生物化学课件19第十九章　细胞信号转导.ppt

第十九章 细胞信号转导 （Signal transduction） 山东大学医学院生物化学教研室 崔行,* 机体需要不断对生命活动各过程进行精密的调节。保证各种物质代谢途，各种组织、器官形成统一的整体完成各种生命活动。适应内外环境的不断变化。 * 细胞主要通过分泌各种化学物质，对自身和其它细胞的代谢和功能进行调节。这些化学物质称为信号分子，而这类信号需经过各种相关成分跨膜的级联传递最终引起生物效应，这一过程称为信号转导（signal transduction）途径。 * 信号转导过程包括特定细胞释放信号分子与靶细胞受体特异结合感受器对信号进行转换启动各种转导物偶联的信号传递系统作用效应物产生生物效应。这一机制对多细胞生物体生存是必需的。,信号转导基本 过程模式,第一节 信号转导的相关概念 一、信号分子 （一）信号分子的类型 * 细胞外信号分子是指由特定细胞释放的各种对靶细胞有调节信号作用的物质。 * 细胞外信号分子除经典的激素外，还包括神经递质、生长因子、细胞因子和发育信号、抗原、细胞外基质成分，甚至包括引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的光线信号、气味、味道分子等成分。 1局部化学介质 * 某些细胞分泌有局部作用的化学介质，如前列腺素、生长因子、生长抑素、一氧化氮（NO）等。 * 它们不需经血液运输，可通过组织液直接扩散到附近靶细胞并发挥作用，称为旁分泌方式。,2激素 激素是多细胞生物在细胞间传递调节信号的一类化学信使，按照其化学本质，激素可分为蛋白质和肽类激素、氨基酸衍生物激素和类固醇激素。 * 各种激素由特殊分化的内分泌细胞合成、分泌，可经血液运输到相应靶细胞，发挥特异调节作用，称内分泌方式。 3神经递质(neurotransmitter) 绝大多数神经元的突触传递通过某种化学物质介导，称为神经递质。 * 当神经元受到动作电位等刺激时，可经突触前膜释放神经递质，经突触间隙作用于下一神经元突触后膜上相应受体，引起短暂生物效应，称为突触分泌方式。 4自分泌信号 某些细胞，如肿瘤细胞合成分泌的生长因子等，可作用于自身细胞表面相应受体，刺激细胞自身的生长、增殖，称为自分泌方式。,二、细胞内信号转导系统 （一）第二信使 肽类激素等信使不能透过细胞膜，其信号通过质膜受体介导，能激活细胞内产生其它传递信号的小分子，这些小分子信号物质称为第二信使（second messenger）。 * 细胞内常见的第二信使包括cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+等。 （二）信号转导酶类和蛋白 *作为信号转导组分的特异酶类，称信号转导酶类。 * 受体酶，如生长因子膜受体具有蛋白酪氨酸激酶活性。 * 可溶性酶，其中某些酶类相互偶联，一种酶既是上游信号酶的底物，又可作用于下游信号分子。 * 酶反应特异、高效催化多个底物分子转变，形成逐级放大的信号转导级联系统（signal transduction cascades），可显著放大细胞外调节信号。,作为信号转导组分的蛋白质，有些称为连接物蛋白（adaptor protein），具有SH2、SH3、PH等特定结构域，可通过与其它蛋白或膜脂互相识别结合的方式，传递信号。 （三）靶细胞生物效应 信号分子可作用于特定靶细胞，产生多种类型生物效应。 * 代谢、功能变化：改变关键酶活性，调节代谢途径；调节离子通道或载体蛋白的开放、关闭等。 * 关键基因的转录、表达，进而刺激细胞增殖或分化。 一种信号常可引起靶细胞多种生物效应。,信号转导过程基本特点： * 高度特异性：特定信号分子只能识别结合相应受体的配体结合部位。 * 级联放大特性：信号转导酶催化多分子下游底物转变，可将胞外信号放大105倍。 * 调节的精确性：任一组分在激活传递信号后，随即以某种方式迅速灭活。 细胞对多种信号整合后决定应答。,第二节 信号转导受体 * 信号分子通过与专一性受体（receptor）识别结合，激活特定信号放大系统，引起多种生物效应。 * 大部分受体位于细胞膜上，称为膜受体，多为膜内在糖蛋白。有的则位于细胞液或细胞核，称细胞内受体，均为DNA结合蛋白。,一、 G蛋白和G蛋白偶联型受体 （一）G蛋白偶联型受体（ G-protein-coupled receptor, GPCR）： * 又称蛇型受体（serpentine receptor）。 * 单一多肽链构成的跨膜糖蛋白，分N端胞外区、跨膜区和C端胞内区。 * 其跨膜区是含7个疏水螺旋的反复跨膜结构。6个环状肽段连接，胞外、胞内各3个。 * 胞内的第三内环较大，具亲水性，它和C端区是G蛋白结合区域。 * 胞内区近C端有特异丝/苏氨酸位点，可被磷酸化调节受体活性。,图14-1 G蛋白偶联型受体的结构 示意7个跨膜-螺旋和G蛋白偶联部位,（二）鸟苷酸结合蛋白 鸟苷酸结合蛋白(guanine nuclectide binding protein)，简称G蛋白。有100多种，G蛋白家族。 1.G蛋白结构 * G蛋白均为、三种亚基组成的异源三聚体。亚基是活性亚基，不同的G蛋白亚基结构不同，但多数G蛋白的、亚基结构相同或相似。 *各种亚基为一单链多肽（43 000），有共有GDP/GTP结合部位和潜在GTP酶活性区。