分子生物学 第8章 细胞信号转导_PPT幻灯片

细胞内关键大分子信号转导分子
（一）蛋白激酶与蛋白磷酸酶 （二）GTP结合蛋白及其调节分子 （三）接头蛋白及蛋白质相互作用的
调控结合结构域 (四）转录因子
The Phosphorylation Switch
ATP protein kinase ADP
substrate
Pi
P
P-substrate
protein phosphatase
蛋白激酶与蛋白磷酸酶
蛋白质的磷酸化与去磷酸化是信号转导过程 中的最重要的调控方式，负责这一修饰调节的是
蛋白激酶 （protein kinase） 蛋白磷酸酶 (protein phosphatase)
蛋白激酶
是指能够将γ-磷酸基团从磷酸供体分 子上转移至底物蛋白的氨基酸受体上的一 大类酶。磷酸供体可以是ATP，也可以是 其它三磷酸核苷酸
胞内信号转导分子（细胞内信使）
小分子信使
蛋白分子信使
三磷酸肌醇（IP3） 二脂酰甘油（DAG） Ca2+ cAMP和cGMP NO CO H2S ……
GTP结合蛋白 蛋白激酶 转录因子 衔接蛋白 ……
小分子信使分子
反应 浓度迅速上升或下降细胞内分布改变 作用 作为变构剂影响蛋白质的构象
小分子信使及其代谢酶
和增殖
参与信号转导的分子种类
信号接收分子 胞内信号转导分子 胞内应答反应分子
信息物质按照生成以及发挥作用时所处的空间位置分类
第一信使（first messenger） 在细胞外或细胞间负责传递信息的物质
第二信使（second messenger） 在细胞质负责传递信息的物质
第三信使（third messenger） 在细胞核负责传递信息的物质
腺苷酸
（1） ATP 环化酶
鸟苷酸
(2) GTP 环化酶
cAMP cGMP
cAMP PDE
cGMP PDE
AMP GMP
PLC (3) PIP2
IP3 + DAG
(4) 钙离子分布变化（钙通道和钙泵）
腺苷酸环化酶
adenylate cyclase, AC
膜结合的糖蛋白 分为8型同工蛋白
胞内信号转导分子（细胞内信使）
胍氨酸
nNOS cNOS
eNOS
NOS I NOS III
iNOS NOS II
NO在细胞内外可产生多种生理、病理效应
脑和外周神经系统的神经递质 肌肉松驰作用 参与自然免疫
抑制血小板的粘附、活化和聚集 NO的许多病舒理张作血用管都，与参它与作血用压于调血节管内皮细胞有 密切关系。内皮细胞和神经元中的NO合酶都可以受 钙离子激活
•问题1 细胞间通讯
细胞在整体和细胞水平如何与环境协调？
•问题2 细胞信号转导
细胞信号如何在细胞内引起变化？
•问题3 细胞信号转导分子
参与信号转导的分子种类？
•问题4 细胞信号转导通路和网络
信号转导分子的作用机制？
Three ways of cell signaling
细胞间隙连接 细胞表面分子介导通讯
受体
信号 受体
细胞反应
靶细胞接收信号
受体功能
（1）识别外源信息分子 （2）将配体的信号进行转
换，并传递至其它分子
水溶性化学信号
受体的分类
膜受体
膜受体 胞内受体
胞核
细胞内反应
脂溶性化学信号
胞内受体
细胞质膜
特性
内源性配体
结构 跨膜区段 数目 功能
三类膜受体的特点
离子通道受体
G蛋白偶联受体
神经递质
受体 受体的作用特点 受体的分类
胞内应答反应分子
受体：
靶细胞膜或细胞内一类特殊的分子 或分子复合物，它们能识别信息物质并 与之结合，产生信息传递效应。
简言之：受体即细胞的外界信息接 受装置。
化学本质：蛋白质或多糖
受体， Receptors
人类基因组中编码受体的基因约为5% 细胞分泌化学信号
受体
高度专一性 高度亲和力 可饱和性 可逆性 特定的作用模式
信号接收
Signal transduction
network
信号转导 应答反应
m7G
NH2 AAAAA
Translation
转录因子 染色质相关蛋白 RNA加工蛋白 RNA转运蛋白 细胞周期蛋白
细胞骨架
问题 3 参与信号转导的分子种类？
参与信号转导的分子 （细胞内信息分子）
受体的作用
信号接收分子 胞内信号转导分子
类固醇激素、甲 状腺素、前列腺 素、维生素A、维 生素D 、脂类
膜受体 细胞内反应
胞核
胞内受体
脂溶性化学信号
细百度文库质膜
Signal transducer
介导信号在细胞内传递的所有分子
Signal transduction pathway 信号转导过程信号转导分子的排列方式
Signal transduction network 信号转导通路交叉联系形成的调控系统
蛋白质构象变化原因
（1） 蛋白分子的化学修饰 (chemical modification) 磷酸化/去磷酸化 (phosphorylation/dephosphorylation) 乙酰化/去乙酰化 （acylation/deacylation)
（2） 小分子信使的变构效应
（3） 蛋白分子之间的相互作用
小分子信使
三磷酸肌醇（IP3） 二脂酰甘油（DAG） Ca2+ cAMP和cGMP NO CO H2S ……
蛋白分子信使
GTP结合蛋白 蛋白激酶 转录因子 衔接蛋白 ……
体内NO合成途径
H2N
+
NH2
NH
NO synthase
H2N O
NO合酶
NH
(NOS)
＋ NO
+
H2N COO-
精氨酸
+
H2N COO-
人的基因组中编码蛋白激酶的基因约占3%
蛋白激酶分类
蛋白丝/苏 氨酸激酶
受环核苷酸（cAMP，cGMP）调节的，如PKA 受二脂酰甘油（DAG）调节的，如 PKC 受Ca2+/钙调蛋白调节的，如 CaM-K 丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK） 细胞周期素依赖蛋白激酶(CDK)
化学信号介导通讯
细胞间隙连接 Gap Junction ,GJ GJ intercellular communication, GJIC
两个细胞间的 连接性结构 细胞间通道
生物学意义： 在局部对很少的信号发生迅速和充分反应
水溶性化学信号和脂溶性化学信号
水溶性化学信号
细胞因子 趋化因子 生物活性肽 氨基酸及其衍生物 核苷和核苷酸
寡聚体形成的 孔道 4个
神经递质、激 素、趋化因子 外源刺激（味 、光）
单体
7个
离子通道
激活G蛋白
单次跨膜受体 （酶偶联受体）
生长因子 细胞因子
具有或不具有催化活性 的单体 1个
激活酶或衔接蛋白
细胞应答
去极化与超极 化
去极化与超极化、 调节蛋白质的功能和表
调节蛋白质功能 达水平，调节细胞分化
和表达水平