第八章-细胞信号转导

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要。我们称这两种正反同时存在的信号转导调节机制 为分子开关。 作为分子开关的蛋白质可分为两类: 活性由蛋白激酶和蛋白磷酸酶控制;
GTPase开关蛋白:活性由GTP或GDP结合控制。
P224
两种类型的分子开关
P221
二、信号转导系统及其特性
(一)信号转导系统的基本组成与信号蛋白
通过细胞表面受体介导的信号途 径由4个步骤组成: 特异性识别
P220
跨膜细胞信号转导的一般步骤
特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应 P220
(二)信号分子与受体
• 1. 信号分子 • 2.受体 • 3.第二信使与分子开关
P220
1. 信号分子
物理信号(光、热、电流) 化学信号(内分泌激素、气味分子、细胞代谢产物、 药物毒物)。
P229-230
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
乙酰胆碱→血管内皮
→Ca2+浓度升高→一氧
化氮合酶→NO→平滑肌 细胞→鸟苷酸环化酶
→cGMP→血管平滑肌细
胞的Ca2+离子浓度下降 →平滑肌舒张→血管扩
张、血流通畅。
P230
• 1998年R.Furchgott等三位美国科学家因对NO信号 转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
孕激素受体(PR)、雄激素受体(AR); ② 维生素D3受体(VDR);
③ 甲状腺激素受体(TR)。
P228
类固醇激素诱导的基因活化分为两个阶段:
初级反应阶段:直接活化少数特殊基因转录;发生迅

次级反应阶段:初级反应的基因产物继续活化其他基 因产生延迟的次级反应。
甾类激素的反应通常是长期的生物学反应。
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
第三节
G蛋白耦联受体介导的信号转导
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
一、G蛋白耦联的受体的结构与激活
G蛋白耦联受体是指配体-受体 复合物与靶蛋白(酶或离子通道) 的作用通过与G蛋白的耦联,在细 胞内产生第二信使,从而将胞外信 号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。
建,协调细胞的功能,控制细胞的生长、分裂、分
化和凋亡。
P218
一、细胞通讯

(一)细胞通讯的方式

(二)细胞的信号分子与受体
(一)细胞通讯的方式
(1)通过分泌化学信号进行通讯。 (2)接触依赖性的通讯。
(3)动物细胞通过间隙连接以及
植物细胞间通过胞间连丝实现代 谢耦联或电耦联。
P218
细胞分泌化学信号的作用方式
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。
基团进行的。
P227
(三)信号转导系统的主要特性

特异性
放大作用
信号终止或下调 对信号的整合作用
P227-228
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与 酶结合
一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
配体结合域
细胞内受体的本质: 激素激活的基因调控蛋白。
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
P231
G蛋白耦联受体结构图
细胞外信号结合所诱导的G蛋白的活化
G蛋白



G 蛋 白 : 即 : trimeric GTP-binding regulatory protein( 三聚体 GTP 结合 调节蛋白)。 组成: α β γ 三个亚基, α 和 β γ 亚基属于脂锚定蛋白。 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。
• 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
分歧蛋白
放大和转导蛋白 细胞内中 介小分子 锚蛋白
整合蛋白
修饰蛋白
信使蛋白
信使蛋白:携带信号从一部分传递到 另一部分。 传感蛋白:负责信号不同形式的转换。
P226
信号应答元件
基因转录
(二)细胞内信号蛋白的相互作用
在信号转导途
径中,上游蛋
白对下游蛋白 活性的改变, 主要是通过添 加或去除磷酸
信号分子
胞外区 激活的 腺苷酸 环化酶
G蛋白 关联受体
细胞质溶质
亚基
激活的G蛋 GTP 白亚基
骨 骼 肌 细 胞 中
cAMP
A激酶:cAMP依赖性蛋白质激酶
激活的 激酶A
ATP
cAMP
无活性的 激酶A
(cAMP-dependent protein kinase, PKA)
无活性磷 酸化酶激酶
P231
G-蛋白耦联受体
G蛋白耦联型受体:7次跨膜蛋白,N端在胞外,C端在胞
内。胞外结构域识别信号分子,胞内结构域与G蛋白耦联, 调节相关酶活性,在细胞内产生第二信使。



类型: ① 多种 神 经递质 、 肽类 激素和趋化因子的受体 ② 味 觉 、 视觉和 嗅 觉感 受器。 相 关 信 号 途 径 : cAMP 途 径、磷脂酰肌醇途径。
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
Biblioteka Baiduuanylate 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。
P221
3.第二信使与分子开关
第一信使(first messenger):细胞外信号(化学信
号和物理信号)及某些环境刺激信号,细胞信号转导过 程中的初级信号。
第二信使(second messenger):由胞外刺激信号激活
或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子,细胞信号 传导过程中的次级信号。
第八章 细胞信号转导
提 纲

