分子生物学-信号转导ppt课件

细胞信息转导 signaltransduction 蒋小英jiangxy 生物化学与分子生物学系西安交通大学医学部基础医学院 单细胞生物 直接作出反应 多细胞生物 通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息 从而调控机体活动 外界环境变化时 细胞信息传递方式 通过相邻细胞的直接接触 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细胞的代谢和功能 具有调节细胞生命活动的化学物质称为信息物质 特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应 跨膜信号转导的一般步骤 内容 第一节信息物质第二节受体第三节信息的传递途径第四节信息传递途径的交互联系第五节信息传递与疾病 第一节信息物质 一 细胞间信息物质二 细胞内信息物质 一 细胞间信息物质 凡由细胞分泌的 调节靶细胞生命活动的化学物质统称为细胞间信息物质 又称为第一信使 细胞间信息物质的化学本质 蛋白质和肽类 如生长因子 细胞因子 胰岛素等 氨基酸及其衍生物 如甘氨酸 甲状腺素 肾上腺素等 类固醇激素 如糖皮质激素 性激素等 脂酸衍生物 如前列腺素 气体 如一氧化氮 一氧化碳 等 细胞间信息物质的化学本质 根据分泌方式分为四大类 1 神经递质 又称突触分泌信号 由神经元突触前膜释放 如乙酰胆碱 作用时间短 2 激素 又称内分泌信号 如胰岛素 肾上腺素等 特点 通过血液循环到达靶细胞 作用时间长 3 局部化学介质 又称旁分泌信号 如炎症介质特点 通过扩散作用到达靶细胞 作用时间短4 气体信号 NO由NOS氧化精氨酸胍基生成CO由血红素加单氧酶氧化血红素产生 GASMOLECULE 二 细胞内信息物质 在细胞内传递细胞调控信号的化学物质 称为细胞内信息物质 通常将其中的小分子物质如Ca2 DAG IP3 Cer cAMP cGMP称为第二信使 secondarymessenger cAMP的生成 AC cGMP的生成 GC 磷脂酰肌醇4 5 二磷酸 PIP2 三磷酸肌醇 IP3 二脂酰甘油 DAG 磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C PI PLC IP3和DAG的生成 第三信使 指负责细胞核内外信息传递的物质 是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白 如立早基因编码蛋白 c fosc junAP1 第二节受体 受体 receptor 细胞膜上或胞内能特异识别生物活性分子并与之结合 把信号传递到细胞内部 进而引起生物学效应的特殊蛋白质 个别是糖脂 配体 ligand 能与受体呈特异性结合的生物活性分子 包括细胞间信息物质 药物 维生素 毒物等 受体的分类 一 膜受体 二 胞内受体 一 膜受体 1 环状受体 配体依赖性离子通道2 G蛋白偶联受体 七个跨膜受体3 单个跨膜 螺旋受体4 具有GC活性的受体 乙酰胆碱受体 1 环状受体 配体依赖性离子通道 1 环状受体 配体依赖性离子通道 Acetylcholine乙酰胆碱 Extracellular Cytoplasmic COOH NH2 i1 i2 i3 e1 e2 e3 TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7 D R Y 2 G蛋白偶联受体 400 600个氨基酸残基组成的多肽 G protein coupledreceptors S S 与配体结合 G蛋白作用部位 G蛋白偶联受体 1000多种 七个 螺旋受体蛇型受体特点 由一条肽链组成的糖蛋白 N端在胞外侧 C端在胞内 中段形成七个跨膜螺旋结构 有三个胞外环和三个胞内环 