细胞信息转导 第 十 五 章ppt课件

1、目目 录录细胞信息转导细胞信息转导第第 十十 五五 章章Cellular Signal Transduction目目 录录cell communication细胞通讯是细胞通讯是体内一部分细胞发出信号，另一部分细体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞胞target cell接纳信号并将其转变接纳信号并将其转变为细胞功能变化的过程。为细胞功能变化的过程。 signal transduction信号转导细信号转导细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学变化及效应的全过程称为。学变化及效应的全过程称为。 目目 录录第一节第一节细胞信号转导概述细胞信号转导概述The Ge

2、neral Information of Signal Transduction目目 录录概概 述述单细胞生物单细胞生物 直接作出反响直接作出反响多细胞生物多细胞生物 经过细胞间复杂的信号传送经过细胞间复杂的信号传送系统来传送信息，从而调控机体活动。系统来传送信息，从而调控机体活动。外界环境变化时外界环境变化时目目 录录跨膜信号转导的普通步骤跨膜信号转导的普通步骤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分散或血循环到达靶细胞信息物质经分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展转换并启动细胞内信使系统受体对信号进展转换并启动细胞内信使系统靶

3、细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应信信 息息 物物 质质受受 体体信息的传送途径信息的传送途径目目 录录 细胞外化学信号细胞间化学信号细胞外化学信号细胞间化学信号由细胞分泌的调理靶细胞生命活动的化学物质由细胞分泌的调理靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。的统称，又称作第一信使。细胞内化学信号细胞内化学信号在细胞内传送细胞调控信号的化学物质。在细胞内传送细胞调控信号的化学物质。由第一信使刺激靶细胞内产生的。由第一信使刺激靶细胞内产生的。信信 息息 物物 质质目目 录录 根据作用间隔的远近，将细胞间信息分子分为三类：根据作用间隔的远近，将细胞间信息分子分为三类：1.内分泌信号，内分

4、泌信号，endocrine signal2.旁分泌信号，旁分泌信号，paracrine signal3.自分泌信号，自分泌信号，autocrine signalP368目目 录录内分泌信号，内分泌信号，endocrine signal 特点特点由特殊分化的内分泌细胞分泌由特殊分化的内分泌细胞分泌 ；经过血液循环到达靶细胞经过血液循环到达靶细胞 ；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、胰岛素、甲状腺素、甲状腺素、肾上腺素等肾上腺素等目目 录录旁分泌信号旁分泌信号, paracrine signal特点特点由体内某些普通细胞分泌；由体内某些普通细胞分泌； 不进入血循环，经过分散

5、作用到达附近的靶细不进入血循环，经过分散作用到达附近的靶细胞；胞；普通作用时间较短。普通作用时间较短。例如例如生长因子、生长因子、前列腺素等。前列腺素等。目目 录录自分泌信号自分泌信号(autocrine signal) 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本身起调理作用，称为自分泌信号泌细胞本身起调理作用，称为自分泌信号(autocrine signal)例如例如生长因子生长因子肿瘤的构成肿瘤的构成目目 录录 受体受体 Receptor ReceptorLigand 配体配体膜受体膜受体 胞内受体胞内受体P369目目 录录配体配体 ：能与受体呈特异性结合

6、的生：能与受体呈特异性结合的生物活性分子。物活性分子。 细胞间化学信号是一类细胞间化学信号是一类最常见的配体。最常见的配体。 受体：是细胞膜上或细胞内能特异识受体：是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合的成分，其别生物活性分子并与之结合的成分，其化学本质是蛋白质，个别是糖脂。化学本质是蛋白质，个别是糖脂。 受体的作用：受体的作用：一是识别外源信号分子，即配体；一是识别外源信号分子，即配体；二是转换配体信号，使之成为细二是转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传送至其胞内分子可识别的信号，并传送至其他分子引起细胞应对。他分子引起细胞应对。目目 录录目目 录录第二节第二节细胞

7、内信号转导相关分子细胞内信号转导相关分子Intracellular Signal Molecules目目 录录第三信使第三信使(third messenger) 担任细胞核内外信息传送的物质，又称为担任细胞核内外信息传送的物质，又称为DNA结合蛋白，是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，结合蛋白，是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，能调理基因的转录。如立早基因能调理基因的转录。如立早基因(immediate-early gene)的编码蛋白质的编码蛋白质 。在细胞内传送信息的小分子物质，如：在细胞内传送信息的小分子物质，如：Ca2+、cAMP、cGMP、 DAG、IP3等。等。第二信使第二信

8、使(secondary messenger)细胞内化学信号细胞内化学信号在细胞内传送细胞调控信号的化学物质。在细胞内传送细胞调控信号的化学物质。由第一信使刺激靶细胞内产生的。由第一信使刺激靶细胞内产生的。目目 录录NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATPACPPiNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHAMPPDEH2O磷酸二酯酶磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)1. cAMP 的合成与分解的合成与分解目目 录录cAMP的作

