第19章细胞信号转导.ppt

第19章,细胞信息转导,CellularSignalTransduction,细胞通讯（cellcommunication）是体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞（targetcell）接收信号并将其转变为细胞功能变化的过程。在信号调节过程中，外源化学信号分子需要经过多种相关成分参与的跨细胞膜的迅速、精确传递，最终引起细胞精确的应答效应，这一过程称为信号转导（signaltransduction）。,多种相关成分通过特异识别和相互作用，连续转换、传递信号，产生细胞应答，所形成的复杂分子级联，称为信号转导途径（signaltransductionpathway）,细胞应答反应（生物效应）,细胞外信号,靶细胞（受体）,细胞内多种分子的浓度、活性、位置变化,细胞信号转导的基本路线,信号转导途径网络（signaltransductionnetwork）：细胞内不同信号转导途径可在不同靶点水平交叉联系、相互作用，形成复杂的信号转导途径网络。,第一节,细胞信号转导概述,TheGeneralInformationofSignalTransduction,一、细胞外化学信号分子的主要类型,生物体可感受任何物理、化学和生物学刺激信号，但最终通过换能途径将各类信号转换为细胞可直接感受的化学信号（chemicalsignaling）。,激素是调节细胞功能最主要的化学信使。细胞内受体激素和细胞膜受体激素神经递质介导突触信号传递神经元的突触传递生长因子和细胞因子调节细胞生长、增殖等功能。活细胞产生、分泌的多肽类信号分子,化学信号的分类,根据体内化学信号分子作用距离，可以将其分为三类：,作用距离最远的内分泌（endocrine）系统化学信号，称为激素；属于旁分泌（paracrine）系统的细胞因子，主要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自分泌（autocrine）。作用距离最短的是神经元突触内的神经递质（neurotransmitter）。,二、细胞外化学信号分子的作用方式,第二节,细胞内信号转导分子和转导系统IntracellularSignalMoleculesandtransductionsystem,一、第二信使（secondmessenger）,肽类激素等作为第一信使不能透过细胞膜，需经质膜受体介导，刺激细胞产生在细胞内传递信号的小分子，称为第二信使（secondmessenger）,第二信使的作用特点：,在外源信号转换的过程中，主要表现出浓度的改变，细胞通过调节第二信使分子浓度的迅速升高、降低，以转换、放大胞外信号引起应答反应；能在细胞内扩散，改变其细胞中分布状态，通过作用于靶分子，诱导信号靶分子发生变构效应；改变某些酶活离子通道活性。第二信使作用后能迅速水解以终止信号过程。,第二信使的包括：,环核苷酸类：cAMP，cGMP；脂质分子：肌醇磷脂衍生物肌醇1，IP3，PIP3，DAG，神经酰胺；NO等气体分子。,环核苷酸是重要的细胞内第二信使,目前已知的细胞内环核苷酸类第二信使有cAMP和cGMP两种。,cAMP和cGMP的结构及其代谢,1核苷酸环化酶催化cAMP和cGMP生成,（adenylatecyclase，AC）,（guanylatecyclase，GC）,2细胞中存在多种催化环核苷酸水解的磷酸二酯酶,细胞内有水解cAMP和cGMP的磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）；PDE对cAMP和cGMP的水解具有相对特异性；如，PDE2可水解cGMP和cAMP，cAMP特异性PDE有PDE3和PDE4。,二、信号转导分子,信号转导分子：细胞内存在很多参与信号转导的特异蛋白质、酶类。作用机制：诱导信号转导分子发生构象变化；通过质膜结合或暴露定位序列，转位胞核等，改变信号分子在细胞内定位；通过影响信号蛋白复合体形成或解聚，调节相应信号蛋白功能。,作用方式：,（一）蛋白激酶和蛋白磷酸酶的信号途径开放/关闭作用1.蛋白激酶可催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化；丝/苏氨酸蛋白激酶（S/T-PK）酪氨酸蛋白激酶（TPK）2.蛋白磷酸酶催化靶蛋白分子的去磷酸化。