胞浆面第三个环能与G蛋白偶联 G蛋白 一类和GTP或GDP相结合 位于细胞膜细胞浆面的外周蛋白 由三个亚基 组成 非活化型 三聚体结合GDP活化型 与 解聚结合GTP已发现多种G蛋白 常见的有激动型Gs 抑制型Gi和磷脂酶C型Gp 两种构象 G蛋白由三个亚基组成 G 有GTP或GDP结合位点 GTP酶活性 ADP核糖基化位点及受体和效应器结合位点等 G 与G 结合紧密 R H AC GDP GTP AC ATP cAMP G proteins inhibitionofcAMPproductioninhibitionofCa2 channelsactivationofGIRKK channels G proteinsubtypes increasedsynthesisofcAMPactivationofCa2 andK channels activationofPLC leadingtoactivationofPKC DAG intracellularCa2 release IP3 mediatessignallingbetweenGPCRsandRhoA GTPase functionunderinvestigation G蛋白的种类及功能 G蛋白的 亚基的效应分子及其功能 两种G蛋白的作用 两种G蛋白的作用 G蛋白偶联受体的信息传递途径联受体的信息传递途径 酶 第二信使 蛋白激酶 酶或其他功能蛋白磷酸化 生物学效应 3 单个跨膜 螺旋受体 酪氨酸蛋白激酶受体型EGFIGF 1PDGFFGF非酪氨酸蛋白激酶受体型GHIFN EPOIL 2 6 具有酪氨酸蛋白激酶的受体 具有丝 苏氨酸蛋白激酶的受体 转化生长因子 受体 TGF 型 型 酪氨酸蛋白激酶受体型 自身磷酸化 autophosphorylation 当配体与单跨膜螺旋受体结合后 催化型受体大多数发生二聚化 二聚体的酪氨酸蛋白激酶被激活 彼此使对方的某些酪氨酸残基磷酸化 这一过程称为自身磷酸化 该型受体与细胞的增殖 分化 分裂及癌变有关 酪氨酸蛋白激酶受体型IGF 1 非酪氨酸蛋白激酶受体型IFN 受体 TPK受体的下游分子常含有 SH2结构域 Scrhomology2domain 与原癌基因scr编码的2结构域同源的结构域 此结构域能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合 SH3结构域能与富含脯氨酸的肽段结合 PH结构域 pleckstrinhomologydomain 能识别具有磷酸化的丝氨酸和苏氨酸的短肽 并与之结合 能与G蛋白的 复合物结合 还能与带电的磷脂结合 具有丝 苏氨酸蛋白激酶的受体转化生长因子 受体 T R 能自身磷酸化和磷酸化 型受体 4 具有鸟苷酸环化酶 GC 活性的受体 膜受体由同源的三聚体或四聚体组成配体心钠素 ANP 鸟苷蛋白部位心血管细胞小肠精子视网膜杆状细胞可溶性受体 二聚体 具有GC结合域和血红素结合域配体NOCO部位脑肺肝肾 具有鸟苷酸环化酶活性的受体 鸟苷酸环化酶 GC 二 胞内受体 intracellularreceptor 位于细胞浆和细胞核中的受体 全部为DNA结合蛋白 胞内受体通常为反式作用因子 当与相应配体结合后 能与DNA的顺式作用元件结合 调节基因转录 能与胞内受体结合的信息物质有类固醇激素 甲状腺素 维生素D3和维甲酸等 二 胞内受体 胞内受体 包含四个区高度可变区DNA结合区激素结合区铰链区 高度可变区 位于N端 具有转录激活功能 DNA结合区 位于中部 含有锌指结构 激素结合区 位于C端 结合配体或热休克蛋白 含有核定位信号 使受体二聚化 激活转录 铰链区 含有核定位信号 胞内受体 二 受体作用的特点 1 高度专一性2 高度亲和力3 可饱和性4 可逆性5 特定作用模式 第三节信息的传递途径 一 膜受体介导的信息传递cAMP 蛋白激酶A途径 