9、用机理的作用机理cAMP-dependent protein kinaseR： 调理亚基调理亚基C： 催化亚基催化亚基蛋白激酶蛋白激酶A PKAPKA的激活的激活RRRRCCCC目目 录录-OHThrSer酶蛋白酶蛋白 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSer-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白调理细胞的物质代谢和基因表达调理细胞的物质代谢和基因表达.PKA的作用的作用目目 录录目目 录录2. cGMP的合成的合成目目 录录Protein Kinase G 蛋白激酶蛋白激酶G (PKG)鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶2.1 cGMP激活PKG表示图目目 录录 硝酸甘油治疗心绞痛具有百年硝酸甘

10、油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内的历史，其作用机理是在体内转化为转化为NONO，可舒张血管，减轻，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量心脏负荷和心肌的需氧量 。 NO, 可活化可溶性可活化可溶性GC，并，并抑制磷酸二酯酶活性，从而使抑制磷酸二酯酶活性，从而使细胞内细胞内cGMP浓度升高。再经浓度升高。再经过过cGMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶GPKG发扬生理功能发扬生理功能NO relaxes vascular smooth muscle目目 录录3. DAG，IP3的合成的合成 PLC PLCDAG磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇4,5-二磷酸二磷酸二脂酰甘油二脂酰甘油三磷酸肌醇三磷酸

11、肌醇IP3PIP2磷脂酶磷脂酶C PLC )目目 录录3.2 DAG，IP3的功能的功能DAG：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PKCIP3 ：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内 Ca2+释释放放(Protein Kinase C 蛋白激酶蛋白激酶C )P384目目 录录目目 录录反式作用因子磷酸化反式作用因子磷酸化第三信使第三信使 PKC 对基因的早期活化和晚期活化对基因的早期活化和晚期活化目目 录录CaM+ Ca2+ Ca2+ -CaM dependent protein kinase (Ca2+ /CaM-PK

12、) 4. Ca2+ 钙调蛋白钙调蛋白calmodulin，CaM可看作是细胞内可看作是细胞内Ca2+的受体。的受体。目目 录录小结小结Secondary messenger cAMP、 cGMP 、 DAG、 IP3、 Ca2+PKAPKGCaMCa2+ /CaM-PKCa2+PKC底物底物(酶酶)Ser/Thr残基磷酸化残基磷酸化 调理底物调理底物(酶酶) 的活性。的活性。 目目 录录二、蛋白质作为细胞内信号转导分子二、蛋白质作为细胞内信号转导分子一蛋白激酶一蛋白激酶/ /蛋白磷酸酶是信号通路开关分子蛋白磷酸酶是信号通路开关分子二二G蛋白的蛋白的GTP/GDP结合形状决议信号通路的开关结合形

13、状决议信号通路的开关蛋白丝氨酸蛋白丝氨酸/ /苏氨酸激酶苏氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶异源三聚体异源三聚体G蛋白蛋白低分子质量低分子质量G蛋白蛋白PKA PKG PKC MAPKP377目目 录录第三节第三节各种受体介导的根本信号转导通路各种受体介导的根本信号转导通路 Signal Pathways Mediated Signal Pathways Mediated by Different Receptors by Different Receptors 目目 录录 一、胞内受体介导的信息传送 二、膜受体介导的信息传送目目 录录1. 胞内受体胞内受体相关配体：相关配体：Steroid

14、s 类固醇激素类固醇激素 Thyroid hormone 甲状腺素等甲状腺素等功功 能能 ：多为反式作用因子，：多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与当与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，的顺式作用元件结合，调理基因转录，产生细胞应对调理基因转录，产生细胞应对效应。效应。位于细胞浆和细胞核中的受体，全部为位于细胞浆和细胞核中的受体，全部为DNA结合蛋白。结合蛋白。目目 录录核受体构造及作用机制表示图核受体构造及作用机制表示图目目 录录 二、膜受体介导的信息传送二、膜受体介导的信息传送 cAMP- 蛋白激酶途径蛋白激酶途径 Ca2+- 依赖性蛋白激酶途径 RTK-Ras-MAPK

15、途径途径 NF- 途径途径 (自学自学) JAKs-STAT途径途径(自学自学)目目 录录离子通道受体离子通道受体七个跨膜七个跨膜螺旋受体螺旋受体 (G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体)单个跨膜单个跨膜螺旋受体螺旋受体 (酶蛋白偶联受体酶蛋白偶联受体) 膜受体膜受体(membrane receptor) 存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。蛋白。目目 录录1. 离子通道受体离子通道受体主要受神经递质等信息物质调理主要受神经递质等信息物质调理乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体2. G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor

16、s, GPCRs)七个跨膜七个跨膜螺旋受螺旋受体体/蛇型受体蛇型受体(serpentine receptor)目目 录录受体构造的特点受体构造的特点* * 受体的受体的N N端可有不同的糖基化。端可有不同的糖基化。* * 胞内的第二和第三个环能与胞内的第二和第三个环能与G-G-蛋白相偶联。蛋白相偶联。目目 录录 G蛋白蛋白(guanylate binding protein)位于细胞膜上的鸟苷酸结合蛋白，由位于细胞膜上的鸟苷酸结合蛋白，由、 三三个亚基组成。个亚基组成。有两种构象：有两种构象： 非活化型：非活化型： 三聚三聚体体 与与GDPGDP结合结合 活化型：活化型： 亚基亚基 与与GTP

17、GTP结合，结合， 二聚体零落二聚体零落 目目 录录不同的不同的G蛋白能特异性地将受体和与之相顺应的效应酶偶联起来蛋白能特异性地将受体和与之相顺应的效应酶偶联起来激动型激动型G蛋白蛋白磷脂酶磷脂酶C型型G蛋白蛋白P382目目 录录血管紧张素血管紧张素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胰高血糖素受体经过胰高血糖素受体经过AC-cAMP-PKA通路转导信号通路转导信号 目目 录录胰高血糖素受体经过胰高血糖素受体经过AC-cAMP-PKA通路转导信号通路转导信号 P383PDE目目 录录信息传导过程可归纳为信息传导过程可归纳为细胞外信息分子细胞外信

18、息分子受受 体体G 蛋蛋 白白A C 第二信使第二信使cAMP 蛋白激酶蛋白激酶A激酶激酶酶或功能性蛋白质酶或功能性蛋白质生生 物物 学学 效效 应应AC-cAMP-PKA通路通路胰高血糖素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素胰高血糖素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素目目 录录血管紧张素血管紧张素II 受体经过受体经过PLC-IP3-Ca2+/CaM-PK通路介导信号转导通路介导信号转导PLC-IP3-Ca2+/CaM-PK pathway P384细胞外信息物质细胞外信息物质受受 体体G 蛋蛋 白白磷脂酶磷脂酶 C DAG Ca2+酶或功能性蛋白质酶或功能性蛋白质生生 物物 学学 效效 应应PIP2DA

19、G + IP3膜磷脂膜磷脂第二信使第二信使 Ca2+- CaM激酶激酶血管紧张素血管紧张素II 受体经过受体经过PLC-IP3-Ca2+/CaM-PK通路介导信号转导通路介导信号转导目目 录录PLC-IP3/DAG-PKC通路介导信号转导通路介导信号转导DAG：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PKCIP3 ：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内 Ca2+释释放放(Protein Kinase C 蛋白激酶蛋白激酶C )P384目目 录录细胞外信息分子细胞外信息分子受受 体体G 蛋蛋 白白磷脂酶磷脂酶 C DAG Ca2

20、+ 蛋白激酶蛋白激酶C激酶激酶酶或功能性蛋白质酶或功能性蛋白质生生 物物 学学 效效 应应PIP2DAG + IP3膜磷脂膜磷脂第二信使第二信使 PLC-IP3/DAG-PKC pathway 目目 录录 受体酪氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白激酶结合酪氨酸蛋白激酶的受体结合酪氨酸蛋白激酶的受体3、单个跨膜、单个跨膜 螺旋受体螺旋受体 (酶蛋白偶联受体酶蛋白偶联受体)(tyrosine protein kinase, TPK)红细胞生成素红细胞生成素目目 录录 RTK-Ras-MAPK途径途径 JAKs-STAT途径途径(自学自学) NF- 途径途径 (自学自学)目目 录录二二RasMAPK途径是途

21、径是EGFR的主要信号通路的主要信号通路表皮生长因子受体表皮生长因子受体epidermal growth factor receptor, EGFR是一个典型的是一个典型的受体型受体型PTK。RasMAPK途径是途径是EGFR的主要信号通的主要信号通路之一。路之一。 目目 录录EGFR介导的信号转导过程介导的信号转导过程目目 录录 胰岛素、胰岛素样生长因子等 受体型TPK 受体型TPK中介蛋白GRB2、SOS等 Ras p21蛋白或小G蛋白 Raf (MAPKKK) MEK( MAPKK) ERK (MAPK)受体型受体型TPK-Ras-MAPK途径途径有丝分裂原激活蛋白系统有丝分裂原激活蛋白系统生物学效应生物学效应信息分子信息分子配体配体受体受体反式作用因子反式作用因子胞间胞间胞