第二节_膜表面受体介导的信号转导

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第5章 信号转导

第5章 信号转导

Guanylate cyclase
乙酰胆碱
瓜氨酸
精氨酸 鸟苷酸环化酶
细胞信号转导的主要途径
一 G蛋白介导的细胞信号转导途径 二 酶耦联型受体介导的信号转导途径
三 离子通道偶联的受体介导的信号转导途径
四 核受体及其信号转导途径
一、G蛋白介导的细胞信 号转导途径
(一) 腺苷酸环化酶途径 (二)磷脂酰肌醇信号通路
信号应答。
第二信使的作用:
第二信使在细胞信号转导中起重要作用,它们 能够激活级联系统中酶的活性,以及非酶蛋白 的活性。 第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节, 它可以瞬间升高、且能快速降低,并由此调节 细胞内代谢系统的酶活性,控制细胞的生命活 动,包括:葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存 和移动以及细胞产物的分泌。 第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存, 并参与基因转录的调节。
盐皮质激素 性激素
无活性)
(位于胞浆,未与配体结合前与HSP结合存在, 受体 激活
与核内激素反应元件结合(HRE)
增强或抑制靶基因转录
HSP R
HSP
R
HSP
cell membrane
protein
R R
核转录因子
HRE
mRNA
A model of an intracellular receptor protein
钙调蛋白的结构
在不同的细胞中,Ca2+-钙调蛋白复合物可以同CaM-蛋白 激酶、cAMP磷酸二酯酶、以及质膜中的Ca2+运输蛋白结 合, 将它们激活,进行信号的放大
CaM-蛋白激 酶Ⅱ的激活
IP3、Ca2+—钙调蛋白激酶途径
α1肾上腺素能受体 内皮素受体 血管紧张素Ⅱ受体 与Gqα结合 PLCβ

细胞生物学中的膜受体结构与信号转导

细胞生物学中的膜受体结构与信号转导

细胞生物学中的膜受体结构与信号转导细胞膜受体是生物学研究中的一个重要课题,它们对于细胞的正常生理功能以及疾病的形成都具有重要的影响。

膜受体是指位于细胞膜上的蛋白质,能够响应外界信号分子的结合并传递信号,从而控制细胞的生理活动。

这些外界信号分子可以是激素、神经递质、细胞因子等。

膜受体的结构及其信号转导机制是近年来生物学研究的热门领域之一。

一、膜受体结构膜受体分为离子通道型、酪氨酸激酶型、酰基酶型、G蛋白偶联型等几种类型。

其中,G蛋白偶联型受体在人体中是最广泛存在的一类受体。

它们的结构都由七个跨膜螺旋结构组成,可使蛋白质从细胞膜内部贯穿到膜外,每个螺旋结构中具有不同的氨基酸序列。

这些螺旋结构组成一个类似于枪托的外形,被称为“7TMB”(seven transmembrane helices bundle)结构。

7TMB结构是G蛋白偶联型受体与其他一些受体分子的独特标志。

二、信号转导信号转导是指外界信号分子与膜受体结合后,膜受体内部启动级联反应的过程,将信号传递给细胞内部,引起细胞活动的变化。

G蛋白偶联型受体是信号转导过程中重要的参与者。

它们通过膜上的七个跨膜结构与G蛋白相互作用,从而引起以下信号转导事件:1.激活腺苷酸酶(adenylyl cyclase):当一个激动剂分子与负责激动剂作用的G蛋白偶联型受体结合时,该受体活跃化,离开G蛋白并促进腺苷酸酶的活化,催化cAMP(环磷酸腺苷)的形成,cAMP 激活蛋白激酶A(PKA)而引发细胞内的后续反应过程。

2.使钙离子脱敏:肌肉收缩的调节和其他生理过程中,钙离子扮演了重要的角色。

G蛋白偶联型受体上的钙离子通道蛋白与 G蛋白偶联型受体互作,导致钙离子水平在细胞内缓慢下降。

这就使得钙离子接收体在没有外部钙离子贡献的情况下,难以响应内源性信号分子的作用。

3.激活酪氨酸激酶:一些受体是酪氨酸激酶受体。

受到激活剂分子的激励后,它们会召集酪氨酸激酶进入细胞内。

该过程又分为两次活化,第一次活化发生在受体和酪氨酸激酶之间,第二次则是在酪氨酸激酶与其底物的内部反应。

细胞生物化学第22章 细胞信号转导

细胞生物化学第22章 细胞信号转导
——PKB被认为是重要的细胞存活信号分子。
• 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

