细胞通讯与细胞信号转导的分子机理级研究生YU

1、1俞小瑞俞小瑞 教授教授 cell communication & signal transduction2013年年10月月2细胞通讯细胞通讯(cell communication)(cell communication) ：体内一部分细胞：体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞接收信号并将其转变为细发出信号，另一部分细胞接收信号并将其转变为细胞功能变化的过程。胞功能变化的过程。信号转导信号转导(signal transduction)(signal transduction) ：细胞针对外源细胞针对外源信息所发生的信息所发生的细胞内细胞内生物化学变化及效应的全过程生物化学变化及效应的

2、全过程。3主要内容主要内容n细胞通讯与信号转导的细胞通讯与信号转导的分子基础分子基础n主要信号转导主要信号转导途径途径4第一节第一节 细胞通讯与信号转导细胞通讯与信号转导 的分子基础的分子基础一、细胞间通讯方式一、细胞间通讯方式二、信息物质二、信息物质( (信号分子信号分子) )三、受体三、受体四、细胞内关键信号转导分子四、细胞内关键信号转导分子五、细胞信号转导的基本方式五、细胞信号转导的基本方式5 通过相邻细胞的通过相邻细胞的直接接触直接接触 通过细胞分泌各种通过细胞分泌各种化学物质化学物质来调节自身来调节自身和其他细胞的代谢和功能。和其他细胞的代谢和功能。一、细胞间通讯的方式一、细胞间通讯

3、的方式细胞间隙连接细胞间隙连接膜表面分子膜表面分子接触通讯接触通讯6 1 1、细胞间隙连接细胞间隙连接(gap junction )(gap junction )：连接蛋白，直接连接蛋白，直接 通讯，使相邻的细胞共享一些具有特殊功能的小通讯，使相邻的细胞共享一些具有特殊功能的小 分子物质，使细胞群成为整体。分子物质，使细胞群成为整体。 2 2、膜表面分子接触通讯膜表面分子接触通讯(contact-dependent(contact-dependent signaling) signaling) ：细胞膜表面的糖蛋白、脂蛋白分子细胞膜表面的糖蛋白、脂蛋白分子 作为细胞的触角，可以与其他细胞的膜表

4、面分子作为细胞的触角，可以与其他细胞的膜表面分子 特异性的识别和相互作用，直接通讯。特异性的识别和相互作用，直接通讯。 3 3、化学信号通讯化学信号通讯(chemical signaling ) (chemical signaling ) ：一些细一些细 胞分泌化学物质至细胞外（化学信号）作用于其胞分泌化学物质至细胞外（化学信号）作用于其 它细胞（靶细胞），调节其功能，间接通讯。它细胞（靶细胞），调节其功能，间接通讯。78二、信息物质二、信息物质（Signal Molecules） 把具有把具有调节调节细胞生命活动的化学物质细胞生命活动的化学物质称为称为信息物质。信息物质。（一）基本概念（一）

5、基本概念9p细胞间信息物质细胞间信息物质p细胞内信息物质细胞内信息物质(详见后详见后)细胞间信息物质细胞间信息物质是指由细胞分泌的调节靶细胞生是指由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质，通常又称作第一信使。命活动的化学物质，通常又称作第一信使。细胞内信息物质细胞内信息物质指第一信号物质经转导刺激细胞指第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质。内产生的传递细胞调控信号的化学物质。10. .化学性质化学性质 蛋白质和肽类蛋白质和肽类: : 如生长因子、细胞因子、胰岛素等如生长因子、细胞因子、胰岛素等 氨基酸及其衍生物氨基酸及其衍生物: : 如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺如甘氨酸、

6、甲状腺素、肾上腺 素等素等 类固醇激素类固醇激素: : 如糖皮质激素、性激素等如糖皮质激素、性激素等 脂酸衍生物脂酸衍生物: : 如前列腺素等如前列腺素等 气体气体: : 如一氧化氮、一氧化碳等如一氧化氮、一氧化碳等（二）细胞间信息物质（二）细胞间信息物质11（1）神经递质）神经递质又称突触分泌信号又称突触分泌信号特点特点: :由由神经元细胞神经元细胞分泌；分泌；通过通过突触间隙突触间隙到达下一个神经细胞；到达下一个神经细胞；作用距离作用距离最短最短（nm)nm)；作用于膜受体。作用于膜受体。例如：例如： 乙酰胆碱等乙酰胆碱等2. 2. 分分 类类12（2 2） 内分泌激素内分泌激素又称内分泌

7、信号又称内分泌信号特点特点: :由特殊分化的由特殊分化的内分泌细胞内分泌细胞分泌分泌 通过通过血液循环血液循环到达靶细胞到达靶细胞 作用距离最远（作用距离最远（m m）作用于膜受体或胞内受体作用于膜受体或胞内受体 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13（3）局部化学介质）局部化学介质又称又称旁分泌信号旁分泌信号特点特点: :由体内某些由体内某些普通细胞普通细胞分泌分泌 不进入血循环，通过不进入血循环，通过扩散作用扩散作用到达附近到达附近的靶细胞（的靶细胞（mm）作用于膜受体作用于膜受体例如例如: :生长因子、前列腺素等。生长因子、前列腺素等。14有些细胞间信

