细胞信号转导-辽宁工程技术大学理学院.ppt

第八章 细胞信号转导, 细胞通讯与细胞识别 细胞信号传递 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息,一、细胞通讯与细胞识别,细胞通讯（cell communication） 细胞识别（cell recognition）,细胞通讯（cell communication）,概念：细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传 递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。,内分泌（endocrine）：低浓度；全身性；长时效。 旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。,概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相 互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现 为细胞整体的生物学效应的过程。 信号通路（signaling pathway） 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转 导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答 反应的过程称为细胞信号通路。,细胞识别（cell recognition）,二、细胞信号传递,细胞的信号分子和受体 细胞内受体介导的信号传递,（一）细胞的信号分子和受体, 类型： 溶解性：亲脂性的信号分子 亲水性的信号分子 化学结构：短肽、蛋白质、气体分子等 产生和作用方式：内分泌激素、神经递质、局部 化学介导因子和气体分子 特点：特异性；高效性；被灭活性。,细胞的信号分子,2 受体（receptor）,概念：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信 号分子）的大分子物质，多为糖蛋白，一般至少 包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效 应的区域 。 类型：细胞内受体：识别和结合小的脂溶性信号分子 细胞表面受体：识别和结合亲水性的信号分子,受体与配体（信号分子）间作用的主要特征 特异性； 饱和性；,3 第二信使学说和分子开关,第二信使学说（second messenger theory）：胞外化学物质(第一信使)不能进入细胞,它作用于细胞表面受体,而导致产生胞内第二信使,从而激发一系列生化反应,最后产生一定的生理效应,第二信使的降解使其信号终止. 由Sutherland于70年代提出，并因此而获得诺贝尔奖。第 二 信使有cAMP、 cGMP、三磷酸肌醇、二酰基甘油等。 分子开关：磷酸化和去磷酸化 GTP和GDP的交替结合,在信号转导过程中,除表面受体和第二信使分子外,还有两组进化上保守的胞内蛋白在信号转导途径中行使功能 1是GTPase开关蛋白 2是蛋白激酶和蛋白磷酸酶开关蛋白,蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。 蛋白激酶在信号转导中有两个方面的作用：一是通过磷酸化调节蛋白质的活性；二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。,蛋白激酶,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 通过细胞表面受体介导的信号途径: 1不同形式的胞外信号刺激首先被细胞表面受体识别 2胞外信号(第一信使)通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导,产生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,引发胞内信号放大级联反应 4细胞反应由于受体的脱敏或受体下调,启动反馈机制从而终止或降低细胞反应,从细胞表面到细胞核的信号途径,除表面受体外,还包括下列蛋白: 1 转承蛋白: 负责简单的将信息传递给信号链的下一组分 2 信使蛋白: 携带信号从一部分传到另一部分 3 接头蛋白: 起连接信号蛋白的作用 4 放大和转导蛋白: 通常由酶或离子通道蛋白组成,介导产生信号级联反应 5 传感蛋白: 负责信号不同形式的转换 6 分歧蛋白: 将信号从一条途径传播到另一途径 7 整合蛋白: 从2条或多条信号途径接受信号,并在向下传递之前进行整合 8 潜在基因调控蛋白: 在细胞表面被活化受体激活,然后迁移到细胞核刺激基因转录,(二)细胞内信号蛋白的相互作用 是靠蛋白质模式结合域的特异性介导的 (三)信号转导系统的主要特性 1 特异性 2 放大作用,第二节 细胞内受体介导的信号传导, 甾类激素介导的信号通路 一氧化氮介导的信号通路,血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高，激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2结合，改变酶的构象，导致酶活性的增强和cGMP合成增多。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量 。,第三节 G蛋白耦联型受体介导的信号转导 -细胞表面受体介导的信号传递,细胞表面受体的类型： 离子通道耦联受体（ion-channel-linked receptor） G蛋白耦联型受体（G-protein-linked receptor） 酶耦联的受体（enzyme-linked receptor） 介导的信号传递：,三种类型的细胞表面受体,一 G-蛋白偶联的受体的结构与激活,G 蛋白 ( G-protein) 全称为鸟苷酸接合蛋白 三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称G蛋白。由、三个亚基组成， 和亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上。G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，当亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态。,G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白，受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内。,二 G-蛋白偶联的受体介导的信号通路,1 cAMP信号通路;2双信使磷酸肌醇信号通路：蛋白耦联离子通道的信号通路 （一） cAMP信号通路 概念：细胞外信号和相应的受体结合，导致胞内第二信使 cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。 组分及分析： 受体；调节蛋白；腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）； 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）；环腺苷酸磷酸二 酯酶（cAMP phosphodiesterase）。 反应链：激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶 cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基 因转录,（二 ）磷脂酰肌醇信号通路,概念： 反应链：胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白 IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白 (CaM)细胞反应 磷脂酶C(PLC) DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交 换使胞内pH,（三）G蛋白耦联受体介导离子通道的调控,1 离子通道偶联的受体及其信号转导 离子通道偶联的受体是由多亚基组成的受体/离子通道复合体,本身既有信号结合位点,又是离子通道,其跨膜信号转导无需中间步骤,又称配体门通道或递质门离子通道,离子通道偶联的受体特点： 受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 跨膜信号转导无需中间步骤 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性,2 G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控 3 Gt蛋白耦联的光受体的活化诱发cGMP-门控阳离子通道的关闭,第四节 酶连受体介导的信号转导,与酶连接的细胞表面受体又称催化性受体，包括类 类型：受体酪氨酸激酶 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals） 酪氨酸蛋白激酶联系的受体 特点：通常为单次跨膜蛋白； 接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。,受体酪氨酸激酶,三 由细胞表面整联蛋白介导的信号转导,整联蛋白是细胞表面的跨膜蛋白，由和两个亚基组成的异二聚体，其胞外段具有多种细胞外基质组分的结合位点，包括纤连蛋白、胶原和蛋白聚糖 整联蛋白介导细胞与胞外基质黏附，起结构整合作用，更重要的是提供了一种信号途径 细胞与胞外基质之间形成的黏着斑是复杂的大分子复合体，黏着斑含有成簇的整联蛋白、细胞质蛋白、成束的应力丝（肌动蛋白纤维）,第五节 信号的整合与控制,一 细胞对信号的整合 细胞的信号传递是多通路、多环节、多层次和高度复杂的可控过程。 （一）细胞对信号反应表现发散性或收敛性特征 1信号的强度或持续的时间不同从而控制反应的性质 2在不同细胞中，因为有不同的转录因子组分，所以即使同样受体而起下游通路也是不同的 3整合信号会聚其他信号通路的输入从而修正细胞对信号的反应,细胞信号传递的基本特征 与蛋白激酶的网络整合信息,细胞信号传递的基本特征： 具有收敛（convergence）或发