亚基还有受体结合、亚基结合位点、下游效应酶作用区及百日咳毒素(pertussis toxin,PT)或霍乱毒素(cholera toxin,CT)作用点。细菌毒素PT 、CT可催化将NAD+的ADP-核糖基结合到亚基特异Arg残基上，改变G蛋白功能。 * 、亚基作为同一功能单位，参与信号传导。,2.G蛋白的活化机制 G蛋白在膜上呈三聚体，GDP与亚基结合，无活性。 受体变构激活，G蛋白亚基释放GDP并结合GTP，同时与亚基分离，-GTP即为G蛋白的活化形式。 -GTP移动，作用于不同效应酶、蛋白，引起生物效应。亚基内在GTP酶将-GTP水解为-GDP，效应过程终止。 -GDP解离，与亚基结合。回复三聚体。 * 亚基也可直接影响效应蛋白功能。,G蛋白的活化 机制,两种G蛋白的活性型和非活性型的互变,3.G蛋白分类 * 人类有15种亚基、5种亚基和10种亚基。组合成近百种三聚体G蛋白。 *G蛋白可参与不同信号途径，偶联不同效应成分，根据功能可分不同种类。 *调节腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）的G蛋白中，可激活AC的称激活型(stimulatory G protein, Gs)，抑制AC的称抑制型(inhibitory G protein, Gi)。,信号转导途径中G蛋白的类型,二具有酶活性的受体 (一)受体型酪氨酸蛋白激酶 1. * 胰岛素、生长因子等胞外信号的受体具有酪氨酸蛋白激酶（tyrosine-specific protein kinase, TPK）活性。 * 可催化靶蛋白上特异酪氨酸残基(Tyr)的磷酸化，故称受体酪氨酸蛋白激酶(receptor tyrosine protein kinase, RTK )。 * 受体为跨膜糖蛋白，4结构域。. N端为胞外配体结合域，常含寡糖链。结构多样。富含Cys结构区、免疫球蛋白(Ig)样结构区等。折叠形成专一配体结合位点。 . 单一疏水跨膜-螺旋。胞内部分含催化域即TPK活性区， . C端调节域，特定自身磷酸化的Tyr位点及下调受体活性的Ser/Thr位点。,含TPK结构域的受体 EGF：表皮生长因子 IGF-1：胰岛素样生长因子 PDGF：血小板源生长因子 FGF：成纤维细胞生长因子,2非受体型酪氨酸蛋白激酶 *具有TPK活性蛋白，广泛存在于各组织。无结合配体能力。参与细胞分化、增殖、免疫等信号传导过程。根据亚细胞定位和组织特异性可分为8个家族，如Jak及Src家族。 Src为典型的非受体TPK，包含3种重要同源结构域。 TPK活性域又称Src同源序列1(Src homology domain 1, SH1)，催化靶蛋白Tyr残基磷酸化； SH2结构域,约100个氨基酸，可通过两个独立序列，识别结合蛋白中磷酸化Tyr和其羧基侧的几个氨基酸序列； SH3结构区约含60个氨基酸，能与蛋白富含Pro及疏水区的特异肽段结合。,（二）鸟苷酸环化酶活性受体 * 心钠素（atrial natriuretic factor, ANF）受体及鸟苷蛋白（guanylin）受体具有鸟苷酸环化酶 (guanylate cyclase,GC) 活性。 * 该类受体是一种膜蛋白，其胞外N端区为配体结合区，中间肽段为跨膜区，C端胞内区含鸟苷酸环化酶(GC)结构域。心钠素结合受体，可激活受体的GC活性。,受体型鸟苷酸环化酶结构 心钠素 受体和鸟苷蛋白受体 可溶型鸟苷酸环化酶,三、细胞因子类受体 * 如生长激素受体、干扰素等细胞因子受体等， * 有单跨膜-螺旋的膜蛋白。受体胞外区含配体结合部位，中间是跨膜区，胞内区无TPK活性域。 * 受体与信号分子结合后，可通过偶联、激活下游非受体型TPK，传递调节信号。,细胞因子受体 示意受体胞外区有不同结构域，胞内区不含TPK活性域,烟碱型乙酰胆碱受体结构 5亚基排列成环形,四、离子通道型受体 * 某些神经递质受体为配体门控离子通道。乙酰胆碱与NR 结合，通道活化开放，Na+内流，使局部去极化引起神经冲动。 * 如烟碱型乙酰胆碱受体（NR）5亚基垂直于膜对称排列成环形。,配体结合烟碱型乙酰胆碱受体 （NR）离子通道开放,五、细胞内受体 * 细胞内受体包括雄激素(AR)、雌激素(ER)、孕激素(PR)、糖皮质激素(GR)、盐皮质激素(MR)受体，以及甲状腺激素(TR)、1，25-二羟维生素D3(VDR)、视黄酸受体(RAR)等。 *此类受体本质是激素依赖的转录因子（反式作用因子），配体和受体结合成活性复合物，可与DNA特异顺式作用元件结合，调节基因转录表达。,*细胞内受体结构 单链蛋白，长度不一，有3个相似的结构区： 高度可变区：近N端，约含100500个氨基酸残基。具有转录激活及产生抗原特异性作用。 中部有DNA结合域 (DBD)，约6668个氨基酸残基，同源性高。具有锌指和螺旋-折叠-螺旋结构，受体的二聚化及与DNA分子结合。 C端具有配体结合域，有多种功能：特异结合相应配体；结合热休克蛋白(HSP90)；促进受体二聚化；有转录激活作用；有可被磷酸化调节的特异Tyr位点。 绞链区DNA结合域与配体结合域间的肽链称绞链区。与转录因子相互作用、触发受体向核内移动。,细胞内受体结构示意图,不同类型受体介导的信号转导模式,- 受体作用的主要特点 * 高度特异性。 * 高度亲和力。 * 受体与配体结合作用有可饱和性。 * 受体与配体结合是可逆、非共价的。 * 有特定作用模式。 - 受体活性的调节 * 受体磷酸化和脱磷酸化 * 膜磷脂代谢与受体蛋白活性相关 * 膜受体内化并降解 * 受体激活 G蛋白cAMP同受体-配体亲和力,第三节 信号转导途径 一、环核苷酸依赖蛋白激酶的信号转导 （一）cAMP-蛋白激酶A信号转导途径 * 胰高血糖素、肾上腺素、甲状旁腺素等激素和多巴胺等神经递质等。 1cAMP第二信使的生成阶段 * 肾上腺激素与膜受体结合激活膜上G蛋白(Gs) Gs-GTP活化腺苷酸环化酶(AC) AC催化ATP分解生成cAMP（胞液cAMP浓度迅速增高5倍）。 * cAMP可在磷酸二酯酶(PDE)的作用下转变为5-AMP。,腺苷酸环化酶 磷酸二酯酶,ATPcAMP 5-AMP Mg2+ PPi Mg2+ H2O,*生长抑制素、胰岛素、血管紧张素II，结合受体活化GicAMP降低。 *某些因素改变PDE活性，影响cAMP。 信号转导调节精确性： * 受体脱敏作用。肾上腺素持续作用，Gs募集受体激酶（ARK），使受体C端特异丝/苏氨酸残基磷酸化，抑制蛋白（-arrestin）可结合此磷酸化位点，诱导受体内吞灭活，再利用。 *G蛋白偶联受体都能经相应G蛋白偶联受体激酶（GRKs）催化类似受体脱敏机制。,-肾上腺素受体脱敏机制,cAMP蛋白激酶的激活,2蛋白激酶的活化及作用 * 胞液中依赖cAMP的蛋白激酶又称蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）。属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Ser/Thr-PK)家族。两个催化亚基(C)和两个调节亚基(R)组成无活性的四聚体。 * 胞液cAMP增加时，每R亚基结合2个cAMP而构象改变，C亚基脱离二聚体R亚基成为活性激酶。,G蛋白 介导的cAMP-PKA信号转导过程,（1）PKA对细胞代谢、功能调节 * 使物质代谢关键酶磷酸化而改变活性，如调节糖原代谢，脂肪动员等过程。 * 磷酸化质膜Ca2+通道促进Ca2+内流。 * 通过微丝、微管蛋白磷酸化调节细胞分泌。 * 使某些受体的Ser/Thr残基磷酸化，使受体脱敏，调节相关信号途径。,蛋白激酶A对底物蛋白的磷酸化作用,G蛋白介导的cAMP-PKA信号转导过程,PKA信号途径调节糖原磷酸化酶的激活与 失活的级联,（2）PKA对基因表达的调控 * cAMP促进特异基因的表达。基因调控区有共同的DNA序列-TGACGTCA，称为cAMP反应元件(cAMP response element, CRE)。 * 核转录因子CRE结合蛋白(CRE binding protein, CREB) 能与CRE作用激活转录。 * 活化的PKA C亚基入胞核，使CREB N端Ser133 磷酸化而活化，与CRE结合，促进相应基因转录表达。,蛋白激酶A的活化及对基因表达调节,（二）cGMP-PKG信号途径 * cGMP由鸟苷酸环化酶催化GTP分解环化生成，再被cGMP磷酸二酯酶（cGMP-PDE）催化分解。 * cGMP细胞水平仅为cAMP的1/101/100。 鸟苷酸环化酶 磷酸二酯酶 GTPcGMP 5-GMP Mg2+ PPi Mg2+ H2O * 受体型GC可存在于肾、肠、血管平滑肌等细胞，心钠素（ANF）是心房分泌的肽类激素，可引起促进肾排泄Na+、H2O和血管扩张等生物效应。 *ANF受体的胞内区有GC活性域。如ANF与肾集合管细胞膜ANF受体结合激活GCcGMP激活依赖cGMP蛋白激酶 (PKG)，,PKG：丝/苏氨酸蛋白激酶，催化域和调节域共存一条肽链。cGMP结合于位点，激活PKG，磷酸化靶蛋白引起生物效应。 *可溶型GC 可见于心、血管平滑肌、脑等多种组织细胞。酶蛋白紧密结合血红素辅基。 * 一氧化氮合酶（NO synthase， NOS）产生NO扩散靶细胞结合血红素辅基激活可溶型GC产生cGMPPKG靶蛋白生物效应。 *如心肌细胞降低胞液Ca2+，平滑肌松弛，扩张血管、抑制心肌收缩、血小板凝集。 * 治疗冠心病的硝酸甘油类药物由于持续产生NO，可以相似机制舒张血管、心肌。,一氧化氮合酶分解精氨酸产生NO,二、 肌醇磷酯介导的信号转导途径 * 甲状腺素释放激素、抗利尿激素及组胺、5-羟色胺等激素、神经递质相关 *IP3和DAG生成 受体结合激活G蛋白（Gq） 磷脂酰肌醇专一磷脂酶C(phosphatidyli -nositols -specific phospholipase C, PI-PLC) 催化膜磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）生成肌醇-1，4，5-三磷酸(IP3)和二脂酰甘油(diacylglycerol ，DAG)。,* IP3和DAG均为重要的第二信使。 * 分别通过两条独立的而又互相协调的途径参与信号转导。,（一）Ca2+ -钙调蛋白激酶信号途径 1）IP3的第二信使作用 * IP3质膜生成，扩散胞液，与内质网或肌浆网膜上IP3受体结合。 * 受体的IP3门控Ca2+通道开放，其贮存Ca2+释放，胞液Ca2+浓度迅速升高。 * 激活质膜钙通道， Ca2+内流。 IP3作用可通过动员Ca2+实现。 2）钙调蛋白依赖蛋白激酶作用 * 钙调蛋白(calmodulin,CaM)，单肽链含4个Ca2+结合位点。 * 当Ca2+增加时CaM 迅速结合Ca2+变构激活为Ca+-CaM复合物。,Ca2+/钙调蛋白依赖蛋白激酶(Ca2+/calmodulin dependent protein kinase,CaM激酶) * 属于丝/苏氨酸蛋白激酶。Ca2+-CaM复合物结合CaM激酶，构象改变激活。 *CaM激酶中多功能CaM激酶分布广泛，作用最重要。引起各种生物效应。 包括：* 磷酸化关键酶调节物质代谢。 * 能激活腺苷酸环化酶，又可激活cAMP-PDE，参与调节cAMP信号转导。 * 调节离子通道活性， * 促进基因表达。,Ca2+ -钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径,（二）二脂酰甘油-PKC信号传递途径 1. 蛋白激酶C (protein kinase C, PKC) *属Ser/Thr蛋白激酶。单链多肽（80 00090 000）。 * N端为调节域，包括结合DAG、Ca2+的部位和膜磷脂PS作用部位，含“假底物模体” 产生自身抑制，C端为激酶催化域。 * PKC可分3族12亚型，常规族PKC激活需要DAG、Ca2+和磷脂酰丝氨酸 (PS)。 * PKC亚型大多存在于胞浆，接受刺激后可逆地转位到质膜，受膜内PS、DAG作用激活。 PKC活化 * 脂溶性DAG生成后存在于质膜，胞液无活性的PKC移位质膜，可被DAG、 PS和Ca2+作用，使PKC构象改变解除自身抑制，暴露活性中心活化。,第二信使IP3和DAG介导的信号转导途径,PKC生理功能 （1）PKC对细胞代谢、功能调节 PKC通过磷酸化靶蛋白诱导细胞效应。 PKC的靶蛋白： * 代谢途径关键酶如糖元合成酶； * 细胞骨架蛋白如肌钙蛋白、微管结合蛋白等； * 膜载体、通道蛋白如Na+-K+-ATP酶等； * 信号转导蛋白如Raf蛋白、GAP等； * 膜受体如上皮生长因子受体、肾上腺素受体等。,（2）PKC对基因表达的调控 * PKC可促进细胞增殖，PKC活化后可转移到胞核，磷酸化调节某些癌基因编码的转录因子。 促进立早基因表达，引起初期应答。 PKC磷酸化激活核中血清反应因子(SRF)，它可结合于基因调节区的血清反应元件(SRE)促进转录因子fos、myc、jun等基因表达增加。这些基因产物出现早，寿命短，称立早基因（immmediate-early gene）。 促进转录因子Fos、Jun磷酸化。 磷酸化Jun和Fos异二聚或同二聚体的转录激活因子（如AP-1） 结合佛波酯(TPA)反应元件(TPE) 基因转录表达细胞生长、分裂的次级应答。,核因子NFB * 异二聚体转录因子，可穿梭于胞浆和胞核，在胞浆中被抑制蛋白IB结合抑制。 * PKC使IB磷酸化脱离NFB，活化的NFB则在胞核中促进相应基因转录表达。 * 佛波酯（phorbol ester，TPA）是一种化学致癌剂，可模拟DAG结合并持续激活PKC，导致细胞异常生长、分裂而致癌。,PKC（和MAPK等）对基因表达的调控机制,第十九章 细胞信号转导 选择题,A1型题 1哪种不是细胞外信号分子 A一氧化氮 B葡萄糖 C甘氨酸 D前列腺素 E乙酰胆碱,2关于细胞外信号分子的叙述， 错误的是 A. 信号分子的组成多样化 B.无机离子也可是细胞信号分子 C.多由酶促级联反应传递信号 D.完成信号传递后不需立即灭活 E.可改变关键酶活性调节细胞代 谢,3局部化学介质的特点是 A.作用时间持久 B.不进入血循环 C.内分泌细胞释放 D.不需要下游信使 E. 受体位于胞浆中,4不属于细胞膜受体的 是 A. 肾上腺素受体 B. 胰岛素受体 C. 生长因子受体 D. 心钠素受体 E. 甲状腺素受体,5需要第二信使传递信号的 信号分子是 A. 糖皮质激素 B. 雌二醇 C. 甲状腺素 D. 醛固酮 E. 肾上腺素,6下列哪项不是受体与配 体结合的特点 A. 高度专一性 B. 高度亲和力 C. 可饱和性 D. 不可逆性 E. 非共价键结合,7激活的G蛋白可直接作 用的酶是 A. 蛋白激酶A B. 蛋白激酶C C. 蛋白激酶G D. 磷脂酶A E. 磷脂酶C,9不直接被胞内第二信 使调节的蛋白激酶是 A. PKA B. PKC C. PKG D. TPK E. CaM激酶,8绝大部分膜受体的化学 本质是 A. 糖蛋白 B. 脂类 C. 类固醇 D. 多糖 E. 肽类,10直接影响质膜离子通道开闭的配体是 A. 神经递质 B. 类固醇激素 C. 生长因子 D. 无机离子 E. 甲状腺素,11. 有关G蛋白偶联型受体的叙述，错误的是 A. C端Tyr磷酸化调节受体活性 B.N端在细胞外C端在细胞内 C.含有7个疏水跨膜螺旋结构 D.第3内环C端参与G蛋白偶联 E. 均为单一多肽链跨膜糖蛋白,12有关G蛋白的叙述正 确的是 A. 分子只能结合GMP或GTP B. 始终为、三聚体状态 C. 亚基与GTP结合是活性型 D. 与激素结合，直接激活G蛋白 E. 分子有潜在的ATP酶活性,13. 关于G蛋白的叙述，错误的是 亚基不能直接影响效应蛋白功 能 B. 亚基有受体和亚基结合部位 C. 霍乱毒素能催化Gs反应使持续激 活 D. 百日咳毒素催化Gi的ADP-核糖基化 E. 可以偶联下游不同效应蛋白转导信号,14属于具有酶活性受体 的是 A干扰素受体 B生长激素受体 C胰岛素受体 D甲状腺素受体 E肾上腺素受体,15cAMP能别构激活的 酶是 A. 