高级生化(细胞信号转导)

1、 高级生化高级生化 前前 言言q q 细胞信号转导在生化研究中的地位细胞信号转导在生化研究中的地位 第一章第一章 细胞间的信息传递（细胞间通讯）细胞间的信息传递（细胞间通讯）第一节第一节 细胞外信号分子细胞外信号分子 一一. 激激 素素 激素由内分泌细胞分泌的，肽类，蛋白类，糖蛋白及一些小分子生物活性物质。 激素是内分泌系统的信号分子。根据物理性质不同，可分为水溶性激素和脂溶性激素两大类。 激素被分泌后，经血液循环到达靶细胞，通过膜受体或胞内受体对细胞活动发挥作用。 二二. 神经递质和神经肽神经递质和神经肽神经递质和神经肽组成分类神经递质和神经肽组成分类 三三. 生长因子生长因子生长因子的分类

2、生长因子的分类四四. 转化生长因子转化生长因子 五五. 细胞因子细胞因子 （一）白细胞介素（一）白细胞介素 （二）肿瘤坏死因子（二）肿瘤坏死因子 （三）（三）. 干扰素干扰素 （四）（四）. 化学趋化因子化学趋化因子化学趋化因子的分型化学趋化因子的分型（四个亚家族）（四个亚家族） （五）（五）. 集落刺激因子集落刺激因子 集落刺激因子的分类集落刺激因子的分类六六. 膜结合型胞外化学信号分子膜结合型胞外化学信号分子 参与胚胎发育的膜结合信号分子参与胚胎发育的膜结合信号分子膜结合型细胞因子膜结合型细胞因子白细胞分化抗原类膜结合信号分子白细胞分化抗原类膜结合信号分子常见的常见的CD型膜结合信号分子型

3、膜结合信号分子 细胞表面黏附分子类胞外信号分子细胞表面黏附分子类胞外信号分子七七. 细胞外基质类信号分子细胞外基质类信号分子细胞外基质分子分类细胞外基质分子分类 第二节第二节. 细胞间通讯的类型细胞间通讯的类型 一一. 直接联系型细胞间通讯直接联系型细胞间通讯间隙联接的结构间隙联接的结构直接联系的生理作用直接联系的生理作用二二. 直接接触型细胞间通讯直接接触型细胞间通讯配体受体受体受受体受体效应细胞靶细胞直接接触通讯的生理意义直接接触通讯的生理意义三三. 间接联系通讯间接联系通讯 （一）（一） 内分泌途径内分泌途径 （二）（二） 神经传递途径神经传递途径 （三）（三） 旁分泌和自分泌途径旁分泌

4、和自分泌途径 第二章第二章 胞外信号的跨膜转换胞外信号的跨膜转换 胞外信号的跨膜转换是细胞信号转导途径的重要环节。各种胞外信号到达靶细胞后，必须通过特定的机制转变为胞内信号，才能发挥调节作用。 甾体激素和气体分子可直接穿过细胞质膜进入胞内，与胞内受体结合调节细胞活动。 大多数水溶性激素，生长因子和细胞因子不能透过细胞质膜，必须经膜上的信号转换系统转变为胞内信号，才能发挥调节作用，产生生理作用。 质膜信号转换系统由质膜受体，G蛋白，酶及一些起连接作用的接头蛋白组成。不同的信息分子跨膜转化机制不同。第一节第一节 质膜受体质膜受体膜受体（receptor, R）是位于细胞质膜表面能接受并转导外界信号

5、刺激产生特定细胞内反应的蛋白质或糖蛋白。与受体结合的各种胞外信号分子称配体（ligand, L）。 二二. 质膜受体的分类质膜受体的分类 根据受体结构和信号转换机制不同，质膜体可分为离子通道受体，G蛋白偶 连的受体，催化性受体，酪氨酸蛋白激酶偶联受体和接头蛋白偶联性受体等。 GPI锚定蛋白类受体 其它类型受体 Wnt 受体 Notch 受体第二节第二节 膜受体信号跨膜转换机制膜受体信号跨膜转换机制离子通道性受体存在于神经，肌肉，腺体及各种组织细胞膜上.参与细胞内外的离子交换，维持膜内外离子浓度差，在膜静息电位维持，神经冲动的传递，肌肉收缩，腺体分泌及电解质平衡，内环境稳定等方面发挥重要作用。根

6、据通道开，关调控机制不同分为配体门控通道（LGCs），信号门控通道（SGCs）及电压门控通道（VGCs）三种类型。1. 配体门控通道受体配体门控通道受体 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。2. 电压门控通道性受体电压门控通道性受体 电压门控通道性受体胞外区没有配体结合部位。其通道的开放受膜电位调控。 结构特点是单个大分子多肽，每个分子含有四个同源重复序列。每个同源序列单位含6个跨膜片段。如电压门控Na

7、+通道和电压门控Ca2+通道。也可以由四个相同亚基组成，每个亚基含6个跨膜片段。3. 信号门控通道受体（信号门控通道受体（SGCs） 信号门控通道也称第二信使门控通道（second-messenger-orperated chanals, SMOCs）。此类受体胞内区含有与胞内信息分子结合区域。当细胞内信息分子 （cGMP，cGMP）水平增高时，信息分子与受体胞内部分结合，调节离子通道放。电压门控电压门控Na+通道和通道和Ca2+通道通道 电压门控电压门控K+通道通道信号门控离子通道受体信号门控离子通道受体二二. G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 G蛋白偶联受体主要参与各种激素，化学趋化因子的信息跨

