细胞表面受体与信号转导

受体(receptor) 受体(receptor)
多为糖蛋白 配体结合区域 产生效应的区域 膜受体 胞内受体
配体(ligand) 配体(ligand)
概念：是受体接受的细胞外的信号分子， 概念：是受体接受的细胞外的信号分子，
如：激素、药物、神经递质、毒素等。 激素、药物、神经递质、毒素等。
脂溶性配体 水溶性配体
细胞表面受体与信号转导
生物教研室 胡传银
细胞膜的功能
受体
配体和受体的概念及其分子结构 受体的类型 受体的特性 受体的分布 受体的功能
受体(receptor) 受体(receptor)
概念：细胞膜或细胞内的蛋白质， 概念：细胞膜或细胞内的蛋白质，特异 性识别并结合胞外信号分子， 性识别并结合胞外信号分子，进而激活 胞内一系列生化反应， 胞内一系列生化反应，使细胞对外界刺 激产生相应的效应。 激产生相应的效应。
钙调蛋白(calmodulin) 钙调蛋白(calmodulin) 蛋白激酶
calmodulin kinase
DAG活化蛋白激酶 DAG活化蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC） 活化蛋白激酶C C，PKC）
DAG， DAG，是嵌在膜中 PKC,与位于内膜表面， PKC,与位于内膜表面，能激活一系列相关蛋白 与位于内膜表面
胞外信号分子 G蛋白偶联受体
cAMP信号通路 cAMP信号通路 腺苷环化酶： 腺苷环化酶：
G蛋白 效应蛋白
cGMP信号通路 cGMP信号通路 鸟苷环化酶： 鸟苷环化酶： 磷脂酶C 磷脂酶C： 磷脂酰信号通路 离子通道 磷脂酶A2 磷脂酶A2 磷酸二酯酶 效 应
G蛋白偶联受体 蛋白偶联受体 蛋白
G-protein linked receptor
受体中含有7 受体中含有7段疏水性跨膜序列 受体必须与G 受体必须与G蛋白 结合才能产生信号 传导效应。 G蛋白 传导效应。 偶联的受体多为一 些激素类受体。 些激素类受体。
G蛋白 鸟苷酸结合蛋白 蛋白(鸟苷酸结合蛋白 蛋白 鸟苷酸结合蛋白)
由αβγ三个亚单位组成，α和γ亚基属于脂锚定蛋白； αβγ三个亚单位组成， 亚基属于脂锚定蛋白； 三个亚单位组成 位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白； 位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白； 细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白 具有结合GDP或GTP的能 具有结合GDP或GTP的能 GTP酶活性 酶活性； 力，有GTP酶活性； 可激活效应蛋白，实现信 激活效应蛋白， 息转导功能。 息转导功能。
胞外信号分子 G蛋白偶联受体
cAMP信号通路 cAMP信号通路 腺苷环化酶： 腺苷环化酶：
G蛋白 效应蛋白
cGMP信号通路 cGMP信号通路 鸟苷环化酶： 鸟苷环化酶： 磷脂酶C 磷脂酶C： 磷脂酰信号通路 离子通道 磷脂酶A2 磷脂酶A2 磷酸二酯酶 效 应
效应蛋白(AC) 效应蛋白 cAMP信号通路 cAMP信号通路 (AC) 配体 G蛋白偶联受体 G蛋白 腺苷环化酶,AC 腺苷环化酶,AC cAMP 蛋白激酶A, 蛋白激酶A, PKA
离子通道型受体
概念：既为受体，又为离子通道， 概念：既为受体，又为离子通道，其跨膜信号 转导无需中间步骤。 转导无需中间步骤。 作用机理： 作用机理：
乙酰胆碱受体结构模型
乙酰胆碱受体的三种构象
G-蛋白偶联型受体 蛋白偶联型受体
概念：七次跨膜蛋白， 概念：七次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号 分子（配体），胞内结构域与 蛋白 分子（配体），胞内结构域与G蛋白耦联 ），胞内结构域与 蛋白耦联 三聚体GTP结合调节蛋白（ 三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTPGTP结合调节蛋白 binding regulatory protein）简称G蛋白，位 protein）简称G蛋白， 于质膜胞质侧. 于质膜胞质侧.