磷脂酶A B. 蛋白激酶A C. 蛋白激酶C D. 蛋白激酶G E. 酪氨酸蛋白激酶,16PKA的C亚基能催化 靶蛋白磷酸化的残基是 A. 酪氨酸/丙氨酸 B. 甘氨酸/丙氨酸 C. 酪氨酸/甘氨酸 D. 甘氨酸/丝氨酸 E. 苏氨酸/丝氨酸,17胰高血糖素诱导cAMP生 成的过程是 A. 直接激活腺苷酸环化酶 B. 直接抑制磷酸二酯酶 C. 激素结合受体直接活化AC D. 激素-受体经G蛋白激活AC E. 激素结合受体直接抑制AC,18有关PKA的叙述正确的是 A. 激活时不发生构象改变 B. 结合2分子cAMP后激活 C. 作用的下游靶分子都是酶 D. 催化底物的Tyr/Ser磷酸化 E. 调节亚基中含“假底物模体”,19cAMP-PKA信号途径中受体的脱 敏过程叙述错误的是 A受体激酶使受体N端酪氨酸磷酸化 BGs的亚基可募集活化的受体激 酶 C胞外信号持续作用时可发生受体的 脱敏 D 受体被诱导经内吞进细胞灭活、再 利用 E一种抑制蛋白可结合受体特异磷酸 化位点,20. cGMP能激活 A. 磷脂酶C B. 蛋白激酶A C. 蛋白激酶G D. 磷脂酶D E. 蛋白激酶C,21. 临床上使用硝酸甘油作为血 管扩张剂，是因为其在体内 能持续产生 A. IP3 B. NO C. DAG D. Ca2+ E. cAMP,A1型题 22. 心钠素通过下列哪种信息传递途径发挥调节作用 AcAMP-蛋白激酶A途径 BcGMP-蛋白激酶G途径 C Ca2+-CaM激酶途径 D受体TPK-Ras-MAPK途径 EJAKs-STAT途径,231，4，5-三磷酸肌醇 (IP) 的作用是 A. 在细胞内产生ATP供能 B. 促进内质网贮存Ca2+释放 C. 与质膜受体结合钙外流 D. 直接激活蛋白激酶C E. 激活细胞膜的磷脂酶C,24DAG-蛋白激酶C介导的基因表达调控，初级应答反应是 A. 造成血管平滑肌松弛 B. 引起机体血糖水平下降 C. 造成细胞的分裂和增殖 D. 增加膜对离子的通透性 E. 促进立早基因的表达,25直接激活蛋白激酶C的化合物是 A. cAMP B. cGMP C. DAG D. PIP2 E. IP3,26能与细胞内Ca2+结合，发挥信使作用的物质是 A. 核内受体 B. 甘油二酯 C. 胞浆受体 D. 钙调蛋白 E. G蛋白,27细胞内钙调蛋白的作用是 A. 使Ca2+转变为结合钙 B. 与Ca2+结合激活CaM激酶 C. 使胞液中Ca2+进入内质网 D. 使肌浆网中Ca2+进入胞浆 E. 使Ca2+从细胞内移至胞外,28生长激素完成信号转导作用需要 A. G蛋白 B. Ras蛋白 C. JAKs D. MAPK系统 E. Grb和SOS,29有关表皮生长因子受体的叙述，错误的是 A. 属单个跨膜螺旋受体 B. 与配体结合后可二聚化 C. 受体具有蛋白激酶活性 D. 可自身丝氨酸残基磷酸化 E. 属于有催化活性的受体,30小G蛋白指的是 A. G蛋白的亚基 B. Grb2结合蛋白 C. 蛋白激酶G D. Ras蛋白 E. Raf蛋白,31不能激活核因子B途径的物质是 A肿瘤坏死因子 B脂多糖 C白细胞介素 D活化的PKC EGrb-2,32不通过细胞内受体发挥作用的化合物是 A. 肾上腺素 B. 性激素 C. 维生素D3 D. 甲状腺素 E. 糖皮质激素,33激素受体复合物与基因的激素反应元件结合后可引起 A. 基因转录水平改变 B. 基因内部甲基化 C. 基因发生重排 D. DNA分子变性 E. 组蛋白与基因结合,34有关类固醇激素作用方式的叙述，正确的是 A. 激素可进入核内，直接促进转录 B. 激素与受体结合后激活G蛋白 C. 激素-受体复合物激活热休克蛋白 D. 激素与受体结合后促进受体解聚 E. 激素-受体结合具有转录因子功能,35.关于受体型TPK-RAS-MAPK途径的叙述错误的是 A.受体与配体结合，受体二聚化活化 B.Grb2通过Sos进而激活Ras蛋白 C.活化的Ras蛋白进一步活化Raf蛋 白 D.Raf-1有苏/酪氨酸双功能激酶活性 E.Raf蛋白可激活MAPK激酶级联系 统,36.关于JAKs-STAT途径的叙述，错误的是 A. 干扰素通过该信号途径发挥作用 B. 干扰素受体有酪氨酸蛋白激酶活 性 C. 该途径需激酶JAKs介导信号转导 D. STAT的Tyr磷酸化后聚合成二聚 体 E. JAKs激活的STAT影响有关基因 转录,B型题 3738题 A. SH2域 B. PH域 C. GEF D. NLS E. GAP 37. 促进Ras蛋白交换获得GTP而被活化 38. 蛋白通过该结构结合于质膜的PIP3,3940题 A. cGMP依赖的蛋白激酶 B. 酪氨酸蛋白激酶 C. cAMP依赖的蛋白激酶 D. Ca2+ 磷脂依赖的蛋白激酶 E. Ca2+-CaM激酶 39. 蛋白激酶C是 40. 蛋白激酶G是,4142题 A. PH结构域 B. SH2结构域 C. SH3 D. NLS E. IB 41. 识别结合磷酸化Tyr和羧基侧残 基 42. 被激酶磷酸化后与NFB分离使 之激活的是,4344题 A借助JAKs完成信号过程 B配体结合激活其TPK活性 C. 是电位依赖离子通道 D. 具有潜在GTP酶活性 E. 直接激活PI-3激酶 43. 胰岛素受体 44. 干扰素受体,4546题 A. 使亚基与效应蛋白解离 B. 