8、膜转换过程。 目前已发现有数百种化学信号分子由G蛋白偶联受体来传递信号。 各种胞外信号分子作用于受体后，受体的化学信号由G蛋白进一步向胞内传递。G蛋白通过激活或抑制质膜内侧的能产生第二信使的酶或离子通道产生第二信使，将胞外信号 转变为胞内信号。1. G蛋白偶联受体的结构蛋白偶联受体的结构 G蛋白偶联受体为7次跨膜蛋白（图2-），其N端位于胞内侧，跨膜部分为疏水的螺旋，形成四个胞外环（E1E4）和四个胞内环（C1C4）。 胞外环是与胞外信号分子结合部位，胞内环C3和C4是受体与G蛋白的偶联部位。 受体受G蛋白受体激酶（GRKs）的调节。NCG蛋白偶联型受体的结构蛋白偶联型受体的结构质膜质膜胞外区

9、胞外区胞内区胞内区G G蛋白结合部位蛋白结合部位1 232. G蛋白的结构特点蛋白的结构特点 G蛋白即鸟苷酸结合蛋白，与受体偶联的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：分子量在3646KD之间，与细胞内其它小分子G蛋白（分子量21KD左右）有同源性，N端甘氨酸残基豆蔻酰化（十四烷酸），并以此使 G亚基与质膜结合。含有GDP/GTP结合位点，和GTP水解酶催化位点。 G亚基：分子量36KD，G亚基约78KD，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。异源三聚体异源三聚体G蛋白蛋白质膜质膜胞内侧胞内侧

10、胞外侧胞外侧G蛋白偶联型受体的结构蛋白偶联型受体的结构GPCR3. G蛋白的分类蛋白的分类 异三聚体G蛋白主要根据 G亚基分类。 目前约发现20余种G亚基，此外还发现6种亚基和12种 亚基，不同亚基组合形成的三聚体G蛋白可达上千种。 根据G亚基结构和功能以及对细菌毒素的酶感性不同可将三聚体G蛋白分为四个大类。4. G蛋白活性的调节蛋白活性的调节 异三聚体G蛋白有有活性和非活性两种形式。 非活性形式为GDP结合形式，是，和亚基结合形成的三聚体。活性形式为GTP结合形式。 G蛋白与活化的受体脱离，分为G亚基和G亚基，分别向下游传递信息。 此外，G蛋白还受一些细菌毒素和鸟苷酸类似物的调节。G蛋白的活

11、化机制蛋白的活化机制GDPGTPLLGTPACGTP活性型活性型G蛋白蛋白非活性型非活性型G蛋白蛋白LGDPACGDP/GTP交换交换活化活化失活失活PiGPCRGPCRGPCRAC5. G蛋白偶联受体信号转换机制蛋白偶联受体信号转换机制 最初研究认为，受体与配体结合使G蛋白活化，形成与GTP结合的活性G亚基（ G -GTP），进一步向下传递信息，由G -GTP来完成。而G 亚基无信息传递作用，只是将 G 亚基固定于受体的作用，这种作用模式称 G 调节模式。 后来又发现，游离的G亚基也可激活一些效应酶，一些是单独作用，一些是与G 亚基的协同作用。这种调节方式称 G调节模式或 G, G双调节模式

12、。 近年来研究又发现一些G蛋白偶联的7跨膜受体可直接与细胞内一些信息分子相互作用，激活胞内特定的信号通路，为非G蛋白依赖性调节模式。（1） G蛋白依赖性调节模式蛋白依赖性调节模式(3) G蛋白非依赖性调节模式蛋白非依赖性调节模式三三. 催化性受体信号跨膜转换机制催化性受体信号跨膜转换机制 催化性受体（catalycic receptors）是一大类具有酶活性的受体。为跨膜蛋白，由胞外区，跨膜区和胞内区三部分组成。 胞外区是受体与配体结合的部位，胞内区具有酶的催化活性。跨膜区为疏水肽段，作用是连接胞外区和胞内区。 根据酶的催化性质不同，可将催化性受体分为受体酪氨酸蛋白激酶，受体丝/苏氨酸蛋白激酶

13、，受体蛋白酪氨酸磷酸酶和受体鸟苷酸环化酶等。（一）受体酪氨酸蛋白激酶（一）受体酪氨酸蛋白激酶 受体酪氨酸蛋白激酶（receptor tyrosine protein kinase, 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。1. 受体酪氨酸蛋白激酶分类受体酪氨酸蛋白激酶分类 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

14、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富含半胱氨富含半胱氨酸结构区酸结构区免疫球蛋白免疫球蛋白样结构域样结构域酪氨酸激酶活性区酪氨酸激酶活性区不同类型受体型酪氨酸蛋白激酶的结构不同类型受体型酪氨酸蛋白激酶的结构EGFRVEGFRPDGFRFGFR插入序列插入序列IGFRINSR胞内侧胞内侧胞外侧胞外侧质膜质膜受体酪氨酸蛋白激酶亚类结构示意图受体酪氨酸蛋白激酶亚类结构示意图RPTK介导的信号跨膜转换机制介导的信号跨膜转换机制 受体与配体结合，受体形成二聚

