第五章细胞信号转导基础

衔接蛋白也称为接头蛋白，连接上游和下 游信号转导分子，通过变构效应激活下游 分子，其结构基础是含有蛋白质相互作用 结构域，功能是募集和组织信号转导复合 物。
衔接蛋白的互作（interaction）结构域
1.SH2结构域（Src homology 2 domail） 约由100个氨基酸残基组成，可识别和结合SH2结合位点。 SH2结合位点由蛋白质分子中的磷酸化酪氨酸及相邻的3-6 个氨基酸残基所构成 2.SH3结构域（Src homology 3 domain） 由50个氨基酸残基组成，能识别和结合蛋白质分子中富含脯 氨酸的序列。 3.PH结构域（pleckstrin homology domain） 约由120个氨基酸残基组成，可与磷脂酰肌醇衍生物等结合。 4.PTB结构域（phosphotyrosine binding domain） 约由120个氨基酸残基组成，该结构域也可以识别一些含磷 酸化酪氨酸的位点 …………….
-
糖原合成酶 （有活性）
+ +
磷酸化酶b （无活性）
糖原合成酶 P （无活性）
磷酸化酶a P （有活性）
+
磷蛋白磷酸酶抑制剂
磷 蛋 白 磷 酸 酶 1
磷蛋白磷酸酶抑制剂
P
（无活性）
（有活性）
PLC-IP3/DG信号转导途径
1）IP3和DAG的生物合成 促甲状腺释放激素、去甲肾上腺素和抗利尿 激素等作用于靶细胞膜上特异性受体（G蛋 白偶联受体）后，通过特定的G蛋白（Gp） 激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C( PI-PLC)， PI-PLC则分解膜成分-磷脂酰肌醇4，5-二 磷酸（PIP2）而生成DAG和IP3 。
P P P
P P P
Adaptor protein
TPK
P
TPK
细胞内受体（intracellular receptor） I型核受体（NR-I） II型核受体（NR-II）
（三）、受体与信号分子的结合特点
1）结合的饱和性 2）结合的高亲和性 3）高度专一性 4）结合的可逆性 5）特定的作用模式
G结构的共同特点
1.具有结合受体并受其活化调节的位点 2.具有与亚基相结合的位点。 3.具有与靶蛋白结合的位点。 4.具有GDP或GTP结合的位点。 5.具有GTP酶的活性位点。 6.具有ADP核糖基化位点和毒素修饰位点。
（二）G蛋白耦联受体信号转导的基本过程
1.配体结合受体并激活受体 2.G蛋白活化及G蛋白循环 3.G蛋白激活下游效应分子 4.第二信使的产生及分布变化 5.第二信使激活蛋白激酶进而活化效应蛋白
NH3
3）PKC的功能 ②对基因表达的调节作用 PKC对基因的活化过程分为早期反应和晚期反 应两个阶段。 PKC能使立早基因（immediate-early gene)的 反式作用因子磷酸化，加速立早基因的表达。 如c-fos，AP1/jun等原癌基因。 立早基因的表达产物寿命短暂，受磷酸化修饰 后跨越核膜，活化晚期反应基因，并导致细 胞增生或核型变化。
G蛋白偶联受体结构
N
胞外
胞浆
C
G蛋白 偶联区
富 含 Cys 区 段
免 疫 球 蛋 白 样 序 列
TPK
激 酶 插 入 序 列
EGF受体 EGF：表皮生长因子
IGF-Ⅰ受体
PDGF受体
FGF受体
PDGF：血小板衍生生长因子 FGF：成纤维细胞生长因子
IGF-Ⅰ：胰岛素样生长因子- Ⅰ
P P
P P P
信号 signal
PKC
mRNA P mRNA C-fos蛋白
AP1/c-jun 蛋白
PKC PKC
P C-fos蛋白
AP1/c-jun 蛋白
P
P C-fos蛋白
AP1/c-jun 蛋白
AC-cAMP-PKA信号转导途径
hormone
receptor
(AC)i
GTP
β
γ
αs
GDP
αs
GTP
+
ATP
AC
cAMP
β
γ
(AC)i AC
无活性AC 有活性AC
AC-cAMP-PKA信号转导途径
2.cAMP的作用机制
cAMP通过激活蛋白激酶A（PKA）系统发挥生理作 用。 PKA是一种由四聚体（C2R2）组成的别构酶。每个 调节亚基（R）有2个cAMP结合位点，催化亚基 具有催化底物蛋白质某些特定丝/苏氨酸残基磷酸 化的功能。调节亚基与催化亚基相结合时，PKA 呈无活性状态。当4分子cAMP与2个调节亚基结 合后，调节亚基脱落，游离的催化亚基具有蛋白 激酶活性。PKA的激活过程需要Mg2+.