第二节膜表面受体介导的信号转导

第二节膜表面受体介导的信号转导
与GDP结合时,处于关闭状态
与GTP结合时,处于开启状态
*α亚基具有GTP酶活性
其GTP酶的活性
能被RGS(regulatorofG protein signaling)增强
RGS也属于GAP(GTPase activating protein)
图8-12 G蛋白分子开关
G蛋白耦联型受体,为7次跨膜蛋白(图8-13)
第二节-膜表面受体介导的信号转导
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第二节膜表面受体介导的信号转导
亲水性化学信号分子:
*有神经递质、蛋白激素、生长因子等
*它们不能直接进入细胞
只能通过膜表面的特异受体,传递信号
改变质膜的离子通透性
瞬间(1/1000秒),胞外化学信号→电信号
继而改变突触后细胞的兴奋性
*位于细胞膜上的受体,一般4次跨膜
位于内质网上的受体,一般6次跨膜
*离子通道型受体分为
阳离子通道,如乙酰胆碱、谷氨酸、五羟色胺的受体
阴离子通道,如甘氨酸&γ-氨基丁酸的受体
*如:乙酰胆碱受体(图8-9、10)以三种构象存在
表现为一系列蛋白质的逐级磷酸化
使信号逐级传送和放大。
图8-7膜表面受体主要有3类
一、离子通道型受体
离子通道型受体(图8-8):
*离子通道的受体
即,配体门通道(ligand-gated channel)
*主要存在于神经、肌肉等,可兴奋细胞
其信号分子为神经递质
*神经递质+受体,而改变通道蛋白的构象
离子通道,开启or关闭
*结合GTP的α亚基,与腺苷酸环化酶结合

膜功能

膜功能

(三)细胞外信号转化为细胞内第二信使 第二信使 在配体与受体介导下 最早产生的可将信号 向下游传递的细胞内 信号分子
cAMP cGMP IP3 DAG Ca2+
第二信使
受体与配体的相互识别是信号转导的基础
信号结合位点 离子通道 偶联的受体
二、细胞表面的三种类型受体
信号结合位点 (一)离子通道偶联的受体 离子通道
(二)G蛋白偶联的受体 蛋白偶联的受体 (三)酶偶联的受体
激活G蛋白 激活 蛋白
受体 酪氨酸激酶
效应蛋白
三、由G蛋白偶联受体介导的信号转导
G蛋白(鸟苷酸结合蛋白):位于质膜的胞质 蛋白(鸟苷酸结合蛋白):位于质膜的胞质 ): 在受体与效应蛋白之间, 面,在受体与效应蛋白之间,通过本身的构 象改变传递信号。 象改变传递信号。
(二) 神经肌肉接头处离子通道的作用
小结
小分子物质的跨膜运输 简单扩散 被动运输 易化扩散 通道扩散 钠钾泵 主动运输 钙泵 离子梯度驱动 对向运输 同向运输
第二节 细胞表面受体与信号转导
一、受体与配体的相互识别是信号转导的基础
二、细胞表面的三种类型受体
三、由G蛋白偶联受体介导的信号转导 蛋白偶联受体介导的信号转导 信号转导( 信号转导(Signal transduction) 将细胞外信号分子携带的信息转 变为细胞内的信号过程。 变为细胞内的信号过程。
朝细胞内与Na+结合 朝细胞内与Na
酶的构像
朝细胞外与K 朝细胞外与K+结合 通过ATP驱动酶的 通过ATP驱动酶的 ATP 构型改变来完成一 种对向运输。 种对向运输。
k 内 外
ATPase的结构 Na+/K+ ATPase的结构

第三章(一)细胞信号转导途径(全)

第三章(一)细胞信号转导途径(全)



Ca2+信号转导途径
蛋白激酶和蛋白磷酸酶信号转导途径
(一)环核苷酸信号转导途径
1.cAMP信号转导途径

第二信使:cAMP
信号转导的级联反应:
信号分子→受体→G蛋白→AC→cAMP →蛋白激酶A→效应蛋白/酶→生理效应
cAMP信号转导途径的级联反应
信号分子A 激动型受体 GDP-Gs蛋白
第一信使:指在细胞外传递特异信号的信号分子。 第二信使:指在细胞内传递特异信号的信号分子。主要有 cAMP、 cGMP、Ca2+、DAG、IP3、TPK等
一、膜受体介导的信号转导途径
据所需的第二信使的不同可分为:

