《生命中的化学》PPT课件.ppt

细胞信号转导, 细胞信号转导（signal transduction）细胞通过识别外源性的信号，进而将其转化成细胞内的各种分子功能的变化的过程。 外源性信号种类： （1）物理信号光、热、紫外线、X射线等； （2）化学信号离子、过氧化氢、生长因子、分化因子、神经递质和激素等；,根据生物物理学的观点，无非是自然界三个量综合运动的表现，即物质、能量和信息在生命系统中无时无刻地在变化，这三个量有组织、有秩序的活动是生命的基础。信息流起着调节控制物质和能量代谢的作用。 薛定谔：“生命的基本问题是信息问题”,生物体的生命活动受遗传信息及环境变化信息的调节控制 。 细胞的基因表达及增殖、分化、生长、衰老、死亡、代谢、神经传导、免疫等 生存依赖于精巧调控的细胞间、细胞内分子通讯网络：内环境恒稳态,第一节 细胞通讯方式,单细胞生物仅与环境交换信息；高等的多细胞生物的细胞间通讯方式主要有三种： 一、细胞间隙连接（gap junction） 一种细胞间直接通讯方式。由相邻细胞间存在的一种特殊蛋白质构成的结构连接子（connexon）完成。连接子两端分别嵌入两个相邻的细胞，形成亲水性孔道，允许两个细胞间进行水溶性小分子物质（1500 Da以下）的自由交换。,一、细胞间隙连接（gap junction）,第一节 细胞通讯方式,二、膜表面分子的接触通讯 细胞膜表面的信息识别分子（给体蛋白或受体蛋白）通过特异性互相识别和相互作用，而达到细胞功能协调的通讯方式，属于直接通讯。,第一节 细胞通讯方式,三、化学通讯 信号细胞分泌的一些化学物质（蛋白质或小分子）可以作为化学信号作用于其它细胞（靶细胞），调节其功能，这种通讯方式叫化学通讯，属于间接通讯。根据化学信号作用距离范围，可分为三类： 1、内分泌（Endocrine）系统内分泌器官分泌，随血液作用于全身靶细胞； 2、旁分泌（Paracrine）系统以细胞因子为主，作用距离以毫米计； 3、自分泌（Autocrine）系统作用局限于突触内，作用距离在100 nm以内。,第一节 细胞通讯方式,三、化学通讯三类分泌系统：,第一节 细胞通讯方式,第二节 细胞间化学信号,细胞间通讯的化学信号分子激素（内分泌）、神经递质、细胞生长因子（旁分泌）以及气体信号分子四类。 细胞内通讯的信号分子环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）、钙离子（Ca2）、肌醇三磷酸（IP3）及甘油二脂（DG）等。,第二节 细胞间化学信号,一、激素 定义：是由 特定细胞产生 对某些靶细胞具有特殊刺激作用微量物质。 激素信号系统构成： 激素与靶细胞特异受体的结合和转换， 激素的失活和排除， 各种激素之间的协调作用及拮抗作用等。 激素的作用：对代谢过程或生理过程（甚至情绪）起准确有效的调控作用，使细胞及组织器官形成一个协调运作的整体。正常生理状态下激素处于高度平衡；激素水平失恒则导致生理活动或代谢紊乱。,第二节 细胞间化学信号,一、激素 激素的分类（按化学结构和调控功能）：含氮激素、类固醇激素和脂肪酸衍生物激素。 1、含氮激素蛋白质类、多肽类由：脑垂体前叶、中叶及后叶，下丘脑，甲状旁腺，胰岛以及胃肠黏膜等分泌；氨基酸衍生物类则由甲状腺（甲状腺素）、肾上腺髓质分泌（肾上腺素）。,第二节 细胞间化学信号,1、含氮激素 （1）甲状腺素 （2）肾上腺素 （3）脑垂体激素 （4）下丘脑激素 （5）胰岛激素 （6）甲状旁腺激素 （7）其他多肽及蛋白质激素,第二节 细胞间化学信号,（1）甲状腺素甲状腺分泌，酪氨酸的衍生物，L构型，甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织（7080）。促进细胞代谢，增加氧消耗，刺激组织生长、成熟和分化的功能。,生理活性更高，是甲状腺素的510倍。