第十五章细胞信息转导

1、目目 录录目目 录录1.1.掌握基因工程和限制性内切酶的概念；掌握基因工程和限制性内切酶的概念；2.2.掌握限制性内切酶的识别序列的特点。掌握限制性内切酶的识别序列的特点。3.3.掌握转化、转染和转导的区别；掌握转化、转染和转导的区别；4.4.掌握重组掌握重组DNA技术的大致操作过程；技术的大致操作过程；5.5.掌握分子杂交、基因诊断和基因治疗的概念；掌握分子杂交、基因诊断和基因治疗的概念；6.6. 掌握掌握PCR的原理和步骤。的原理和步骤。目目 录录目目 录录 作出反应作出反应 通过细胞间复杂的通过细胞间复杂的传递传递系统来系统来信息，从而信息，从而机体活动。机体活动。外界环境变化时外界环境

2、变化时目目 录录 通过相邻细胞的通过相邻细胞的（如：接触抑制）（如：接触抑制） 通过细胞通过细胞各种化学物质来调节自身或各种化学物质来调节自身或其他细胞的其他细胞的和和 具有调节细胞生命活动的化学物质称为具有调节细胞生命活动的化学物质称为目目 录录特定的细胞释放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与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应经过经过各种相关成分各种相关成分跨膜的级联传跨膜的级联传递最终引起生递最终引起生

3、物效应，这一物效应，这一过程称为过程称为（signal transduction）目目 录录目目 录录 细胞细胞信号分子是指由特定细胞释信号分子是指由特定细胞释放的各种对靶细胞有调节信号作用的化放的各种对靶细胞有调节信号作用的化学物质。学物质。目目 录录又称突触分泌信号又称突触分泌信号( (synaptic signal) ) 特点特点由由分泌；分泌；通过通过到达下一个神经细胞；到达下一个神经细胞；作用时间较短。作用时间较短。例如：例如： 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等乙酰胆碱、去甲肾上腺素等目目 录录又称内分泌信号又称内分泌信号( (endocrine signal) ) 特点特点: :由特殊分化

4、的由特殊分化的分泌；分泌；通过通过到达靶细胞；到达靶细胞；大多数作用时间较长。大多数作用时间较长。 例如例如: :胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等目目 录录按内分泌激素的化学组成分为按内分泌激素的化学组成分为: :肾上腺素、甲状腺、肾上腺素、甲状腺、 促甲状腺激素促甲状腺激素 、胰、胰高血糖素、胰岛素、生长激素等高血糖素、胰岛素、生长激素等 性激素、皮质醇、醛固酮等性激素、皮质醇、醛固酮等 按激素受体的分布部位按激素受体的分布部位 ： 甲状腺素、类固醇激素甲状腺素、类固醇激素 VA VD VA VD 除甲状腺素外其他的含氮激素除甲状腺素外其他的含氮激素 目目 录录又称又

5、称旁分泌信号旁分泌信号(paracrine signal 由体内某些由体内某些分泌；分泌； 不进入血循环不进入血循环, 通过通过到达附近的到达附近的靶细胞；靶细胞；一般作用时间较短。一般作用时间较短。生长因子、细胞因子、前列腺素等。生长因子、细胞因子、前列腺素等。目目 录录 * NO合酶（合酶（NOS）通过氧化）通过氧化L-精氨酸的胍基精氨酸的胍基而产生而产生*血红素单加氧酶氧化血红素产生的血红素单加氧酶氧化血红素产生的 目目 录录 有些细胞间信息物质能对同种细胞或分有些细胞间信息物质能对同种细胞或分泌细胞自身起调节作用，称为泌细胞自身起调节作用，称为(autocrine signal) 有些

6、细胞间信息物质可在不同的个体间有些细胞间信息物质可在不同的个体间传递信息，如昆虫的性激素。传递信息，如昆虫的性激素。 还包括还包括引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的光线信号、气味、味道分子等成分光线信号、气味、味道分子等成分目目 录录 肽类激素等第一信使不能透过细胞膜，其信肽类激素等第一信使不能透过细胞膜，其信号通过号通过介导，能激活细胞内产生其它传介导，能激活细胞内产生其它传递信号的小分子，这些小分子信号物质称为递信号的小分子，这些小分子信号物质称为（second messenger） 能转换、放大胞外调节信号；能转换、放大胞外调节信号；能在细胞内能在细胞内扩散；扩散；

7、其直接作用是改变信号转导酶或离子其直接作用是改变信号转导酶或离子通道活性，可以最终引起细胞生物效应。通道活性，可以最终引起细胞生物效应。 目目 录录无机离子：如无机离子：如 脂类衍生物：如脂类衍生物：如 糖类衍生物：如糖类衍生物：如 核苷酸：如核苷酸：如 信号蛋白分子信号蛋白分子目目 录录作为信号转导组分的特异酶类，称作为信号转导组分的特异酶类，称如生长因子膜受体具有蛋白酪氨酸激酶活性。如生长因子膜受体具有蛋白酪氨酸激酶活性。 某些酶类相互偶联，一种酶既是上游某些酶类相互偶联，一种酶既是上游 的底物，又可作用于下游的底物，又可作用于下游是信号转导的最重要作用方式，是信号转导的最重要作用方式，

8、酶反应特异、高效催化多个底物分子转变，酶反应特异、高效催化多个底物分子转变， 形成形成目目 录录目目 录录是细胞是细胞上或细胞上或细胞能特异识别生物能特异识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。 目目 录录目目 录录存在于存在于上的受体，绝大部分是镶上的受体，绝大部分是镶嵌的糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又嵌的糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：分为三大类： ，和和