环核苷酸信号转导途径 * cAMP信号转导途径 * cGMP信号转导途径

脂类衍生物信号转导途径 * DAG/IP3信号转导途径 * PI3K信号转导途径
erk12erk12jnksapkjnksapkp38mapkp38mapkerk5bmk1erk5bmk1细胞外信号调节激酶细胞外信号调节激酶extracellerextracellersignalregulatedkinase12signalregulatedkinase12erk12erk12端激酶端激酶ccjunterminalkinasejnkjunterminalkinasejnk应激激活的蛋白应激激活的蛋白激酶激酶stressactivatedproteinkinasesapkstressactivatedproteinkinasesapkp38mapkp38mapkerk5bmk1erk5bmk1bigmitogenbigmitogenactivatedproteinkinaseactivatedproteinkinase四蛋白激酶和蛋白磷酸酶信号转导途径四蛋白激酶和蛋白磷酸酶信号转导途径erk12erk12共同结构特征是其催化区中同源的第八亚区中存共同结构特征是其催化区中同源的第八亚区中存jnksapkjnksapk在三肽基序在三肽基序teyteytpytpytgytgy上游酶使三上游酶使三p38mapkp38mapk基序中苏氨酸基序中苏氨酸tt和酪氨酸和酪氨酸yy磷酸化从而导磷酸化从而导erk5bmk1erk5bmk1致它们激活致它们激活该家族酶的激活机制相似都通过磷酸化的三级酶促级联反应该家族酶的激活机制相似都通过磷酸化的三级酶促级联反应mapkkkmapkkkmapkkmkkmapkkmkkmapkmapk四蛋白激酶和蛋白磷酸酶信号转导途径四蛋白激酶和蛋白磷酸酶信号转导途径多种应激原多种应激原促炎细胞因子促炎细胞因子jnksapkjnksapk通路和通路和p38mapkp38mapk通路通路炎症介质炎症介质分裂原分裂原erkerk通路如生长因子通路如生长因子如生长因子与受体结合后能激活小如生长因子与受体结合后能激活小gg蛋白蛋白rasras进而激活进而激活rafrafmekmekerkerk通路通路rtkrtk激活激活rasrasrafrafmekmekerkerk通路通路rtkrtkgtpgdp细胞膜gdpgdprasrasrasrasgdpgdpshcshcgrb2grb2sossos细胞外信号细胞外信号craf1brafmekerk基因表达细胞增殖细胞核pp2app2a四蛋白激酶和蛋

细胞的信号转导医学细胞生物学第

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
41
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
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42
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
医学ppt
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。
医学ppt
5
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
医学ppt