可直接激活蛋白激酶A C. 激活磷脂酰肌醇-磷脂酶C D. 促进Ras蛋白降低活性 E. 可直接激活腺苷酸环化酶 45. 从G蛋白释放的q-GTP 46. GAP蛋白,4748题 A. 甘氨酸受体 B. 烟碱乙酰胆碱受体 C. 肾上腺素受体 D. -氨基丁酸受体 E. 胰岛素受体 47. 属于G蛋白偶联型受体的是 48. 属受体酪氨酸蛋白激酶的是,4950题 A. PI-4，5-P2 B. cGMP C. PI-3，4，5-P3 D. PDK E. IKK 49. 催化PKB磷酸化导致其完全激 活 50. PI-3激酶催化生成产物,第十九章 细胞信号转导 答案解析,A1型题 1B。现在认为细胞外信号分子除经典的激素外，还包括神经递质、生长因子等成分。甚至包括引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的信号成分。甘氨酸、乙酰胆碱属于神经递质。一氧化氮、前列腺素是旁分泌方式起作用的信号分子。,2D。细胞外信号分子有多种。信号分子和受体结合可经连续的酶促级联反应传递信号。第二信使无机离子Ca2+是信号分子。导致的生物效应可改变关键酶活性调节细胞代谢及调节关键基因的转录等。任一组分传递信号后，随即迅速灭活，保证调节的精确性。,3. B。某些细胞分泌有局部作用的化学介质，如前列腺素、一氧化氮（NO）等。它们不需经血液运输，可直接扩散到附近靶细胞，可结合相应膜受体并发挥短暂作用，称为旁分泌方式。如NO通过cGMP等下游信使分子作用。,4 E。信号分子通过与受体识别结合，引起多种生物效应。大部分受体位于细胞膜上，称为膜受体。类固醇激素受体家族，包括甲状腺素受体，则位于胞液或胞核。,5.E。细胞内受体激素，包括类固醇激素、甲状腺素等，它们可通过结合细胞内受体发挥作用。儿茶酚胺类激素通过质膜上受体介导，在胞液转换生成第二信使，转导信号引起效应。,6.D。受体与配体作用的主要特点是，有高度亲和力和高度特异性，二者结合是可逆、非共价的。受体与配体结合作用有可饱和性。,7. E。 G蛋白直接结合作用于下游不同效应酶、蛋白或离子通道，引起不同生物学效应。如腺苷酸环化酶、PI-磷脂酶C-、cGMP磷酸二酯酶等。,8.A。大部分受体位于细胞膜上，称为膜受体，多为膜内在糖蛋白。,9.D。常见的第二信使包括cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+，分别调节蛋白激酶PKA、PKG、CaM-PK和PKC。受体和非受体的TPK都不被第二信使激活。,10 A。上述信号分子中，只有某些神经递质受体为配体门控离子通道。如烟碱型乙酰胆碱受体（NR）是跨膜阳离子通道。,11 A。这类受体是单肽链跨膜糖蛋白，分N端胞外区、跨膜区和C端胞内区。跨膜区含7个疏水螺旋跨膜结构。胞内的第三内环较大，它和C端区是G蛋白结合区域。但是胞内近C端有特异丝/苏氨酸位点，可被磷酸化调节受体活性。,12. C。 G蛋白亚基有GDP和GTP结合部位和潜在GTP酶活性区。胞外信号结合，使受体激活，结合G蛋白。促进三聚体G蛋白的亚基释放GDP并结合GTP，同时与亚基分离，-GTP即为G蛋白的活化形式。,13.A 。G蛋白可参与不同信号途径，偶联不同效应成分，亚基有受体结合、亚基结合等位点。百日咳毒素(PT)或霍乱毒素(CT)可分别催化Gi和Gs的亚基与ADP-核糖基结合，改变G蛋白功能。亚基不仅调节亚基活性，也可直接影响效应蛋白功能。,14 C。两类具有酶活性的受体：胰岛素、生长因子等受体具有酪氨酸蛋白激酶活性，心钠素受体具有鸟苷酸环化酶活性。,15 B。胞液依赖cAMP的蛋白激酶又称蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）。属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Ser/Thr-PK)家族。能被cAMP变构激活,16E。胞液依赖cAMP的蛋白激酶又称蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）。属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Ser/Thr-PK)家族。PKA可使下游蛋白苏氨酸/丝氨酸磷酸化，进而激活其转导信号功能。,17. D。激素与膜受体结合，受体活化，激活膜上G蛋白(Gs)，活化的Gs-GTP再结合、活化膜上腺苷酸环化酶(AC)。AC催化ATP分解生成cAMP。,18.E。蛋白激酶A（PKA）。PKA由两个催化亚基(C)和两个调节亚基(R)组成无活性的四聚体。每R亚基结合2个cAMP而构象改变，C亚基脱离成为活性激酶。使多种靶蛋白、酶的特定丝/苏氨酸残基磷酸化。R亚基含 “假底物模体”，可与C亚基结合产生“自身抑制”作用。,19所有G蛋白偶联受体都有类似受体脱敏机制：如激素持续作用时，G蛋白活化生成的Gs募集一种受体激酶（GRKs），催化受体C端特异丝/苏氨酸残基磷酸化，另一抑制蛋白可结合此磷酸化位点，再诱导受体经内吞灭活、再利用。A答案错误。,20cGMP可激活依赖cGMP蛋白激酶，即蛋白激酶G，此酶也是丝/苏氨酸蛋白激酶。答案为C。,21NO自由扩散附近靶细胞，激活可溶型GC，促进产生cGMP，再激活PKG磷酸化靶蛋白引起生物效应。