B细胞通讯与信号转导.ppt

6.3通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递与细胞表面受体结合的信号分子：亲水性信号分子,6.3.1细胞表面受体分类：,一、离子通道偶联的受体：参与可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种电效应。具有信号分子结合的部位,同时本身又是离子通道跨膜蛋白。信号分子与离子通道偶联受体结合，可改变通道蛋白的构象,导致离子通道的开启或关闭,使某种离子发生瞬间快速的内流或外流,改变靶细胞的膜电位。离子通道有：化学门控、电压门控和机械性门控通道。,乙酰胆碱受体结构模型,神经肌肉接点处的离子通道型受体,二、G蛋白耦联受体的结构与激活G蛋白耦联受体：G蛋白：三聚体GTP结合调节蛋白由、三个亚基组成、两亚基紧密结合形成异二聚体,蛋白变性时会分开。和异二聚体分别通过共价结合脂分子锚定于质膜内侧。亚基具有GTPase活性，是分子开关。,亚基具有三个功能位点：GTP结合位点；鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点；ADP-核糖化位点。G蛋白的活化与失活：,G蛋白耦联受体蛋白结构：7次跨膜的膜蛋白哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器见P232表8-2,三、G蛋白在信号传递中效应（激活或抑制效应酶活性）的产生:,6.3.2G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联离子通道信号通路,一、cAMP信号通路：特点：以cAMP为第二信使，G亚基的首要效应酶是腺苷酸环化酶，通过腺苷酸环化酶活性的变化调节胞内第二信使cAMP的浓度水平，进而影响信号通路的下游事件。,cAMP信号通路的组分激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）；活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；腺苷酸环化酶（Adenylylcyclase）,腺苷酸环化酶：12次跨膜蛋白，跨膜区有2组整合结构域。胞质侧具有2个大而相似的催化结构域。在Mg2+和Mn2+存在时，腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP。,正常情况下细胞内cAMP浓度10-6。腺苷酸环化酶激活后，cAMP水平急剧增加，使靶细胞产生快速应答。细胞内cAMP水平下降导致信号反应终止。cAMP浓度在细胞内的迅速调节是细胞快速应答胞外信号的重要分子基础。,环腺苷酸降解,腺苷酸环化酶激活与抑制腺苷酸环化酶受不同受体-配体复合物的激活或抑制,激活型与抑制型受体进行信号传导的效应,GS的调节作用：,图示GS信号转导过程模式图,当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化态，亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与Rs结合后，导致Rs构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs蛋白解离出亚基和基复合物，并暴露出亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP的亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。随着GTP的水解亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。亚基与亚基重新结合，使细胞回复到静止状态。,活化的亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能，如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的亚基复合物能开启质膜上的K+通道，改变心肌细胞的膜电位。此外亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合GTP的亚基起协同或拮抗作用。,Gi的调节作用：Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：通过Gi亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；通过Gi亚基复合物与游离Gs的亚基结合，阻断Gs的亚基对腺苷酸环化酶的活化。,细菌毒素对cAMP信号途径的影响细菌毒素通过催化Gs或Gi发生化学修饰而影响cAMP信号途径.霍乱毒素(choleratoxin)霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的亚基上，致使亚基丧失GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的亚基上，使亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者小肠细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。