作为信号转导分子的调节蛋白 1）G蛋白 2）衔接蛋白 3）转录因子（反式作用因子）？
G蛋白（G protein）
鸟苷酸结合蛋白称为G蛋白。 G蛋白在细胞内广泛存在，参与细胞信号转导的G蛋 白有三聚体G蛋白和小G蛋白两大类。 小G蛋白主要包括Ras家族、Rho家族和Rab家族。
衔接蛋白（adapter protein）
（二）受体 根据受体在细胞中的位置，将其分为两大类。 1.细胞膜受体 2.细胞内受体
细胞膜受体（membrane receptor）分类



1.离子通道受体 2. G蛋白偶联受体 3. 酶耦联受体：1）酪氨酸蛋白激酶受体 （tyrosine protein kinase receptor,TPKR）；2） 非酪氨酸蛋白激酶受体，包括5种亚类：酪氨酸激 酶耦联受体、受体丝氨酸/苏氨酸激酶、组氨酸激 酶耦联受体、受体鸟苷酸环化酶、类受体酪氨酸 去磷酸酶等。
PKA的激活及作用举例
激素（胰高血糖素、肾上腺素等） 腺苷酸环化酶 （无活性） 腺苷酸环化酶 （有活性）
ATP
蛋白激酶A (PKA) （无活性）
cAMP
蛋白激酶A (PKA) （有活性）
+
磷酸化酶b激酶 （无活性） 磷酸化酶b激酶 P （有活性）
-
磷 蛋 白 磷 酸 酶 1
磷 蛋 白 磷 酸 酶 1
PI-PLC
O HO P O
PIP2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
O P OH H H O O O H OH OH O P OH H O H H
IP3
OH
O
2）DAG和IP3的功能 DAG生成后仍留在质膜上，在磷脂酰丝氨酸和 Ca2+的配合下激活蛋白激酶C。 IP3生成后，从膜上扩散到胞浆中与内质网和 肌浆网上的受体结合，促进这些钙储库内的 Ca2+迅速释放，使胞浆内的Ca2+浓度升高。
细胞信号转导基础
复旦大学药学院药理与生化教研室
细胞信号转导（cellular signal transduction，cell signaling）
针对外源性信号所发生的细胞内各种分子活性的变 化，以及将这种变化依次传递至效应分子，以改 变细胞功能的过程，称为细胞信号转导。
细胞间信号转导的作用方式： 1.内分泌型 2.旁分泌型 3.自分泌型 4.其他类型：包括接触依赖型、突触型和缝 隙连接型等。
H
TPK使底物蛋白上酪氨酸残基的 –OH 基磷酸化
HO
CH
C
COOH
NH3
酪氨酸 Tyrosine
AC-cAMP-PKA信号转导途径
3.PKA的作用
1）对代谢的调节作用 2）对基因表达的调节作用 PKA的催化亚基进入细胞核后，可催化反式作用因 子CREB（cAMP response element binding protein）磷酸化，磷酸化的CREB形成同源二聚 体，与DNA上的CRE(cAMP response element ） 结合，从而激活受CRE调控的基因转录。 3）PKA还可以使细胞核内的组蛋白、酸性蛋白以及 胞浆内的核蛋白体蛋白、膜蛋白、微管蛋白及受 体蛋白等磷酸化，从而影响这些蛋白质的功能。
3）PKC的功能 ①对代谢的调节作用 PKC被激活后可引起一系列靶蛋白的丝氨酸和 （或）苏氨酸残基发生磷酸化反应。靶蛋白 包括质膜受体、膜蛋白和多种酶。从而启动 一系列生理、生化反应。 如：PKC能催化质膜的Ca2+通道磷酸化，促进 Ca2+流入胞内；PKC也能催化肌浆网的Ca2+ ATP酶磷酸化， 促进钙进入肌浆网。这样， 在胞浆内的Ca2+浓度处于动态平衡。
hormone
receptor
PI-PLC
GTP
β
γ
αP
GDP
αP
GTP
+
PIPLC
DAG+ IP3
PIP2
β
γ
PI-PLC PIPLC
无活性PI-PLC 有活性PI-PLC
O
O
DAG
H2C HC
O
O O
C O C
H2C HC H2C
O O
C O C O
-
H2C OH
O OH
O P
O P OH O H O H HO OH OH O P OH H O H H
H HO CH2