Ca2 依赖性蛋白激酶途径cGMP 蛋白激酶途径酪氨酸蛋白激酶 TPK 途径核因子 B途径TGF 途径二 胞内受体介导的信息传递 1 cAMP 蛋白激酶A途径 G蛋白的调节cAMP的生成与降解cAMP的作用机制PKA的作用 激素 H HRG蛋白腺苷酸环化酶 AC cAMP受体 R 蛋白激酶A PKA 酶或功能蛋白磷酸化生物学效应 cAMP 蛋白激酶A途径 与第二信使cAMP有关的激素 激活腺苷酸环化酶 促cAMP生成 的激素 抑制腺苷酸环化酶 抑cAMP生成 的激素 促肾上腺皮质素 ACTH 乙酰胆碱 抗利尿激素 ADH 血管紧张素 肾上腺素 肾上腺素 降钙素类鸦片 卵泡刺激素 FSH 生长激素释放抑制因子 黄体生成激素 LH 甲状旁腺素 PTH 促甲状腺素 TSH 胰高血糖素 1 G蛋白的调节 2 cAMP的合成与分解 cAMP ATP AMP 磷酸二酯酶 phosphodiesterase PDE 腺苷酸环化酶 adenylatecyclase AC C2R2 4cAMPR2 4cAMP C2无活性PKA有活性PKA 3 cAMP的作用机制 4 PKA的作用Ser Thr残基磷酸化 对代谢的调节作用对基因表达的调节作用cAMP应答元件 cAMPresponseelement CRE cAMP应答元件结合蛋白 cAMPresponseelementbindingprotein CREB 对功能蛋白的调节作用 肾上腺素能受体胰高血糖素受体 激活Gs增加AC活性 cAMP PKA 促进心肌钙转运心肌收缩性增强 增加肝脏糖原分解 进入核内PKA激活靶基因转录 肾上腺素 受体 肾上腺素 受体复合物 PKA cAMP 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶a 糖原合成酶 ATP 磷酸化酶b 磷蛋白磷酸酶 糖原合成 糖原分解 血糖 肾上腺素对糖代谢的调节 G蛋白 AC 受cAMP调控的基因中 在其转录调控区有一共同的DNA序列 TGACGTCA 称为cAMP应答元件 cAMPresponseelement CRE 可与cAMP应答元件结合蛋白 cAMPresponseelementboundprotein CREB 相互作用而调节此基因的转录 对基因表达的调节作用 DNA CREB PKA Transcription mRNA CREB PKA 2 Ca2 依赖性蛋白激酶途径 在收缩 运动 分泌和分裂等复杂的生命活动中 需要Ca2 参与 胞浆内Ca2 浓度在0 01 1 mol L比细胞外Ca2 浓度 约2 5mmol L 低得多 HHRG蛋白 Gp PI PLC膜上PIP2水解RDAG蛋白激酶C PKC 生物学效应IP3胞内Ca2 升高CaM Ca2 依赖性蛋白激酶途径 通过磷脂酰肌醇信息传递的激素 激素作用及部位 促甲状腺素释放激素 TRH 促垂体前叶释放激素 TSH 促性腺激素释放激素 GnRH 促垂体前叶释放LH及FSH 血管加压素 AVP 协助促垂体前叶释放ACTH 促甲状腺素 TSH 促甲状腺滤释放甲状腺素 血管紧张素 促肾上腺皮质释放醛固酮 肾上腺素促血小板释出ADP 5羟色胺 1 IP3和DAG的生物合成和功能 IP3 DAG PIP2 PLC DAG IP3的功能 DAG 在磷脂酰丝氨酸和Ca2 协同下激活PKC IP3 与内质网和肌浆网上的受体结合 促使细胞内Ca2 释放 2 钙调蛋白 Calmodulin CaM 钙结合蛋白 一条多肽链组成 人体的CaM有4个Ca2 结合位点 当胞浆 Ca2 10 2mmol L时 Ca2 与CaM结合 导致CaM构象改变 激活Ca2 CaM激酶 后者可使某些酶或蛋白质的特定Ser Thr残基磷酸化而改变其活性 CaM CaM与靶蛋白结合 钙调图 可被Ca2 CaM调节的酶 腺苷酸环化酶肌球蛋白激酶 Ca2 