【细胞生物学】细胞通讯2

1,信号分子,受体,第二信使,胞内效应,信号传导,信号转导,细胞通讯的过程,信号分子的合成和分泌,2,三种类型的细胞表面受体,离子通道偶联受体(ion-channellinkedreceptor),G-蛋白偶联受体(G-proteinlinkedreceptor),酶联受体(enzyme-linkedreceptor),3,G蛋白偶联受体介导的cAMP信号途径,胰高血糖素肾上腺素,腺苷酸环化酶,蛋白激酶A,糖原合成酶,磷酸化酶激酶,磷酸化酶,cAMP效应因子结合蛋白,糖原,糖异生基因,葡萄糖,抑制效应：血小板腺苷,4,G蛋白偶联受体介导的PKC信号途径,磷脂酰肌醇二磷酸,二酰甘油,肌醇三磷酸,蛋白激酶C,磷脂酶C,钙调蛋白,5,一氧化氮的信号作用,乙酰胆碱,磷脂酶C,钙调蛋白,乙酰胆碱G蛋白偶联受体,NO合酶,尿苷酸环化酶,蛋白激酶G,肌肉舒张,6,5.5磷脂酰肌醇信号途径(PhosphatidylinositolSignaling),G蛋白偶联受体系统的一种。该通路也称IP3(肌醇三磷酸)、DAG（二酰甘油）、Ca2+信号通路；通过蛋白激酶C引起级联反应，进行细胞应答，或称为PKC(ProteinkinaseC)系统。,7,磷脂肌醇信号途径,8,信号分子与系统组成,信号分子刺激肌醇酯(inositollipids)的信号分子有各种激素、神经递质类和一些局部介质。这些信号分子通过与受体的结合，并进一步激活磷酸酯酶C，产生两个第二信使。,表5-6某些激活磷脂酶C的信号分子,9,系统组成（膜结合机器）和特点受体Gq蛋白磷脂酶C,哺乳动物主要的三体G蛋白,11,PKC途径第二信使的产生,磷脂酶C的激活磷酯酶C能够将质膜上的PIP2水解成两个第二信使:肌醇三磷酸(IP3)和二酰甘油(DAG)。PIP2是质膜上磷脂酰肌醇的衍生物。IP3启动第二信使Ca2的释放,12,DAG和IP3的产生,13,IP3动员细胞Ca2+释放IP3（肌醇三磷酸）是水溶性的，生成后进入胞质溶胶，通过扩散与内质网上特异的受体结合。IP3与内质网膜中Ca2+通道受体结合，打开通道，释放Ca2+；同样胞外Ca2+也进入细胞。IP3虽不直接激活蛋白激酶C，但它动员了Ca2+从钙库中释放，因此蛋白激酶C的激活是3种第二信使共同作用的结果。蛋白激酶C的激活PIP2水解释放出的DAG是水不溶的(非极性的)，一直停留在质膜上。一旦IP3动员释放了Ca2+,DAG和在Ca2+的存在下使PKC结合到质膜上并使之激活。,14,PKC途径信号的放大作用,蛋白激酶C(ProteinkinaseC,PKC)PKC只有一条肽链，PKA有四个亚基PKC是钙和磷脂依赖性酶，它的激活需有Ca2+、DAG的存在。PKC亲水性的催化活性中心，疏水性的膜结合区。PKC与PKA激活靶蛋白的作用位点都是丝氨酸或苏氨酸，使之磷酸化。,15,PKC的作用机理蛋白激酶C是将靶蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的酶，与cAMP途径的蛋白酶酶A类似。蛋白激酶C能激活细胞质中的某些酶，参与生化反应的调控；如使糖原磷酸化酶磷酸化（肝）。同时也能作用于细胞核中的转录因子，参与基因表达的调控，多与细胞的生长和分化有关。,16,蛋白激酶C的激活与基因调控,促分裂原活化蛋白激酶,核因子,17,第二信使Ca2+的作用由IP3动员释放到细胞内的Ca2+除了参与蛋白激酶C的激活外，在细胞的生命活动中还有许多重要作用：细胞分裂、分泌活动、受精、突触传递、代谢以及其他细胞活动。钙调蛋白(calmodulin)钙调蛋白只存在于真核生物中。钙调蛋白的外形似哑铃，有2个球形的末端，可各结合2个Ca2+，中间为一个螺旋结构。Ca2+浓度升高，钙调蛋白与Ca2+结合，引起构型变化，增强钙调蛋白与许多效应物结合的亲和力。,18,钙调蛋白的激活作用,Ca-M蛋白激酶,19,PKC信号途径的终止,DAG信号的解除DAG只是由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)。被DAG酯酶水解生成单脂酰甘油,进一步水解成自由的多不饱和脂肪酸和花生四烯酸甘油。,20,IP3作用的终止IP3的水解在5磷酸酶的作用下,水解为I(1,4)P2,并进一步水解成肌醇。5磷酸酶是一种膜结合的酶。在胞浆的肌醇磷酸脂3-激酶的作用下IP3被磷酸化成I(1,3,4,5)P4。,21,Ca2+信号解除IP4参与打开细胞质膜上的Ca2+通道,使细胞质中的Ca2+较为持久地增高。