15、体。 相互之间自身磷酸化，C末端酪氨酸残基磷酸化使胞内区酪氨酸蛋白激酶活化。 使效应蛋白酪氨酸残基磷酸化，产生生理效应。 C末端磷酸化的酪氨酸残基可与细胞内含有SH2结构的信息分子结合，激活其它信号通路。（RPTK介导的跨膜转换机制示意图）介导的跨膜转换机制示意图）受体型酪氨酸蛋白激酶介导的信号跨膜转导机制受体型酪氨酸蛋白激酶介导的信号跨膜转导机制1234567Receptor ExpressionLigand BindingHetero/homo-dimerizationTK activation & tyrosine phosphorylationSignal transductionRe

16、ceptor internalizationDegradation or reexpressionPPPPPPPPPPPPRasRafMEK 1/2MAPK/ERKGrb2SosJAKSTAT1STAT3P13KAKT（二）受体丝氨酸（二）受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶 受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Receptor S/T protein kinase, RSTPK）的配体是转化生长因子超家族，又称TGF受体家族. 有20多个成员，TGF受体分型和型两种。配体必须同时结合两型受体才能使受体活化，TGF家族的每一个成员都有相对应的两个受体。TGFR的结构特点的结构特点 I型， 型均为单

17、跨膜受体，配体须与两型受体结合。 I型受体胞外区短，不能与配体结合，胞内区有GS结构域。（TTSGSSGLP序列）其中的T和S可被 型受体的丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化，使型受体胞内丝氨酸激酶激活，负责向胞内传递信息。TGF受体结构示意图受体结构示意图4. TGFR介导的信号跨膜转换机制介导的信号跨膜转换机制 配体与型受体结合.型受体变构，与I 型受体结合，形成 I型和型受体复合体。 型受体的丝氨酸/苏氨酸激酶催化I型受体GS结构域S/T磷酸化，活化I型受体的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，后者磷酸化转录因子smad，调节基因表达。（三）受体蛋白酪氨酸磷酸酶（三）受体蛋白酪氨酸磷酸酶 受体蛋白酪氨酸磷酸酶

18、（RPTP）的配体多为白细胞和淋巴细胞表面抗原及黏附分子，其配体大多不明。 RPTP均为单跨膜蛋白，胞内区具有蛋白酪氨酸磷酸酶催化结构域，主要参与细胞间识别，粘连，淋巴细胞活化等。1. 受体蛋白酪氨酸磷酸酶的分类受体蛋白酪氨酸磷酸酶的分类 根据受体胞外结构特点不同，可将RPTP分为以下几类。 CD45 白细胞共同抗原相关受体 （leukocyte common antigen-related receptor, LAR） RPTP 双特异性白细胞共同抗原相关受体 （dual spicificity LAR） 双特异性蛋白酪氨酸磷酸酶 （dual spicificity tyrosine pho

19、sphotase, DPTP） HPTP和HPTP（四）受体鸟苷酸环化酶（四）受体鸟苷酸环化酶 受体型鸟苷酸环化酶（RGC）分三个亚型RGC-A，RGC-B和RGC。 RGCA和RGCB分布于脑细胞质膜，配体为心钠素/钠尿激肽（ANP/AP）。作用是利尿，排钠降血压. RGC分布于肠黏膜和精细胞质膜，配体是大肠杆菌肠毒素（enterotoxin），配体与受体结合导致腹泻，提高精子活动力。受体鸟苷酸环化酶结构及信号转化机制受体鸟苷酸环化酶结构及信号转化机制 为跨膜蛋白，胞外配体结合区，跨膜区和胞内催化区组成。 受体与配体结合后可激活胞内催化区，催化GTP生成CGMP，CGMP活化PKG，使效应蛋

20、白磷酸化产生生理效应，也可直接或间接作用于离子通道改变其通透性。四酪氨酸蛋白激酶偶联受体四酪氨酸蛋白激酶偶联受体 酪氨酸蛋白激酶偶联的受体（PTK-coupled receptors , 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（oncostatia M, 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。(一）酪氨酸蛋白激酶偶联受体结构特点一）酪氨酸蛋

21、白激酶偶联受体结构特点 酪氨酸蛋白激酶偶联受体分胞内区，胞外区和跨膜区。 受体共同特点是胞外区有4个保守的半胱氨酸残基形成两个二硫键，胞外近膜区有WSXWS结构，起维持胞外空间结构作用。 胞内结构近膜区有富含脯氨酸的Box结构，是与JAK作用的重要位点。远膜区有可被磷酸化的酪氨酸残基。（如图）（二）酪氨酸蛋白激酶偶联受体分类（二）酪氨酸蛋白激酶偶联受体分类 酪氨酸蛋白激酶偶联受体根据配体及共用亚基分类。 各种细胞因子受体的亚基均是特异的，决定受体配体特异性。二聚体受体中，亚基是共用的，三聚体受体中，亚基是共用亚基，共用亚基负责向胞内传递信息。 根据共用亚基不同，可将细胞因子受体分为以下几类。1

22、共用共用IL-3受体受体亚基的细胞因子受体亚基的细胞因子受体 此类受体包括IL-3，IL-5和GM-CSF受体，亚基为配体结合亚基，亚基为信号传递亚单位，为二聚体，它们共用130KD的亚基。 亚基与配体亲和力低，亚基赋予亚基高亲和力。因共用一个亚基，其作用也相同，均作用于造血细胞，促使造血干细胞定向分化。共用共用IL-3R亚基细胞因子受体模式图亚基细胞因子受体模式图 2共用共用IL-2受体受体亚基的细胞因子受体亚基的细胞因子受体 共用IL-2R受体亚基的细胞因子包括IL-2R，IL-4R，IL-7R，IL-9R，IL-13R和IL-15R等。 此类受体均有相应的和亚基。共用亚基为347aa，分