细胞信号传导的途径

细胞信号传导的途径

细胞信号传导的途径细胞信号传导是维持生命活动的重要过程,它使得细胞能够感知和响应外界环境的各种刺激。

一旦信号被传递到细胞内部,它将引发一系列分子事件,最终导致特定的细胞行为或生物学功能的改变。

本文将针对细胞信号传导的主要途径进行探讨。

一、细胞膜上的受体介导的信号传导细胞膜上的受体是感知外界刺激的主要途径之一。

它们可以分为离子通道受体和酪氨酸激酶(RTK)受体两大类。

离子通道受体可以通过改变细胞膜上的离子通道通透性,使离子进出细胞,从而改变细胞内离子浓度和电位,引发信号传导。

而RTK受体则可以激活下游的信号转导蛋白,如Ras/MAPK通路和PI3K/AKT通路等,进一步调控细胞的增殖、分化和存活等生理功能。

二、胞内受体介导的信号传导除了细胞膜上的受体,胞内受体也起着重要的作用。

胞内受体主要指核受体家族,如雌激素受体(ER)和孕酮受体(PR)等。

这些受体位于细胞核内,当配体如激素结合到受体上时,受体会发生构象改变,形成激活状态。

激活的受体-配体复合物将与DNA结合,调控特定基因的转录,进而影响细胞的生物过程和功能。

三、细胞内信号传导通路在细胞内部,信号通常通过一系列信号转导通路进行传递。

其中,Ras/MAPK通路和PI3K/AKT通路是最为经典和重要的两条通路。

Ras/MAPK通路的激活依赖于RTK受体的激活,它能够调节基因表达、细胞生长和分化等过程。

PI3K/AKT通路则与细胞的存活、增殖和细胞周期调控密切相关。

四、细胞间的信号传导除了细胞内信号传导,细胞间的信号传导也是维持组织和器官功能的重要手段。

细胞间的信号传导可以通过细胞间直接接触的方式,如通过细胞间连接和细胞间通道进行信号传递。

此外,细胞还可以通过释放信号分子,如细胞因子、神经递质等,在周围环境中扩散,并作用于距离较远的细胞,实现信号传导。

细胞信号传导是一个复杂而精密的过程,涉及多个信号分子和通路的相互作用。

了解细胞信号传导的途径对于揭示细胞功能和生物学过程具有重要意义。

受体介导的信号转导

受体介导的信号转导

受体介导的信号转导随着现代科学技术的不断发展,受体介导的信号转导已经成为细胞学研究的一个重要领域。

对于细胞内外环境的信息传递以及细胞生命活动的调节、控制和调控,信号转导扮演着至关重要的角色,而受体介导的信号转导则是信号转导中最为重要的环节之一。

一、受体介导的信号转导的定义和作用受体介导的信号转导是指生物体内分子信号在外界刺激下,通过细胞膜上的受体分子传递到细胞内,从而激活一系列的生化反应,最终调控细胞的生理功能和代谢活动。

在这个过程中,受体分子扮演着关键的角色,它们既能识别具体的外界信号,又能启动一系列下游的信号传递分子,促进生物体对外界环境变化的适应和反应。

二、受体介导的信号转导的类型目前,关于受体介导的信号转导存在着多种分类方式,其中常见的有以下几种:1、离子通道型受体介导的信号转导这种类型的受体介导的信号转导,传递过程中虽然不需要通过多种信号转导蛋白,但是具有快速、短暂和在静息态下低能耗的特点,常见的受体有神经递质受体和离子通道,在激活时通过控制物体表面区域的离子浓度来促进离子的通道形成,从而实现信号的快速传递。

2、酶联受体介导的信号转导酶联受体介导的信号转导常见于生长因子和激素家族,通过它们,能够引发一系列的生化反应过程,从而调节生物体的生长发育和细胞增殖等生命活动。

酶联受体介导的信号转导机理比离子通道类型更为复杂,需要在激活过程中依赖其他多种信号转导蛋白的共同作用。

3、G蛋白偶联受体介导的信号转导这种类型的信号转导,可以在细胞表面上识别多种化学物质,包括激素、神经递质、细胞杀伤因子等,并能启动一系列下游的信号传递过程,以实现对于外界环境的适应和反应。

在G蛋白偶联受体介导的信号转导中,G蛋白的激活是关键的一环,它能够调节去极化和建立离子梯度等一系列过程,从而影响下游的生化反应过程。

三、受体介导的信号转导的应用由于受体介导的信号转导在细胞生物学和微生物学中的重要作用,其相关研究也已经成为了生物技术和医学研究的热点之一。

细胞通讯

细胞通讯

3.细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通。
二、细胞通讯的反应过程
细胞通讯中有两个基本概念: 信号传导(cell signalling):强调信号的产 生与细胞间传送。 信号转导(signal transduction):强调信号 的接收与接收后信号转换的方式和结果。
细胞识别定义:
指细胞通过其表面的受体与胞外信号分子( 配体)选择性的相互作用.从而导致胞内一系 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。 细胞识别是细胞通讯的一个重要环节.
ATP 激活的 A激酶:cAMP依赖性蛋白质激酶 A激酶
cAMP
无活性的 A激酶
(cAMP-dependent protein kinase, cAPK)

无活性磷 酸化酶激酶
ATP
ADP
激活的磷 酸化酶激酶
激 糖
磷酸化激 活的糖原 磷酸化酶

ATP ADP
无活性糖 原磷酸化酶



糖原
葡萄糖1-磷酸
激活的Ras蛋白
GTP GDP
信号传送方向
细胞增殖
Ras蛋白在受体酪氨酸激酶所激起的磷酸化级联反应中的作用图解
(2)开关蛋白的活性由蛋白激 酶使之磷酸化而开启,由蛋 白磷酸酶使之去磷酸化而关 闭。
Fischer
Krebs
开关蛋白
接受信号

P
ATP 激酶催化磷 酸化,信号 蛋白活化
ADP
磷酸酶催化 去磷酸化, 信号蛋白失 活
失活的靶蛋白
过程
亚基结合腺苷酸环化酶,产生cAMP;受体 蛋白脱去配基后回复至原来构象。
α 亚基水解GTP为GDP,回复至原来构象, 并从腺苷酸环化酶上脱落下来;与β γ 亚 基重新结合成Gs蛋白。