如促进平滑肌松弛，扩张血管。治疗冠心病的硝酸甘油类药物由于持续产生NO，可以相似机制舒张血管、心肌。答案为B。,22心钠素与肾集合管细胞膜ANF受体结合，激活GC，催化GTP生成cGMP。cGMP结合、激活蛋白激酶G，磷酸化靶蛋白引起生物效应。答案为B。,23IP3生成后，与内质网或肌浆网膜上IP3受体结合，受体Ca2+通道开放，其贮存Ca2+释放。答案为B。,24PKC促进立早基因（早期转录因子fos、myc 、jun等基因）表达增加，引起初期应答。次级应答是早期转录因子促进相关基因转录表达，完成细胞生长、分裂。答案为E。,25常规族PKC激活需要DAG、Ca2+和磷脂酰丝氨酸 (PS)。答案为C。,A1型题 26钙调蛋白为单肽链含4个Ca2+结合位点。当Ca2+增时CaM即迅速结合Ca2+而变构激活为Ca2+-CaM复合物。Ca2+/钙调蛋白复合物结合CaM激酶后，可使该酶激活。答案为D。,27当Ca2+增时CaM即迅速结合Ca2+而变构激活为Ca2+-CaM复合物。Ca2+/钙调蛋白复合物结合CaM激酶后，可使该酶构象改变解除自身抑制而激活。答案为B。,28生长激素、干扰素（INF）等细胞因子受体，胞内区无TPK活性。生长激素结合受体后，通过激活下游非受体型Jak激酶，传递调节信号。答案为C。,29生长因子受体含单一疏水跨膜-螺旋，受体具有酪氨酸蛋白激酶活性，为具有酶活性的受体。EGF与受体结合，引起受体变构、二聚化。并激活受体胞内区TPK活性，促进受体自身Tyr残基发生交互磷酸化。D答案错误。,30小分子G蛋白又称小GTP酶，属于很大的Ras蛋白超家族。包括Ras、Rho等几族。具有结合GDP/GTP能力，和潜在GTP酶活性，结合GTP时活化而结合GDP失活。答案为D。,31多种内外源成分，如肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素、细菌、病毒、脂多糖、佛波酯等激活物、活性氧、辐射等应激因素及激活的PKC、PKA等可诱导NFB的激活。E为错误答案。,32细胞内受体激素，包括类固醇激素、甲状腺素等，它们可通过质膜进入细胞内结合受体发挥作用。儿茶酚胺类激素通过质膜上受体介导，转导信号引起效应。答案为A。,33激素-受体复合物转位进胞核，作为转录因子识别、结合于特异激素反应元件，促进特异基因的转录，发挥激素生物效应。答案为A。,34胞内受体与热休克蛋白HSP90（阻遏蛋白）结合，无激活转录作用。激素与受体结合，受体变构，HSP90解离，受体被激活并二聚化。激素-受体复合物转位进胞核，作为转录因子结合于激素反应元件，促进特异基因的转录。答案为E。,35生长因子的Ras-MAPK信号途径中，受体与配体结合，受体二聚化活化。Grb2通过激活Sos促进小G蛋白Ras结合GTP而活化。活化Ras可使Raf-1脱离抑制蛋白而被激活。Raf-1可激活MEK-MAPK激酶级联反应传递信号。但Raf-1和MAPK为Ser/Thr蛋白激酶。仅MEK属双功能酶，具有Thr和Tyr蛋白激酶活性。D为错误答案。,36生长激素、干扰素通过JAKs-STAT途径传递信号。其受体无酪氨酸蛋白激酶活性。信号结合的受体可募集并活化Jak激酶，Jak激酶磷酸化STAT分子的Tyr， STAT自身相互结合形成聚体，进入胞核后识别结合特异DNA序列，激活基因转录表达。答案B错误。,B型题 3738题 37小G蛋白的活化及功能调控蛋白中，鸟苷酸交换因子(GEF)可结合Ras，促使Ras-GDP交换为Ras-GTP而被活化。答案为C。,3738题 38血小板-白细胞C激酶底物同源域（PH域）可与膜磷脂结合。活化的PI-3K催化生成的PIP3留在质膜，成为多种含PH域蛋白的停泊及激活位点。如PKB通过自身PH域固定于质膜。答案为B。,3940题 39常规族PKC激活需要DAG、Ca2+和磷脂酰丝氨酸 (PS)。为Ca2+ 磷脂依赖的蛋白激酶。答案为C。,3940题 40cGMP可激活依赖cGMP蛋白激酶，即蛋白激酶G，此酶也是丝/苏氨酸蛋白激酶。答案为C。,4142题 41Src同源序列2(SH2)结构域约由100个氨基酸组成，可通过两个独立序列，识别结合蛋白中磷酸化Tyr和其羧基侧的几个氨基酸序列。答案为B。,4142题 42NFB为异源二聚体分子，静息状态结合其抑制蛋白，如IB等。以无活性复合物形式存在。激活物通过激活NFB诱导激酶（NIK）再激活IB激酶（IKK）。IKK使IB磷酸化，脱离NFB，NFB活化入胞核，引起生物效应。答案为E。,4344题 43胰岛素受体结合胰岛素后也需激活自身TPK和自身Tyr磷酸化过程。答案为B。,4344题 44生长激素、干扰素通过JAKs-STAT途径传递信号。答案为A。,4546题 45某些激素、神经递质与受体结合，激活G蛋白（Gq）。生成的q-GTP再活化质膜磷脂酰肌醇专一磷脂酶C(PI-PLC)，催化生成重要的第二信使IP3和DAG。答案为C。,4546题 46有两类调控蛋白可参与调节小G蛋白的活化及功能调控蛋白中，GTP酶激活蛋白(GAP)可与Ras-GTP结合，激活内在GTP酶，促进GTP水解致Ras失活。答案为D。,4748题 47如-肾上腺素受体属于G蛋白偶联型受体，其接收胞外信号后需活化G蛋白再传递到胞内。 答案为C。