细胞生物学-第十一章 细胞通讯与信号转导(一).ppt

第十一章细胞通讯与信号转导,医学细胞生物学,授课教师：张光谋教授E-mail：gmzhang,2,目录,第十一章细胞通讯与信号转导,第一节细胞通讯与信号转导概述,第二节细胞内受体介导的信号通路,第三节细胞表面受体介导的信号通路,第四节细胞信号转导通路的特征和调控,3,第一节细胞通讯与信号转导概述,一、细胞通讯类型二、信号分子与受体三、信号转导系统组成,4,信号转导：指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，将信号导入细胞并进行传递，引发细胞内特异生物学效应的过程。,细胞通讯:指一个细胞发出的信息通过介质（配体）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细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。,5,根据信号细胞与靶细胞之间的作用方式，细胞通讯分为：（1）contact-dependentsignaling（细胞间接触性依赖的通讯）;（2）secretechemicalsignals(细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯);（3）communicatingjunctions（细胞的通讯连接）。,一、细胞通讯类型,6,1.近分泌指细胞间接触依赖性的通讯,根据信号分子作用的性质，细胞通讯分为：,7,2.内分泌（endocrine）,8,3.旁分泌（paracrine）：包括：各类细胞因子（如表皮生长因子）；气体信号分子（如：NO）。,9,4.通过化学突触传递神经信号：神经元细胞释放神经递质经突触作用于特定的靶细胞。,10,5.自分泌（autocrine）：自分泌信号常见于病理条件下，如癌变细胞。,11,二、信号分子与受体,（一）细胞信号分子（signalmolecule）,概念:具有调节细胞生命活动的化学物质称为信号分子，又称为配体（ligand）。,按信号的性质可分为物理信号和化学信号。,12,按照信号分子的化学本质可分为：1.亲脂性信号分子:甾类激素和甲状腺素。2.亲水性信号分子:神经递质、生长因子、局部化学递质和大多数激素。3.气体信号分子：如NO、CO以及各种气味等。,13,（二）受体（receptor）,概念:是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子），并能引起一系列生物学效应的生物大分子。多为糖蛋白,一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域及产生效应的区域，分别具有结合特异性和效应特异性。,根据靶细胞上受体存在部位:膜受体（membrancereceptor）胞内受体（intracellularrecepor）,14,15,1.膜受体,Accordingtothemechanismofthesignaltransductionandthetypeofreceptorproteins,cell-surfacereceptorsbelongtothreefamilysion-channellinkedreceptor(离子通道偶联受体)G-proteinlinkedreceptor(G-蛋白偶联受体)enzyme-linkedreceptor(酶偶联受体),16,17,（1）离子通道偶联受体,又称配体门离子通道（ligand-gatedchannel）或递质门离子通道（transmitter-gatedchannel）。由多亚基组成，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。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和5-羟色胺的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸的受体。,18,Acetylcholinereceptor（乙酰胆碱受体）,19,Acetylcholinereceptorhavethreeconformations(构象),20,21,（2）G-蛋白偶联受体,是指配体-受体复合物与靶蛋白的作用要通过与G-蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。,22,23,（3）酶联受体,受体蛋白既是受体又是酶，一旦与配体结合即激活受体胞内段的酶活性，又称催化受体(catalyticreceptor)。这类受体结构的共同点是：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。,24,Thestimulationofthetyrosinekinase,Theformofadimerisauniversalmechanismthattheenzymelinkedreceptors,onetransmembrane,weresitmulated.,25,2.