9、。目目 录录目目 录录又称七个跨膜疏水又称七个跨膜疏水 螺旋受体螺旋受体/ /蛇型受体蛇型受体 (serpentine receptor) 胞内区胞内区胞外区胞外区目目 录录是一类和是一类和GTPGTP或或GDPGDP相结合、位于细胞膜相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由胞浆面的外周蛋白，由 、 、 三个亚基组成。三个亚基组成。有两种构象：有两种构象：目目 录录 激素激素 受体受体蛋白蛋白酶酶 第二信使第二信使蛋白激酶蛋白激酶酶或其他功能蛋白酶或其他功能蛋白 生物学效应生物学效应目目 录录目目 录录 EGF:表皮生长因子表皮生长因子 IGF-1:胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子PDGF:血小

10、板衍生生长因子血小板衍生生长因子 FGF:成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子目目 录录目目 录录与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰岛素受体岛素受体 insulin growth factor receptor, IGF-R 表表皮生长因子受体皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGF-R)。与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。目目 录录目目 录录 胞外胞外 胞内胞内膜受体膜受体

11、PKH GC 具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构 PKH：激酶样结构域：激酶样结构域 GC： 鸟苷酸环化酶结构域鸟苷酸环化酶结构域目目 录录心钠素心钠素目目 录录 受体的结构受体的结构位于位于和和中的受体，全部为中的受体，全部为DNA结合蛋白结合蛋白。位于位于N端，具有转录活性端，具有转录活性含有锌指结构含有锌指结构位于位于C端，结合激素、热休克蛋端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录白，使受体二聚化，激活转录与转录因子作用和受体向核内转运与转录因子作用和受体向核内转运目目 录录核受体结构示意图核受体结构示意图目目 录录转录激活域转录激活域（TAD）配体结合

12、域配体结合域（LBD）类固醇激素、甲状腺激素和类固醇激素、甲状腺激素和1，25-二羟维二羟维生素生素D3、视黄酸等、视黄酸等目目 录录 高度专一性高度专一性 高度亲和力高度亲和力 可饱和性可饱和性 特定的作用模式特定的作用模式 可逆性可逆性配体浓度配体浓度受体饱和度（）受体饱和度（）配体受体结合曲线配体受体结合曲线目目 录录 目目 录录 目目 录录胞外信息分子，受体，胞外信息分子，受体，G G蛋白，蛋白， cAMP，目目 录录通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。目目 录录 磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶ATP磷酸化酶磷酸化酶

13、磷酸化酶磷酸化酶ATP PPiH2OPPi 抑制物抑制物a抑制物抑制物b ATPPPi肾上腺素对糖肾上腺素对糖原代谢的影响原代谢的影响 肾上腺素受体肾上腺素受体 肾上腺素肾上腺素受体复合物受体复合物激活激活蛋白蛋白 激活激活ATP 目目 录录（cAMP-dependent protein kinase，PKA）R： 调节亚基调节亚基C： 催化亚基催化亚基RRRR目目 录录GsACATPcAMPCCRRCC 靶蛋靶蛋 白白 磷磷 酸酸 化化RR 2cAMP2cAMPCREBNPi Pi Pi 转录活化域转录活化域DNA结合域结合域细胞膜细胞膜核核 膜膜目目 录录结构基因结构基因细细胞胞核核PiP

14、iPiPiDNA蛋白质蛋白质目目 录录G蛋白偶联蛋白偶联受体结合受体结合激活激活磷脂酶磷脂酶C型型G蛋白蛋白（Gq）活化磷脂酶活化磷脂酶C 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（二磷酸（PIP2）IP3 二酰基甘油（二酰基甘油（DAG）目目 录录PIP2DAG + IP ：与内质网和肌浆网上的受体结合，：与内质网和肌浆网上的受体结合， 促使细胞内促使细胞内 Ca2+释放释放在磷脂酰丝氨酸和在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活协同下激活PKC目目 录录受体、受体、G蛋白、蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、钙调蛋白、CaM激酶激酶 有四个有四个Ca2+结合位点。与结合位点。与Ca2+一起激活

15、一起激活CaM激酶，磷酸化多种功能蛋白质（丝、苏激酶，磷酸化多种功能蛋白质（丝、苏氨基酸残基）。氨基酸残基）。目目 录录受体受体 GDP质膜质膜G蛋白蛋白 GTP磷脂磷脂酶酶CPIP2IP3内质网内质网Ca2通道通道Ca2Ca2-CaMCaMCaM激酶激酶CaM激酶（有活性）激酶（有活性）靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化生物效应生物效应DAG目目 录录胞外信息分子，胞外信息分子，G蛋白蛋白蛋白激酶蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)磷脂酶磷脂酶C (phospholipase C, PLC)甘油二脂甘油二脂 (diacylglycerol, DAG)三磷酸肌醇三磷酸肌醇 ( inositol 1, 4, 5 triphosphate, IP3 )目目 录录受体受体 GDP质膜质膜G蛋白蛋白 GTP磷脂磷脂酶酶CPIP2IP3内质网内质网Ca2通道通道Ca2靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化生物效应生物效应DAG靶蛋白靶蛋白ATPADP：磷脂酰丝氨酸（：磷脂酰丝氨酸（PS）目目 录录 PKC 对基因的活化分为对基因的活化分为和和。 活化的活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝引起一系列靶蛋白的丝 、苏氨酸、苏氨酸残基磷酸化。残基磷酸化。靶蛋白包括：靶