,4748题 48胰岛素、生长因子等受体具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）活性，故称受体酪氨酸蛋白激酶。答案为E。,4950题 49PIP3依赖蛋白激酶(PDK)也通过自身PH域结合质膜的PIP3并被变构激活。PDK特异催化PKB的Thr308及Ser473先后磷酸化，导致PKB完全激活。答案为D。,4950题 50磷脂酰肌醇-3-激酶（PI-3K）能特异催化磷脂酰肌醇3位羟基磷酸化。型PI-3K主要催化PI-4、5-P2磷酸化生成PI-3、4、5-P3（PIP3）。答案为C。,第十九章 细胞信号转导 生化故事 从事细胞信号转导 研究的著名科学家,三位科学家 荣获1998年诺贝尔生理学或医学奖,佛契哥特（1916年） Robert F. Furchgott 美国布鲁克林南方卫生科学中心,伊格纳罗 （1941年） Louis J. Ignarro 美国加利福尼亚大学洛杉矶分校医学院。,慕拉德 （1936年） Ferid Murad 美国得克萨斯大学卫生科学中心。,科学贡献 佛契哥特Robert F. Furchgott伊格纳罗Louis J. Ignarro慕拉德Ferid Murad 三位科学家因发现一氧化氮作为信号分子在循环系统的作用而获奖。 对于一氧化氮在生物体内作用机理研究，慕拉德的贡献是他在1977年提出硝酸甘油和其他扩张血管的药物可释放一氧化氮的推测，但该想法尚未得到实验证据支持。几乎同时，佛契哥特研究发现药物对血管的的作用有难以解释的矛盾现象：同一药物有时引起血管收缩，偶然又引起血管扩张。1980年佛契哥特发现引起血管扩张是因为细胞生成的信号分子。,佛契哥特和伊格纳罗随后以合作或相对独立方式，进行一系列有创新性的实验分析，在1986年一起证明该信号分子为一氧化氮分子。 三位科学家杰出研究结合起来，发现一种新的生物学原理：气体可以作为信号分子调节细胞功能，这完全不同于已知的化学介质的作用机理，有极为重大的意义。他们的发现，不但阐明了硝酸甘油扩张心脏血管的机理，而且开辟了新的研究领域。为探讨一氧化氮在调节血压、控制血流、抵御感染、在心血管系统和神经系统传递信号等方面的作用奠定了基础。他们的研究成果成为治疗心脏病、中风、肺病、肿瘤等和诊断肠道疾病的重要依据。还导致多种新药的出现。研究结果在未来医学中有很大前景和价值。,个人简历 佛契哥特简历 1916年4月出生于美国罗莱纳州南部的查尔斯顿。 1937年在Carolina大学获化学学士学位。1940年在Northwestern大学获生物化学博士学位。1956-1988年在美国纽约州立大学药理学系任教授。1988-现在纽约州立大学健康科学中心的高级客座教授 伊格纳罗简历 1940年出生于美国的布鲁克林。1962年在哥伦比亚大学取得文学学士学位。1966年在明尼苏达州大学取得药理学博士学位。1979年在Tulane University大学药学系任教。1985年到现在加利福尼亚大学洛杉矶分校的教授。 慕拉德简历 1936年出生于美国印地安那州。1958-1965年在Wester University取得医学博士学位及药理学博士学位。1975年-1981年在维吉尼亚医学院任教授。1981-1988年在加拿大医学行政中心任职。1988年到现在芝加哥大学药理学系任教授。,科学贡献评论 一氧化氮与1998年诺贝尔生理/医学奖 诺贝尔创立科学界的最高奖项-诺贝尔奖。诺贝尔晚年患有严重的心脏病,医生曾建议他服用硝酸甘油以缓解心绞痛的发作,但诺贝尔拒绝了,因为早在研制安全炸药的实验过程中,诺贝尔就发现吸入硝酸甘油蒸气会引起剧烈的血管性头痛。1896年,诺贝尔因心脏病发作而逝世。 硝酸甘油可以有效地缓解心绞痛,但它的作用机理困扰了医学家、药理学家百余年, 直到80年代才因为弗奇戈特,伊格纳罗及穆拉德这三位美国药理学家的出色工作而得以解决:硝酸甘油及其他有机硝酸脂通过释放一氧化氮气体而舒张,血管平滑肌,从而扩张血管。由于这一发现,弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德获得了1998年诺贝尔生理/医学奖。下面,对这三位科学家的主要研究工作以及一氧化氮的生物合成及其生理作用作一简要介绍。 一、一氧化氮生理功能的发现过程 自70年代起,美国弗吉尼亚大学的穆拉德教授及合作者系统研究了硝酸甘油及其他具有扩张血管活性的有机硝酸脂的药理作用,他们发现硝酸甘油等有机硝酸酶都能够使组织内CGMP、CAMP等第二信使的浓度升高。1977年,穆拉德发现硝酸甘油等有机硝酸脂必须代谢为一氧化氮后才能发挥扩张血管的药理作用,由此他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作用的信使分子,但当时这一推测缺乏直接的实验证据。,与此同时,纽约州立大学的弗奇戈特教授在研究乙酰胆碱等物质对血管的影响时发现,在相近的实验条件下,同一种物质有时使血管扩张,有时对血管没有明显的作用,有时甚至使血管收缩。弗奇戈特及合作者对这一现象作了深入的研究,他们在1980 年发现乙酰胆碱对血管的作用与血管内皮细胞是否完整有关:乙酰胆碱仅能引起内皮细胞完整的血管扩张。 由此弗奇戈特推测内皮细胞在乙酰胆碱的作用下产生了一种新的信使分子,这种信使分子作用于平滑肌细胞,使血管平滑肌细胞舒张,从而扩张血管。弗奇戈特将这种未知的信使分子命名为内皮细胞松