膜受体介导的信号转导途径及信号分子

膜受体介导的信号转导途径及信号分子

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12-2-细胞膜受体介导的信号转导

12-2-细胞膜受体介导的信号转导

12.2细胞膜受体介导的信号转导同学们好!上一讲我已经学习了细胞信号转导系统中的关键成员:细胞膜表面受体。

今天我们来进一步学习细胞膜受体介导的信号转导通路。

下面给同学介绍两条最主要的细胞信号转导“热线”,即:G蛋白偶联受体(GPCR)信号通路和受体酪氨酸激酶(RTK)信号通路。

一、GPCR信号通路GPCR信号通路是类型最多样和作用最普遍的细胞信号转导途径。

主要包括以下环节:(一)第一信使的跨膜信号转导胞外各种信号分子或称为配体(ligand)作为第一信使,可与相应的细胞膜表面GPCR特异性结合,触发受体蛋白构象变化,引起胞内区结合的G蛋白发生结构与活性变化,进而诱导邻近的效应靶蛋白发生功能转换,实现胞外信号的跨膜转导。

上一讲我们已经讲过GPCR受体的基本结构和特点,也学习了G蛋白的分子开关机制。

在此我们来看看GPCR与配体结合后是如何引起G蛋白变构与活性变化的。

1、G蛋白变构。

G蛋白由α、β、γ三个亚基构成,其中α很独立,而β与γ则形成异二聚体,它们三个在安静状态下聚在一起均通过共价结合的脂分子锚定在细胞膜上。

此时,α结合GDP使G蛋白处于非活化状态。

G蛋白作为分子开关,一旦α结合上GTP,则导致α与βγ二聚体解离,呈现出活化状态。

2、G蛋白活性变化。

大体上来讲,G蛋白活性变化分为3步:1)受体激活。

即配体结合GPCR后,引起受体构象变化,胞内区与G蛋白结合,诱导α与GDP结合力大大下降。

2)G蛋白激活。

当GDP从α上脱离,并在鸟苷交换因子GEF的作用下结合上GTP后,整个G蛋白即被激活解离,特别是游离的α可找到其附近的效应靶分子,如腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC),两者结合,激活AC活性。

3)G蛋白失活。

α还具有GTPase酶活性,α结合GTP仅仅数秒之后即可把GTP水解成GDP,α与AC脱离,又恢复到与βγ二聚体结合的失活状态。

上述步骤顺序进行,循环往复,完成胞外信号的跨膜信号转导。

细胞生物学11细胞信号转导

细胞生物学11细胞信号转导
不能穿过靶细胞膜,只能经膜上的信号转换 机制实现信号传递。 • 第二信使:起信号转换和放大的作用,如 cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+。
四、受体(Receptor)
1. 受体的概念
细胞对于细胞外特殊信号分子的反应能力依赖于 细胞具有特殊的受体。
受体(receptor)是能够与信息分子特异结合的一类 特殊蛋白质。
Protein kinases
第二节 主要的信号传导途径
一、通过细胞内受体介导信号的机制
与细胞内的受体结合的信号分子的主要代表是:
小分子的甾类激素、甲状腺素、维甲酸和维生素 D等
甾类激素是疏水性小分子,由于它们的亲脂性, 通过简单的扩散即可跨越质膜进入细胞内。
细胞内
皮质酮、黄体酮
甲状腺素、维生素D、 维甲酸和雌激素
肾上腺素(α 2型)受体、阿片肽受 体、乙酰胆碱(M)受体和生长激素 释放的抑制因子受体等
2. GS和Gi
激素与受体结合所产生的增强或降低腺苷酸环化酶的活性, 不是受体与腺苷酸环化酶直接作用的结果,而是通过两种 调节蛋白Gs和Gi完成的。G蛋白使受体和腺苷酸环化酶偶 联起来,使细胞外信号转换为细胞内的信号即cAMP第二信 使。所以G蛋白也称为偶联蛋白或信号转换蛋白。
甾类激素和甲状腺素
易穿过靶细胞质膜进入细胞 介导长时间的持续反应
与特殊的载体蛋白结合在血 液中长距离转运 与细胞质或细胞核中的受体 结合形成受体复合物。配体 受体复合物通过与DNA的特 定控制区结合,改变基因表 达模式
通常影响特殊组织的生长与
分化
神经递质、生长因子、细胞因子、 局部化学递质和大多数激素
B
C
• 内分泌:内分泌激素随血液循环输至全身,作用 于靶细胞。特点:①低浓度(10-8-10-12M ), ②全身性,③长时效。

