生物化学16.第十六章 细胞信息转导.doc

幻灯片1第十六章 细胞信号转导(Cell Communication and Signal Transduction)多细胞生物 通过细胞间信号传递系统 调控机体活动。单细胞生物 直接作出反应。外界刺激跨膜信号转导步骤特定细胞释放信息物质信息物质到达靶细胞与靶细胞的受体特异结合启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应幻灯片2第一节 信号分子与受体(Signal Molecules and Receptor) 一、信号分子的种类与传递方式(一)信号分子的种类1. 激素 又称内分泌信号(endocrine signal)。由内分泌细胞分泌。通过血液循环到达靶细胞。大多数作用时间较长。(1)特点(2)例如：胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等。幻灯片32.神经递质 又称突触分泌信号(synaptic signal)由神经元细胞分泌。作用时间较短。(1)特点(2)例如：乙酰胆碱、神经肽类等。3.生长因子由普通细胞分泌，扩散到达靶细胞。作用时间较短。(1)特点(2)例如：表皮生长因子(EGF) 等。4.细胞因子由普通细胞分泌的多肽或蛋白质。介导或调节免疫功能、刺激造血。(1)特点(2)例如：白介素(IL)、干扰素(IFN) 等。5.无机物如Ca2+ 、NO、CO等。 幻灯片4(二)信号分子的传递方式l 内分泌信号传递 通过血液循环到达靶细胞的传递方式。2.旁分泌信号传递 到达临近的靶细胞的传递方式。3.自分泌信号传递 到达自身作为靶细胞的传递方式。二、受体的种类和作用特点受体(recepter) 是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的特殊蛋白质或糖脂等。 配体(ligand)是能与受体呈特异性结合的生物活性分子。幻灯片5(一)受体的种类 分类膜受体胞内受体离子通道受体G 蛋白偶联受体单跨膜 受体1.细胞膜受体(cell membrane receptor)存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。(1) 离子通道受体 又称环状受体，本身位于细胞膜上的配体门控离子通道，与配体结合，控制离子进出细胞。乙酰胆碱受体幻灯片6(2) G 蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs) 又称七个跨膜a螺旋受体或蛇型受体。如神经递质受体和激素受体属于此类。 G蛋白偶联受体的结构矩型代表a-螺旋， N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。幻灯片7(3)单跨膜受体 该型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关。胰岛素受体和生长因子受体等即属于此型。 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:血小板衍生生长因子 FGF:成纤维细胞生长因子幻灯片82.细胞内受体(intracellular receptor) 主要分布于细胞核，多为转录因子，故称为转录因子受体或核受体。这类受体与相应的配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。如固醇激素受体、甲状腺激素受体和维生素D受体等。(二)受体作用的特点配体浓度受体饱和度（）1.高度专一性2.高度亲和力3.可饱和性4.可逆性5.特定的作用模式配体受体结合曲线幻灯片9第二节 细胞信号传导途径 (Signal Transduction Pathway) 一、膜受体介导的信息传递 第二信使(secondary messenger)在细胞内传递信息的小分子物质，如:Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。(一)环核苷酸信号转导途径1. cAMP信号转导途径 信号分子膜受体G蛋白ACcAMP PKA效应蛋白(酶)生物学效应 幻灯片10(1)G蛋白及其信号转导途径 G蛋白(鸟苷酸结合蛋白) 分两类，一类由、和亚基构成异三聚体；另一类为单体小分子G蛋白，其成员包括Ras、Rap、Rac、Rho等50多种。