,蛋白激酶（proteinkinase）与蛋白磷酸酶（proteinphosphatase）催化蛋白质的可逆性磷酸化修饰。蛋白质的磷酸化与去磷酸化是控制信号转导分子活性的最主要方式。磷酸化修饰可能提高酶分子的活性，也可能降低其活性，取决于酶的构象变化是否有利于酶的作用。,蛋白质的可逆磷酸化修饰是最重要的信号通路开关,蛋白激酶可催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化；,酶的磷酸化与脱磷酸化,H2O,Pi,磷蛋白磷酸酶,ATP,ADP,蛋白激酶,-O-PO32-,磷酸化的酶蛋白,蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白酪氨酸激酶是主要的蛋白激酶,蛋白激酶是催化ATP-磷酸基转移至靶蛋白的特定氨基酸残基上的一大类酶。,蛋白激酶的分类,MAPK级联激活是多种信号通路的中心,丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）属于蛋白丝/苏氨酸激酶类，是接收膜受体转换与传递的信号并将其带入细胞核内的一类重要分子，在多种受体信号传递途径中均具有关键性作用。,MAPK的磷酸化与活化示意图,MAPKKK,MAPKK,MAPK,Thr,Tyr,Thr,Tyr,P,P,phosphatase,off,on,MAPK,MAPK作用机制：被激活后转移至细胞核内，使一些转录因子发生磷酸化，改变细胞内基因表达的状态。另外，它也可以使一些其它的酶发生磷酸化使之活性发生改变。MAPK家族成员的底物大部分是转录因子、蛋白激酶等。MAPK调控的生物学效应：参与多种细胞功能的调控，尤其是在细胞增殖、分化及凋亡过程中，是多种信号转导途径的共同作用部位。,哺乳动物细胞重要的MAPK亚家族：,细胞外调节激酶（extracellularregulatedkinase，ERK）c-JunN-末端激酶/应激激活的蛋白激酶（c-JunN-terminalkinase/stress-activatedproteinkinase，JNK/SAPK）p-38-MAPK,部分MAPK底物举例：,ERK途径包括Raf-MEK-MAPK级联反应,ERK亚家族包括ERK1、ERK2和ERK3等。ERK的级联激活过程：,ERK广泛存在于各种组织细胞，参与细胞增殖与分化的调控。多种生长因子受体、营养相关因子受体等都需要ERK的活化来完成信号转导过程。,JNK/SAPK途径参与应激(反应),JNK/SAPK的级联激活过程：,JNK至少又由JNK1、JNK2和JNK3三个亚类组成。JNK家族是细胞对各种应激原诱导的信号转导的关键分子，参与细胞对射线辐射、渗透压、温度变化等的应激反应。一些细胞因子，如TGF-也可通过JNK发挥作用。,P38-MAPK亚家族介导炎症、凋亡等应激（反应）,P38-MAPK的级联激活过程：,P38-MAPK家族也是转导细胞应激反应的重要分子，主要参与紫外辐射、炎症细胞因子、凋亡相关受体（Fas）等信号转导。,2.蛋白磷酸酶催化靶蛋白分子的去磷酸化。,蛋白质磷酸（酯）酶(phosphatidase)催化磷酸化的蛋白分子发生去磷酸化，与蛋白激酶共同构成了蛋白质活性的开关系统。无论蛋白激酶对于其下游分子的作用是正调节还是负调节，蛋白磷酸酶都将对蛋白激酶所引起的变化产生衰减信号。,白磷酸酶衰减蛋白激酶信号,蛋白磷酸酶的特性：,底物特异性（催化作用的特异性）,细胞内的分布特异性,决定了信号转导途径的精确性,根据蛋白磷酸酶所作用的氨基酸残基而分类：,蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶蛋白酪氨酸磷酸酶个别的蛋白磷酸酶具有双重作用，即可同时作用于酪氨酸和丝/苏氨酸残基。,（二）蛋白激酶的级联反应信号转导酶能够通过连续的酶促反应传递信号，形成逐级磷酸化的信号转导酶级联（enzymecascades）,例：MAPK激酶家族级联,MAPKKK,MAPKK,MAPK,MAPKinase是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，该激酶家族所有成员的一个共同结构特征是一级结构中第185和187个氨基酸残基分别是可磷酸化的苏氨酸和酪氨酸。两个氨基茇酸残基必需同时磷酸化才能被激活，常将185、186和187个氨基酸残基序列称做TXY模体（TXYmotif），根据TXY模体不同，可将MAPK分为含TEY、TPY和TGY模体的三个亚家族。