23、子量为75KD的单跨膜蛋白。IL-2R亚基与T细胞发育及功能有关，故上述各种细胞因子参与T细胞发育及功能调节。 IL-2R基因异常，导致严重免疫缺陷。共用共用IL-2R亚基受体结构示意图亚基受体结构示意图 3共用共用IL-6R亚基（亚基（gp130）的细胞因子受体的细胞因子受体 共用gp130的细胞因子受体有IL-6R,IL-11R,LIFR,OSMR,CNTFR（睫状神经营养因子）等，这类受体的配体都有相似生物学活性。 除各有一个高亲和力的亚基外，共用130KD糖蛋白。Gp130为信号传导亚单位。 共用共用gp130亚基细胞因子受体结构图亚基细胞因子受体结构图4其它蛋白酪氨酸激酶偶联细胞因子

24、受体其它蛋白酪氨酸激酶偶联细胞因子受体 除上述三种类型的蛋白酪氨酸激酶偶联受体外，还有一些细胞因子受体有自己相应的亚基。如IL-1R,IL-8R,IL-10R,IL12R,TPOR,EPOR,IFNR,IFNR, IFNR等。5白细胞抗原类蛋白酪氨酸激酶偶联受体白细胞抗原类蛋白酪氨酸激酶偶联受体 一些白细胞抗原如CD3,CD4,CD8,CD2,CD28和CD79a/CD79b（Ig/Ig）也属于蛋白酪氨酸激酶偶联的受体，其配体多为膜结合表面信号分子。 主要在白细胞活化过程中参与信号传导。这类受体结构特征是胞内区含有富含酪氨酸残基的保守区，又称免疫受体酪氨酸活化基序（immuno-recepto

25、r tyrosin-based activation motif, ITAM）。 ITAM是受体信号传递的重要结构，当受体活化后可与胞浆内蛋白酪氨酸激酶结合。如fyn, lyn, lck和ZAP-70，syk等。 （三）酪氨酸蛋白激酶的分类（三）酪氨酸蛋白激酶的分类 根据与膜结合情况不同。可将酪氨酸蛋白激酶分为受体蛋白酪氨酸激酶， 膜结合的蛋白酪氨酸激酶和胞浆可溶性蛋白激酶三型。 受体型蛋白酪氨酸激酶： 十几个亚家族（见催化性受体）蛋白酪氨酸激酶 质膜结合的酪氨酸蛋白激酶： Src, Fyn, Lyn, Lck, Yes, BLk, Fgr Jak, 胞浆可溶性蛋白酪氨酸激酶： Syk, ZA

26、P-70, Fes, Abl, Itk, Btk, Csk, Flk, Bcr, Fer, Fes, Fps等 根据结构同源性分类 Src家族:Src、Lck、Lyn、Fyn、Yes、 cFgr、 hck、Rak/Frk、Blk、GckBsk Janus家族: Jak1-Jak3、Tyk2非受体酪氨酸激酶 csk家族:csk、ctk/ntk Syk家族: Syk、ZAp-70 c-Abl家族: c-Abl、Bcr、Arg Fer家族: Fer、Fes、Fps Bek家族: Bek/Atk/Bpk/Emb、Tec、Emt 、Bmx、Txk/Rlk、Dsrc28C、 FAK/Pyk、Brk/Sik

27、、Ilk （四）蛋白酪氨酸激酶偶联受体信号转换机制（四）蛋白酪氨酸激酶偶联受体信号转换机制 蛋白酪氨酸激酶偶联的受体胞内区无激酶催化区。 受体活化后信息由酪氨酸激酶向下游传递，可以是膜结合型，也可以是可溶性酪氨酸蛋白激酶。 当受体活化后，形成多聚体，由专一的亚基负责向胞内传递信息，一般亚基是配体结合单位，共用亚基是信息传递的单位。共用共用白介素白介素2-亚基信号转换机制亚基信号转换机制五衔接蛋白偶联的受体五衔接蛋白偶联的受体 衔接蛋白（adaptor）或接头蛋白、适配体蛋白,衔接蛋白偶联的受体为单跨膜受体，其结构特点是胞内区没有激酶催化区，也没有与酪氨酸蛋白激酶偶联部位。 其受体活化后信号向下

28、游的传递依靠胞内一些称做接蛋白的信息分子来完成，此类受体以肿瘤坏死因子受体家族为代表。 （一）肿瘤坏死因子受体家族及配体（一）肿瘤坏死因子受体家族及配体 肿瘤坏死因子受体（TNFR）家族已发现十多个成员，不同的受体有相应的配体。活性形式为三聚体。各型受体所对应的配体如下： 受 体 配体 . TNF-R1 TNF FAS(Apo-1,CD95) FAS-L(Apo-1L,CD95L) TRUNDD(DcR2) TRAIL(Apo-2L) DR3(Wsl-1,Apo-3, TRAMP,LARD) TWEAK(Apo-3L) DR4 TRAIL(Apo-2L) DR5 TRAIL(Apo-2L) D

