JH7是受体结合区域
JAK-STAT信号通路
转录因子STAT
• 信号转导子和转录激活子（signal transducer and
activator of transcription）。 • 自第一1991年个STAT蛋白Stat1被纯化出来以后，目 前已发现STAT家族的七个成员，即STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b, STAT6，含有734 851个氨基酸不等，分子量约为84-113KD。 • 所有STAT蛋白分子由7个不同的功能结构域组成：N端保守序列、螺旋结构域、DNA结合区、连接区域、 SH3结构域、SH2结构域、C-端的转录激活区。
IKK复合物的激酶
• TAK1（TGFβ激活性激酶1）、 • NIK（NF-κB诱导激酶）
NF-κB信号通路
TRAFs：TNF受体相关因子
• TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白，能直接或间接
与多种TNFR和IL-1/TLR受体家族成员结合，连接到多种 下游信号通路的信号因子，包括NF-κB的信号通路，从 而影响细胞的生存、增殖、分化等，并参与多个生物学 过程的调控。 • 在几乎所有NF-κB的信号通路中，都是关键的信号中间 物。 • TRAF蛋白家族 • TRAF蛋白家族一共有7个成员，分别是TRAF1、TRAF2 、TRAF3、TRAF4、TRAF5、TRAF6、TRAF7。
JAK-STAT信号通路
• 受体的二聚化可以是同源的也可以是异源的。在发生 同源受体二聚化时，只有JAK2被激活；相反，由不同 亚基组成的异源受体二聚化，却可以激活多种JAK。 一旦被激活，JAK便磷酸化受体的亚基以及其他底物 。
细胞生物学PPT第八章_细胞信号转导PPT课件
至少2个Ca2+
钙调蛋白
活化的钙调蛋白和靶蛋白结合后， 发生重大构型变化
6）钙调蛋白激酶（CaM-K）
Ca2+-独立状态 50-80% 活化
蛋白质磷酸酶
抑制结构域
催化结构域
完全活化
自身磷酸化
活化的 CaM-K
外界信号分子
质膜上受体肌醇酯 （磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸PIP2）
1、4、5三磷 磷脂酶水解 酸肌醇IP3
一、G蛋白耦联受体-“蛇形受体”的结构与激 活 1、受体
2. G蛋白-负责传递来自受体的信息
G-蛋白质 三聚体
G-蛋白 质的激活 造成亚基 卸解分离
受体蛋白
无活性G-蛋白
信号分子
被激活的G-蛋白亚基
激活的 a 亚基
激活的 b/g 亚基
a-亚基的内在GTP酶活性使之失活
靶蛋白
激活的a亚基
a亚基激活其靶蛋白
GTP酶 活化蛋 白
鸟苷酸释 GRF 放因子
（如GRF）
3.RTK-Ras信号通路
GRF
MAPk: Mitogen-activated protein kinase （促分裂原活化蛋白质激酶）
在哺乳动物里 称为 Raf
改变一些蛋白质的活性
改变基因表达状况
在哺乳动物里 称为 MEK
一般俗称为 p38
• 信号蛋白组成的信号传递链
（三）细胞信号转导系统的主要特性
第二节 通过细胞内受体介导的信号传递
一、胞内受体及其对基 因表达的调节：是激素 激活的基因调控蛋白。
转录激活功能域
配体结合功能域
DNA-结合功能域
抑制性蛋 白
无活性的细胞核受体
辅激发蛋白
钙调蛋白
活化的钙调蛋白和靶蛋白结合后， 发生重大构型变化
6）钙调蛋白激酶（CaM-K）
Ca2+-独立状态 50-80% 活化
蛋白质磷酸酶
抑制结构域
催化结构域
完全活化
自身磷酸化
活化的 CaM-K
外界信号分子
质膜上受体肌醇酯 （磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸PIP2）
1、4、5三磷 磷脂酶水解 酸肌醇IP3
一、G蛋白耦联受体-“蛇形受体”的结构与激 活 1、受体
2. G蛋白-负责传递来自受体的信息
G-蛋白质 三聚体
G-蛋白 质的激活 造成亚基 卸解分离
受体蛋白
无活性G-蛋白
信号分子
被激活的G-蛋白亚基
激活的 a 亚基
激活的 b/g 亚基
a-亚基的内在GTP酶活性使之失活
靶蛋白
激活的a亚基
a亚基激活其靶蛋白
GTP酶 活化蛋 白
鸟苷酸释 GRF 放因子
（如GRF）
3.RTK-Ras信号通路
GRF
MAPk: Mitogen-activated protein kinase （促分裂原活化蛋白质激酶）
在哺乳动物里 称为 Raf
改变一些蛋白质的活性
改变基因表达状况
在哺乳动物里 称为 MEK
一般俗称为 p38
• 信号蛋白组成的信号传递链
（三）细胞信号转导系统的主要特性
第二节 通过细胞内受体介导的信号传递
一、胞内受体及其对基 因表达的调节：是激素 激活的基因调控蛋白。
转录激活功能域
配体结合功能域
DNA-结合功能域
抑制性蛋 白