环腺苷酸磷酸二酯酶 cAMP， phosphodiesterase ，
降解cAMP生成 5’-AMP，起 终止信号的作用
cAMP信号通路对基因转录的激活 信号通路对基因转录的激活
胞外信号分子 G蛋白偶联受体 G蛋白 腺苷环化酶 cAMP PKA 一系列 蛋白磷 酸化 效应 基因转录 代谢变化
磷脂酰肌醇途径
DAG PIP2
IP3
IP3 启动第二信使Ca2+的释放 启动第二信使Ca
IP3同内质网膜上专一的IP3受体结合，使IP3 同内质网膜上专一的IP 受体结合， -门控Ca2+通道打开， 使Ca2+从内质网中释 门控Ca 通道打开， 放出来。 放出来。 Ca2+除了参与蛋白激酶C(PKC)的激活 除了参与蛋白激酶C(PKC) C(PKC)的激活
G蛋白循环
而与GTP结合时 而与GTP结合时 则为有活性状态 α亚基结合 GDP时是无 GDP时是无 活性状态， 活性状态，
GTP的水解又使其 GTP的水解又使其 返回无活性状态
G蛋白的类型 蛋白的类型
受体 ： ① 激活型受体 （ Rs ） 或抑制型受体 受体： 激活型受体（ Rs） （Ri） Ri） G蛋白 ： ② 活化型调节蛋白（ Gαs） 或抑制 蛋白： 活化型调节蛋白（Gαs） 型调节蛋白（Gαi） 型调节蛋白（Gαi） 同一个信号分子作用到不同的G蛋白偶联受 同一个信号分子作用到不同的G 体，可能产生截然相反的效果。 可能产生截然相反的效果。
由细胞表面受体接受信号后转换而来的 细胞内信号称为第二信使。 细胞内信号称为第二信使。
cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(DG)、 cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(DG)、 2+ 1,4,5-三磷酸肌醇(IP 1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)、Ca
信号转导途径
由G蛋白偶联受体介导的信号转导
受体
膜受体的分子结构
调节单位 催化单位 转换单位
单体型受体：一个蛋白分子 单体型受体：Leabharlann Baidu复合型受体： 复合型受体：两个或多个蛋白分子
膜受体类型
离子通道型受体(ion-channel linked receptor) 离子通道型受体 G-蛋白偶联受体 蛋白偶联受体(G-protein linked receptor) 受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase) 受体酪氨酸激酶
腺苷酸环化酶(AC) 腺苷酸环化酶(AC)
Gα活化后可催 Gα活化后可催 化细胞内侧的 腺苷酸环化酶， 腺苷酸环化酶， 使其活化， 使其活化，催 ATP生成 化ATP生成 cAMP
蛋白激酶A 蛋白激酶A A，PKA） （Protein Kinase A，PKA）
cAMP与调节亚基结合， cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解 与调节亚基结合 离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。 释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。
信号分子
信号转导途径
通过G蛋白偶联方式， 通过G蛋白偶联方式，即信号分子同表面 受体结合后激活G蛋白，再由G 受体结合后激活G蛋白，再由G蛋白激活效应 物，效应物产生细胞内信号; 效应物产生细胞内信号; 结合的配体激活受体的酶活性，然后由激 结合的配体激活受体的酶活性， 活的酶去激活产生细胞内信号的效应物。 活的酶去激活产生细胞内信号的效应物。
系统组成： 系统组成： 受体、G蛋白和效应物 受体、 Gq蛋白也是异源三体, 作用方式与cAMP系 Gq蛋白也是异源三体 作用方式与cAMP系 蛋白也是异源三体, 统中的G蛋白完全相同。 统中的G蛋白完全相同。 效应物：磷脂酶 效应物 磷脂酶C-β 磷脂酶C
信号分子 G蛋白偶联受体 G蛋白
磷脂酰肌醇途径
信号转导概述
几个概念 信号分子
信号转导途径 胞内信号级联放大 细胞应答 第二信使
细胞识别（ recognition） 细胞识别（cell recognition） 细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用， 细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起 细胞反应的现象。 细胞反应的现象。 信号传导(cell 信号传导(cell signalling) 是细胞通讯的基本概念, 强调信号的产生、 是细胞通讯的基本概念, 强调信号的产生、分泌与 传送,即信号分子从合成的细胞中释放出来, 传送,即信号分子从合成的细胞中释放出来,然后进 行传递。 行传递。 信号转导（ transduction） 信号转导（signal transduction） 指外界信号分子作用于细胞表面受体， 指外界信号分子作用于细胞表面受体，引起胞内信 使的浓度变化， 使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过 程即信号的识别、转移与转换。 程即信号的识别、转移与转换。
信号级联放大
细胞应答
细胞对外部信号的应答 通常是综合性反应: 通常是综合性反应: 基因表达的变化、 基因表达的变化、 酶活性的变化、 酶活性的变化、 细胞骨架构型的变化、 细胞骨架构型的变化、 通透性的变化、 通透性的变化、 DNA合成的变化等 DNA合成的变化等
第二信使(second 第二信使(second messengers)
膜受体的功能
信号跨膜传递 细胞识别
信号分子与受体相互作用的复杂性
一种信号只能同一种受体作用， 一种信号只能同一种受体作用，但能作用于不同 的靶细胞引起不同效应。 的靶细胞引起不同效应。 不同信号产生相同的效应。 不同信号产生相同的效应。 一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时 与细胞外基质中的不同信号分子起作用， 与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信 号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作 用都强得多。 用都强得多。
G-蛋白偶联型受体 蛋白偶联型受体
作用机理
受体酪氨酸激酶
共同点：①通常为单次跨膜蛋白； 共同点： 通常为单次跨膜蛋白； 接受配体后发生二聚化而激活. ②接受配体后发生二聚化而激活.
膜受体的特性
特异性 可饱和性 高亲和性 可逆性 组织特异性
膜受体的分布
同一个细胞上有不同的受体 不同的细胞上有相同和不同的受体
磷脂酶C 磷脂酶C： 4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2） ， 二磷酸磷脂酰肌醇 二磷酸磷脂酰肌醇（ ）
二酰基甘油（ 二酰基甘油（ DAG） ） 蛋白激酶C（ 蛋白激酶 （PKC） ）
三磷酸肌醇（ ） 三磷酸肌醇（IP3） Ca2+浓度升高 浓度升高 钙调蛋白
PIP2 Hydrolysis
磷脂酶C水解PIP2 磷脂酶C水解PIP2
磷脂酰肌醇途径
磷脂酰肌醇通路与cAMP通路比较 磷脂酰肌醇通路与cAMP通路比较
cAMP途径 途径 G蛋白 效应器 底物 第二信使 激酶 Gs Gi AC ATP cAMP PKA 磷脂酰肌醇途径 Gq 磷脂酶C 磷脂酶C PIP2 IP3 DAG CAM， CAM，PKC
思考题
1.细胞表面受体有几种类型？ 1.细胞表面受体有几种类型？各 细胞表面受体有几种类型 有何特点？ 有何特点？ 2.以cAMP途径为例说明 途径为例说明G 2.以cAMP途径为例说明G蛋白偶联 受体介导的信号转导过程。 受体介导的信号转导过程。