受体与跨膜信号转导.ppt

受体与跨膜信号转导,效应,G蛋白,nucleus,胞外,胞内,信息物质,受体G蛋白第二信使系统,受体概念：,是细胞膜上或胞内能与生物活性分子（递质、调质、激素及细胞因子等信息分子）或相应药物与毒素等结合的生物大分子，并能将信息传到效应器，产生特定效应的蛋白质。,受体的功能,识别和结合的功能传递信息的功能产生相应的生物学效应,反应,激动剂拮抗剂,受体是细胞间跨膜信息传递的中转,受体分类,药理学效应分类：AChR、DAR、NAR等解剖学定位分类细胞内受体：类固醇激素和甲状腺激素受体膜受体酶活性受体配体门控离子通道受体G蛋白偶联受体,酶活性受体,是一类只有一个跨膜螺旋，其本身兼有配体的识别部位与激酶活性；目前已知的有酪氨酸激酶受体和丝/苏氨酸激酶受体促进细胞生长与分化,配体门控离子通道受体是由均一或不均一的数个亚基在细胞膜上构成的寡聚体，每个亚基都有细胞外、细胞内和跨膜区3个结构域，4个或6个跨膜螺旋，后者在细胞膜上形成阴离子（Cl-）或阳离子（Na+）通道,N-AChRNa+/K+NMDARNa+K+Ca2+AMPARKARNa+/K+GABAARCl-GABACRCl-,配体门控离子通道受体,包括：NAChR、GABAA、5-HT3、甘氨酸受体特点1：五个亚单位组成的复合体；特点2：N末端有7-24个氨基酸组成的信号肽；N、C末端均位于膜外；特点3：每个亚基有4个疏水跨膜区（M1-M4）,包括：谷氨酸门控通道-NMDA、KA、AMPA特点：分子量是NAChR的二倍；C末端长（尤其是NR2A-D）,ATP/ADP控制的P2X特点1：阳离子非选择性通道；特点2：亚单位仅有2个跨膜区,配体门控离子通道型受体又可分为三个亚型,M2formsaloopthatdipsintothemembraneandlinesthechannelpore,配体门控离子通道受体,N-AChR,受体由多个亚单位围成离子孔道,AChbinds,类似于N-胆碱受体，由5个亚单位组成Cl-通道受体通道开放的时间和频率受内源性物质或药物影响,（神经甾体）,（巴比妥类药物）,（地西泮类药物）,延长通道开放时间,延长通道开放频率,印防己毒素,（阻止通道开放）,A,Cl-,胞外胞内,胞膜,GABAA受体作用离子机制示意图,GABA,R,AMPAreceptor,由四个亚单位围绕的离子通道,兴奋性氨基酸受体NMDAR、AMPAR、KA受体均为配体门控的离子通道型受体,Ca2+通透性受配体和膜电位的双重调节,NMDAR特点：,G蛋白偶联型受体结构和功能,G蛋白偶联区,Ser,糖基化位点,由7个跨膜区的单一肽链构成第5和第6跨膜区之间的内环是G蛋白的结合区N-端在胞外，有糖基化位点；C端在胞内，其上有磷酸化位点,M-AChR代谢型谷氨酸受体GABABR5-HT1-7受体（除5-HT3R）,G蛋白偶联受体,Gproteincanopenionchannelsdirectlywithoutemployingsecondmessengers,M-AChR,K+,i,G蛋白偶联的内向整流K通道,M-AChR7个跨膜区段，,（GIRK）,5-HT-R（除5-HT3-R）,5-HT,AC,K+,S型K+通道,花生四烯酸,FMRFamide,膜磷脂,PIP2,mGluR,代谢型谷氨酸受体,（二）G蛋白,G蛋白：鸟核苷酸调节蛋白，是G蛋白偶联受体与效应酶之间的中介物质，是一种酶。其信息转导的激活与失活受控于GDP-GTP-GDP转化开关，是由3个亚单位（、）组成的三聚体。所有亚单位上都有与GDP特异结合的位点和GTP酶活性，控制着G蛋白的活性与跨膜信息转导。,G蛋白亚型及其调节系统,4superfamilies,bindsGTPGTPaseBindsreceptors,G-proteinsubunits,Threesubunits,1.G蛋白亚型,Gs：与接受兴奋性配体的受体偶联，激活AC-NAR、ACTH受体、胰高血糖素受体Gi：与接受抑制性配体的受体偶联，抑制AC生长抑素受体、M-AChR等Gq：激活PLC，调节IP3、DAG信号转导系统1-NAR、5-HTR等Gt：Gt1与视紫质受体偶联Gt2与锥细胞视蛋白偶联激活水解cGMP的PDE,Gt,激活水解cGMP的PDE,G蛋白的激活及其对跨膜信息转导体系的调节作用与机制,（一)Gs的激活与失活机制环境中不存在相应递质或受体激动剂时,受体与G蛋白独立存在G蛋白的各亚单位呈聚合状态s与GDP结合，对受体呈低亲和力状态,环境中存在相应递质或受体激动剂时,周图,G蛋白效应器,Gs：激活AC，产生cAMPGi：抑制ACGq：激活PLC，调节IP3、DAG信号转导系统Gt：Gt1与视紫质受体偶联，水解cGMPGt2与锥细胞视蛋白偶联激活水解cGMP的PDE,Gs和Gi通过调节腺苷酸环化酶的活性共同调节效用细胞内cAMP水平,Gs和Gi,Gt通过调节cGMP磷酸二脂酶（PDE）活性来调节视网膜光感的传导,视紫红质（光感受体）可与Gt偶联视网膜上杆状细胞的细胞膜及其盘状物上，都存在感光物质视紫红质；在光照后，在这种跨膜蛋白的羟基端附近，可被视紫红质蛋白磷酸化，该部位上有Gt蛋白的结合位点。