无活性的细胞核受体
辅激发蛋白
《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。
专题二 常见的细胞信号转导通路ppt课件
• JAK是一类细胞膜内的非受体型可溶性酪氨酸激酶，分 子量120-130KD，只有催化结构域而没有SH2。
• JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸 化多个含特定SH2结构域的信号分子。
• JAK蛋白家族共包括4个成 员：JAK1、JAK2、JAK3以 及Tyk2，它们在结构上有7 个JAK同源结构域（JH）。 JH1结构域为激酶区、JH2 结构域是“假”激酶区、 JH6和JH7是受体结合区域
JAK-STAT信号通路
• 最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发 生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式 进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。
• 一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过 程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK 激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定 的选择性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12却特异性 激活STAT4。
JAK-STAT信号通路
• 细胞因子与相应的受体 结合后引起受体分子的 二聚化，这使得与受体 偶联的JAK激酶相互接 近并通过交互的酪氨酸 磷酸化作用而活化。
• JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰， 继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形 成“停泊位点”（docking site），同时含有SH2结构域 的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。
专题二 常见的细胞信号通路
JAK-STAT TNFR-NF-KB Keap1-Nrf2
一、JAK-STAT信号通路
• JAK-STAT信号通路主要介导细胞因子（ IFNα/β，IFNγ, IL-10, IL-6等）和生长因子（ EPO, GH, EGF, PDGF）刺 激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及 免疫调节等多种生物学过程。
• JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸 化多个含特定SH2结构域的信号分子。
• JAK蛋白家族共包括4个成 员：JAK1、JAK2、JAK3以 及Tyk2，它们在结构上有7 个JAK同源结构域（JH）。 JH1结构域为激酶区、JH2 结构域是“假”激酶区、 JH6和JH7是受体结合区域
JAK-STAT信号通路
• 最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发 生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式 进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。
• 一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过 程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK 激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定 的选择性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12却特异性 激活STAT4。
JAK-STAT信号通路
• 细胞因子与相应的受体 结合后引起受体分子的 二聚化，这使得与受体 偶联的JAK激酶相互接 近并通过交互的酪氨酸 磷酸化作用而活化。
• JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰， 继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形 成“停泊位点”（docking site），同时含有SH2结构域 的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。
