细胞通讯 (3)ppt课件

1、 细 胞 通 讯 Cell communication 细细 胞胞 信信 号号 发发 放放 Cell signalingCell signaling 细细 胞胞 信信 号号 转转 导导 Cell signal Cell signal transductiontransduction 多细胞生物顺应环境、调理代谢离不开内外环境多细胞生物顺应环境、调理代谢离不开内外环境与细胞、细胞与细胞之间的细胞通讯与细胞、细胞与细胞之间的细胞通讯cell communication，这是生物存活、生长、分化，这是生物存活、生长、分化，以及多细胞、多组织系统执行正常功能的需求。以及多细胞、多组织系统执行正常功能的

2、需求。 这种针对内外源信息所发生的细胞应对过程称为这种针对内外源信息所发生的细胞应对过程称为信号转导信号转导signal transduction。 年度年度 重要发现重要发现 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者1923年年胰岛素胰岛素Frederick Grant BantingJohn James Richard Macleod1936年年神经冲动的化学传递神经冲动的化学传递Henry Hallett DaleOtto Loewi1950年年肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素Edward Calvin KendallPhilip Showalter HenchTadeus Reichstein1970

3、年年神经末梢的神经递质的合成、神经末梢的神经递质的合成、释放及灭活释放及灭活Sir Bernard KatzUlf von EulerJulius Axelrod1971年年激素作用的第二信使机制激素作用的第二信使机制Earl Wilber Sutherland1982年年前列腺素及相关的生物活性物前列腺素及相关的生物活性物质质Sune K. BergstrmBengt I. SamuelssonJohn R. Vane1986年年生长因子生长因子Stanley CohenRita Levi-Montalcini年度年度重要发现重要发现诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者1992年年蛋白质可逆磷酸化调

4、节机制蛋白质可逆磷酸化调节机制Edmond H. FischerEdwin G. Krebs1994年年G蛋白及其在信号转导中的作用蛋白及其在信号转导中的作用Alfred Gilman，Martin Rodbell2019年年一氧化氮是心血管系统的信号分子一氧化氮是心血管系统的信号分子Robert F. Furchgott，Louis J. Ignarro，Ferid Murad2000年年神经系统有关信号转导神经系统有关信号转导Arvid Carlsson，Paul Greengard，Eric R. Kandel2019年年细胞周期的关键调节分子细胞周期的关键调节分子Leland H. H

5、artwellR. Timothy HuntPaul M. Nurse2019年年细胞膜离子通道作用机制细胞膜离子通道作用机制Peter AgreRoderick MacKinnon2019年年嗅受体及其作用机制嗅受体及其作用机制Richard Axel，Linda B. Buck2019年年泛素介导的蛋白质降解泛素介导的蛋白质降解Aaron Ciechanover，Avram Hershko，Irwin Rose 代谢调控概述代谢调控概述 物质交换物质交换物质流物质流 能量转换能量转换能量流能量流 信息流动信息流动信息流信息流 代代 谢谢metabolismetabolism m 合成代谢合

6、成代谢(Catabolism)(Catabolism)代谢代谢 分解代谢分解代谢(Anabolism)(Anabolism) 按方向分按方向分代谢的本质：代谢的本质： 一系列的酶促化学反一系列的酶促化学反响响S SA AB BC CD DE EL LZ ZL LM MN NO OP PT TZ ZT T底物底物中间产物中间产物终产物终产物代谢途径代谢途径metabolic pathwaymetabolic pathway 完成某一代谢过程的一组相互衔完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶促反响的总和。接的酶促反响的总和。代谢途径的分类代谢途径的分类 线状代谢途径：如由乙酰线状代谢途径：如由乙酰Co

7、A合成胆固醇合成胆固醇 分支状代谢途径：有枢纽点存在分支状代谢途径：有枢纽点存在 环状代谢途径：如环状代谢途径：如TAC、鸟氨酸循环、鸟氨酸循环线状代谢途径线状代谢途径环状代谢途径环状代谢途径分支状代谢途径分支状代谢途径GluFatAmino acid 细胞内复杂的代谢网络细胞内复杂的代谢网络像迷宫一样像迷宫一样nucleeus代谢途径速度和代谢途径速度和/ /或方向的调控或方向的调控限速酶限速酶(limiting velocity enzymes)(limiting velocity enzymes)或或关键酶关键酶(key enzymes)(key enzymes)： 决议一条代谢途径速度

8、和决议一条代谢途径速度和/ /或方向的关或方向的关键所在；键所在； 是代谢途径的调控点。是代谢途径的调控点。 所催化的反响速度最慢酶活性最低； 位于代谢途径的最前方或分支处； 催化单向不可逆反响或非平衡反响； 经常是变构酶、化学修饰酶、诱导酶或阻遏酶受多种效应剂的调理。限速酶的特点：限速酶的特点：细胞程度的代谢调理细胞程度的代谢调理 最根本、最原始的调控方式；最根本、最原始的调控方式； 是单细胞生物的主要调控方式；是单细胞生物的主要调控方式； 高等生物依然保管了这种调理方式；高等生物依然保管了这种调理方式； 除了个代谢途径在细胞内的空间隔离分布外，除了个代谢途径在细胞内的空间隔离分布外，更多的

9、是经过代谢物浓度改动的调理。更多的是经过代谢物浓度改动的调理。细胞内酶的隔离分布细胞内酶的隔离分布代谢途径有关酶类经常组成多酶体系，分布于代谢途径有关酶类经常组成多酶体系，分布于细胞的某一区域细胞的某一区域 。 多酶体系在细胞内的分布多酶体系在细胞内的分布多酶体系多酶体系分分 布布糖酵解糖酵解胞液胞液磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖异生糖异生糖原合成糖原合成三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体线粒体胞液胞液胞液胞液胞液胞液多酶体系多酶体系分布分布线粒体线粒体脂酸脂酸 氧化氧化脂酸脂酸合成合成胞液胞液内质网、胞液内质网、胞液胆固醇胆固醇合成合成磷脂磷脂合成合成内质网内质网DNA、