29、cR1 TRAIL(Apo-2L) LTR LT（二）肿瘤坏死因子受体结构及信号转换机制（二）肿瘤坏死因子受体结构及信号转换机制 肿瘤坏死因子受体为单跨膜蛋白，其结构特点是胞外区有富含半胱氨酸的假重复序列，胞内区很短，无催化活性和与酪氨酸蛋白激酶偶联部位。 但有与一些接蛋白接合部位，可通过接蛋白寡集下游信息分子。主要参与对细胞凋亡，增殖，分化的调控及产生细胞毒作用。 （三）与信号转导有关的衔接结构及其相关蛋白（三）与信号转导有关的衔接结构及其相关蛋白 衔接蛋白是细胞内参与信号转导的重要信息分子，其作用是在受体与下游信息分子之间起偶联作用。 衔接蛋白大多无催化活性，但含有与受体或下游信息分子之间

30、相互识别结合作用的结构域，这些结构称衔接结构。 目前发现的与信号转导作用的衔接结构约30余种。其作用是将各种信息分子募集到细胞质膜附近，使信息分子局部浓度提高，以便于对细胞信号的转导。 1. SH2结构及其相关蛋白结构及其相关蛋白 SH2结构（Src homology domain2）专门识别蛋白肽链磷酸化的酪氨酸残基。 SH2结构存在于多种信息分子中，包括接头蛋白，酪氨酸蛋白激酶，蛋白磷酸酶，小分子G蛋白，GTP交换因子，转录因子等。 生 长 因 子 结 合 蛋 白 ( g r o w t h f a c t o r receptor ,grb) 衔接蛋白 包括grb2,grb7,grb10

31、,grb14. 胰岛素受体底物（insulin receptor substrate1, Irs) 有IRS1和IRS2 Sch(src homologue and collegen like protein) 酪氨酸蛋白激酶（TPK），大部分胞内TPK均含SH2结构SH2结构信息分子 酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP） PLC及PI3K（P85亚基） GTP交换因子 转录因子（TF）:STAT 2. SH3结构及相关蛋白结构及相关蛋白 SH3结构（Src homology domain3），专门识别肽段中富含脯氨酸的氨基酸残基序列。 上述各种含有SH2结构的信息分子也大多数同时含有SH3结构。 3.

32、 PH结构及相关分子结构及相关分子 PH结构（Plecstrin homology, PH, 血小板-白细胞激酶同源结构），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。 主要作用是将含有PH结构的信息分子固定于细胞质膜内侧，含有PH结构的蛋白有百余种，重要的有PLC, Ras, PKB, PDK, PKBK等。4. 死亡结构与相关分子死亡结构与相关分子 死亡结构域（death domain, DD）是死亡受体（death receptor, DR）和与DR相结合的一些衔接蛋白所共有的一种接结构，含有DD

33、结构的各种分子可借助于死亡结构而聚集成簇，从而参与细胞信号传导。 含DD结构的信息分子有受体。主要是各种肿瘤坏死因子超家族和接蛋白，如肿瘤 坏 死 因 子 受 体 1 死 亡 区 连 接 蛋 白（TNFR1-associated death domain protein, TRADD），Fas死亡区连接蛋白（Fas-associated death domain protein, FADD），受体相互作用蛋白（receptor interacting protein, RIP）等。5. 14-3-3结构结构 14-3-3结构专一识别肽链中磷酸化丝氨酸基团，14-3-3结构蛋白与一些信息分子如R

34、af磷酸丝氨酸位点结合可抑制Raf蛋白激酶活性。 六、六、GPI锚定蛋白类受体锚定蛋白类受体 此类受体依靠糖基磷脂酰肌醇锚定于细胞表面，既没有跨膜区。又没有胞内区。因此，受体与配体结合后，信号进一步向胞内传递需一些跨膜蛋白参与。 GPI锚定蛋白类受体主要参于胚胎发育、神经系统发生、免疫细胞活化等活动的调节，其配体多为膜结合型信号分子。RasTPKLLRRRRR跨膜受体跨膜受体GPI锚定蛋白类受体Ras家族G蛋白Src家族酪氨酸蛋白激酶GPI锚定蛋白类受体介导的细胞外信号跨膜转导机制R含不饱合脂肪酸磷脂含饱合脂肪酸磷脂胆固醇GPI锚 几种重要的几种重要的GPI锚定蛋白类受体锚定蛋白类受体 1、神

35、经胶质细胞衍生的神经营养因(GDNF）受体GFRa。GFRa GDNF家族有4个成员，包括GDNF、NTN(neurturin)、PSP(persephin)和ART(arfimin)，其相应受体为GFRa1- GFRa4 。 GFRa与配体结合后作用于受体酪氨酸蛋白激酶Ret,Ret发生二聚化活化，激活ERK/MAPK和PI3k/Akt信号途经。参于神经元生长、存活、分化、再生和突触形成。 2、勿动蛋白（Nogo）受体NgR。 NgR的配体包括Nogo、MAG（myelin associated glycoprotein)和 Omgp(oligodendrocyte myelin glyco

36、protein)。三者均为神经胶质细胞质膜蛋白。 NgR与配体结合后通过肿瘤坏死因子受体P75向胞内传递信息，主要功能是抑制神经元再生和轴突形成。 CD14、 CD16、接触素（F3/F11/contactin）等。七、其它类型的受体七、其它类型的受体 除上述各种经典的受体外，近年来有发现了一些新的受体，其介导的细胞信号跨膜转导机制与前述的受体完全不同。其中包括Notch受体和Wnt蛋白的受体Frizzeled等。SSLSSLL金属蛋白酶金属蛋白酶Notch 胞浆裂解片段胞浆裂解片段KuzNotchSu(H)P促进转录促进转录NotchNotchNotch受体介导的信号跨膜转导机制受体介导的信