细胞表面受体介导的信号通路步骤

细胞表面受体介导的信号通路步骤

细胞表面受体介导的信号通路步骤细胞表面受体介导的信号通路是细胞内外信息传递的重要机制之一。

当外界刺激物(如激素、神经递质等)结合到细胞表面受体上时,会触发一系列的信号转导步骤,最终导致细胞内特定反应的发生。

本文将详细介绍细胞表面受体介导的信号通路步骤。

1. 受体激活与配体结合信号通路的起始点是外界刺激物(配体)与细胞表面受体结合。

配体可以是激素、神经递质或其他分子。

当配体与受体结合时,会引发受体构象变化,从而激活受体。

2. 受体激活后的自磷酸化受体激活后,其内部区域会发生自磷酸化作用。

这意味着受体上存在磷酸化位点,并且在激活状态下会被磷酸化。

这种自磷酸化可以通过多种方式实现,如自身蛋白激酶活性或与其他蛋白激酶的相互作用等。

3. 激活下游信号分子受体的自磷酸化会导致下游信号分子的激活。

一般来说,这些下游信号分子是蛋白激酶,它们可以进一步传递信号,将信息传递到细胞内部。

4. 信号放大与传导激活的下游信号分子会进一步放大和传导信号。

这通常通过级联反应实现,其中一个被激活的蛋白激酶可以磷酸化和激活另一个蛋白激酶,从而形成一个信号放大和传导的链式反应。

5. 调节因子介入在信号通路中,还存在一些调节因子,它们可以增强或抑制信号传导。

这些调节因子可以是其他蛋白质、离子或小分子。

它们通过与下游信号分子相互作用,进一步调控整个信号通路的效果。

6. 下游效应发生在信号通路中发生了一系列级联反应后,会触发细胞内的下游效应。

这些效应可以是细胞内的生化反应、基因表达的改变或细胞行为的改变等。

下游效应是信号通路最终的结果。

7. 负反馈调节为了保持信号通路的平衡和稳定,通常会存在一些负反馈调节机制。

这些机制可以通过抑制受体活性、降解信号分子或调节信号分子的磷酸化状态等方式实现,从而限制信号传导的强度和持续时间。

8. 信号终止一旦下游效应发生并达到所需的程度,信号通路需要被终止。

这可以通过多种方式实现,如受体内外区域结构的变化、磷酸化位点去磷酸化等。

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第二节膜表面受体介导的信号转导亲水性化学信号分子:* 有神经递质、蛋白激素、生长因子等* 它们不能直接进入细胞只能通过膜表面的特异受体,传递信号使靶细胞产生效应膜表面受体主要有三类(图8-7):①离子通道型受体(ion-channel-linked receptor)存在于可兴奋细胞②G蛋白耦联型受体(G-protein-linked receptor)③酶耦联的受体(enzyme-linked receptor)后2类存在于大多数细胞在信号转导的早期表现为一系列蛋白质的逐级磷酸化使信号逐级传送和放大。

图8-7 膜表面受体主要有3类一、离子通道型受体离子通道型受体(图8-8):* 离子通道的受体即,配体门通道(ligand-gated channel)* 主要存在于神经、肌肉等,可兴奋细胞其信号分子为神经递质* 神经递质+受体,而改变通道蛋白的构象离子通道,开启or关闭改变质膜的离子通透性瞬间(1/1000秒),胞外化学信号→电信号继而改变突触后细胞的兴奋性* 位于细胞膜上的受体,一般4次跨膜位于质网上的受体,一般6次跨膜* 离子通道型受体分为阳离子通道,如乙酰胆碱、谷氨酸、五羟色胺的受体阴离子通道,如甘氨酸&γ-氨基丁酸的受体* 如:乙酰胆碱受体(图8-9、10)以三种构象存在2分子乙酰胆碱的结合使通道处于开放构象但受体处于通道开放构象状态,时限十分短暂在几十毫微秒,又回到关闭状态然后,乙酰胆碱与受体解离受体恢复到初始状态做好重新接受配体的准备图8-8 离子通道型受体synaptic cleft:突触间隙图8-9 乙酰胆碱受体结构模型图8-10 乙酰胆碱受体的三种构象图8-11 神经肌肉接触点处的离子通道型受体二、G蛋白耦联型受体G蛋白* 3聚体GTP结合的调节蛋白,简称G蛋白(trimeric GTP-binding regulatory protein)由α、β、γ,3个亚基组成位于质膜胞质侧* α 和γ亚基,通过共价结合的脂肪酸链尾部,与细胞膜结合* G蛋白在信号转导过程中,起着分子开关的作用(图8-12)当α亚基与GDP结合时,处于关闭状态与GTP结合时,处于开启状态* α亚基具有GTP酶活性其GTP酶的活性能被RGS(regulator of G protein signaling)增强RGS也属于GAP(GTPase activating protein)图8-12 G蛋白分子开关G蛋白耦联型受体,为7次跨膜蛋白(图8-13)* 受体胞外结构域,识别胞外信号分子,并与之结合* 胞结构域,与G蛋白耦联调节相关酶活性在细胞产生第二信使将胞外信号跨膜→胞* G蛋白耦联型受体包括,多种神经递质、肽类激素&趋化因子的受体在味觉、视觉&嗅觉中,接受外源理化因素的受体亦属G蛋白耦联型受体图8-13 G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白由G蛋白耦联受体介导的细胞信号通路主要包括:cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路(一)cAMP信号途径在cAMP信号途径中胞外信号&相应受体结合→调节腺苷酸环化酶活性→通过第二信使cAMP水平的变化→将胞外信号→胞信号1、cAMP信号的组分①激活型激素受体(Rs)or 抑制型激素受体(Ri)②活化型调节蛋白(Gs)or 抑制型调节蛋白(Gi)③腺苷酸环化酶相对分子量为150KD的糖蛋白跨膜12次在Mg2+ 或Mn2+的存在下腺苷酸环化酶,催化ATP→cAMP(图8-14)。