专题二 常见的细胞信号通路
JAK-STAT TNFR-NF-KB Keap1-Nrf2
一、JAK-STAT信号通路
• JAK-STAT信号通路主要介导细胞因子（ IFNα/β，IFNγ, IL-10, IL-6等）和生长因子（ EPO, GH, EGF, PDGF）刺 激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及 免疫调节等多种生物学过程。
信号转导通路PPT课件
细胞内信号传递特点
信号的逐级放大
细胞内信号传递过程中，信号分子通过级联反应 逐级放大，使微弱的细胞外信号能够引起强烈的 细胞生理反应。
信号的可调性
细胞内信号传递过程受到多种因素的调节，包括 受体表达水平、信号分子的合成与降解、信号转 导蛋白的活性与定位等，这些调节机制使细胞能 够对外界刺激作出精确而灵活的应答。
免疫细胞信号转导通路的抑制失活
02 如免疫抑制性受体信号转导通路的失活，导致免疫细
胞过度激活和炎症反应。
免疫细胞与靶细胞之间的信号转导异常
03
免疫细胞与靶细胞之间的信号转导异常，导致免疫相
关疾病的发生和发展。
其他常见疾病中信号转导问题
心血管疾病中信号转导异常
如血管内皮细胞信号转导通路的异常，导致动脉粥样硬化和高血 压等疾病的发生。
信号的特异性
细胞内信号传递具有高度的特异性，不同的信号 分子只能激活特定的信号转导途径，引起特定的 细胞生理反应。
信号的整合性
细胞内存在多种信号转导途径，这些途径之间通 过交叉对话和相互调控，实现对细胞生理功能的 整体协调和控制。
02
典型信号转导通路介绍
G蛋白偶联受体介导通路
G蛋白偶联受体（GPCR）是一大类膜蛋白受体的统称 ，介导细胞对多种信号分子的响应。
GPCR与G蛋白结合后，通过激活或抑制下游效应器酶， 将信号传递至细胞内。
常见的GPCR介导的信号转导通路包括cAMP信号通路、 磷脂酰肌醇信号通路等。
酶联受体介导通路
01
酶联受体是一种具有内在酶 活性的受体，其介导的信号 转导通常与受体的酶活性相
关。
02
酶联受体通过催化特定的底 物生成第二信使，从而将信
导通路中的关键基因。
细胞的信号转导 PPT课件
的丝、苏氨基酸残基。
CaM与靶蛋白结合
CaM
2、PKC（由DG激活）的生理功能：
调节代谢
活化的PKC引起一系列靶蛋白的 丝 、苏氨酸残基磷酸化。
靶蛋白包括： 质膜受体、膜蛋白 和多种酶。 调节基因表达 PKC 对基因的活化分为早期反应 和晚期反应。
PKC 对基因的早期活化和晚期（心肌细胞舒张，骨骼肌细胞收缩，分泌细胞分泌）
③时间效应：反应快、效应短（神经递质）；反 应慢、效应久（激素）。
3、类型(根据溶解度) ①亲脂性：甾醇类激素、甲状腺素
②亲水性：神经递质、生长因子、 局部化学递质、大多数 肽类激素 。
（二）穿膜信号转导
信号分子与胞膜受体相互作用，通过信号转换
AC或GC
PLC
PIP2 DAG PKC IP3 Ca2+释放 靶蛋白 磷酸化
cAMP或cGMP
PKA或PKG 靶蛋白 磷酸化 靶基因 转录
G蛋白介导的信号转导途径
第三 酶联受体信号转导途径
二、酪氨酸激酶受体与Ras蛋白
——丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated
protein kinase，MAPK）信号途径
GC的类型：
1、结合型GC
主要存在于细胞膜上；在核膜、内质网、高 尔基复合体、线粒体等膜性结构中也有分布。 2、可溶性GC （需NO活化） 主要出现在脑、肝、肺等组织中。 二者均通过激活PKG（cGMP dependent protein kinase G）使相应蛋白磷酸化，进而引 起细胞效应。
（三）磷脂酰肌醇信号通路
Fig. cAMP信号通路对基因 转录的激活
• 不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：
– 在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为葡萄 糖-1-磷酸，而抑制糖原合成。 – 在某些分泌细胞，需要几个小时， 激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相 关基因的表达。
CaM与靶蛋白结合
CaM
2、PKC（由DG激活）的生理功能：
调节代谢
活化的PKC引起一系列靶蛋白的 丝 、苏氨酸残基磷酸化。
靶蛋白包括： 质膜受体、膜蛋白 和多种酶。 调节基因表达 PKC 对基因的活化分为早期反应 和晚期反应。
PKC 对基因的早期活化和晚期（心肌细胞舒张，骨骼肌细胞收缩，分泌细胞分泌）
③时间效应：反应快、效应短（神经递质）；反 应慢、效应久（激素）。
3、类型(根据溶解度) ①亲脂性：甾醇类激素、甲状腺素
②亲水性：神经递质、生长因子、 局部化学递质、大多数 肽类激素 。