胞内受体,胞内受体位于细胞质或细胞核基质中，细胞质受体结合相应配体后也转位入核，因此统称为核受体。不过一般将细胞质受体称为型核受体，将细胞核基质中的受体称为型核受体。,26,三、信号转导系统组成,（一）信号传导系统的基本组成与信号蛋白,1.细胞信号途径的组成,受体识别信号分子,信号跨膜转导,细胞内级联反应实现信号放大，细胞活性改变,信号分子失活，细胞反应终止或下调,27,信号传导的基本过程,生物效应,信号接受,信号转导,28,（1）信号转导蛋白,传承蛋白：简单将信息传递下一组分。信使蛋白：携带信号从一部分传递到下一部分。接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。放大和传导蛋白：由酶活离子通道蛋白组成，介导产生信号级联反应。,2.信号转导分子,29,传感蛋白：负责信号不同形式的转换。分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径。整合蛋白：从2条或多条途径接受信号，向下传递之前进行整合。潜在基因调控蛋白：这类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。,30,（2）第二信使(secondmessenger),大多数激素类信号分子不能直接进入细胞，只能通过同膜受体结合后进行信息转换，通常把细胞外的信号称为第一信使，而把细胞内最早产生的信号物质称为第二信使。,31,目前公认的第二信使有cAMP、cGMP、DG（二酰基甘油）、IP3（三磷酸肌醇）等。Ca2+曾被当作第二信使，现在一般认为Ca2+是磷脂酰肌醇信号通路的“第三信使”。第二信使至少有两个特征:是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现，仅在细胞内部起作用的信息分子；能启动或调节细胞内稍晚出现的反应。,32,（二）细胞内信号蛋白的相互作用,细胞内信号蛋白的相互作用是靠蛋白质模式结合域所特异性介导的。,SH2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结构域血小板、白细胞蛋白激酶C底物同源域,33,第二节细胞内受体介导的信号传路,一、胞内受体对基因表达的调控二、NO介导的信号通路三、cGMP信号转导通路,34,一、胞内受体对基因表达的调控,亲脂性信号分子可以透过质膜与细胞质或细胞核中受体结合来传递信号。细胞内受体的本质:依赖激素激活的基因调控蛋白细胞内受体的基本结构：含三个结构域C端结构域中间结构域N端结构域,35,Thestructureofintracellularrecepor,C端结构域：激素结合域中间结构域：DNA结合域N端结构域：转录激活结合域,36,二、NO介导的信号通路,NO是具有自由基性质的脂溶性气体信号分子。血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成需要NO合酶的催化。NO合酶是Ca2/钙调蛋白敏感性酶，且受其激活。因此任何使细胞内Ca2浓度增加的因素都可增强NO合酶的活性。NO的半衰期很短(5-10秒钟)，所以它只能作用于相邻细胞。,37,NO介导的信号通路：乙酰胆碱等神经递质NO合酶NO鸟苷环化酶(GC)cGMP蛋白激酶G(PKG)抑制肌动-肌球蛋白复合物信号通路平滑肌舒张,38,为什么硝酸甘油可以治疗心绞痛？,硝酸甘油在体内转化为NO，可舒张血管，从而减轻心脏负荷和心肌的需氧量。,39,三、鸟苷酸环化酶与cGMP,cGMP信使体系,第一信使（配体），受体（鸟甘酸环化酶GC），第二信使（cGMP）,GC有两种形式：膜结合型和胞浆可溶型。,cGMP是一种广泛存在于动物细胞中的胞内信使，是由鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase，GC）催化，水解GTP后形成的。,40,GTPcGMP,ligand,Outsideofcell,NO,CO,GTPcGMP,cytosol,GC,GC,膜结合型GC胞浆可溶型GC,膜结合型GC常存在于心血管组织细胞、小肠、精子及视网膜杆状细胞中,可溶型GC常分布于脑、肺、肝等组织中。,41,cGMP信使体系要点,第一信号（神经肽类物质）与鸟苷酸环化酶(GC)胞外受体区识别并结合，形成受体-配体复合物。鸟苷酸环化酶(GC)的胞内催化区域被激活。激活的GC使GTPcGMP以cGMP为第二信号激活cGMP依赖的蛋白激酶G（PKG)，磷酸化相应的蛋白质，始动一系列胞内反应最终产生生物效应。,42,本节小结,一、细胞通讯类型二、信号分子与受体三、信号传导系统组成四、胞内受体对基因表达的调控五、NO介导的信号通路六、cGMP信号转导通路,43,思考题,1.概念：Signaltransduction；receptor；signalingpathway；secondmessenger；ion-channellinkedreceptor