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+，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,22,G蛋白偶联受体控制心肌细胞膜的离子通道,23,视紫红质介导的信号传导,视杆细胞,视紫红质,cGMP磷酸脂酶,腺苷酸环化酶cAMPPKA,磷脂酶CIP3、DAG和Ca2+PKC和CaM,K+通道,cGMP磷酸脂酶GMPCa2+通道关闭,25,5.6酶联受体信号转导,特点：不需要信号偶联蛋白(G-蛋白),而是通过受体自身的蛋白激酶的活性来完成信号跨膜转换；该通路对信号的反应比较慢(通常要几小时)，并且需要许多细胞内的转换步骤；通常与细胞分裂相关。,鸟苷酸环化酶受体和第二信使cGMP,受体本身就是鸟苷酸环化酶，催化GTP产生cGMPcGMP可激活蛋白激酶G蛋白激酶G可使特定蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，从而引起细胞反应心房钠尿肽：可降血压，诱导血管壁平滑肌细胞松弛,26,心房钠尿肽,27,受体酪氨酸激酶(RTK)/Ras途径,受体结构特点及类型受体酪氨酸激酶是具有酪氨酸激酶活性的受体结构：跨膜区、细胞外结构域、细胞内结构域类型：发现50多种不同的RTK,大部分与生长因子有关。将靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化表皮生长因子受体(Epidermalgrowthfactor,EGF);胰岛素受体(insulinreceptor)。,28,RTK受体的结构,29,受体酪氨酸激酶的激活分为两个阶段：两个单体形成一个二聚体，并在细胞内结构域的尾部磷酸化二聚体的细胞内结构域装配成一个复合结构。细胞内不同的受体酪氨酸激酶形成不同的细胞内信号蛋白集群，产生不同的效应，可激活磷脂酶C这种信号途径通常要作用于细胞核，并细胞分裂或癌的发生有关。,30,受体酪氨酸激酶的激活,31,胰岛素受体/胰岛素样生长因子,结构：2个和2个亚基，四聚体；链在膜外，具有与胰岛素结合的结构域。两个是跨膜蛋白，起信号转导作用,32,胰岛素受体的作用机制：当胰岛素与受体的亚基结合并改变了亚基的构型后，酪氨酸蛋白激酶才被激活，激活后可催化2个反应：使胞质面的亚基中特异位点的酪氨酸残基磷酸化，也称自磷酸化；使胰岛素受体底物（IRS）上的酪氨酸残基磷酸化。磷酸化的IRS能够结合并激活下游效应物。,胰岛素受体底物,33,SH2结构域（Src同源结构域）一种与磷酸化酪氨酸基元具有高亲和性的结合位点（氨基酸序列）；IRS被胰岛素受体磷酸化以后，可作为一块“磁铁”同那些具有SH2结构域的蛋白结合，根据所结合蛋白的具体结构产生不同的效应(激活酶活、改变构型)。,34,表皮生长因子受体（EGF）与RAS途径,表皮生长因子受体EGF受体是一种糖蛋白,由三个结构域组成:EGF结合结构域；跨膜区；蛋白激酶活性区域，位于质膜的内表面。受体C端有几个含酪氨酸残基的自身磷酸化部位和无活性的酪氨酸激酶。,Ras的激活Ras是原癌基因的表达产物，对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌都有影响。属单体GTP结合蛋白，具有弱的GTPase活性，具有正常G蛋白的亚基活性；GTP酶激活蛋白（GAP）的影响（抑制）：Ras蛋白GTPRas蛋白GDP鸟苷交换因子(GEF)的影响（激活）：Ras蛋白GDPRas蛋白GTP,Ras蛋白的胞内循环,37,Ras蛋白信息传递途径介导：细胞外信号受体RasRaf1（MAPKKK）MAPKK(MEK)MAPK转录因子激活靶基因细胞应答和效应。该通路与EGF受体有关，并且有一中介蛋白（SOS和Grb2）参与。Ras信号转导途径与细胞生长分裂、癌变有很密切的关系。,MAPK信号途径,MAPK属于一种Ser/Thr蛋白激酶包括MAP激酶、MAPK激酶和MEK激酶，相继激活可进入细胞核是一些转录因子磷酸化，如Fos、Jun和Myc等，使特异基因转录增强。MAPK可促进血管内皮细胞增殖和新血管生成。,39,Ras的信号放大作用,40,Ras的信号转导作用,生长因子,鸟苷交换因子,41,5.7信号的整合与终止,信号的趋同、趋异与窜扰趋同(convergent)不同的生长因子作用于不同的受体，但能整合激活一个共同的效应物，如Ras或MAP激酶；趋异(divergent)相同配体，如EGF或胰岛素能够转换激活许多不同的效应物，引起细胞的不同反应；串扰(crosstalk)，是指不同的信号转导途径间的相互影响。,42,信号的整合,43,信号的趋同,44,信号的趋异,45,信号途径的串扰(crosstalk)cAMP的信号通路主要是引起细胞代谢变化,