（二）穿膜信号转导
信号分子与胞膜受体相互作用，通过信号转换
AC或GC
PLC
PIP2 DAG PKC IP3 Ca2+释放 靶蛋白 磷酸化
cAMP或cGMP
PKA或PKG 靶蛋白 磷酸化 靶基因 转录
G蛋白介导的信号转导途径
第三 酶联受体信号转导途径
二、酪氨酸激酶受体与Ras蛋白
——丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated
protein kinase，MAPK）信号途径
GC的类型：
1、结合型GC
主要存在于细胞膜上；在核膜、内质网、高 尔基复合体、线粒体等膜性结构中也有分布。 2、可溶性GC （需NO活化） 主要出现在脑、肝、肺等组织中。 二者均通过激活PKG（cGMP dependent protein kinase G）使相应蛋白磷酸化，进而引 起细胞效应。
（三）磷脂酰肌醇信号通路
Fig. cAMP信号通路对基因 转录的激活
• 不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：
– 在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为葡萄 糖-1-磷酸，而抑制糖原合成。 – 在某些分泌细胞，需要几个小时， 激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相 关基因的表达。
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
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
（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
第二章细胞的信号转导ppt课件
6
化学门控离子通道示意图-Ach受体阳离子通道
神经肌肉接头 乙酰胆硷 神经突触 谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸
9
（二）电压门控离子通道 1、涵义
接受电信号的受体，通过通道的开、关 和离子跨膜流动将信号转导到细胞内部。 2、信号转导过程
刺激 细胞膜电位的变化 电
压门控离子通道开放或关闭
离子内流或外流
第二节 细胞的信号转导
1
信号: 含有信息内容的一种物质或刺激 信号的类型：
➢化学信号：激素, 递质, 细胞因子 ➢机械信号：声音 ➢电磁信号：光 ➢电信号： 电流
2
◆ 跨膜信号转导概念 指外界信号（化学分子、光、声音等）作
用于细胞膜表面的受体，引起膜结构中一种或 多种特殊蛋白质构型改变，将外界环境变化的 信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细 胞功能改变。
新信号形成
10
Na+通道和K+通道通道作用示意图
11
（三）机械门控通道
1、涵义 细胞表面膜存在的能感受机械性刺
激并引起细胞功能改变的通道样结构。
2、实例及信号转导过程
1）实例：前庭和耳蜗的毛细胞的静纤毛
2）信号转导过程： 机械信号（声）
静纤毛偏曲
机械门控离子通道开放 离子内流
膜电位变化
12
二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导
酶耦联受体特点： ➢ 受体只有一次跨膜α-螺旋。 ➢ 受体分子的胞质侧自身具有酶的活性， 可直接激活胞质中酶。
酶藕联受体的类型 ：
酪氨酸激酶受体
酪氨酸激酶结合型受体
鸟苷酸环化酶受体
24
（一）酪氨酸激酶受体（TKR) 特点：
➢ 膜外侧-配位体结合点 ➢ 胞质侧-酪氨酸激酶结构域 ➢ 受体与酶是同一蛋白分子
化学门控离子通道示意图-Ach受体阳离子通道
神经肌肉接头 乙酰胆硷 神经突触 谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸
9
（二）电压门控离子通道 1、涵义
接受电信号的受体，通过通道的开、关 和离子跨膜流动将信号转导到细胞内部。 2、信号转导过程
刺激 细胞膜电位的变化 电
压门控离子通道开放或关闭
离子内流或外流
第二节 细胞的信号转导
1
信号: 含有信息内容的一种物质或刺激 信号的类型：
➢化学信号：激素, 递质, 细胞因子 ➢机械信号：声音 ➢电磁信号：光 ➢电信号： 电流
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◆ 跨膜信号转导概念 指外界信号（化学分子、光、声音等）作
用于细胞膜表面的受体，引起膜结构中一种或 多种特殊蛋白质构型改变，将外界环境变化的 信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细 胞功能改变。
新信号形成