10、RNA合成合成细胞核细胞核 酶隔离分布的意义：酶隔离分布的意义： 防止了各种代谢途径相互关扰。防止了各种代谢途径相互关扰。多酶体系多酶体系分分 布布蛋白质合成蛋白质合成多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体线粒体、胞液线粒体、胞液尿素合成尿素合成血红素血红素合成合成内质网、胞液内质网、胞液线粒体、胞液线粒体、胞液细胞内代谢物底物、中间物、产物浓度的变化细胞内代谢物底物、中间物、产物浓度的变化 改动限速酶改动限速酶 酶活性改动酶活性改动 相关代谢途径的速度和方向改动相关代谢途径的速度和方向改动 构造构造含量含量快速调理快速调理缓慢调理缓慢调理细胞内代谢物浓度的调理细胞内代谢物浓度的调理变构调理概念：指

11、某些小分子代谢物变构调理概念：指某些小分子代谢物可以与酶的非催化部位活性中心以可以与酶的非催化部位活性中心以外可逆结合非共价结合，由此外可逆结合非共价结合，由此引发的酶构造和活性的改动称为变构引发的酶构造和活性的改动称为变构调理。调理。 关键酶的变构调理关键酶的变构调理(allosteric (allosteric effector)effector)变构酶：能发生变构调理的酶。变构酶：能发生变构调理的酶。变构效应剂：能使酶发生变构的物质。变构效应剂：能使酶发生变构的物质。 变构效应剂变构效应剂变构激动剂：变构激动剂： 变构抑制剂：变构抑制剂：使酶活性使酶活性使酶活性使酶活性变构酶的调理机制：

12、变构酶的调理机制： 变构酶构造上：经常是具有四级变构酶构造上：经常是具有四级构造的蛋白质，是偶数亚基的寡聚体。构造的蛋白质，是偶数亚基的寡聚体。 催化亚基催化亚基C C：与底物结合：与底物结合 调理亚基调理亚基R R：与变构剂结：与变构剂结合合 可以经过亚基的解聚或聚合来实可以经过亚基的解聚或聚合来实现酶的构造变化现酶的构造变化-调理酶活性调理酶活性 激酶激酶KinaseKinase： 催化底物发生磷酸化修饰的酶类催化底物发生磷酸化修饰的酶类 蛋白激酶蛋白激酶Protein Kinase,PK):Protein Kinase,PK): 使蛋白质发生磷酸化修饰的酶类。使蛋白质发生磷酸化修饰的酶类

13、。CC+RRA A激酶激酶无活性无活性A A激酶激酶活性活性CCRRcAMP蛋白激酶蛋白激酶A APKA)PKA) cAMP cAMP是是PKAPKA的变构激活剂的变构激活剂乙酰CoA羧化酶： 单体(无活性)多聚体(有活性)柠檬酸、异柠檬酸长链脂酰CoA变构激活变构激活变构抑制变构抑制脂肪酸合成脂肪酸合成的限速酶的限速酶变构调理的生理意义变构调理的生理意义 代谢终产物反响抑制代谢终产物反响抑制 (feedback inhibition) 代代谢途径中的关键酶，使代谢物不致生成过多谢途径中的关键酶，使代谢物不致生成过多。乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶丙二酰丙二酰CoA长链脂酰长链脂酰

14、CoA 变构调理使能量得以有效利用，不变构调理使能量得以有效利用，不致浪费。致浪费。G-6-P+ +糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合酶糖原合酶促进糖的储存促进糖的储存变构调理使不同的代谢途径相互协调。变构调理使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸柠檬酸+ +6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A 羧化酶羧化酶 促进脂酸的合成促进脂酸的合成 酶构造的化学修饰调理酶构造的化学修饰调理 ( chemical modification )( chemical modification ) 酶构造的共价修饰调理酶构造的共价修饰调理 (covalent

15、 modification )(covalent modification ) 酶蛋白分子上的一些基团可在另一种酶酶蛋白分子上的一些基团可在另一种酶的催化下，共价结合或去除某一化学基团，的催化下，共价结合或去除某一化学基团，由此引发酶构造及活性改动的快速调理。由此引发酶构造及活性改动的快速调理。化学修饰的概念化学修饰的概念: :化学修饰的主要方式化学修饰的主要方式磷酸化磷酸化 - - - - - - 去磷酸去磷酸 -最常见最常见乙酰化乙酰化 - - - - - - 脱乙酰脱乙酰甲基化甲基化 - - - - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S

16、S 互变互变酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白那些氨基酸含有羟基那些氨基酸含有羟基?化学修饰的特点：化学修饰的特点：酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反响，在不同酶的作酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反响，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性形状可相互转变。催化互变反响用下，酶蛋白的活性形状可相互转变。催化互变反响的酶在体内可受调理要素如激素的调控。的酶在体内可受调理要素如激素的调控。具有联放大效应瀑布效应具有联放大效应瀑布效应 经过一系列酶促

17、反响将激素信号放大的连锁反响称为经过一系列酶促反响将激素信号放大的连锁反响称为级联放大效应级联放大效应cascade system)cascade system)磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。 同一个酶可以同时受变构调理和化学修饰调理同一个酶可以同时受变构调理和化学修饰调理磷酸化酶磷酸化酶b(无活性无活性)(+)(+)(+)磷酸化酶磷酸化酶a (活性活性)P磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 (活性活性)PA激酶激酶(活性活性)ATP(+)cAMP腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶胰岛素胰岛素(+)(-)糖原合成酶糖原合成酶a(活性活性)糖原合成酶糖原合成酶b (无活性无活性)P(-