37、号跨膜转导机制DeltaSerrate第三章第三章 细胞信号转导通路细胞信号转导通路 细胞外信号作用于靶细胞并产生相应的生理反应过程是由多种信息分子参与的级联反应过程，其传递过程既包括构象信息的传递环节，又包括酶促级联反应环节。 一般将胞外信号产生，作用于靶细胞并产生生理反应的一系列级联反应称做细胞信号转导途径或通路（Cell signaling pathway） 每一个信号转导通路都由多种信息分子参与，其中包括受体、G蛋白、衔接蛋白，信息酶（产生第二信使）、蛋白激酶、胞内信号分子及转录因子等。 不同的信号转导通路，其信号转导机制、复杂程度不同，参与的信息分子也不同。 第一节第一节 G蛋白偶联

38、受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径 G蛋白偶联受体是一大类介导胞外化学信号分子，包括激素等跨膜转换的质膜受体。 此类受体与下游信息分子之间的信号转导需借助于G蛋白的偶联作用。 其偶联的下游分子常是能催化产生小分子信息分子的酶，另外，也可作用于离子通道、调节离子通道的开放及关闭。 G蛋白偶联的下游分子蛋白偶联的下游分子 G蛋白偶联激活的下游分子包括腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C(PLC)、磷脂酶A2(PLA2)、鸟苷酸环化酶以及K+Na+Ca+离子通道等。 其效应亚基多是亚基，也可是亚基，或者二者协同作用的结果。PPATPcAMPPIP2DGIP3PLCACPKAPKCP活化活

39、化ERKCaMCa2+SRCN端GsGiGq腺苷酸环化酶磷脂酶CG蛋白偶联受体活化的细胞内信号转导途经cGMP-PDEGDPGTParrestin-内质网一一. 环化腺苷酸依赖的蛋白激酶信号通路环化腺苷酸依赖的蛋白激酶信号通路 环化腺苷酸依赖的蛋白激酶信号通路又称PKA信号通路。该信号转导通路是发现最早,研究最彻底的G蛋白偶联信号通路。 PKA信号通路是多种激素发挥调节作用的重要通路，其作用是调节物质代谢。 该信号通路以cAMP的产生和PKA的活化为特征。参与偶联作用的G蛋白属于Gs 和Gi家族。（一）腺苷酸环化酶的分类和结构（一）腺苷酸环化酶的分类和结构 目前已发现八种腺苷酸环化酶（ACAC

40、），均为120KD的12跨膜蛋白，可分为两个跨膜结构域，每个跨膜结构域含六个跨膜肽段。在胞质区有两个催化结构域。 八型AC均可被Gs的亚基激活，但对G亚基的反应不同。G亚基抑制型AC，激活型和型AC，G对其他亚基无影响。 另外还发现存在着胞浆可溶性AC（sAC）,受HCO3-离子的激活。2三磷酸肌醇三磷酸肌醇二脂酰甘油二脂酰甘油双信使信号转导通路双信使信号转导通路 三磷酸肌醇（IP3）二脂酰甘油(DG)信号转导通路是G蛋白偶联受体所参与的另一条重要的信号通路，其在受体与效应酶之间发挥偶联作用的是GQ家族的异质三聚体G蛋白。 该信号通路以产生两个第二信使即IP3和DAG以及蛋白激酶C活化为主要特

41、征。 IP3DAG双信号通路参与多种细胞活动的调节。 三磷酸肌醇和二脂酰甘油的产生三磷酸肌醇和二脂酰甘油的产生 IP3和DAG 由磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解产生，催化这一反应的是磷脂酶C(PLC)。 PLC可水解PIP2甘油第三位上的磷脂键，形成IP3和DAG。DAG也可来自磷脂酰胆碱的降解。其产生机制不同。 两种来源的DAG在信号传递中的作用不同。 PIP2水解和水解和IP3、DAG的产生的产生 IP3和DAG 可由PIP2水解产生，催化其反应的是PIP2特异的PLC。 由此途径产生的IP3和DAG常发生在反应初期，速度快，持续时间短。 PIP2水解和水解和IP3，DG的产生的产生 O

42、 O CH2-O-C-R1 R2-C-O-CH O- CH2-O-P-O- O 磷脂酰胆碱与磷脂酰胆碱与DAG的产生的产生 磷脂酰胆碱来源(PC)的DG，其产生有多种方式. 不同情况下其产生机制也不同。 PLD 磷脂酸酶（1） PC 磷脂酸（PA） DG 胆碱 Pi PC特异的PLC （2） PC DG 磷酸胆碱 磷脂酶磷脂酶C(PLC)的分类的分类 根据结构同源性可将PLC分为PLC、PLC和PLC三个亚型。 每一型又有数个成员，为单链，含有两个保守的催化区域。 三个亚家族之间氨基酸残基同源性33-43%，同一亚家族内同源性高达74%。 不同的亚型其活化机制不同。 PLC: PLC1PLC4

43、, 受GQ, G11, G14, G16和G激活。 磷脂酶C（PLC） PLC: PLC1PLC2, 含SH2结构，生长因子受体激活。 PLC: PLC1PLC3, FFA, Cer激活。 PLC的活化机制的活化机制 不同的PLC亚家族的活化机制不同。 PLC由G蛋白偶联受体活化，激活PLC的G蛋白属GQ家族，包括GQ、G11、G14、G15、G16等等。所有PLC亚家族都受G激活, PLC2和PLC3也受GQ亚基激活。 PLC含有SH2结构，其活化由受体酪氨酸激酶参与。 PLC活化机制尚不清楚。 PLC活化机制模式图活化机制模式图 三磷酸肌醇和二脂酰甘油的作用三磷酸肌醇和二脂酰甘油的作用 P