,暗光,Gt通过调节PDE活性来调节视网膜光感的传导,钠通道关闭，导致光感受器超极化，引起光反应,视网膜上杆状细胞,Gq通过对磷脂酶C活性的调节激活IP3、DAG信号转导系统,多种递质和激素的受体都与细胞膜上调控肌醇磷脂特异代谢的磷脂酶C偶联，调节其活性，进而影响IP3和DAG等第二信使的产生。,配体,Gq,G蛋白可通过直接和间接两种方式对离子通道进行调节,G蛋白可直接参与钾通道和钙通道偶联发挥直接的调节作用G蛋白可间接通过G蛋白激活的蛋白激酶，使离子通道磷酸化的方式，来调节离子通道的活性。儿茶酚胺激活受体,Gs,AC,cAMP,PKA,钙通道蛋白磷酸化,G蛋白可直接与离子通道偶联的方式对离子通道进行调节,G蛋白亚单位复合体的功能,对酶活性的调节调节AC、PLC、Ras、MAPK、G蛋白偶联受体激酶对离子通道的调节,G蛋白偶联受体对内向整流钾通道（GIRK）的调节主要是由G介导,flash,第二信使系统与跨膜信息传导,跨膜信息传导,胞内调节信息分子（第二信使）,细胞特异的反应系统,cAMPcGMPCa2+NO.,胞外信息分子（第一信使）,信使物质：具有传导/传递功能的分子,一、腺苷酸环化酶系统,GsAC,ATPcAMP,AMP,PDE,PKA,效应,腺苷酸环化酶AC：是一种跨膜糖蛋白，主要定位于质膜的内侧，催化亚单位C与Gs形成复合体，在Mg2+的参与下，催化底物ATP生成cAMP。AC受Gs和Gi的双重调控,AdenylatecyclaseisduallyregulatedbyGproteins(GsstimulatingactivityandGiinhibitingit),andbyforskolin,aswellasotherclass-specificsubstrates:IsoformsI,IIIandVIIIarealsostimulatedbyCa2+/calmodulin.IsoformsVandVIareinhibitedbyCa2+inacalmodulin-independentmanner.IsoformsII,IVandIXarestimulatedbybetagammasubunitsoftheGprotein.IsoformsI,VandVIaremostclearlyinhibitedbyGi,whileotherisoformsshowlessdualregulationbytheinhibitoryGprotein.SolubleAC(sAC)isnotatransmembraneformandisnotregulatedbyGproteinsorforskolin,insteadactsasabicarbonate/pHsensor.Inneurons,calcium-sensitiveadenylatecyclasesarelocatednexttocalciumionchannelsforfasterreactiontoCa2+influx;theyaresuspectedofplayinganimportantroleinlearningprocesses.Thisissupportedbythefactthatadenylatecyclasesarecoincidencedetectors,meaningthattheyareactivatedonlybyseveraldifferentsignalsoccurringtogether.Inperipheralcellsandtissuesadenylatecyclasesappeartoformmolecularcomplexeswithspecificreceptorsandothersignalingproteinsinanisoform-specificmanner.,PKA,Multisubunitenzyme:twocatalyticsubunitsandtworegulatorysubunits,Localizeandtargetthecatalyticsubunitstodistinctsiteswithincells.,PKA结构,Thecatalyticsubunitstransferthe-phosphorylgroupofATPtothehydroxylgroupsofspecificserineandthreonineresiduesinsubstrateproteins.,Ser,依赖cAMP的蛋白激酶PKA,PKA导致的生理效应,1PKA+4cAMPPKA*底物蛋白磷酸化细胞代谢膜蛋白质合成激素合成基因表达神经递质合成突触释放,？