,第二节 细胞间化学信号,（2）肾上腺素肾上腺的髓质分泌，酪氨酸的衍生物，R构型，调节糖代谢，促进肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的乳酸含量。,第二节 细胞间化学信号,（3）脑垂体激素脑垂体的前、中、后叶分泌激素10多种，可以调节和控制其它类型激素的功能。促进生长发育和促进其它腺体分泌激素,具有重要影响。,第二节 细胞间化学信号,（4）下丘脑激素,第二节 细胞间化学信号,（5）胰岛激素胰脏中胰岛分泌，胰岛有a、b和d三种细胞，其中a细胞分泌胰高血糖素（多肽激素，促进肝糖原分解，使血糖升高），b细胞分泌胰岛素（蛋白质激素，促进细胞摄取葡萄糖，促进肝糖原和肌糖原的合成，抑制肝糖原的分解）, 细胞分泌生长激素抑制素。 （6）甲状旁腺素（PTH）和降钙素（CT）一起由甲状旁腺分泌，多肽类激素，调节钙的代谢。 PTH促进骨骼脱钙，增高血钙。 CT降低血钙。,第二节 细胞间化学信号,（7）其它多肽及蛋白激素 血管紧张肽II八肽化合物，使皮肤和肌肉的血管收缩，引起心、肾等内脏血管扩张，增高血压。 血管疏缓激肽9肽激素，扩张血管、降低血压作用。 促胃酸激素 促胰液激素,第二节 细胞间化学信号,2、类固醇激素脂溶性激素，环戊烷多氢菲衍生物；脊椎动物的类固醇激素可分为：肾上腺皮质激素和性激素两类。 （1）肾上腺皮质激素肾上腺皮质分泌，已分离提取的类固醇化合物30多种。生理功能：调节糖 代谢（抑制糖氧化，使血 糖升高，促进蛋白质转化 成糖。还具有良好抗炎、 抗过敏作用）；调节水盐 代谢（促使体内保留钠离 子及排出过多钾离子）。,第二节 细胞间化学信号,（2）性激素分为雄性及雌性激素两类；与动物的性别及第二性征的发育有关；分泌受垂体的促性腺激素调节；从胆固醇衍生而来；在体内可以互相转变。,第二节 细胞间化学信号,3、脂肪酸衍生物激素主要是前列腺素，已发现几十种，广泛存在于生殖系统和其它组织中，基本结构为：含有一个环戊烷及两个脂肪侧链的二十碳脂肪酸，生物合成前体为花生四烯酸（二十碳四烯酸），主要有E、F、A、B四种类型，在人体内分布最广，对生殖、心血管、呼吸、消化和神经系统等都有显著作用。,第二节 细胞间化学信号,3、脂肪酸衍生物激素,第二节 细胞间化学信号,3、脂肪酸衍生物激素,1964年由E.J.Corey 完成其人工全合成。 （1990年诺贝尔化学奖得主，“计算机设计辅助有机合成”）,第二节 细胞间化学信号,4、激素的特点内分泌系统的细胞产生的激素释放到血液中，经过血液的运送到达靶细胞发挥作用，这种传递方式叫内分泌作用。具有以下特点： （1）低浓度1010108 M； （2）全身性； （3）长时效；,第二节 细胞间化学信号,二、神经递质 是神经系统细胞间通讯的化学信号分子。种类：胆碱类（乙酰胆碱），氨基酸类（g氨基丁酸、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸），单胺类（去甲肾上腺素、多巴胺、5羟色胺），多肽类（神经肽）。,第二节 细胞间化学信号,二、神经递质 作用特点： 作用时间短、作用距离短，神经递质浓度高,突触前神经元负责合成神经递质，并将其包裹在突触小泡内，在神经元发生冲动时，突触小泡通过胞吐作用，将其中的神经递质释放到突触间隙中。通过扩散作用神经递质分子抵达突触后膜，并与其上的一系列受体通道结合，起到改变通道蛋白构相、激活第二信使系统等作用，进而导致突触后神经元的电位或代谢等变化。 神经递质可看作是神经元的输出工具。每一个神经元只带有一种神经递质。 同一种递质对不同的受体可能产生不同的作用。,第二节 细胞间化学信号,三、生长因子和细胞因子 主要功能：调控细胞生长、分化。 1、生长因子可溶性多肽，来自不同种类的细胞，对靶细胞的增殖、运动、收缩、分化和组织的改造起调控作用。 （1）表皮生长因子 （2）血小板生长因子 （3）成纤维生长因子 （4）血管内皮生长因子 （5）神经生长因子,第二节 细胞间化学信号,（1）表皮生长因子存在于组织的分泌物和体液中，刺激上皮细胞、肝细胞、成纤维细胞的生长。 （2）血小板生长因子储存于血小板a颗粒内，刺激平滑肌细胞、纤维母细胞和单核细胞的增生、分裂和运动。 （3）成纤维生长因子在创伤愈合、慢性炎症中，对新生血管的形成、成纤维细胞、上皮细胞、血管内皮细胞的分裂、移动具有刺激作用。 （4）血管内皮生长因子促进新血管的形成和发育。 （5）神经生长因子维持交感神经元和感觉神经元生长、发育和功能的营养因子。,第二节 细胞间化学信号,2、细胞因子免疫细胞和非免疫细胞合成和分泌的小分子多肽类因子，调节多种细胞生理功能。 （1）集落刺激因子刺激细胞形成细胞集落。 （2）趋化因子免疫细胞产生，趋化白细胞。使细胞向着某一化学物质刺激的方向移动。 （3）白介素介导白细胞间相互作用。 （4）干扰素抵抗病毒感染，干扰病毒复制，抗病毒、抗肿瘤、免疫调节、控制细胞增殖及引起发热等作用。 （5）肿瘤坏死因子直接造成肿瘤细胞死亡的因子。,第二节 细胞间化学信号,四、气体信号分子 特点：具有高度膜穿透性，极容易以自分泌或旁分泌等方式传递信号。 1、一氧化氮（NO）半衰期短、活性高，分布于全身各器官组织，迅速通过细胞膜，在胞间传递并进入平滑肌细胞，通过cGMP引起平滑肌细胞松弛而使血管舒张。硝化甘油的作用机制。,第二节 细胞间化学信号,2、一氧化碳（CO）心、脑血管系统中起重要生物学效应。,3、硫化氢（H2S）神经细胞中参与学习和记忆功能，心血管系统中具有舒张平滑肌、降低血压、抑制心肌收缩力等生物学效应。,第三节 受体,作用于细胞的外界物质称为化学信号或配体。对配体具有特异识别和结合功能的生物活性分子是受体，主要是膜蛋白。配体分成激动剂和拮抗剂两类。 一、受体的特性 1、特异性 2、饱和性 3、可逆性 4、高亲和力,第三节 受体,二、受体学说 三、受体的结构类型 四类：离子通道型受体、G蛋白偶联受体、具有酪氨酸激酶活性的受体（以上为膜受体）、细胞内受体。 1、离子通道型受体,第三节 受体,2、G蛋白偶联受体,第三节 受体,2、G蛋白偶联受体,G蛋白 受体与配体结合后即与膜上的偶联蛋白结合，使其释放活性因子，再与效应器发生反应。由于这些偶联蛋白的结构和功能极为类似，且都能结合并水解GTP，所以通常称G蛋白，即鸟苷酸调节蛋白（guanine nucleotide regulatory protein）。 自80年代中期发现G蛋白以来，G蛋白与信号转导关系的研究已获得重大突破，因之获得1994年诺贝尔医学和生理学奖。,第三节 受体,3、具有酪氨酸激酶活性的受体（主要是细胞因子受体）,与配体结合后会发生二聚作用，促其本身及胞内其他底物酪氨酸残基的磷酸化，激活蛋白激酶，增加DNA及RNA合成，加速蛋白合成，产生细胞生长分化等效应。,第三节 受体,4、细胞内受体,第三节 受体,四、受体激动剂和拮抗剂,第四节 细胞信号转导途径,信号传递途径可分为：细胞内受体和细胞表面受体（膜受体）介导的信号传递途径两类。,甾体类激素胞内受体介导的信号传递途径 亲水性信号分子（肽类激素、神经递质和各种细胞因子等）膜受体的跨膜信号转导途径,第四节 细胞信号转导途径,一、细胞内信号产生方式 细胞表面受体结合胞外信号分子，将其转换为胞内信号的方式： 1、产生胞内信使,胞内信使激活了一种或数种靶酶或靶蛋白，从而调节细胞活性。,第四节 细胞信号转导途径,2、酶促信号直接跨膜转换 受体本身具有酶的催化活性（催化受体蛋白），其胞外部分具有受体功能，接受信号激活其胞内部分，从而调节某种生理反应。 3、内在化作用 多肽信号借助细胞受体介导的内吞作用进入靶细胞。,第四节 细胞信号转导途径,二、cAMP信号通路,第四节 细胞信号转导途径,二、cAMP信号通路,刺激型调节蛋白（Gs蛋白）的调节作用图解,第四节 细胞信号转导途径,二、cAMP信号通路,第四节 细胞信号转导途径,三、肌醇脂信号通路 1、IP3和DAG的形成,第四节 细胞信号转导途径,2、IP3和DAG的信使作用,第四节 细胞信号转导途径,3、Ca2的信使作用,第四节 细