丝氨酸 Serine
CH3 H
C
COOH
HO CH
苏氨酸 Threonine
C
COOH
NH3
NH3
PKA,PKC,PKG,Ca2+ -CaM激酶 使底物蛋白上丝氨酸或苏氨酸残基的 –OH 基磷酸化
H
TPK使底物蛋白上酪氨酸残基的 –OH 基磷酸化
HO
CH
酪氨酸 Tyrosine
C
COOH
AC-cAMP-PKA信号转导途径
cAMP R R cAMP cAMP
C C
+
R
4cAMP
C C
+
R cAMP
无活性 PKA
有活性 PKA
H HO CH2
丝氨酸 Serine
CH3 H
C
COOH
HO CH
苏氨酸 Threonine
C
COOH
NH3
NH3
PKA,PKC,PKG,Ca2+ -CaM激酶 使底物蛋白上丝氨酸或苏氨酸残基的 –OH 基磷酸化
第二节 主要信号转导途径
一、G蛋白耦联受体信号转导途径 （一）G蛋白简介 G蛋白：一般是指任何可与鸟苷酸结合的蛋白质的总称。 与膜受体耦联的G蛋白的共同特征是： 1）由α，β，γ等3个不同的亚单位构成的异聚体。各种G蛋白 亚基中α 亚基差别最大。 2）具有结合GTP或GDP的能力，并具有GTP酶活性，能将 与之结合的GTP分解形成GDP。 3）其本身的构象改变可进一步激活（或抑制）效应蛋白，改 变后者活性。 对G蛋白激活后的精确反应，由特定的α，β，γ亚型和下游靶 分子的特殊亚型同时控制。
第一节 信号转导的概述
一、信号分子与受体 （一）信号分子（signal molecule） 具有调节细胞生命活动的化学物质称为信号分子。 信号分子的特点是具有特异性、高效性和可被灭 活，但不具备酶活性，唯一的功能是与靶细胞的 受体结合，通过信号转换机制把细胞外信号转变 为细胞内信号。 广义的信号分子概念 狭义的信号分子概念
第二信使为第一信使作用于靶细胞后在胞浆内产生 的信息分子，第二信使将获得的信息增强，分化， 整合并传递给效应器才能发挥特定的生理功能或 药理效应。
第二信使具有的特点： 1）在细胞中的浓度或分布可迅速改变，即可在短时 间内迅速增长，短时间内又可迅速灭活； 2）不位于能量代谢途径的中心； 3）阻断该分子的变化可以阻断细胞细胞对外源信号 的反应； 4）作为变构效应剂作用于细胞内相应的靶分子。
第二信使的种类 1）环核苷酸，如cAMP，cGMP 2）脂类衍生物，如DAG，IP3（？），PIP3， Ceramide。 3）无机物，如Ca2+，NO，（CO），（H2S）等。
作为信号转导分子的酶类
1）蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶 2）蛋白酪氨酸激酶 3）蛋白组氨酸/赖氨酸/精氨酸激酶 4）蛋白色氨酸激酶 5）蛋白天冬氨酰基/谷氨酰基激酶
（三）AC-cAMP-PKA信号转导途径 和PLC-IP3/DG信号转导途径
AC-cAMP-PKA信号转导途径
该途径以靶细胞内cAMP浓度改变和激活蛋白激酶A(PKA）为主要特征。 是激素调节物质代谢的主要途径。 1.cAMP的合成与分解 胰高血糖素、肾上腺素等激素与其受体（G蛋白偶联受体）结合而激活 受体。活化的受体可促使Gs的GDP与GTP交换，导致Gs的α亚基与 βγ解离，G蛋白释放出αs-GTP。 αs-GTP激活腺苷酸环化酶（AC）， 催化ATP转化为cAMP。 βγ复合体也可以独立地作用于相应的效应物， 与α亚基拮抗。 cAMP 可被磷酸二酯酶（PDE）降解为5’-AMP而失活。 少数激素如生长激素抑制素、胰岛素和抗血管紧张素等，它们活化受体 后可催化抑制性G蛋白解离，导致细胞内AC活性下降，从而降低细胞 内cAMP水平。
二、信号转导的基本过程
（一）信号转导的基本过程 （二）细胞内信号转导相关分子 信号转导分子（signal transducer）：在细胞信号 转导途径中，能够在细胞内传递特定调控信号的 化学物质称为信号转导分子或细胞内信号分子。 1.第二信使 2.酶分子 3.调节蛋白
第二信使（second messenger）