18、)A激酶激酶(无活性无活性)磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶(无活性无活性)升血糖升血糖降血糖降血糖肾上腺素肾上腺素胰高血糖素胰高血糖素磷酸二酯酶磷酸二酯酶5-AMP(+)酶含量的调理酶含量的调理特点：特点： 含量决议活性；含量决议活性； 酶蛋白含量的添加涉及基因表达酶蛋白含量的添加涉及基因表达过程，耗时数小时或数天；过程，耗时数小时或数天； 缓慢而耐久；缓慢而耐久；酶蛋白合成的诱导酶蛋白合成的诱导InductionInduction： 诱导剂：某些底物、激素、药物等可诱导剂：某些底物、激素、药物等可在转录程度上使酶合成量添加称为诱导。在转录程度上使酶合成量添加称为诱导。 举例：举例： 大鼠饲料中酪蛋

19、白大鼠饲料中酪蛋白 肝精氨酸酶肝精氨酸酶活性活性 苯巴比妥安息药长期服药苯巴比妥安息药长期服药 耐耐药药 乙醇降解酶诱导乙醇降解酶诱导酒量酒量? ?EPO ALA EPO ALA 合成酶血红素合成酶血红素合成的限速酶合成的限速酶诱导诱导甘氨酸甘氨酸琥珀酰琥珀酰CoACoAALAFe2+血红素血红素Erythropotien促红细胞生成素促红细胞生成素+ +酶蛋白合成的阻遏酶蛋白合成的阻遏RepressionRepression 阻遏剂：某些物质如代谢产物可阻遏剂：某些物质如代谢产物可在转录程度上使酶合成量减少称为在转录程度上使酶合成量减少称为阻遏剂。阻遏剂。 举例：胆固醇举例：胆固醇HMGCo

20、AHMGCoA复复原酶原酶 阻遏阻遏 细 胞 通 讯 Cell communication 单细胞生物与外环境直接交换信息。单细胞生物与外环境直接交换信息。多细胞生物中的单个细胞不仅需求顺应环境变化，多细胞生物中的单个细胞不仅需求顺应环境变化，而且还需求细胞与细胞之间在功能上的协调一致。而且还需求细胞与细胞之间在功能上的协调一致。信号通讯是生物顺应环境不断变异、进化的结果。信号通讯是生物顺应环境不断变异、进化的结果。 细胞通讯的方式细胞通讯的方式 通常根据信息分子能否直接进入通常根据信息分子能否直接进入另一细胞，分为直接通讯和间接通讯另一细胞，分为直接通讯和间接通讯直接通讯：直接通讯：dire

21、ct communicationdirect communication 概念：相临的细胞，经过细胞之概念：相临的细胞，经过细胞之间的衔接通道而直接实现通讯联络。间的衔接通道而直接实现通讯联络。 细胞与细胞的直接联络：是最原始的方式，表现为细胞与细胞的直接联络：是最原始的方式，表现为物质直接交换，或者是经过细胞外表分子相互作用物质直接交换，或者是经过细胞外表分子相互作用实现信息交流，这种调理方式至今依然是高等动物实现信息交流，这种调理方式至今依然是高等动物细胞分化、个体发育及实现整体功能协调、顺应的细胞分化、个体发育及实现整体功能协调、顺应的重要方式之一。重要方式之一。 间隙衔接表示图间隙衔接

22、表示图间隙衔接间隙衔接gap Junction)gap Junction)： 分布最普遍、分布最普遍、最重要，而且具有细胞间通道作用。最重要，而且具有细胞间通道作用。细胞中存在间隙衔接的证明：细胞中存在间隙衔接的证明： 最初是发现两个神经细胞之间有电偶最初是发现两个神经细胞之间有电偶联景象：如将微电极插入相邻细胞，发现联景象：如将微电极插入相邻细胞，发现其电阻值其电阻值( 胞内胞内Ca2+ Ca2+ 0.1-0.1-10mol/L)10mol/L) 胞内胞内Ca2+Ca2+分布也不均匀：分布也不均匀： 内质网内质网 线粒体线粒体 胞内胞内Ca+Ca+库占库占90%90% 正是由于正是由于Ca2

23、+Ca2+在细胞内外及不同的亚细在细胞内外及不同的亚细胞部位存在胞部位存在Ca2+Ca2+浓度的差别或跨膜浓度梯度，浓度的差别或跨膜浓度梯度，就给细胞游离就给细胞游离Ca2+Ca2+浓度升高提供时机。浓度升高提供时机。 导致胞液游离导致胞液游离Ca2+浓度升高的反响有两种：浓度升高的反响有两种： 一是细胞质膜钙通道开放，引起胞外钙跨膜内流；一是细胞质膜钙通道开放，引起胞外钙跨膜内流；二是细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起胞内钙库释放。二是细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起胞内钙库释放。 CaMCaM的发现及对科学任务者的启示：的发现及对科学任务者的启示： 19641964年，美籍华人张槐耀在宾州大