,MAPKinaseKinase(MAPKK),各型MAPKinase活化的首要条件是185苏氨酸残基和187酪氨酸残基的磷酸化，催化其磷酸化的激酶不是单一的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶或酪氨酸蛋白激酶，而是一类双特异性蛋白激酶.,这类蛋白激酶可同时催化MAPKinase185苏氨酸和187酪氨酸残基磷酸化，将其激活，MAPKinaseKinase简称MAPKK。MAPKK也是由基因家族编码、有多个成员。每一个MAPKK亚家族可激活一个MAPK亚家族，根据激活的MAPK亚家族不同可将MAPK分为三个家族。,MEK家族：MEK1、MEK2MAPKKJNKK家族：JNKK（c-JunN末端激酶的激酶）MKK家族：MKK3、MKK6,MAPKinaseKinaseKinase(MAPKKK),MAPKK有活性和非活性两种形式，其活化需另一类蛋白激酶将其肽链中丝氨酸残基磷酸化。这一类激酶称MAPKinaseKinaseKinase简称MAPKKK。MAPKKK属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，也分三个亚家族，分别催化不同亚家族的MAPKK磷酸化，并将其活化。,Raf亚家族：RafA、B、CMEKK亚家族：（MEK激酶）ASK亚家族（apoptosissigualig-regulatingkinase）,（三）蛋白相互作用结构域,信号转导分子在活细胞内接收和转导信号的过程是由多种分子聚集形成的信号转导复合物（signalingcomplex）完成的。,信号转导复合物作用：,保证了信号转导的特异性和精确性，增加了调控的层次，从而增加了维持机体稳态平衡的机会。,蛋白质相互作用结构域是形成复合物的基础,信号转导通路形成要求信号转导分子之间可特异性地相互识别和结合，即蛋白质-蛋白质相互作用，这是由信号转导分子中存在的一些特殊结构域介导的。这些结构域被称为蛋白相互作用结构域（proteininteractiondomain）。,蛋白相互作用结构域有如下特点：,一个信号分子可以含有两种以上的蛋白质相互作用结构域，因此可以同时与两种以上的其他信号分子结合；同一类蛋白质相互作用结构域可存在于多种不同的分子中。这些结合结构域的一级结构不同，因此对所结合的信号分子具有选择性，这是信号分子相互作用特异性的基础；这些结构域本身均为非催化结构域。,信号转导分子中的蛋白相互作用结构域的分布和作用,蛋白相互作用结构域及其识别模体,SH2结构域与蛋白激酶Src的一个结构域同源,Src同源序列2结构域（Srchomology2domain）简称为SH2结构域。功能：识别其他蛋白质分子中的磷酸化酪氨酸及其周围氨基酸残基组成的特殊模体，并与磷酸化酪氨酸的磷酸基团结合。不同的蛋白质分子含有结构相似但并不相同的SH2结构域，因此对于含有磷酸化酪氨酸的不同模体具有选择性。,SH3结构域可识别富含脯氨酸的特异模体,Src同源序列3结构域的简称为SH3结构域。SH3结构域可识别另一个信号转导分子中的富含脯氨酸的910个氨基酸残基构成的模体，亲合力与脯氨酸周围的氨基酸残基序列相关。,PH结构域结合膜磷脂衍生物,PH结构域在血小板蛋白pleckstrin中重复出现，故命名为pleckstrin同源序列（pleckstrinhomology）。PH结构域专门识别多磷酸肌醇磷脂，尤其是3位磷酸化的肌醇磷脂如PI-3-P,PI-3,4-P2,PI-3,5-P2和PI-3,4,5-P3等。使分子定位于细胞膜，有利酶活性的发挥。PH结构域是信号转导过程中的蛋白质-蛋白质、蛋白质-脂类相互作用的结构基础。,2.连结物蛋白（adaptorprotein）,指含有2个或数个蛋白质相互作用结构域，而无其他功能结构的蛋白，其前街不同信号分子的作用。,衔接蛋白（adaptorprotein）是信号转导通路中不同信号转导分子的接头，连接上游信号转导分子与下游信号转导分子。发挥作用的结构基础：蛋白相互作用结构域。功能：募集和组织信号转导复合物，即引导信号转导分子到达并形成相应的信号转导复合物。大部分衔接蛋白的结构中只有2个或2个以上的蛋白相互作用结构域，除此以外几乎不含有其他的序列。