图8-14 腺苷酸环化酶④蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA)* 由2个催化亚基、2个调节亚基组成(图8-15)* 在没有cAMP时,以钝化复合体形式存在* cAMP与调节亚基结合,改变调节亚基构象调节亚基、催化亚基解离,释放出催化亚基* 活化的催化亚基可使细胞某些蛋白的丝氨酸or氨酸残基磷酸化改变这些蛋白的活性进一步影响到相关基因的表达图8-15 蛋白激酶A⑤环腺苷酸磷酸二酯酶(cAMP phosphodiesterase)催化cAMP→5’-AMP,起终止信号的作用(图8-16)图8-16 cAMP的降解2、活化型调节蛋白(Gs)调节模型(pp136,图5-25)* 细胞没有激素刺激,Gs处于非活化态α亚基与GDP结合,腺苷酸环化酶没有活性* 激素与Rs结合,Rs构象改变暴露出与Gs结合的位点使激素-受体-Gs结合Gs的α亚基构象改变排斥GDP,结合GTP而活化三聚体Gs蛋白→α亚基+βγ基复合物暴露出α亚基上,与腺苷酸环化酶的结合位点* 结合GTP的α亚基,与腺苷酸环化酶结合使之活化,并将ATP →cAMPGTP水解,α亚基恢复原来的构象α亚基与βγ亚基重新结合使细胞回复到静止状态*活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞靶分子,具有传递信号的功能如,心肌细胞中G蛋白耦联受体在乙酰胆碱刺激下活化的βγ复合物开启质膜上的K+通道,改变心肌细胞的膜电位与膜上的效应酶结合βγ对结合GTP的α亚基,起协同or拮抗作用霍乱毒素* 催化ADP核糖基,共价结合到Gs的α亚基上致使α亚基丧失GTP酶的活性GTP不能水解* GTP永久结合在Gs的α亚基上α亚基处于持续活化状态腺苷酸环化酶永久性活化* 霍乱病患者,细胞Na+、水持续外流产生严重腹泻而脱水该信号途径涉及的反应链可表示为:激素→ G蛋白耦联受体→ G蛋白→腺苷酸环化酶→ cAMP →依赖cAMP的蛋白激酶A →基因调控蛋白→基因转录(图8-17)图8-17 Gs调节模型不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同* 在肌肉细胞1秒钟之,可启动糖原→葡糖1-磷酸,抑制糖原的合成(图8-18)* 在某些分泌细胞需要几个小时,激活的PKA→细胞核将CRE的结合蛋白磷酸化,调节相关基因的表达CRE(cAMP response element,cAMP响应元件)是DNA上的调节区域(图8-19)图8-18 cAMP信号与糖原降解图8-19 cAMP信号与基因表达CRE :cAMP响应元件3、Gi调节模型抑制型激素受体(Ri)对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过2个途径:①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合,直接抑制酶的活性;②通过βγ亚基复合物,与游离Gs的α亚基结合阻断Gs的α亚基,对腺苷酸环化酶的活化(图8-20)图8-20 Gi调节模型(二)磷脂酰肌醇途径在磷脂酰肌醇信号通路中→胞外信号分子,与细胞表面G蛋白耦联型受体结合→激活质膜上的磷脂酶C(PLC-β)→使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)→水解成1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)+二酰基甘油(DG),2个第二信使→胞外信号转换为胞信号(图8-21)。