24、学年，美籍华人张槐耀在宾州大学讨论细胞内讨论细胞内cAMPcAMP浓度的变化及影响要素；浓度的变化及影响要素； ATP cAMP 5-AMP ATP cAMP 5-AMP 腺苷腺苷+Pi+PiAC PDE5-AMP酶酶提纯并鉴定牛脑提纯并鉴定牛脑PDE困惑困惑纯酶比粗酶活低？纯酶比粗酶活低？PDE活性测定的两步法与一步法比较：活性测定的两步法与一步法比较：原理：原理： cAMP 5AMP 腺苷腺苷+Pi PDE 5AMP 酶酶 蛇毒蛇毒两步法：先将两步法：先将cAMPcAMP与与PDEPDE保温，终止反响后保温，终止反响后在加蛇毒；在加蛇毒；一步法：一步法： 将将cAMPcAMP、PDEPDE

25、及蛇毒同时保温。及蛇毒同时保温。结果：对于非提纯的结果：对于非提纯的PDEPDE，两种方法测定的，两种方法测定的活力一样；活力一样； 对于提纯的对于提纯的PDEPDE，一步法比两步法，一步法比两步法测出的活力高的多；测出的活力高的多； 对此，张作了假设：即粗提液中能够存在对此，张作了假设：即粗提液中能够存在PDEPDE的活化因子，在提纯时丢掉了，而蛇毒不的活化因子，在提纯时丢掉了，而蛇毒不仅提供了仅提供了5-AMP5-AMP酶，还补偿了这种活化因子。酶，还补偿了这种活化因子。 最后终于找到了具有蛋白质性质的最后终于找到了具有蛋白质性质的PDEPDE活化活化因子，并与因子，并与6060年代末进展

26、了提纯，于年代末进展了提纯，于19781978年张年张氏将其称为氏将其称为Calcium-modulated Calcium-modulated protein,Calmodulin,CaMprotein,Calmodulin,CaMCaMCaM的性质与分布：的性质与分布：148148个氨基酸组成的单链蛋白；个氨基酸组成的单链蛋白；每个每个CaMCaM分子可结合分子可结合4 4个个Ca+ Ca+ ；分布广泛，进化上保守；分布广泛，进化上保守；Ca+Ca+在信号传送中的作用：在信号传送中的作用： 在知的第二信使中，在知的第二信使中， Ca+Ca+作用最为复杂。作用最为复杂。 它即可独立完成信息传

27、送，它即可独立完成信息传送， 还可协调其它第二信使的信息传送作用。还可协调其它第二信使的信息传送作用。 Ca2+信使分子的能够作用途径：信使分子的能够作用途径： Ca2+.CaM 依赖性蛋白激酶途径：依赖性蛋白激酶途径：即经过即经过CaM起作用，在起作用，在Ca+信号传送信号传送中起主要作用中起主要作用CaM是细胞内是细胞内Ca+的受体。的受体。CaM本身无活性，只需与本身无活性，只需与Ca+结合构成结合构成Ca.CaM复合物才干发扬调理作用。复合物才干发扬调理作用。 Ca.CaM复合物可激活复合物可激活Ca.CaM依赖依赖的蛋白激酶，进而使许多靶酶的蛋白激酶，进而使许多靶酶Ser/Thr残基

28、磷酸化。残基磷酸化。 经过钙调蛋白经过钙调蛋白a M发扬作用发扬作用 Ca+Ca+还可经过还可经过CaMCaM活化腺苷酸环化酶活化腺苷酸环化酶(AC)(AC)以调以调理细胞内理细胞内cAMPcAMP程度；程度； Ca+Ca+还可直接参与某些酶活性的调理如还可直接参与某些酶活性的调理如参与下，激活；参与下，激活；细胞膜细胞膜胞外信使胞外信使蛋白蛋白Ca+通道通道 Ca+CaMCa.CaMCa.CaM依赖依赖的蛋白激酶的蛋白激酶激活激活蛋白质或酶磷酸化蛋白质或酶磷酸化DGPKC协调协调cAMP程度程度激活激活活化腺苷酸环化酶活化腺苷酸环化酶第一次课到此第一次课到此终了终了三肌醇磷脂信号系统双信号系

29、统三肌醇磷脂信号系统双信号系统 是是8080年代阐明的一条信号转导通路；年代阐明的一条信号转导通路； 是继是继 cAMP cAMP 和和 CaMCaM发现以来在细胞信号发现以来在细胞信号系统研讨历史上的第三个里程碑；系统研讨历史上的第三个里程碑； 该系统的最大特点：胞外第一信使与膜该系统的最大特点：胞外第一信使与膜受体结合后，同时产生两个胞内第二信使即受体结合后，同时产生两个胞内第二信使即IP3IP3和和DGDG，分别启动两个信号转导途径，故称，分别启动两个信号转导途径，故称为为“双信号系统。双信号系统。 磷 脂 酰 肌 醇 系 统双信使系统方式图双信使系统方式图IP3在胞外在胞外Ca+跨膜内

30、流中的作用跨膜内流中的作用磷脂磷脂PLPL的根本构造与种类：的根本构造与种类：PLPL是细胞膜的重要成分干重的是细胞膜的重要成分干重的40%40%；主要是甘油磷脂。主要是甘油磷脂。膜甘油磷脂中有膜甘油磷脂中有10%10%为肌醇磷脂为肌醇磷脂Inositol phospholipid,pI),Inositol phospholipid,pI),主要分布于主要分布于膜内侧，其中占其总量膜内侧，其中占其总量5%5%的磷脂酰肌醇的磷脂酰肌醇-4,5-4,5二磷酸二磷酸PIP2PIP2是产生双信使是产生双信使IP3IP3和和DGDG的直接前体。的直接前体。磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶A1磷脂酶磷脂酶A2磷脂