,衔接蛋白Nck结构与相互作用分子示意图,SH2,C,N,SH3,SH3,SH3,HGFR,VEGFR,BCR-AblPDGFR,EphB1,SLP-76,HPK1,p130casIRS-1,p62doc,CKIg2,WASP,IRS-1,DOCK180,NIK,IRS-1,DOCK180,Sos,NIK,Pak1,Pak3,NAP4,WIP,dynamin,synaptojanin、Abl,c-Cbl,Abl,c-Cbl,NAP1,Sam68,支架蛋白保证特异和高效的信号转导,支架蛋白（scaffoldingproteins）一般是分子质量较大的蛋白质，可同时结合很多位于同一信号转导通路中的转导分子。信号转导分子组织在支架蛋白上的意义：,保证相关信号转导分子容于一个隔离而稳定的信号转导通路内，避免与其他不需要的信号转导通路发生交叉反应，以维持信号转导通路的特异性；支架蛋白可以增强或抑制结合的信号转导分子的活性；增加调控复杂性和多样性。,（四）信号转导分子的构象改变,三、靶细胞的生物效应,第三节,受体receptor,受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能识别外源化学信号并与之结合的成分，其化学本质是蛋白质，个别糖脂。受体的作用：一是识别外源信号分子，即配体（ligand）；二是转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传递至其他分子引起细胞应答。,受体与信号分子结合的特性：,配体-受体结合曲线,离子通道受体G-蛋白偶联受体单次跨膜受体,细胞内受体,细胞膜受体,受体,一G蛋白和G蛋白偶联型受体,（一）G蛋白偶联型受体（G-protein-coupledreceptor,GPCR）含7个跨膜螺旋区的膜蛋白，在质膜内外侧有几个环状结构，胞内有与G蛋白结合的区域。,N,C,G蛋白偶联型受体的结构,质膜,胞外区,胞内区,G蛋白结合部位,1,2,3,受体结构的特点,*N端胞外区：多肽配体结合，并有糖基化位点。,*受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，对维持受体的结构起到关键作用。,*跨膜区：七个疏水跨膜螺旋三个胞外环：结合多肽配体三个胞内环：第二和第三个环能与G-蛋白相偶联。,*C-末端的高度保守的Cys残基在肾上腺素能受体、肾上腺素能受体和视紫质受体中可被棕榈酰化，可稳定受体胞内部分的三级结构。,*受体的C-末端和胞内第三环含有多个Thr和Ser残基可被磷酸化，与抑制蛋白-视紫红质抑制蛋白结合，使受体不能再活化G蛋白而失活。,（二）G蛋白,鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotidebindingprotein，Gprotein）简称G蛋白，亦称GTP结合蛋白，是一类信号转导分子，在各种细胞信号转导途径中转导信号给不同的效应蛋白。G蛋白结合的核苷酸为GTP时为活化形式，作用于下游分子使相应信号途径开放；当结合的GTP水解为GDP时则回到非活化状态，使信号途径关闭。,G蛋白的结构特点,G蛋白属于异源三聚体，属膜外周蛋白。G蛋白分子量约100KD，由，和三个亚基组成。G亚基：活性亚基，单链多肽。含有GDP/GTP结合位点，和GTP水解酶催化位点，受体结合、效应物结合部位。G亚基：紧密结合的二聚体，G和G亚基N端半胱氨酸残基常脂酰化（法尼基化或异戊二烯化），将G固定于质膜内侧。,介导七跨膜受体信号转导的异源三聚体G蛋白,亚基（G）、亚基(G),具有多个功能位点亚基具有GTP酶活性,与受体结合并受其活化调节的部位亚基结合部位GDP/GTP结合部位与下游效应分子相互作用部位,主要作用是与亚基形成复合体并定位于质膜内侧；在哺乳细胞，亚基也可直接调节某些效应蛋白。,G蛋白通过G蛋白偶联受体（Gprotein-coupledreceptors，GPCRs）与各种下游效应分子，如离子通道、腺苷酸环化酶、PLC联系，调节各种细胞功能。,异三聚体G蛋白主要根据G亚基分类Gs:(StimulatoryGprotein)(+)腺苷酸环化酶cAMPGi:(inhibitoryGprotein)(-)腺苷酸环化酶cAMPGq:活化磷脂酶C-,G蛋白的分类,信息传递过程中蛋白的种类,3.小分子G蛋白,低分子量G蛋白（21kD），它们在多种细胞信号转导途径中亦具有开关作用。