第一节 概述
第二节 细胞内受体介导的信号转导


第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
第一节 概述
• 一、细胞通讯
• 二、信号转导系统及其特性
一、细胞通讯
细胞通讯:一个细胞发出的信息通过介质传递到另
一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用,然后通 过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化,最 终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 细胞通讯的作用:多细胞生物体的发生和组织的构
产生胞内第二信使或活化的信号蛋白
信号放大 细胞反应降低或终止
P225
潜在基因调控蛋白
各类信号蛋白组分
支架蛋白 转承蛋白 接头蛋白
潜在基因调控蛋白:在细胞表面被活 化受体激活,然后迁移到细胞核刺激基 因转录。 转承蛋白:将信息传给信号链的下一 个组分。 接头蛋白:起连接信号蛋白的作用。 分歧蛋白:将信号从一条途径传播到 另外 途径。 放大和转导蛋白:介导产生信号级联 反应。 整合蛋白:从2条或多条信号途径接 受信号,并在向下传递之前进行整合。
E1 E2
N
E3
E4
C1 C2
C3
C4
P231
亚基---被异戊酰化(isoprenylated)修饰连在膜上;
亚基---被豆蔻酸化(myristoylated)修饰连在膜上。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类 及其效应器
P232
G蛋白的信号耦联功能

G蛋白的信号耦联功能是靠GTP的结合或水解产 生的变构作用完成。
P229
二、NO作为气体信号分子进入靶 细胞直接与酶结合
• NO可快速扩散透过细胞膜,作用于邻近细胞。
• NO的合成:血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞, NO 的生成由一氧化氮合酶( nitric oxide synthase , NOS )催化,以 L 精氨酸为底物,以 NADPH 作为电子供体 ,生成NO和L-瓜氨酸。
P222
受体结合配体后被激活,引发两种主要的细胞反 应:

一是细胞内预存蛋白活性或功能的改变,进 而影响细胞功能和代谢;

二是影响细胞内特殊蛋白的表达量,最常见
的方式是通过转录因子的修饰激活或抑制基
因的表达。
P221
对受体的几点说明:
不同细胞对同一种化学信号分子可能具有不同的受体,故不同
的靶细胞以不同的方式应答于相同的化学信号。如乙酰胆碱作
(1)内分泌(endocrine)
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官(靶细胞) (2)旁分泌(paracrine) 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
(3)自分泌(autocrine) 分泌细胞 分泌物 细胞自身受体(靶细胞是该细胞自身)
(4)化学突触(chemical synapse 神经元 神经信号(神经递质、神经肽) ( 突触 ) 靶细胞
C端:激素结合位点 中部的DNA或Hsp90结合位点: 富含Cys、锌指结构
转录激活域
DNA结合域 细胞内受体含有3个功能结构域:
失活受体 抑制蛋白
N端:转录激活结构域
辅激活因子
配体
受体结合元件 活化受体
靶基因转录
P228
一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
细胞内受体的代表:
①类固醇激素受体:
如糖皮质激素受体(GR)、盐皮质激素受体(MR)、雌激素受体(ER)、
用于骨骼肌细胞引起收缩,作用于心肌细胞降低收缩频率,作 用于唾腺细胞则引起分泌。
不同的细胞具有相同的受体。当与同一种信号分子结合时,不
同细胞对同一信号产生不同的反应。 同一细胞上不同的受体应答于不同的胞外信号产生相同的效应。
如肝细胞肾上腺素或胰高血糖素受体在结合各自配体被激活后,
都能促进糖原降解而升高血糖。
ATP
磷酸化激 活的糖原 磷酸化酶
ADP
激活的磷 酸化酶激酶 无活性糖 原磷酸化酶
2. 受体
• (1)受体是能特异识别并选择性结合某种信 号分子(配体)的大分子。与配体结合后, 通过信号转导产生胞内信号,继而引发一系 列生化反应,最终导致某一生物学效应。 • (2)受体的特征:多为糖蛋白 ,少数是糖脂,
包括与配体结合的区域以及产生效应的区域。
具有结合特异性和效应特异性。 • (3)根据在靶细胞上的存在位置分为胞内受
体和胞外受体。
P221
胞内受体和胞外受体
细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活
如:甾类激素、甲状腺素、维生素D和视黄酸
信号分子可直接穿越质膜脂双层进入靶细胞内部,与细胞内受体 结合,激活受体,受体同专一DNA序列结合,调控基因表达。 细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活 离子通道耦联的受体(ion-channel-linked receptor)
公认的第二信使:cAMP、cGMP、Ca2+、三磷酸肌醇(IP3)、 二酰甘油(DAG)等。 第二信使功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
P223
3.第二信使与分子开关
在细胞信号转导过程中,存在正负两种相辅相成的反 馈调节机制,对信号转导的每一步反应既有激活作用,
又有相应的失活效应,而且两者对系统的功能同等重
当G蛋白与受体结合而被激活时,继而触发效应 器(如腺苷酸环化酶),把胞间信号转换成胞内 信号。而当GTP水解为GDP后,G蛋白就回到原 初构象,失去转换信号的功能。

二、G-蛋白耦联的受体所介导 的细胞信号通路
(一)以环腺苷酸(cAMP)为第二信使的信号通路 (二)磷脂酰肌醇双信使信号系统 (三) G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
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