31、酶磷脂酶多系多不饱和脂肪酸多系多不饱和脂肪酸平安岛平安岛 Y型迷宫实验建造记忆模型型迷宫实验建造记忆模型带电带电不带电不带电on/offY-型型迷宫迷宫是研是研讨大讨大鼠鼠(或或小鼠小鼠)学习学习记忆记忆功能功能常用常用的一的一种实种实验安验安装装 OPOOH2CCHH2COCR1OOCOR2OHHOPO32HHOPO32HOHHOHOH165432PIP2 phosphatidylinositol- 4,5-bisphosphate cleavage by Phospholipase C 甘油二酯甘油二酯 DGDGIP3IP3胞外信号分子胞外信号分子活化的受体活化的受体q蛋白蛋白磷脂酶磷脂酶

32、C-PLC- 活化的活化的细胞内细胞内+库释放库释放细胞内蛋细胞内蛋白磷酸化白磷酸化质质膜膜肌醇磷脂信号转导途径表示图肌醇磷脂信号转导途径表示图胞胞 质质磷脂酶磷脂酶C-PLC 由由 G蛋白偶联性受体蛋白偶联性受体 变构激活；变构激活；磷脂酶磷脂酶C-PLC) 由由 受体酪氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白激酶 激活；激活；IP3IP3Ca+Ca+信号转导途径：信号转导途径：IP3IP3是一种水溶性分子，质膜中产生后是一种水溶性分子，质膜中产生后可迅速进入胞浆发扬作用；可迅速进入胞浆发扬作用； 70 70 年代，人们对胞外年代，人们对胞外Ca+Ca+的跨膜内流的跨膜内流及胞内及胞内Ca+Ca+库的释放

33、机制不清楚，库的释放机制不清楚，IP3 IP3 的的发现处理了这一问题；发现处理了这一问题；如今证明：多种细胞的内质网膜上存如今证明：多种细胞的内质网膜上存在在IP3IP3受体，其本质是一种受体，其本质是一种Ca+Ca+通道蛋白，通道蛋白，因此因此IP3IP3的作用就是发动内质网的作用就是发动内质网Ca+Ca+库的释库的释放；放；IP3IP3作用：作用： 使内质网使内质网Ca2+Ca2+释放到胞浆，释放到胞浆，Ca2+Ca2+作为信息传导者激作为信息传导者激动细胞的生理反响。动细胞的生理反响。外界刺激引起的外界刺激引起的Ca+Ca+的发动是一个极其的发动是一个极其复杂的过程。普通以为在多种情况

34、下，胞外复杂的过程。普通以为在多种情况下，胞外Ca+Ca+的跨膜内流及胞内的跨膜内流及胞内Ca+Ca+库的释放这两种库的释放这两种情况同时发生；情况同时发生；关于两种关于两种Ca+Ca+释放的时空关系，普通以释放的时空关系，普通以为是这样的：为是这样的：IP3 IP3 与与IP3IP3受体结合受体结合受体变构受体变构Ca+Ca+通道开放通道开放内质网内质网Ca+Ca+库释放库释放胞胞浆浆Ca+Ca+内质网内质网Ca+Ca+库枯竭时库枯竭时激活质激活质膜膜Ca+Ca+通道通道胞外胞外Ca+Ca+的跨膜内流的跨膜内流胞胞浆浆Ca+Ca+DGPKC信号转导途径：信号转导途径：正常情况下，细胞膜上不存

35、在正常情况下，细胞膜上不存在，它只是细胞遭到外界刺激时，它只是细胞遭到外界刺激时水解产生的瞬时产物；水解产生的瞬时产物；质膜上产生的是脂溶性分子，质膜上产生的是脂溶性分子，存在于质膜上；存在于质膜上；作为第二信使的功能是由于作为第二信使的功能是由于PKC的发现而阐明的；的发现而阐明的；对对PKC的构造及功能的研讨是近的构造及功能的研讨是近年来分子生物学最活泼的研讨领域之年来分子生物学最活泼的研讨领域之一。一。双信使系统方式图双信使系统方式图PKCPKC的构造与功能：的构造与功能：种类与功能：种类与功能：PKCPKC是一个大家族，是由是一个大家族，是由、等亚基组成的蛋白激酶家族。等亚基组成的蛋白

36、激酶家族。目前发现有目前发现有1212种同工酶之多。种同工酶之多。构造上：可分为调理结合域和催化构造域构造上：可分为调理结合域和催化构造域两部分；两部分；各种各种PKCPKC的氨基酸序列中个保守区：的氨基酸序列中个保守区：C1:C1:富含半胱氨酸，是结合部位；富含半胱氨酸，是结合部位；C2:C2:可结合可结合Ca+Ca+ C3: C3:可结合可结合C4:C4:结合底物并进展磷酸化结合底物并进展磷酸化各种各种 PKC PKC 的活化均依赖的活化均依赖Ca+Ca+和磷脂酰丝氨和磷脂酰丝氨酸的存在；酸的存在；DGDG是是PKCPKC的内源性特异激活剂，它可显著添的内源性特异激活剂，它可显著添加加PK

37、CPKC对对Ca+Ca+的亲和力，而的亲和力，而PKCPKC活性依赖于活性依赖于Ca+Ca+和和磷脂酰丝氨酸，因此磷脂酰丝氨酸，因此DGDG可以在不添加可以在不添加Ca+Ca+即即Ca+Ca+的生理浓度之下的情况下，维持的生理浓度之下的情况下，维持PKCPKC较高较高活性。活性。经过蛋白激酶经过蛋白激酶CPKC发扬作用发扬作用磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸甘油二酯甘油二酯钙离子钙离子蛋白激酶蛋白激酶C无活性靶蛋白无活性靶蛋白 有活性靶蛋白有活性靶蛋白生理效应生理效应PKCPKC的生理功能的生理功能 对代谢的调理作用对代谢的调理作用: :磷酸化代谢磷酸化代谢途径中的关键途径中的关键酶类及离子通道；酶类