Ras是第一个被发现的小G蛋白，因此这类蛋白质被称为Ras家族，因为它们均由一个GTP酶结构域构成，故又称Ras样GTP酶。,与参与G蛋白偶联受体组成的异质三聚体G蛋白不同，小分子G蛋白为单体，分子量2030KD。目前发现的小分子G蛋白近数百个，均为Ras基因超家族编码的Ras超家族蛋白。,在细胞中还存在一些调节因子，专门控制小G蛋白活性：,增强其活性的因子：如鸟嘌呤核苷酸交换因子（guaninenucleotideexchangefactor，GEF）和鸟苷酸释放蛋白（guaninenucleotidereleaseprotein，GNRP）；降低其活性的因子：如鸟嘌呤核苷酸解离抑制因子（guaninenucleotidedissociationinhibitor，GDI）和GTP酶活化蛋白（GAP）等。,GTP,GDP,Ras,Ras,SOS,GAP,on,off,Ras的活化及其调控因子,RasG蛋白超家族,Ras家族：参与细胞信号转导，为膜结合型Rho家族（RasNomology,Rho）参与信号传导，可溶性RasSFArf家族（ADP-ribosylation,ARF）：可溶性，参与内、分泌Aab家族：参与内、分泌、腔饮、可溶性Ran家族：可溶性、参与核一腔质物质转运，在腔质为DP结合非活性胞核为GTP结合性。,Ras亚家族：H-Ras、K-Ras、H-RasRap亚家族：Rapla、Rap1b、Rap2a、RasRap2bRalA、RalBRheb、TC21,RhoA、PhoB、PhoCRhoRac1、Rac2其它：、CDC42、RhoG、TC10,小分子G蛋白活性调节,小分子G蛋白有GDP结合的非活性型和GTP结合的活性型，两型的互变是信号转导必需的。与异质三聚体G蛋白不同，小分子G蛋白多不与受体直接结合，其下游效应分子也不能将GTP水解酶激活。因此，两型小分子G蛋白的相互转变需要另外的蛋白质因子参与。调节G蛋白活性的蛋白质因子有三类，包括GTP交换因子（GEF）、GTP酶活化蛋白（GAP）和GTP交换抑制因子（GDI）。,GDP,GTP,G,G,GTP,GDP,GEF,Pi,GAP,非活性型,活性型,活性与非活性型小分子G蛋白的相互转变,二、单跨膜螺旋受体,质膜糖蛋白，单一疏水螺旋跨膜区。膜外为配体结合域，膜内为酶催化域。分类：催化性受体：具有酶催化活性；酶偶联受体：自身不具酶活性，偶联其他酶类发挥作用。,（一）生长因子受体,受体酪氨酸蛋白激酶（receptortyrosineproteinkinase,RPTK）的配体是各种生长因子。除胰岛素受体外均为单跨膜蛋白。其胞外部分是与生长因子结合部位，胞内部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。根据结构和配体不同分为十几个亚家族。,表皮生长因子受体家族（EGFP）肝细胞因子受体家族（HGFR）神经生长因子受体家族（NGFR）成纤维细胞生长因子受体家族（FGFR）血小板衍生的生长因子受体家族（PDGFR）RPTK血管内皮细胞生长因子受体家族（VEGFR）胰岛素和类胰岛素样生长因子受体家（OGFR）盘状结构域受体家族（DDR）UPO受体家族Eph受体家族血管生成素受体家族Ret，Boss,受体酪氨酸蛋白激酶的结构,受体酪氨酸蛋白激酶亚类结构示意图,（二）心纳素受体,（三）细胞因子类受体,酪氨酸蛋白激酶偶联的受体（PTK-coupledreceptors,PTKCR）主要是各种细胞因子如白介素，造血生长因子，干扰素，白血病抑制因子（LIF）及抑瘤素（oncostatiaM,OSM）的受体，故又称细胞因子受体。此类受体也是单跨膜蛋白（部分是GPI锚定蛋白），其胞外区含有各种结构域。其结构特点是胞内区无激酶活性的催化区，受体常由，（或）亚基组成，形成二聚体或三聚体才能被活化。经过JAK-STATs途径传递信号。,三、配体门控通道受体,此类通道受体的特点是由多个亚基组成的，除含有配体结合部位外，本身就是离子通道.离子通道的开放，闭合直接受配体的调控，配体与通道胞外部分直接结合.此类通道受体有-氨基丁酸受体，谷氨酸天冬氨酸受体，乙酰胆碱受体，5-羟色胺受体等。,乙酰胆碱受体的结构与其功能,乙酰胆碱受体结构,乙酰胆碱结合部位,离子通道,顶部观,侧面观,乙酰胆碱受体功能模式图,1、受体的结构,位于细胞浆和细胞核中，全部为DNA结合蛋白。