这一信号系统又称为“双信使系统”(double messenger system)。

图8-21磷脂酰肌醇途径IP3与质网上IP3配体门的钙通道结合→开启钙通道→使胞Ca2+浓度升高→激活各类依赖钙离子的蛋白用Ca2+载体(离子霉素)处理细胞会产生类似的结果(图8-22)。

DG:* 结合于质膜上活化,与质膜结合的蛋白激酶C(PKC)* PKC以非活性形式,分布于细胞质中当细胞接受刺激,产生IP3使Ca2+浓度升高PKC →质膜表面→被DG活化(图8-22)* PKC使蛋白质的丝氨酸/氨酸残基磷酸化使不同的细胞,产生不同的反应如,细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和分化等。

图8-22 IP3和DG的作用Ca2+活化各种Ca2+结合蛋白,引起细胞反应* 钙调素(CaM)由单一肽链构成有4个钙离子结合部位CaM结合钙离子,发生构象改变激活钙调素依赖性激酶(CaM-Kinase)CaM+4Ca2+→CaM-Kinase* 细胞对Ca2+的反应取决于细胞钙调素&钙调素依赖性激酶如:哺乳类动物,脑神经元突触处钙调素依赖性激酶Ⅱ,十分丰富与记忆形成有关该蛋白发生点突变的小鼠表现出明显的记忆无能IP3信号的终止:* 是通过去磷酸化形成IP2or 被磷酸化形成IP4* Ca2+由质膜上的Ca2+泵&Na+-Ca2+交换器将Ca2+抽出细胞质网膜上的钙泵,将Ca2+抽进质网(图8-23)图8-23 Ca2+信号的消除DG通过2种途径,终止其信使作用:* DG被激酶磷酸化→磷脂酸* DG →DG酯酶水解→单酯酰甘油* DG代周期很短,不能长期维持PKC活性* 另一种DG生成途径即,磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂→DG用来维持PKC的长期效应(三)其它G蛋白偶联型受体1.化学感受器中的G蛋白气味分子,与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合→可激活腺苷酸环化酶,产生cAMP→开启cAMP门控阳离子通道→引起钠离子流,膜去极化→产生神经冲动,最终形成嗅觉or 味觉2.视觉感受器中的G蛋白黑暗条件下,视杆细胞中cGMP浓度较高→cGMP 门控钠离子通道开放→钠离子流,引起膜去极化→突触持续向次级神经元释放递质→不能产生视觉光照* 视紫红质(rhodopsin, Rh)为7次跨膜蛋白是视觉感受器中的G蛋白偶联型受体* 光照使Rh的构象变为反式Rh →视黄醛+视蛋白(opsin)* 视蛋白→ 激活G蛋白(transducin, Gt)Gt → 激活cGMP磷酸二酯酶→ cGMP水解关闭钠通道→引起细胞超极化→产生视觉* 胞cGMP水平下降的负效应信号起传递光刺激的作用(图8-24)。

视觉感受器的换能反应,可表述为:光信号→ Rh →视蛋白激活→ Gt活化→ cGMP 磷酸二酯酶激活→胞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→视觉反应图8-24 视觉感受器中的G蛋白(四)小G蛋白小G蛋白(Small G Protein)* 分子量只有20~30KD,而得名具有GTP酶活性在多种细胞反应中具有开关作用。

* 第一个发现的小G蛋白,是RasRas是ras基因的产物还有Rho,SEC4,YPT1等微管蛋白β亚基,也是一种小G蛋白小G蛋白的共同特点:* 自身为GTP酶,结合GTP时为活化态作用于下游分子,使之活化* 当与GDP结合时则回复到非活化态* 小G蛋白的分子量≦Gα* 在细胞中,存在小G蛋白调节因子有的可以增强小G蛋白的活性如,鸟苷酸交换因子(GEF)(G蛋白释放GDP,结合GTP)鸟苷酸解离抑制因子(GDI)有的可以降低小G蛋白活性如,GTP酶活化蛋白(GTPase activating protein, GAP)三、酶耦联型受体酶偶联型受体(enzyme linked receptor),分为两类:* 本身具有激酶活性如,肽类生长因子(EGF,PDGF,CSF等)受体* 本身没有酶活性但可以连接,非受体酪氨酸激酶如,细胞因子受体超家族酶偶联型受体的共同点是:①通常为单次跨膜蛋白②接受配体后,发生二聚化而激活起动其下游信号转导。

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