,调节K+通道,Turnoffofthesignal:1.GahydrolyzesGTPtoGDP+Pi.(GTPase).ThepresenceofGDPonGacausesittorebindtotheinhibitorycomplex.AdenylateCyclaseisnolongeractivated.2.PhosphodiesterasecatalyzeshydrolysisofcAMPAMP.,信号终止,环核苷酸磷酸二脂酶（PDE）简介,PDE是一个大家族：30种，分为7个亚型分布：肝脏、心脏、血管平滑肌、血小板、单核细胞和脂肪细胞,PDE3PDE4PDE7PDE5PDE6PDE1PDE2,cGMP,cGMPcAMP,cAMP,水解底物,信号终止,环核苷酸磷酸二脂酶（PDE）是cAMP的特异降解酶，cAMP水解为腺苷-5-磷酸,抑制PDE，增强cAMP生理作用如交感神经兴奋、心跳加快,Turnoffofthesignal:3.Hormonereceptordesensitizationoccurs.Thisprocessvarieswiththehormone.SomereceptorsarephosphorylatedviaG-protein-coupledreceptorkinases.Thephosphorylatedreceptormaythenbindtoaproteinarrestinthatblocksreceptor-G-proteinactivationBNP,brainnatriureticpeptide;CNP,natriureticpeptidetypeC,cGMP第二信使作用,调节cGMP门控通道Na+调节PDEcGMP依赖蛋白激酶Ca2+,cGMP-特异的磷酸二脂酶,细胞中PDE的活性，决定了NO是否引起cGMP积累胞内Ca2+的升高，即可促进cGMP的效应，又能增加它的降解,cGMP,cGMP-特异的PDE,GMP,Ca2+,cGMP,cGMP-特异的PDE,GMP,CaM,细胞效应,+,cGMP依赖蛋白激酶（PKG）,flash,ProtectionofcGMPbyPKGallostericsitesfromhydrolysiscanberegulatedbyautophosphorylationanddephosphorylationandtherebythisregulationcouldmodulatecGMPsignalling.,RolesofallostericcGMP-bindingsitesofPKGinregulatingcGMPhydrolysis,RegulationofthePathwaybyProteinKinaseG,ProteinkinaseGenzymethatphosphorylateseveralproteinsafteractivationbycyclicGMP,actondifferentstepsofthepathway,alteringcyclicGMPsynthesisanddegradation.,Neuronalinjury,pain,andmemory,/faculty/bio-Walters-Edgar.html,四、Ca2+/CaM信号系统,胞浆内Ca2+浓度在0.01-lmol/L，比细胞外液中Ca2+浓度（约2.5mmol/L）低得多。细胞的肌浆网、内质网和线粒体可作为细胞内Ca2+的储存库。当细胞外液的Ca2+通过钙通道进人细胞，或者亚细胞器内储存的Ca2+释放到胞浆时，都会使胞浆内Ca2+水平急剧升高，随之引起某些酶活性和蛋白功能的改变，从而调节各种生命活动。因而将Ca2+也视为细胞内重要的第二信使。,Calcium来源,o,i,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,钙/钙调蛋白激酶,AC,PDE,钙神经素,细胞内钙离子作用,钙调蛋白,钙调蛋白（calmodulinCaM）为钙结合蛋白，是细胞内重要的调节蛋白。CaM是一条多肽链组成的单体蛋白。人体的CaM有4个Ca2+结合位点，当胞浆的Ca2+浓度10-2mmol/L时，Ca2+与CaM结合，其构象发生改变而激活Ca2+-CaM激酶,Ca2+-bindingsites,Flexibleahelix,Calmodulin-Phosphorylation,Ca2+-bindingsites,Ca2+-bindingsites,Tyr138,Thr117,Ser101,Tyr99,Ser81,Thr79,Thr29,Thr26,Centralahelix,Hydrophobicpocke