,（四）类固醇激素的细胞内受体,核受体结构示意图,2、配体：类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等,3、功能：多为反式作用因子，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。,图17-19,受体结构,第四节,信号转导途径Singnalingpathway,一、环核苷酸依赖蛋白激酶的信号转导,(一)cAMP-蛋白激酶A途径（二）cGMP-蛋白激酶A途径,(一）环核苷酸是重要的细胞内第二信使,目前已知的细胞内环核苷酸类第二信使有cAMP和cGMP两种。,cAMP和cGMP的结构及其代谢,核苷酸环化酶催化cAMP和cGMP生成,（adenylatecyclase，AC）,（guanylatecyclase，GC）,细胞中存在多种催化环核苷酸水解的磷酸二酯酶,细胞内有水解cAMP和cGMP的磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）；PDE对cAMP和cGMP的水解具有相对特异性；如，PDE2可水解cGMP和cAMP，cAMP特异性PDE有PDE3和PDE4。,（一）cAMP-蛋白激酶途径,组成：,胞外信息分子、受体、G蛋白、腺苷酸环化酶(AC)、cAMP、蛋白激酶A(PKA),配体：,胰高血糖素、肾上腺素、甲状旁腺素、多巴胺、视嗅味信号等,AC分布广泛，除成熟红细胞外，几乎存在于所有组织的细胞质膜上,环核苷酸在细胞内调节蛋白激酶活性,环核苷酸作为第二信使的作用机制：cAMP和cGMP在细胞可以作用于蛋白质分子，使后者发生构象变化，从而改变活性。蛋白激酶是一类重要的信号转导分子，也是许多小分子第二信使直接作用的靶分子。,蛋白激酶A是cAMP的靶分子,cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependentproteinkinase，cAPK），即蛋白激酶A（proteinkinaseA，PKA）。,PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖、脂代谢相关的酶类、离子通道和某些转录因子。,cAMP激活PKA影响糖代谢示意图,PKA底物举例,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(CRE)。CRE可与cAMP应答元件结合蛋白(CREB)相互作用而调节此基因的转录。PKA的催化亚基进入细胞核催化反式作用因子CREB磷酸化，并形成同二聚体，与DNA上的CRE结合，调控基因转录。,对基因表达的调节作用,结构基因,细胞核,DNA,蛋白质,受体、鸟苷酸环化酶(GC)、cGMP、蛋白激酶G(PKG),组成:,（二）cGMP-蛋白激酶G途径,心钠素、NO、CO等,配体:,cGMP的合成和降解,PKH：激酶样结构域GC：鸟苷酸环化酶结构域,4、具有鸟苷酸环化酶活性的受体,配体：膜受体心钠素、鸟苷蛋白可溶性受体NO、CO,蛋白激酶G是cGMP的靶分子,cGMP作用于cGMP依赖性蛋白激酶（cGMP-dependentproteinkinase，cGPK），即蛋白激酶G（proteinkinaseG，PKG）。,使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化,PKG的功能：,GC,GTP,cGMP,激素,R,胞膜,生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。,cGMP激活PKG示意图,二、脂质第二信使肌醇磷脂介导的信号转导途径,脂类也可作为胞内第二信使,具有第二信使特征的脂类衍生物:,二脂酰甘油（diacylglycerol，DAG）花生四烯酸（arachidonicacid，AA）磷脂酸（phosphatidicacid，PA）溶血磷脂酸（lysophosphatidicacid，LPA）4-磷酸磷脂酰肌醇（PI-4-phosphate，PIP）磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-diphosphate，PIP2)肌醇-1,4,5-三磷酸（Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3）,这些脂类衍生物都是由体内磷脂代谢产生的。