38、及离子通道； 对基因表达的调理作用对基因表达的调理作用: :磷酸化与信号转导有关的磷酸化与信号转导有关的蛋白质；蛋白质；磷酸化调控基因表达的转磷酸化调控基因表达的转录因子录因子PKCPKC对机体的代谢、基因表达。对机体的代谢、基因表达。细胞分化及增殖均起作用。细胞分化及增殖均起作用。 IP3/ Ca+IP3/ Ca+与与DG/PKCDG/PKC两条信号途径的相互作用两条信号途径的相互作用 IP3诱导诱导Ca+的释放，的释放，DG激活激活PKC需需Ca+的参与，阐明的参与，阐明IP3和和DG具有亲密关系，两者的协同对细胞外信号作出准确反响。具有亲密关系，两者的协同对细胞外信号作出准确反响。血管紧

39、张素血管紧张素II 受体经过受体经过PLC-IP3/DAG-PKC通路通路介导信号转导介导信号转导四四cGMP-蛋白激酶蛋白激酶G(PKG)途径途径受体，鸟苷酸环化酶受体，鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase, GC)，cGMP, 蛋白激酶蛋白激酶G (protein kinase G，PKG)组成组成cGMP的合成和降解的合成和降解 GTPGMg2+PPicGMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶H2OCa2+ 或或 Mg2+5 - GMP使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化PKG的功能的功能NOGCPKG 蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化GCG蛋白蛋白GTP

40、cGMPL LR胞胞 膜膜* 生理效应：如心钠素、生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。舒张血管平滑肌。五酪氨酸蛋白激酶五酪氨酸蛋白激酶TPK)信号转导途径信号转导途径 酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶 Tyrosine protein kinase, Tyrosine protein kinase, TPKTPK: :经过使底物蛋白中的酪氨酸残基磷酸化经过使底物蛋白中的酪氨酸残基磷酸化而起作用。而起作用。 该信号系统建立时间不长，却是细胞信号该信号系统建立时间不长，却是细胞信号途径研讨中最活泼的领域；途径研讨中最活泼的领域；在细胞增殖、分化过程中，酪氨酸磷酸化在细胞增殖、分化过程中，酪氨酸磷酸

41、化通常具有正向调理作用，因此通常具有正向调理作用，因此TPK信号系统与信号系统与细胞的生长和增殖有关。许多癌基因的产物与细胞的生长和增殖有关。许多癌基因的产物与此系统的蛋白有同源性，因此遭到极大关注。此系统的蛋白有同源性，因此遭到极大关注。TPKTPK分类：分类： 受体型受体型TPKTPKRTKRTK：细胞膜：细胞膜/ /催化型受催化型受体体 非受体型非受体型TPK TPK ： 胞浆胞浆/ /非催化型受体非催化型受体 受体型受体型TPKTPK的效应经过两条途径实现：的效应经过两条途径实现： 小分子第二信使途径：小分子第二信使途径： 受体型受体型TPKTPK活化后经过激活活化后经过激活ACAC、

42、PLC-PLC-、磷、磷 脂酶脂酶A A的作用产生小分子第二信的作用产生小分子第二信使；使； RTK-Ras-MAPKRTK-Ras-MAPK途径：途径： 一系列大分子相互作用引起的级联一系列大分子相互作用引起的级联反响。反响。细胞外信号细胞外信号EGF PDGF等等具具TPK的受体的受体具具TPK的受体的受体GRB2SOS PrasGTP细胞浆细胞浆cAMPPKA活化活化磷脂酶磷脂酶CIP3DAG钙激酶活化钙激酶活化PKC活化活化raf MAPKKKMAPKKMAPKP P P PPIP2修饰转录因子和调理因子修饰转录因子和调理因子反式作用因子反式作用因子顺式调控元件顺式调控元件 P 细胞核

43、细胞核反式作用因子反式作用因子 P二聚体二聚体小分子第二信使途径小分子第二信使途径 RTK-Ras-MAPK途径途径受体型受体型TPKTPKRTKRTK特点：特点： 胰岛素受体、许多生长因子胰岛素受体、许多生长因子EGFPDGFVEGF)EGFPDGFVEGF)受受 体、某些原癌基因产体、某些原癌基因产物等属于此类；位于细胞膜；物等属于此类；位于细胞膜；信号转导的根本环节：信号转导的根本环节： 配体与受体结合后，导致受体二聚化配体与受体结合后，导致受体二聚化dimerizationdimerization，激活受体本身的酪氨酸，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性，引起受体本身的酪氨酸磷酸蛋白激酶

44、活性，引起受体本身的酪氨酸磷酸化，即发生本身磷酸化化，即发生本身磷酸化autophosphorylation)autophosphorylation)。 磷酸化的受体产生了可被磷酸化的受体产生了可被SH2SH2构造域识别、构造域识别、结合的位点结合的位点, ,从而可募集含从而可募集含SH2SH2构造域的下游构造域的下游信号分子如接头蛋白信号分子如接头蛋白Grb2(growth factor Grb2(growth factor binding protein 2,Grb2)binding protein 2,Grb2)表皮生长因子受体表皮生长因子受体EGFREGFR作用机制：作用机制：是一个典

