细胞生物学第八章细胞信号转导.ppt

第一节 概述,讲解者：戴金龙 PPT：张鑫,一、细胞通讯,（一）细胞通讯的方式 1、细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯。 （1）内分泌：由内分泌细胞分泌信号分子（激素）到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞。,（2）旁分泌：细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用于邻近靶细胞，起局部调节作用。（对创伤或感染组织刺激细胞增殖以及恢复功能也具有重要意义）,（3）自分泌：细胞对自身分泌的物质产生反应。（常存在于病理条件下，如：肿瘤细胞合成并释放生长因子刺激自身，导致肿瘤细胞的持续增殖。）,（4）化学突触传递神经信号：神经元受刺激后，电信号以动作电位的形式，传递到神经末梢，刺激电压门控，Ca2+内流，与突触体素蛋白质结合，刺激突触前化学信号（神经递质或神经肽）小泡的分泌，到达后膜后，刺激化学和受体门控，Na+内流转换回电信号，实现信息传递。-分类中也可将化学突触与电突触一起分类于细胞间的间隙连接。,2、细胞间接触依赖性的通讯,包括细胞细胞黏着、细胞基质黏着两种通讯方式。（具体区别不知）,3、动物相邻细胞间隙连接和植物细胞间的胞间连丝的通讯方式,（1）间隙连接：间隙连接是动物细胞中通过连接子(connexons)进行的细胞间连接。 在连接点处由连接子造成间隙，允许小分子的物质直接通过这种间隙从一个细胞流向另一个细胞。由于cAMP和Ca2+信号分子能够通过间隙连接从一个细胞进入到相邻细胞，故具有通讯作用。,(a)间隙连接的结构。 (b) 连接子的二维结构。 在通道的细胞质面有一个帽形的门，能够开放或关闭，调节通道中物质的移动。,a、连接子结构：,连接子是间隙连接的基本结构单位。连接子是一种跨膜蛋白。每个连接子由4个或6个相同或相似的连接蛋白(connexon)亚基环绕中央形成孔径为1.52nm的水性通道；相邻两细胞分别用各自的连接子相互对接形成细胞间的通道，允许分子量在1200道尔顿以下的分子通过。不同组织来源的连接子的分子量大小有很大差别,最小的为24,000,最大的可达46,000道尔顿。 连接子的相同之处：连接子的大小虽然不同,但所有的连接子结构相同:都有4个螺旋的跨膜区和一个细胞质连接环。一级结构都比较保守，起氨基酸序列具有相似的亲水性与疏水性分布，并有相似的抗原性。,b、间隙连接的功能：, 间隙连接在代谢耦联中的作用： 允许小分子代谢物和信号分子通过； 协调细胞群体的生物学功能；只要有部分细胞接收信号分子的作用后，便可使真个腺泡细胞几乎同时向外分泌消化酶。 P511，第四段 代谢耦联对于保证营养物的分配与共享起着重要作用。 电耦联例子： 间隙连接在神经元之间的通讯机中枢神经系统的整合过程中也起重要作用，并以此调节和修饰相互独立的神经元群的行为 间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用： 电突触：是指细胞间形成间隙连接，电信号可直接通过间隙连接从突触前向突触后传导。 化学突触：化学突触传递信号时，神经冲动传递到轴突末梢，引起神经递质小泡释放神经递质，然后神经递质作用于突触后细胞，引起新的神经冲动。 间隙耦联在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用：,c、间隙连接通透性的调节：,意义：间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性： 1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。 2、组织特异性： 由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙连接时，连接子没有通透功能。 3、动态结构： Ca2+浓度和pH调节对通透性的调节作用，是改变连接蛋白的构象，是可逆的变化，是一种及时调控的变化，故是动态结构（本人是这么理解的，见于 P513第三段） 调节方式： 1、Ca2+浓度和pH调节：降低胞质中的pH和提高胞质的自由Ca2+的浓度都会导致通透性的降低。 2、胞外化学信号的调节：有助于细胞间的代谢耦联。（辅助内分泌。）,（2）胞间连丝：,将该图描述下，再介绍下两个实验即可。 实验一： （P514，第二段6行） 实验表明某些细胞蛋白与核算等生物大分子均可通过胞间连丝进入相邻细胞，因此植物细胞胞间连丝在协调器基因表达与生理功能中起重要作用。 实验二： （P514，第二段11行） 实验表明在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以了解植物细胞间的物质运输。,（二）信号分子与受体,1、信号分子：是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如各类激素、局部介质和神经递质等，以及物理信号诸如声、光、电和温度变化等。,亲水性和亲脂性信号分子,根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。亲水性信号分子的主要代表是神经递质、含氮类激素(除甲状腺激素)、局部介质等，它们不能穿过靶细胞膜，只能通过与细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生“第二信使”(如cAMP)或激活膜受体的激酶活性(如蛋白激酶)，跨膜传递信息，以启动一系列反应而产生特定的生物学效应。 亲脂性信号分子要穿过细胞质膜作用于细胞质或细胞核中的受体，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，成为转录促进因子，作用于特异的基因调控序列，启动基因的转录和表达，主要代表是类固醇激素、甲状腺激素等。,2、受体,受体：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白，少数受体是糖脂，有的受体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 （1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小的脂溶性信号分子。 细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子。 （2）根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞报名受体分属三大家族（尤凯他们详细讲述） 离子通道耦联受体 G蛋白耦联受体 酶连受体,（3）结合特异性和效应特异性：不管哪种类型的受体，一般至少有两个功能域，结合配体的功能域及产生效应的功能域，分别具有结合特异性和效应特异性。 受体与配体（信号分子）特异性结合后被激活，通过信号转导途径将胞外信号转换为胞内化学信号或物理信号，引发两种主要的细胞反应： 一：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表达。 不同细胞对同一种化学信号分子可能具有不同的受体，因此，不同的靶细胞以不同的方式应答于相同的化学信号。 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；或同意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。 再有就是一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种不同的胞外信号从而启动细胞不同生物学效应。,（4）第二信使和分子开关 第二信使：是指在胞内产生的小分子，其浓度变化应应答胞外信号与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。（cAMP、cGMP、Ca2+、二酰甘油DAG、1,4,5肌醇三磷酸 IP3） 分子开关：一类是GTPase开关。构成细胞内超家族包括三聚体G蛋白和单体G蛋白，如Ras和类Ras蛋白。 另一类普遍的分子开关机制是通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，从而调节蛋白质的活性。,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 信号转导系统： 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生细胞内第二信使或活化的信号蛋白。 3、信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大的级联反应，使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。,信号蛋白：, 转承蛋白：负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白：携带信息从一部分传递到另一部分。 接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成，介导产生级联反应。 传感蛋白：负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白：将信号从