,磷脂酶和磷脂酰肌醇激酶催化脂类第二信使生成,催化这些信使生成的酶有两类：,一类是磷脂酶（phospholipase，PL），催化磷脂水解，其中最重要的是磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）；,另一类是各种特异性激酶，即磷脂酰肌醇激酶类（phosphatidylinositolkinases,PIKs），催化磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）磷酸化。,(1)DAG，IP3的生物合成和功能,PIP2,PLC,DAG+IP,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，促使内质网和肌浆网内Ca2+释放,（一）Ca2+钙调蛋白激酶途径（Ca2+-CaM激酶途径）,受体、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、CaM激酶,组成:,钙调蛋白(CaM)单体蛋白，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）。,IP3为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质中，与内质网或肌质网膜上的IP3受体结合。,钙离子在细胞中的分布具有明显的区域特征,细胞外液游离钙浓度高（1.121.23mmol/L）；细胞内液的钙离子含量很低，且90%以上储存于细胞内钙库（内质网和线粒体内）；胞液中游离Ca2+的含量极少（基础浓度只有0.010.1mol/L）。,导致胞液游离Ca2+浓度升高的反应有两种：,一是细胞质膜钙通道开放，引起钙内流；二是细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起钙释放。,胞液Ca2+可以再经由细胞质膜及钙库膜上的钙泵（Ca2+-ATP酶）返回细胞外或胞内钙库，以消耗能量的方式维持细胞质内的低钙状态。,钙离子的信号功能主要是通过钙调蛋白实现,钙调蛋白（calmodulin，CaM）可看作是细胞内Ca2+的受体。,乙酰胆碱、儿茶酚胺、加压素、血管紧张素和胰高血糖素等,胞液Ca2+浓度升高,CaM,CaM,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,CaM发生构象变化后，作用于Ca2+/CaM-依赖性激酶（CaM-K）。,专一功能CaM-K,多功能CaM-K,肌球蛋白轻链激酶:调节肌肉收缩磷酸化酶激酶:调节糖原分解延长因子2激酶:调节蛋白合成,Ca2+/CaM-依赖性激酶I,Ca2+/CaM-依赖性激酶II,组成：,细胞外信息分子，G蛋白，磷脂酶C(PLC)，甘油二脂(DAG)，三磷酸肌醇(IP3)，蛋白激酶C(PKC),（二）DAG-PKC信号传递途径,配体：,促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素、抗利尿激素等,PKC的结构与生理功能,结构：,PKC的生理功能：,调节代谢活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基磷酸化而改变功能蛋白的活性和性质,影响细胞内信息的传递,启动一系列生理、生化反应。靶蛋白包括：质膜受体、膜蛋白和多种酶。,对基因表达的调节作用,PKC能使立早基因的反式作用因子磷酸化，加速立早基因的表达。立早基因表达的蛋白质（又称第三信使）受磷酸化修饰后，活化晚期反应基因并导致细胞增生或核型变化。,PKC对基因的早期活化和晚期活化,蛋白质酪氨酸激酶（ProteinTyrosinekinase，PTK）催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化。,受体型PTK：胞内部分含有PTK的催化结构域；非受体型PTK：主要作用是作为受体和效应分子之间的信号转导分子；核内PTK：细胞核内存在的PTK。,三、生长因子、细胞因子信号转导途径,生长因子类受体属于PTK,部分受体型PTK结构示意图,Src家族/ZAP70家族/Tec家族/JAK家族属于非受体型PTK,非受体型PTK的结构,非受体型PTK的主要作用,1.