8、息物质能对同种细胞或分泌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，称为细胞自身起调节作用，称为自分泌信号自分泌信号。自分泌信号自分泌信号16三、受三、受 体体 受体受体(receptor)(receptor)：细胞膜上或细胞内能细胞膜上或细胞内能特异识别特异识别生物活性分子并与之生物活性分子并与之结合结合，进而引起生物学效应，进而引起生物学效应的特殊的特殊蛋白质蛋白质。个别是糖脂。个别是糖脂。 配体配体(ligand)(ligand)：能与受体呈特异性结合的生物活能与受体呈特异性结合的生物活性分子，包括细胞间信息分子、药物、维生素、性分子，包括细胞间信息分子、药物、维生素、毒物等

9、。毒物等。 17( (一一) )受体作用的特点受体作用的特点 n高度专一性高度专一性n高度亲和力高度亲和力n可饱和性可饱和性n可逆性可逆性n特定的作用模式特定的作用模式18n受体按照其在细胞内的位置分为：受体按照其在细胞内的位置分为：l细胞表面受体细胞表面受体l细胞内受体细胞内受体 接收的是不能进入细胞的接收的是不能进入细胞的水溶性水溶性化学信号分子和其它化学信号分子和其它细胞表面的信号分子，如生长因子、细胞因子、水溶性激素细胞表面的信号分子，如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、粘附分子等。分子、粘附分子等。 接收的信号是可以直接通过脂双层胞膜进入细胞的接收的信号是可以直接通过脂双层胞膜进入

10、细胞的脂脂溶性溶性化学信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。化学信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。 （二）受体的分类、一般结构与功能（二）受体的分类、一般结构与功能1920存在于存在于细胞质膜细胞质膜上的受体，绝大部分是镶上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。嵌糖蛋白。1. 膜受体膜受体(membrane receptor)21根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：根据其结构和转换信号的方式又分为三大类： 配体依赖性离子通道受体：环状受体 G蛋白偶联受体：蛋白偶联受体：七个跨膜受体 单次跨膜受体：单次跨膜受体： 单个跨膜螺旋受体22(1)(1)环状受体环状受体( (配体依赖性离子通

11、道配体依赖性离子通道受体受体) )乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体举例：举例：2324特征特征：n离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，它们的开放或关闭直接受化学配体的控制，被它们的开放或关闭直接受化学配体的控制，被称为称为配体依赖性离子通道受体配体依赖性离子通道受体。n配体主要为配体主要为神经递质神经递质25n离子通道受体信号转导的最终作用是导致了离子通道受体信号转导的最终作用是导致了细胞膜电位改变，即通过将化学信号转变成细胞膜电位改变，即通过将化学信号转变成电信号而影响细胞功能。电信号而影响细胞功能。n离子通道型受体可以是阳离子通道，如乙酰离子通道型受

12、体可以是阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体；也可以是胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体；也可以是阴离子通道，如甘氨酸和阴离子通道，如甘氨酸和-氨基丁酸的受体。氨基丁酸的受体。26（2） G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)又称七次跨膜又称七次跨膜 螺旋受体螺旋受体/ /蛇型受体蛇型受体n这类受体的细胞内部分总是与异源三聚体这类受体的细胞内部分总是与异源三聚体G蛋白结合，受体信号转导的第一步反应都是蛋白结合，受体信号转导的第一步反应都是活化活化G蛋白。蛋白。27ExtracellularCytoplasmicCOOH-NH2C

13、1C2C3E1E2E3H1H2H3H4H5H6H7-S-S-与配体结合与配体结合G G蛋白作用部位蛋白作用部位28特点： 由一条肽链组成，N端在胞外侧，C端在胞内，中段形成七个跨膜螺旋结构。有三个胞外环和三个胞内环。 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。 29 受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，对维持受体的结构起到关键作用。对维持受体的结构起到关键作用。 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。 30（）单个跨膜（）单个跨膜螺旋受体螺旋受体蛋白酪氨酸激酶受体蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶受体具有鸟苷酸环

14、化酶活性的受体非催化型单个跨膜受体细胞因子受体催化型受体催化型受体31蛋白酪氨酸激酶受体（蛋白酪氨酸激酶受体（ protein tyrosine kinase, protein tyrosine kinase, PTK)PTK)生长因子类受体属于生长因子类受体属于PTKPTK 32EGF: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蛋白酪氨酸激酶受体的活化蛋白酪氨酸激酶受体的活化34* 受体跨膜区由受体跨膜区由22222626个氨基酸残基构成一个个氨基酸残基构成一个-螺旋，高度