44、LC 催化PIP2水解产生两个胞内第二信使IP3和DAG，信息进一步向胞内传递由IP3和DAG完成。 DAG可活化蛋白激酶C（PKC）, 激活的蛋白激酶使下游效应蛋白磷酸化，产生各种生理反应。 IP3可作用于内质网膜上的IP3受体，开放内质网膜上的Ca2+通道，使钙库释放Ca2+，升高胞浆钙水平，导致一系列钙依赖性事件。蛋白激酶蛋白激酶C的活化的活化 蛋白激酶C（PKC）家族包括十几个成员，均是由一条肽链组成，分子量70-90kD,分为N端调节区和C端催化区两个功能区。 所有PKC成员催化区结构相近，其区别在于调节区。根据调节区结构及调节机制不同，可将PKC分为典型PKC（cPKC）、新PKC

45、(nPKC)和非典型PKC（aPKC）三个亚型，每一亚型由数个成员组成。蛋白激酶蛋白激酶C的分类及性质的分类及性质 典型PKC (classical pkc, PKC) 1 PS, DG, Ca2+ 激活 PKC 新型PKC (new pkc, PKC) PS, DG 激活 非典型PKC (atypical pkc, PKC) PS 激活 蛋白激酶蛋白激酶C激活机制激活机制 蛋白激酶C有膜结合型和存在于胞质的两种形式，只有与质膜结合后PKC才能被活化。 PKC从胞质向质膜上的重新分布是PKC激活的前提条件，细胞内Ca2+升高有助于PKC向膜上定位。 PKC的激活需Ca2+、磷脂酰丝氨酸（PS）

46、和DG的同时作用，活化的PKC是“PKC PS4 DG Ca2+”的复合体。蛋白激酶蛋白激酶C的作用的作用 代谢调节：糖代谢的多种酶，如糖原合成酶、糖原磷酸化酶激酶和6-磷酸果糖激酶都受PKC的磷酸化调节。 对离子转运功能的调节：对离子通道或Ca2+泵磷酸化调节。 对膜受体功能的调节：使受体磷酸化，降低受体与配体的亲和力，调节信号跨膜转导。 对转录过程的调节：PKC磷酸化IkB,使IkB从NF-kB脱落，活化NF-kB。IP3与钙动员与钙动员 IP3作用于内质网膜IP3受体引起钙动员，细胞内游离Ca2+升高。 Ca2+作为细胞内另一种重要的第二信使，进一步参与信号的传递。Ca2+的靶分子是各种

47、钙结合蛋白。 Ca2+的升高使各种钙结合蛋白活化，产生相应的生理效应。 各种钙结合蛋白中最重要的是钙调蛋白（calmodulin, CAM）。 钙调蛋白为单肽链分子，一分子钙调蛋白可结合四分子Ca2+。当Ca2+浓度10-2mmol/l时，钙调蛋白与Ca2+结合而活化。 活化的钙调蛋白可与靶分子结合，调节其活性， 如Ca2+-ATP酶，PDE酶，腺苷酸环化酶等，也可激活一些蛋白激酶，使信号通路进一步延伸。Ca2+和和CaM依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶 依赖的蛋白激酶可包括三类：1. 多功能钙调素依赖的蛋白激酶（CaMK）此类蛋白激酶底物很广，使许多蛋白质丝氨酸和(或苏氨酸残基）磷酸化。包括Ca

48、MKCaM几种亚型。2. 底物专一的钙调素依赖性蛋白激酶，此类蛋白激酶底物专一，专门催化特定的底物蛋白磷酸化。包括肌球蛋白轻链激酶（参与肌肉收缩），磷酸化酶激酶（PhK糖原代谢调节）等。3. CaM样蛋白激酶（或Ca2+依赖性蛋白激酶）具有激酶结构，自身有CaM样结构，故其活化不需要CaM，必须有Ca2+的存在，属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。第二节第二节 催化性受体介导的信号转导途径催化性受体介导的信号转导途径 催化性受体包括受体酪氨酸蛋白激酶，受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，受体酪氨酸蛋白磷酸酶和受体鸟苷酸环化酶。 不同的催化性受体传导细胞外不同类型的化学信号信息，启动细胞内不同的信号通路，其功能也

49、截然不同. 其中最重要的是受体酪氨酸蛋白激酶和受体丝氨酸蛋白激酶介导的信号传递通路。一、受体酪氨酸蛋白激酶介导的信号通路一、受体酪氨酸蛋白激酶介导的信号通路 此类信号通路的典型代表是有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitoge activated protein k i n a s e , M A P K ） 信 号 途 径 ， 又 称MAPKinase信号通路 该信息通路主要参与胞外生长因子类化学信号及辐射、紫外线、过氧化物，热休克、脂多糖、渗透压等物理变化信号的传导.DAG/IP3 以MAPK活化及激酶瀑布形成为特征，还有各种信息分子如衔接蛋白、小分子G蛋白、GTP交换因子等的参与， 该途径主要

50、作用是对细胞的增生、分化、的调节。（一）（一）MAPKinase信号通路的组成信号通路的组成MAPKinase信号通路是体内最复杂的细胞信号通路之一，参与的信息分子众多，并 且 细 胞 内 存 在 着 数 条 平 行 的MAPKinase途径，在哺乳动物细胞中起码存在着三条以上的MAPK途径，各条途径之间相互交叉，关系错综复杂。1、MAPKinase结构特征分类结构特征分类 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1