45、型的受体型是一个典型的受体型PTKPTK。接头蛋白或称衔接蛋白接头蛋白或称衔接蛋白adaptor protein)接头蛋白是信号转导通路中不同信号转导分子的接头，接头蛋白是信号转导通路中不同信号转导分子的接头，衔接上、下游信号转导分子。衔接上、下游信号转导分子。发扬作用的构造根底：蛋白质相互作用构造域。发扬作用的构造根底：蛋白质相互作用构造域。功能：募集和组织信号转导复合物，即引导信号转导功能：募集和组织信号转导复合物，即引导信号转导分子到达并构成相应的信号转导复合物。分子到达并构成相应的信号转导复合物。大部分接头蛋白的构造中含有大部分接头蛋白的构造中含有2个或个或2个以上的蛋白相个以上的蛋白

46、相互作用构造域，如互作用构造域，如SH2 构造域。构造域。 SH3构造域构造域SH2构造域构造域Src Homology 2 Domain 是是Src同源序列同源序列2构造域的简称，因与原癌基因构造域的简称，因与原癌基因src编码的酪氨酸蛋白激酶区同源而得名。编码的酪氨酸蛋白激酶区同源而得名。由约由约100个氨基酸残基组成，作用是可识别含磷酸化酪氨酸残基的其它蛋白质并发生不同个氨基酸残基组成，作用是可识别含磷酸化酪氨酸残基的其它蛋白质并发生不同亲和力的结合。亲和力的结合。这种结合依赖于酪氨酸残基的磷酸化及其周围的氨基酸残基所构成的基序这种结合依赖于酪氨酸残基的磷酸化及其周围的氨基酸残基所构成的

47、基序motif。曾经发现细胞质中许多与信号传送有关的蛋白质分子均含有这种构造。接头蛋白曾经发现细胞质中许多与信号传送有关的蛋白质分子均含有这种构造。接头蛋白Grb2即即是其中之一。是其中之一。 由约由约50-10050-100个氨基酸残基组成，个氨基酸残基组成， 介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子的结合，介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子的结合， 其亲和力与脯氨酸残基及临近氨基酸残基所构成其亲和力与脯氨酸残基及临近氨基酸残基所构成的基序序列相关。的基序序列相关。SH3构造域构造域Src Homology 3 DomainGrb2(growth factor binding protein 2,

48、Grb2 SH3SH3SH2SOSSOS经过经过Grb2Grb2结合结合Ras.GDP,Ras.GDP,使使RasRas构象变化构象变化, ,促进促进GDPGDP释放和与释放和与GTPGTP结合，使结合，使RasRas激活。激活。活化的活化的RasRas激活下游分子激活下游分子RafRafMAPKKKMAPKKK。RafRaf是是MAPKMAPK级联反响的第一个分子，由此启动级联反响的第一个分子，由此启动MAPKMAPK的三级级联的三级级联激活。激活。RafRafMAPKKKMAPKKK作用于作用于MAPKKMAPKK，使之磷酸化而被活化。，使之磷酸化而被活化。活化的活化的MAPKKMAPKK

49、再作用于再作用于MAPKMAPK使之磷酸化而被活化，使之磷酸化而被活化，直此完成直此完成MAPKMAPK的三级激活过程。的三级激活过程。活化的活化的MAPKMAPK转移至细胞核，发扬调理作用。转移至细胞核，发扬调理作用。MAPKMAPK作用机制：被激活后转移至细胞核内，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，改动细胞内基使一些转录因子发生磷酸化，改动细胞内基因表达的形状。另外，它也可以使其它的酶因表达的形状。另外，它也可以使其它的酶发生磷酸化使之活性发生改动。发生磷酸化使之活性发生改动。MAPKMAPK家族成员的底物大部分是转录因子、蛋家族成员的底物大部分是转录因子、蛋白激

50、酶等。白激酶等。 MAPKMAPK调控的生物学效应：参与多种细胞功能调控的生物学效应：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。程中，是多种信号转导途径的共同作用部位。MAPK的磷酸化与活化表示图的磷酸化与活化表示图MAPKKKMAPKKMAPKMAPKThrTyrThrTyrPPphosphataseoffonRas的活化及其调控因子的活化及其调控因子GTPGDPRasRasSOS GAPonoffRasRas蛋白蛋白: : 是是rasras癌基因的产物，系小分子癌基因的产物，系小分子G G蛋白蛋白P2

51、1P21，具，具有有G G蛋白的分子开关作用。蛋白的分子开关作用。 GTPase activating proteins (GAP：Ras活性的负调理因子活性的负调理因子SOS鸟嘌呤核苷酸释放因子，鸟嘌呤核苷酸释放因子，GRF：Ras活性的正调理因子活性的正调理因子SOS鸟嘌呤核苷酸释放因子，鸟嘌呤核苷酸释放因子，GRF SOS (son of sevenless) 富含脯氨酸，可与富含脯氨酸，可与SH3结合，促使结合，促使Ras的的GDP换成换成GTP。哺乳动物细胞重要的哺乳动物细胞重要的MAPK亚家族：亚家族： 细胞外调理激酶细胞外调理激酶extracellular regulated k

52、inase，ERK c-Jun N -末端激酶末端激酶/应激激活的蛋白激酶应激激活的蛋白激酶c-Jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase，JNK/SAPK p38-MAPK MAPKMAPK种类种类转录因子转录因子蛋白激酶蛋白激酶ERKElk-1、c-Fos、c-Jun Rsk2、P70S6KJNKc-Jun 、SP-1、ATF-2P38c-Myc、CREBSP-1、 ATF-2 PRAK、MSK部分部分MAPK底物举例：底物举例： 1ERK途径包括途径包括Raf-MEK-ERK级联级联反响反响 ERKERK亚家族包括亚家族包括