百日咳毒素(whoopingcouchtoxin)百日咳毒素催化Gi的亚基ADP-核糖基化，结果降低了GTP与Gi的亚基结合的水平，使Gi的亚基不能活化，从而阻断了Ri受体对腺苷酸环化酶的抑制作用，导致气管上皮细胞内cAMP水平增高，促进液体、电解质和黏液分泌减少。,cAMP信号通路的主要效应,通过蛋白激酶A完成,A、激活靶酶：,B、开启基因表达：,cAMP依赖的蛋白激酶A,cAMP依赖的蛋白激酶A的活化,活化的蛋白激酶A所催化的生化反应,靶细胞中cAMP引发的效应,影响细胞代谢和细胞行为-细胞快速应答胞外信号的过程,影响细胞基因表达-细胞缓慢应答胞外信号的过程,影响靶细胞基因表达的cAMP信号途径的反应链激素G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录。拓展：由G蛋白偶联的受体介导的信号通路，为什么通过类似的机制会引发不同的细胞反应？,二、磷脂酰肌醇信号通路：,也称为IP3、DG、Ca2+信号通路,或称为PKC(ProteinkinaseC)系统，或称为双信使系统。信号分子：有各种激素、神经递质类和一些局部介质。,系统组成受体G蛋白效应酶-磷脂酶C(PLC)信号跨膜传递机理-第二信使的产生胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活质膜上的磷酯酶C(PLC)，使质膜上的4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成两个第二信使，即1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG)，使胞外信号转换为胞内信号。,磷脂酰肌醇信号途径,磷脂酰肌醇信号通路特点：信号传递过程：信号分子G蛋白偶联受体激活G蛋白激活磷脂酶C第二信使IP3和DAGA、IP3Ca2+途径：IP3ER膜上IP3受体钙库释放Ca2+胞内Ca2+浓度上升级联反应生物效应；B、DAGPKC途径：DAG蛋白激酶C（PKC）活化不同的底物蛋白磷酸化生物效应；,IP3的功能,IP3动员的钙释放,细胞内Ca2+浓度水平调控机制P239图8-20质膜上的Ca2+泵、Na+-Ca2+交换器和Ca+2通道内质网膜上的Ca+2泵和Ca+2通道,内质网膜上的IP3-门控Ca2+通道,Ca2+的作用在不同类型细胞中，可激活或抑制各种靶酶和运输系统，改变膜的离子通透性，诱导膜融合或改变细胞骨架的结构与功能-短期生理效应。对双信使系统本身的功能具有调节作用钙调蛋白(calmodulin，CaM)每个钙调蛋白分子中有四个钙离子结合位点.在无信号刺激时，不与钙离子结合，没有活性；在信号刺激条件下，细胞内钙离子浓度升高，钙离子与之结合，使之活化，产生生物活性。,钙调蛋白的结构,钙调蛋白活化靶酶的过程：P240,钙调蛋白激活靶酶,自磷酸化,钙调蛋白激酶,钙调蛋白,第一步,第二步,DAG的作用活化与质膜结合的蛋白激酶C(PKC),蛋白激酶C(ProteinkinaseC,PKC)PKC是钙离子和磷脂酰丝氨酸依赖性酶，具有广泛的作用底物。在未受刺激的细胞中,PKC分布在细胞质中,呈非活性构象。它的激活需有Ca2+、DAG和磷脂酰丝氨酸的存在。信号刺激时，PIP2水解，DAG瞬间积累并结合在质膜上。IP3动员释放Ca2+,磷脂酰丝氨酸的存在条件下，导致PKC转位到质膜内表面与DG结合而被活化，进而使不同类型细胞中不同底物蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。靶细胞内PKC被激活后所引发的短期生理效应：细胞分泌细胞收缩,靶细胞内PKC被激活后所引发的长期生理效应-细胞增殖、分化、衰老和死亡等,蛋白激酶C的激活与基因调控,无活性的蛋白激酶C,有活性的蛋白激酶C,编码区,结合位点,编码区,无转录活性的基因1与基因2,有转录活性的基因1与基因2,信号通路的终止途径：,DAG信号的解除DAG是由PIP2水解得到的暂时性产物,寿命只有几秒钟,靠两种方式进行降解:被DAG磷酸激酶磷酸化,生成磷脂酸(PA),PA被转化为CMP-磷脂酸,再与肌醇作用合成磷脂肌醇(PI)。DAG被DAG酯酶水解成单脂酰甘油,进一步水解成自由的多不饱和脂肪酸和花生四烯酸甘油。,IP3信号作用的终止IP3的水解在5磷酸酶的作用下,水解为(1,4)IP2,并进一步水解成肌醇。5磷酸酶是一种膜结合的酶。在胞浆中的肌醇磷酸脂3-激酶的作用下IP3被磷酸化成(1,3,4,5)IP4。,Ca2+信号解除胞内Ca2+浓度持久地升高,可激活Ca2+-ATP酶（质膜、内质网膜的钙泵），从而降低胞质中的Ca2+浓度，使胞质中的Ca2+迅速恢复到基态水平(10-7M),并使活性CaM-酶复合物解离,从而酶失去活性,细胞反应终止。,三、G蛋白耦联受体介导离子通道的调控：离子通道偶联受体介导的信号传递：离子通道偶联受体又称配体门离子通道或递质门离子通道。神经递质与受体结合，导致受体通道蛋白构象改变，使离子通道开启或关闭，从而改变质膜的离子通透性，瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突出后细胞的兴奋性。,乙酰胆碱受体与信号传递,增加细胞膜对Na+的通透性,动作电位,神经