受体型TPK-Ras-MAPK途径,组成：催化性受体、GRB2、SOS、Ras蛋白、Raf蛋白、MAPK系统,SOS:富含脯氨酸，可与SH3结合，促使Ras的GDP换成GTP。,GRB2：一种接头蛋白，含有SH2和SH3结构域，通过SH2与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合,Ras蛋白：原癌基因表达产物，类似于G蛋白的G亚基，称为小G蛋白。,SH2域:细胞内某些连接物蛋白共有的氨基酸序列，与原癌基因src编码的2结构域同源，该区域能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。,SH3域:能与富含脯氨酸的肽段结合。,Raf蛋白：具有丝苏氨酸蛋白激酶活性,MAPK系统：包括MAPK、MAPK激酶（MAPKK）、MAPKK激酶（MAPKKK），是一组酶兼底物的蛋白分子。,SH2domainboundtoshorttargetpeptide,SH3domain,Ras的GTPase活性弱，需借助两类调控蛋白调节其活化及功能：鸟苷酸交换因子（GEF）GTP酶激活蛋白（GAP）,SRF:serumresponsefactor,血清反应因子TCF:ternarycomplexfactor,募集三元复合物因子(DNA结合蛋白),细胞外信号EGF、PDGF等,具TPK活性的受体,Ras-GTP,细胞膜,二聚化,MAPkinasesignalingpathwayStimulusMAPKKKMAPKKMAPKResponse,EGFR介导的信号转导过程,（三）PI3K/Akt信号转导通路,磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信号通路是细胞内重要信号通路之一。对细胞增殖，生长，凋亡，物质代谢，调控发挥重要作用。该通路受生长因子受体激活。,参与PI3K/Akt信号通路的信息分子,1.PI3K作用是催化各型肌醇磷脂肌醇环3位羟基磷酸化，形成各型3-肌醇磷脂。包括PI-3-P,PI-3,4-P2,PI-3,5-P2,PI-3,4,5-P3.PI3K是由两个亚基组成的二聚体，调节亚基和催化亚基各一。调节亚基P85含有SH2结构，可结合于受体胞内区的磷酸化酪氨酸位点，并与催化亚基P110结合使其活化。,2.第二信使为各型3-磷酸肌醇磷脂，包括PI-3-P，PI-3，4-P2，PI-3，5-P2，和PI-3，4，5-P3。在此通路种，3-磷酸肌醇磷脂做为第二信使激活PDK，又可使PKB定位质膜上3.PKB/Akt因与PKA（68%同源）和PKC（73%同源）均有同源性而得名，因是病毒v-akt的产物，又称Akt.PKB含有PH结构可与多磷酸肌醇磷脂结合定位于质膜。PKB肽链上的T308和S473被磷酸化后才有活性。,蛋白激酶B（proteinkinaseB，PKB）也是一类丝/苏氨酸蛋白激酶，其激酶活性区序列与PKA（68）和PKC（73）高度同源。由于PKB分子又与T细胞淋巴瘤中的逆转录病毒癌基因v-akt编码的蛋白Akt同源，又被称为Akt。,PKB的底物有糖原合酶激酶-3、核糖体蛋白S6激酶、某些转录因子、翻译因子抑制剂4E-BPI以及细胞凋亡相关蛋白BAD等。,PKB被认为是重要的细胞存活信号分子。,PKB在体内参与许多重要生理过程：,参与胰岛素促进糖类由血液转入细胞、糖原合成及蛋白质合成过程。PKB还参与多种生长因子如PDGF、EGF、NGF等信号的转导。在细胞外基质与细胞相互作用的信号转导过程中，PKB亦是关键信号分子。,4.PDK/PKBK（phosphatidylinositaldepen-dentkinase,PDK）有PDK1和PDK2（或为同一物），为PKB上游激酶，催化PKBT308和S473磷酸化而使其活化。5.P70S6K（ribosomolproteins6kinase,P70S6K）核糖体蛋白S6激酶，为核蛋白体小亚基成分，参与蛋白质合成。6.GSK3（glycogensynthasekinase3）糖原合成酶激酶3，磷酸化糖原合酶，使其失活。,（四）JAKs-STAT途径,非催化性受体、JAKs、信号转导子和转录激动子(STAT),组成:,生长激素、干扰素、红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子、白细胞介素等,配体:,大部分白细胞介素（interlukin,IL）受体属于酶偶联受体。,通