53、ERK1ERK1、ERK2ERK2和和ERK3ERK3等。等。ERKERK的级联激活过程：的级联激活过程： RafMAPKKKMEKMAPKKERKMAPK ERKERK最早被发现的最早被发现的MAPKMAPK成员广泛存在成员广泛存在于各种组织细胞，参与细胞增殖与分化的于各种组织细胞，参与细胞增殖与分化的调控。调控。多种生长因子受体都需求多种生长因子受体都需求ERKERK的活化来完的活化来完成信号转导过程。成信号转导过程。 2JNK/SAPK途径参与应激途径参与应激(反响反响) JNK/SAPK的级联激活过程：的级联激活过程： MEKKMAPKKK JNKKMAPKK JNK/SAPKMAPK

54、 JNKJNK最初作为催化转录因子最初作为催化转录因子C-JunC-Jun的的N N端磷酸化激酶端磷酸化激酶被发现，故称被发现，故称C-JunNC-JunN端激酶端激酶JNK),JNK),其与应激反响其与应激反响活化蛋白激酶活化蛋白激酶(SAPK)(SAPK)属于同一分子。属于同一分子。JNKJNK至少又由至少又由JNK1JNK1、JNK2JNK2和和JNK3JNK3三个亚类组成。三个亚类组成。JNKJNK家族是细胞对各种应激原诱导的信号转导的关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、浸透压、温度变键分子，参与细胞对射线辐射、浸透压、温度变化等的应激反响。化等的应激

55、反响。一些细胞因子，如一些细胞因子，如TGF-TGF-也可经过也可经过JNKJNK发扬作用。发扬作用。3. P38亚家族介导炎症、凋亡等应激反亚家族介导炎症、凋亡等应激反响响 P38-MAPK的级联激活过程：的级联激活过程： 凋亡信号调理激酶凋亡信号调理激酶apoptosis signal regulating kinase 1，ASK1属于属于MAPKKK MKK3/MKK6MAPKK P38-MAPK P38-MAPKP38-MAPK家族也是转导细胞应激反响的重家族也是转导细胞应激反响的重要分子，主要参与紫外辐射、炎症细胞因要分子，主要参与紫外辐射、炎症细胞因子、凋亡相关受体子、凋亡相关受

56、体FasFas等信号转导。等信号转导。 值得一提的是受体酪氨酸蛋白激酶值得一提的是受体酪氨酸蛋白激酶RTK被激被激活后，除了激活活后，除了激活Grb2外，还可募集其它外，还可募集其它SH2构造构造域信号转导分子，构成另外的信号转导途径。域信号转导分子，构成另外的信号转导途径。 如如PLC-IP3/DG-PKC通路，磷酸肌醇通路，磷酸肌醇-3激酶激酶PI-3K通路等，这些通路相互联络，构成调理网络。通路等，这些通路相互联络，构成调理网络。见下张见下张RTK信号途径中信号途径中RTK激活后与其含激活后与其含SH2构造域底物的作用方式构造域底物的作用方式GTPase activating prote

57、ins (GAPsSH2 (src-homology) RTK结合的下游底物蛋白构造域Grb2growth-facter receptor binding protein 2GAPGTPase activating protein 细胞外信号细胞外信号EGFEGF、PDGFPDGF等等具具PTK活性的受体活性的受体GRB2 PSOS PRas-GTP PRaf调理其他蛋白活性调理其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P细细胞胞核核反式作用因子反式作用因子调控基因表达调控基因表达细细胞胞膜膜二聚化二聚化目目 录录MAPKKK酪氨酸受体激酶酪氨酸受体激酶 (PTKS)接头蛋白接头蛋白RTK-Ra

58、s-MAPK途径途径受体型受体型TPK(RTK)-Ras-MAPKTPK(RTK)-Ras-MAPK信号转导途径：信号转导途径： 该途径是细胞外信号传送到细胞核内的级联反响的该途径是细胞外信号传送到细胞核内的级联反响的最根本途径；最根本途径；根本方式概括如下：根本方式概括如下： 配体与配体与RTKRTK结合，受体变构，受体二聚化并本身磷酸化结合，受体变构，受体二聚化并本身磷酸化 中介分子中介分子Grb2Grb2、SOSSOS活化活化 激活激活RasRas蛋白蛋白 活化活化RafRaf蛋白蛋白MAPKKKMAPKKK 激活丝裂原蛋白激酶激活丝裂原蛋白激酶MAPKMAPK系统系统MAPKK/MAP

59、KMAPKK/MAPK 转移至核内磷酸化转录因子，调控基因表达转移至核内磷酸化转录因子，调控基因表达RTK Ras-MAPK信号转导途径EGFR介导的信号转导过程介导的信号转导过程 RTK-ras-MAPK RTK-ras-MAPK信号转导途径异常在肿信号转导途径异常在肿瘤发生过程中能够起重要作用。瘤发生过程中能够起重要作用。 因此人们在针对这个途径的某些环节，因此人们在针对这个途径的某些环节，设计一些方法来阻断设计一些方法来阻断RTK-ras-MAPKRTK-ras-MAPK信号转信号转导导PTKPTK抑制剂，从而到达治疗肿瘤的抑制剂，从而到达治疗肿瘤的目的。目的。 2.JAKs-STAT

60、2.JAKs-STAT途径途径 IFNIFN、EPOEPO、CSFCSF、IL-2IL-2、IL-6IL-6等，其等，其受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，借助细受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，借助细胞内的一类具有激酶构造的衔接蛋白胞内的一类具有激酶构造的衔接蛋白JAKs JAKs Janus KinaseJanus Kinase完成信息转导；完成信息转导； JAKsJAKs为非受体型酪氨酸蛋白激酶，与为非受体型酪氨酸蛋白激酶，与细胞因子结合存在，活化后使信号转导子和细胞因子结合存在，活化后使信号转导子和转录激动子转录激动子 signal transducer and signal transdu