(+)信号分子A信号分子B激动型受体抑制型受体(+)(+)sGDP-i-GDPsGTP-i-GTP(-)ACATPcAMP(+)PKA生物学效应幻灯片11H(2)AC与cAMP的生成腺苷酸环化酶RACACcAMPGDPGTPATP(3)依赖cAMP的蛋白激酶A (PKA)cAMPRR： 调节亚基C： 催化亚基R幻灯片122.cGMP信号转导途径 信号分子膜受体/ GCcGMPPKG底物蛋白(酶)生物学效应 GTPGPPicGMP(1) GC与cGMP的生成(2)PKG的作用使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化。激素胞 膜GCG蛋白RNOGCGTPcGMPPKG 蛋白质磷酸化幻灯片13(二)脂类衍生物信号转导途径1. DAG/IP3信号转导途径 信号分子膜受体Gq蛋白或TPKPI-PLC DAG/IP3PKC底物蛋白(酶)生物学效应 (1)PI-PLC与DAG/IP3的生成(PI-PLC)(PI-P2)DAG + IP3磷脂酰肌醇双磷酸 磷脂酰肌醇磷脂酶C 甘油二酯 (DAG): 在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下 激活PKC。三磷酸肌醇 (IP3 ): 与内质网和肌浆网上的受体结 合，促使细胞内 Ca2+释放。 幻灯片14(2)蛋白激酶C(PKC)的作用可催化多种底物蛋白或酶的磷酸化，包括：信号转导受体或酶，如胰岛素受体、肾上腺素能受体等；膜蛋白和核蛋白，如组蛋白、钙泵等；细胞收缩或骨架蛋白，如肌球蛋白、肌钙蛋白等； 代谢酶或其他蛋白，如糖原合酶、磷酸化酶等。幻灯片152. PI3K信号转导途径 信号分子膜受体Gq蛋白或TPK PI3K PI-3，4-P2(PI-3，4，5-P3)PDK1/2 PKB底物蛋白(酶)生物学效应 (+)生物学效应信号分子A受体(+)qGDP-GTP-q(+)PI-PLCPI-4,5-P2IP3Ca2+信号途径DAG(+)PSCa2+TPKPKCPyk2(+)信号分子B受体(+)PI3KPI3KPI-4-PPI-3,4-P2(PI-3,4,5-P3)PI-PLC(+)(+)PDK1/2PKB幻灯片16(三) Ca2+信号转导途径 电信号或化学信号钙通道胞浆Ca2+ CaMCaM-PK底物蛋白/酶生物学效应 1. 组成: 受体、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、CaM激酶2. 钙调蛋白(calmodulin , CaM) 有四个Ca2+结合位点。与Ca2+一起激活CaM激酶，磷酸化多种功能蛋白质(丝、苏氨基酸残基)。3CaM-PK主要分布于小脑和前脑组织，作用于某些转录因子，在学习和记忆过程中发挥重要的作用。 幻灯片17Ca2+信号转导途径电信号或信号分子A信号分子B钙通道受体(+)(+)(+)胞外Ca2+内流(+)RyR储存Ca2+释放(+)DAG/PI3信号途径PI3R(+)胞浆Ca2+钙泵胞外及储存Ca2+CaM(+)(+)CaM-PK生物学效应(+)钙调节酶(+)靶酶或靶蛋白幻灯片18 (四)酪氨酸蛋白激酶( TPK)途径 信号分子受体型或非受体型TPK RasERK底物蛋白/酶生物学效应 1. 受体型TPK-Ras-MAPK途径 细胞外信号EGF、PDGF等具PTK活性的受体GRB2 PSOSRas-GTP调节其他蛋白活性MAPKKMAPK细胞核反式作用因子调控基因表达细胞膜二聚化 PRaf P P P P幻灯片192. JAKs-STAT途径(1) 由非催化性受体；JAKs (janus kinases)；信号转导子和转录激动子 (STAT)组成。(2) 干扰素诱导JAK、STAT复合体核内转移及调节基因转录机制幻灯片20 二、胞内受体介导的信息传递 胞内受体介导信号分子通常具有脂溶性，包括类固醇激素、甲状腺激素等。调控特异基因的表达以产生效应。 类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节过程幻灯片21 三、细胞信号转导与医学(一)细胞信号转导与疾病1. 由靶细胞受体缺