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Na+通道和K+通道通道作用示意图
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（三）机械门控通道
1、涵义 细胞表面膜存在的能感受机械性刺
激并引起细胞功能改变的通道样结构。
2、实例及信号转导过程
1）实例：前庭和耳蜗的毛细胞的静纤毛
2）信号转导过程： 机械信号（声）
静纤毛偏曲
机械门控离子通道开放 离子内流
膜电位变化
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二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导
酶耦联受体特点： ➢ 受体只有一次跨膜α-螺旋。 ➢ 受体分子的胞质侧自身具有酶的活性， 可直接激活胞质中酶。
酶藕联受体的类型 ：
酪氨酸激酶受体
酪氨酸激酶结合型受体
鸟苷酸环化酶受体
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（一）酪氨酸激酶受体（TKR) 特点：
➢ 膜外侧-配位体结合点 ➢ 胞质侧-酪氨酸激酶结构域 ➢ 受体与酶是同一蛋白分子
《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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• JAK是一类细胞膜内的非受体型可溶性酪氨酸激酶，分
子量120-130KD，只有催化结构域而没有SH2。
• JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸
化多个含特定SH2结构域的信号分子。 • JAK蛋白家族共包括4个成
员：JAK1、JAK2、JAK3以
及Tyk2，它们在结构上有7
个JAK同源结构域（JH）。
3
JAK-STAT信号通路
• 受体的二聚化可以是同源的也可以是异源的。在发生 同源受体二聚化时，只有JAK2被激活；相反，由不同 亚基组成的异源受体二聚化，却可以激活多种JAK。 一旦被激活，JAK便磷酸化受体的亚基以及其他底物 。
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JAK-STAT信号通路
酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）
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JAK-STAT信号通路
• 细胞因子与相应的受体 结合后引起受体分子的 二聚化，这使得与受体 偶联的JAK激酶相互接 近并通过交互的酪氨酸 磷酸化作用而活化。
• JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰， 继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形 成“停泊位点”（docking site），同时含有SH2结构域 的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。
专题二 常见的细胞信号通路
JAK-STAT TNFR-NF-KB Keap1-Nrf2
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一、JAK-STAT信号通路
• JAK-STAT信号通路主要介导细胞因子（ IFNα/β，IFNγ, IL-10, IL-6等）和生长因子（ EPO, GH, EGF, PDGF）刺 激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及 免疫调节等多种生物学过程。
２、螺旋结构域：位于135~315位氨基酸残基之间，由4个 螺旋组成，主要负责STAT蛋白与其它蛋白的相互作用。
3、DNA结合结构域：位于320~490位氨基酸残基之间，含 有几个β-折叠结构，与靶基因的启动子结合，启动靶基因 的转录。不同的STAT蛋白具有不同的DNA结合特异性。
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JAK-STAT信号通路
2
JAK-STAT信号通路
酪氨酸激酶相关受体
• 干扰素受体家族，白介素受体家族等。 • 受体胞外部分为N端，胞内部分为C端、跨膜区。 • 共同特点：是体本身不具有激酶活性，但胞内段
具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。 • 受体之间无明显的同源性，只在胞浆近膜区有一