依赖PKCNAD激酶 Ca2 CaM ATP酶磷脂酶A2 Ca 磷脂依赖的蛋白激酶磷酸化酶b激酶 环核苷酸磷酸二酯酶磷酸化蛋白磷酸酶2B 3 磷酸甘油脱氢酶丙酮酸羧化酶 糖原合成酶丙酮酸脱氢酶 鸟苷酸环化酶丙酮酸激酶 钙调蛋白依赖的蛋白激酶 IP3 Ca2 钙调蛋白激酶途径 1肾上腺素能受体内皮素受体血管紧张素 受体 与Gp 结合 PLC 质膜上的磷脂酶肌醇二磷酸 PIP2 IP3 DG 肌浆网上的IP3操纵的钙通道开放 释放钙离子 作为第二信使调节细胞多种功能 与钙调蛋白结合发挥生物学效应 PKC 一条多肽链组成 N端为调节区段 C端为催化区段 调节区段与DAG 磷脂酰丝氨酸 Ca2 结合时 PKC构象改变发挥活性 使底物蛋白Ser Thr残基磷酸化 PKC对代谢 基因表达 细胞分化和增殖起作用 调节基因表达PKC对基因的活化分为早期反应和晚期反应 3 PKC的生理功能功能 调节代谢活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝 苏氨酸残基磷酸化 靶蛋白包括 质膜受体 膜蛋白和多种酶 AP 1 PKC对基因的活化的活化 DG 蛋白激酶C途径 DG Ca2 PKC活化 细胞膜Na H 交换蛋白磷酸化 磷酸化转录因子 AP 1 NF B H 外流增加 Na 内流增加 促进靶基因转录 GTP GC cGMP PDE Ca2 Mg2 5 GMP PPi H2O 3 cGMP 蛋白激酶途径 cGMP的作用是激活蛋白激酶G PKG 使有关蛋白Ser Thr残基磷酸化而发挥生物学作用 磷酸二酯酶 phosphodiesterase PDE 鸟苷酸环化酶 GC 膜结合型GC胞浆可溶型GC 精氨酸 使有关蛋白或酶类的丝 苏氨酸残基磷酸化 生物学效应ANP 松弛血管平滑肌 利尿利钠 降血压 NO 松弛血管平滑肌 扩张血管 PKG的功能 鸟苷酸环化酶信号转导途径 此途径多存在于心血管系统与脑组织内 激活胞浆可溶性 心钠素脑钠素 激活膜结合性 GTPcGMP 激活PKG 磷酸化靶蛋白 引起血管舒张等生物学效应 4 酪氨酸蛋白激酶 TPK 途径 受体酪氨酸蛋白激酶途径受体型TPK Ras MAPK途径 非受体酪氨酸蛋白激酶途径JAKs STAT途径 非酪氨酸蛋白激酶受体型GHIFN EPOIL 2 6 酪氨酸蛋白激酶受体型EGFIGF 1PDGFFGF 受体型TPK Ras MAPK途径 EGFIGF 1PDGFFGF 二聚体化 GRB2 SOS具有SH2 SH3结构域 静息时两者结合 游离在胞浆 ras蛋白又称小G蛋白无活性Ras GDP有活性Ras GTP 磷酸化的sos可促进GDP从ras上解离 raf蛋白 具有Ser Thrproteinkinase raf蛋白的底物是MAPK系统 MAPK mitogenactivatedproteinkinase 丝 苏氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶被MAPKK磷酸化激活 转移至核内 可使一些转录因子磷酸化 从而改变基因表达状态 作用 接受膜受体转换和传递的信号并将其带入细胞核内 参与细胞增殖 分化及调亡等多种细胞功能的调控 1 受体型TPK Ras MAPK途径 TPK PLC PKC图 2 经PLC 激活蛋白酶C 活化受体TPK 激活PLC PIP2 IP3 DG Ca2 PKC Raf ERK MAPK K K 靶基因转录 一 受体酪氨酸蛋白激酶途径 3 经AC激活蛋白酶A 非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径JAKs STAT途径 受体本身无酪氨酸蛋白激酶活性 常见的配体为一些细胞因子 如白介素 IL 干扰素 INF 红细胞生成素等 以干扰素为例说明 INF 受体 胞浆内的酪氨酸蛋白激酶 JA