51、87个氨基酸残基序列称做TXY模体（TXY motif）， 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。 ErK（extracellarly-responsive kinase，ErK） 亚家族，含有TEY模体、有ErK1 ErK3几个成员。MAPK JNK/SAPK（c-Jun N末端激酶/应激活化的蛋白 激酶，stress activated protein kinase）亚家族， 含TPY模体，有JNK1JNK3 P38亚家族：含TGY模体2、MAP Kinase Kinase结构特点与分类结构特点与分类 各型MAPKinase活化的首要条件是185苏氨

52、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MAPKinase 185苏氨酸和187酪氨酸残基磷酸化，将其激活，MAPKinase Kinase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、MEK2MAPKK JNKK家族：JNKK （c-Jun N末端激酶的激酶） MKK家族：MKK3、MKK63、MAPKinase Kinase Kinase的

53、分类的分类 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MAPKinase Kinase Kinase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：Raf A、B、C MEKK亚家族：（MEK激酶） ASK亚家族 （apoptosis sigualig-regulating kinase） 4、MAPKinase 活化与激酶瀑布活化与激酶瀑布 MAPKinase的活化是由三级蛋白激酶组成的磷酸化级连反应，常将其称为激酶瀑布（kinase casc

54、ade）。 在哺乳动物细胞中最少存在三条以上的激酶瀑布，在酵母细胞可有5条甚至更多的激酶瀑布。5、MAPK信号途径的衔接蛋白信号途径的衔接蛋白 衔接蛋白的作用是在受体与下游分子之间起信息偶联作用。 MAPK信号通路中的衔接蛋白主要是两个 ， 一 个 生 长 因 子 受 体 结 合 蛋 白（growth fator receptor binding protein, Grb），Grb也是一个蛋白质家族，包括多个成员，重要的是Grb2。 再一个是胰岛素受体底物（insulin receptor subst，IRS），包括IRS1和IRS2。二者含有SH2结构，可借助SH2结构与受体磷酸化酪氨酸位点

55、结合。 Grb有SH3结构，可借助结SH3结构与下游效应分子（SOS）结合，将下游分子与受体偶联在一起。 IRS1除SH2结构外，自身有可被磷酸化的酪氨酸位点，当IRS1与受体结合后，自身的酪氨酸残基被受体激酶磷酸化，IRS1借助磷酸化的酪氨酸残基位点与下游效应分子结合。6、小分子、小分子G蛋白蛋白 参与MAPKinase信号途径信号传递的另一类重要信息分子是小分子G蛋白。 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。 根据同源性远近可将Ras分为几个家族，每个家族又可进一

56、步分为亚家族，一个亚家族有多个成员组成。 其中Ras和Rho家族参与信号传递。Ras超家族分类见表。Ras G蛋白超家族蛋白超家族 Ras家族：参与细胞信号转导，为膜结合型 Rho家族（Ras Nomology, Rho） 参与信号传导， 可溶性RasSF Arf家族（ADP-ribosy lation, 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-Ras Rap亚家族：Rapla、Rap1b、Rap2a、 Ras Rap2b RalA

57、、RalB Rheb、TC21 RhoA、PhoB、PhoC Rho Rac1、Rac2 其它：、CDC42、RhoG、TC10小分子小分子G蛋白活性调节蛋白活性调节 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）。GDPGTPGGGTPGDPGEFPiGAP非活性型非活性型活性型活

58、性型活性与非活性型小分子活性与非活性型小分子G蛋白的相互转变蛋白的相互转变GTP交换因子与交换因子与GTP酶活化蛋白酶活化蛋白 GTP交换因子的作用是促进G蛋白结合的GDP与GTP交换，活化G蛋白。 参与MAPK信号通路的GEF主要是SOS（Son of Sevenless）、Shc、Vav、Crk等。 GTP酶活化蛋白的作用是激活G蛋白的GTP水解酶，使G蛋白由GTP结合型转变为GDP结合型，与下游效应分子分离，终止调节过程。不同的小分子G蛋白有相应的GEF和GAP。 GEF家族成员家族成员 SoS：SoS1、SoS2 Vav：Vav1、Vav2、Vav3 RhoGEF： GEF Tiam：

59、Tiam1 Ras-GRF：Ras-GRF1、Ras-GRF2 Ras-GRP： FGD3：FGD1、FGD2、FGD3 RCC1、C3G、Lfc、LsC、Lbc、 Dbl、Ost、 Ect2、Frabin、BrxGTP酶活化蛋白酶活化蛋白 GTP酶活化蛋白包括Rho-GAP、Ran-GAP1、Ral-BP1、Rac-GAP、CDc42-GAP1、GBP1GBP2、Olgophrenin-1、Rap1GAP1、2、Rap-Dexras1MAPKinase信号转导途经信号转导途经SH3SH3SH2SOSRasRafRafMEKMEKMAPKPMAPKPPMAPKPP活性活性非活性非活性非活性非活

60、性活性活性非活性非活性活性活性Elk-1Elk-1PElk-1PSRFPSRFPSRF核内核内胞液胞液胞外胞外RTPKPPRTPKRTPKL LGrb2顺式元件顺式元件磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-3-激酶激酶/蛋白蛋白 激酶激酶B信号转导通路信号转导通路 磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶/蛋白激酶B（PI3K/PKB/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。 （一）参与（一）参与PI3K/Akt信号通路的信息信号通路的信息分子分子 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