段同源区，该区域是其与JAK激酶结合的功能区 段。 • 受体的同源区通常包括两个高度保守的结构，一 个是富含脯氨酸的“box1”，另一个是在受体靠近 细胞膜处的“box2”，它们是决定细胞因子受体与 JAK激酶之间相互偶联的最重要结构。
N端结 构域
螺旋 结构域
DNA 结合域
连接区
SH3 SH2
转录 激活区
701Tyr Ser
4、连接结构域：位于490~580位氨基酸之间，连接DNA 结合结构域和SH2结构域，其序列高度保守，可能与转 录调节有关。
5、SH2结构域：位于585~685位氨基酸残基之间，是 STAT分子最保守的结构域，是最重要的功能区段。 ★决定了STAT分子和其相应的受体相互作用的特异性； ★介导了STAT和活化的JAK之间的相互作用； ★介导了STAT分子的二聚化，一个STAT蛋白中的SH2结 构域与另一个STAT蛋白中磷酸化的酪氨酸相互作用形成 二聚体，从而导致STAT蛋白的入核。
• 主要由三个成分组成：酪氨酸激酶相关受体（tyrosine、酪氨酸激酶JAK、转录因 子STAT。
• 能激活 JAK /STAT 途径的受体家族广泛分布于各种组 织的细胞中，属于细胞因子受体超家族。
• G 蛋白也可以通过非受体型酪氨酸激酶激活 J AK/STAT
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JAK-STAT信号通路
N端结 构域
螺旋 结构域
DNA 结合域
连接区
SH3 SH2
转录 激活区
701Tyr Ser
６、SH3结构域：位于500~600位氨基酸之间，序列保 守性较SH2差，能结合富含脯氨酸的序列。目前尚未发 现SH3结构域内有何重要的氨基酸。
7、酪氨酸激活基序：这个酪氨酸和其C端的氨基酸序列 不仅可以阻止与自身SH2结构域的结合，还决定了STAT 分子和其相应的受体相互作用的特异性，以及STAT分子 之间二聚化的特异性。
• 所有STAT蛋白分子由7个不同的功能结构域组成：N端保守序列、螺旋结构域、DNA结合区、连接区域、 SH3结构域、SH2结构域、C-端的转录激活区。
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JAK-STAT信号通路
N端结 构域
螺旋 结构域
DNA 结合域
连接区
SH3 SH2
转录 激活区
701Tyr Ser
1、N端结构域：位于1~125位氨基酸残基之间，是STAT蛋 白家族中最高度保守性的结构域之一。功能：N端结构域 有助于STAT蛋白的二聚体形成四聚体或高度有序的多聚体 ，增强STAT蛋白和靶基因启动子的结合力。
JH1结构域为激酶区、JH2
结构域是“假”激酶区、
JH6和JH7是受体结合区域
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JAK-STAT信号通路
转录因子STAT
• 信号转导子和转录激活子（signal transducer and activator of transcription）。
• 自第一1991年个STAT蛋白Stat1被纯化出来以后，目 前已发现STAT家族的七个成员，即STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b, STAT6，含有734 851个氨基酸不等，分子量约为84-113KD。
8、转录激活结构域（TAD）：有一个保守的丝氨酸残 基，其磷酸化与否直接影响STAT蛋白的转录活性。它 很可能受到翻译后调节，如丝氨酸磷酸化。
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JAK-STAT信号通路
JAK-STAT信号通路
配体与受体结合导致受体二聚化 二聚化受体激活JAK JAK将STAT磷酸化
STAT形成二聚体，暴露出入核信号 STAT进入核内，调节基因表达
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JAK-STAT信号通路
• 最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发 生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式 进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。
• 一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过 程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK 激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定 的选择性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12却特异性 激活STAT4。