15、疏水。螺旋，高度疏水。 * 胞外区为配体结合部位。胞外区为配体结合部位。 * 胞内区为酪氨酸蛋白激酶功能区，位于胞内区为酪氨酸蛋白激酶功能区，位于C C末端，末端，包括包括ATPATP结合和底物结合两个功能区。结合和底物结合两个功能区。 蛋白酪氨酸激酶受体特点蛋白酪氨酸激酶受体特点:35自身磷酸化自身磷酸化(autophosphorylation) 当配体与单跨膜螺旋受体结合后，催化型当配体与单跨膜螺旋受体结合后，催化型受体大多数发生二聚化，二聚体的酪氨酸蛋白受体大多数发生二聚化，二聚体的酪氨酸蛋白激酶激酶(tyrosine protein kinase, TPK)(tyrosine prot

16、ein kinase, TPK)被激活，被激活，彼此使对方的某些酪氨酸残基磷酸化，这一过彼此使对方的某些酪氨酸残基磷酸化，这一过程称为自身磷酸化。程称为自身磷酸化。该型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关。该型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关。 36具有蛋白丝具有蛋白丝/ /苏氨酸激酶受体苏氨酸激酶受体 如：转化生长因子如：转化生长因子受体受体（TGF）型型 型型37具有鸟苷酸环化酶（具有鸟苷酸环化酶（GCGC）活性的受体）活性的受体 膜受体膜受体 ： 由同源的三聚体或四聚体组成由同源的三聚体或四聚体组成 配体：配体： 心钠素（心钠素（ANPANP）、）、 鸟苷蛋白鸟苷蛋白 部位：部位

17、： 心血管细胞、小肠、精子、视网膜杆状心血管细胞、小肠、精子、视网膜杆状 细胞细胞可溶性受体：可溶性受体： 、 二聚体，具有二聚体，具有GCGC结合域和血红结合域和血红 素结合域素结合域 配体：配体： NO NO 、COCO 部位：部位： 脑、肺、肝、肾脑、肺、肝、肾鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶 （GCGC） 具有鸟苷酸环具有鸟苷酸环化酶活性的受化酶活性的受体结构体结构39非催化型单个跨膜受体：非催化型单个跨膜受体：-干扰素（干扰素（IFNIFN）受体）受体 细胞膜表面受体特性细胞膜表面受体特性特性特性离子通道离子通道G蛋白偶联蛋白偶联单次跨膜单次跨膜 配体配体 神经递质神经递质神经递质、激素、神

18、经递质、激素、味、光等味、光等细胞因子细胞因子生长因子生长因子 结构结构 寡聚体寡聚体 单体单体单体单体跨膜区段数目跨膜区段数目 4个个 7个个1个个 功能功能 离子通道离子通道 激活激活G蛋白蛋白激活蛋白酪氨酸激活蛋白酪氨酸激酶等激酶等 细胞应答细胞应答 去极化与去极化与 超极化超极化去极化与超极化，去极化与超极化，调节蛋白功能和调节蛋白功能和表达表达调节蛋白功能和调节蛋白功能和表达，调节细胞表达，调节细胞增值和分化增值和分化412. 2. 胞内受体胞内受体 包含四个区：高度可变区、DNA结合区、激 素结合区和铰链区。42胞内受体胞内受体43相关配体：相关配体：类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等

19、类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等功功 能：能： 多为反式作用因子，当与相应配体结合多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与后，能与DNADNA的顺式作用元件结合，调节基的顺式作用元件结合，调节基因转录。因转录。44离子通道受体离子通道受体G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体单次跨膜受体单次跨膜受体 细胞内受体细胞内受体细胞膜受体细胞膜受体受体受体小结小结45四、细胞内信号转导相关分子四、细胞内信号转导相关分子小分子物质小分子物质-第二信使第二信使大分子的信号转导分子大分子的信号转导分子-蛋白质蛋白质46（一）（一）小分子物质小分子物质-第二信使第二信使n第二信使第二信使(secondary messe

20、nger)概念概念 在细胞内传递信息的小分子物质，如在细胞内传递信息的小分子物质，如 cAMP、cGMP 、 Ca2+、DAG、IP3等称为第二信使。等称为第二信使。47n第二信使的主要类型：第二信使的主要类型：环核苷酸类环核苷酸类脂类脂类无机离子：钙离子无机离子：钙离子气体分子：气体分子：NO48 1. 1. 环核苷酸类环核苷酸类ncAMPncGMP 49 核苷酸环化酶催化核苷酸环化酶催化cAMP和和cGMP生成生成 （adenylate cyclase，AC）（guanylate cyclase，GC）AC：为膜结合的糖蛋白：为膜结合的糖蛋白GC：一种是膜结合的受体分子；另一种存在于细胞质

21、。：一种是膜结合的受体分子；另一种存在于细胞质。50 细胞内的磷酸二酯酶水解环核苷酸细胞内的磷酸二酯酶水解环核苷酸n细胞内有水解细胞内有水解cAMP和和cGMP的磷酸二酯酶的磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）。）。nPDE对对cAMP和和cGMP的水解具有相对特异性。的水解具有相对特异性。51o cAMP和和cGMP的结构及其代谢的结构及其代谢鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶52 环核苷酸的作用机制是调节蛋白激酶活性环核苷酸的作用机制是调节蛋白激酶活性n蛋白激酶蛋白激酶（protein kinase):能将能将ATP分子中分子中的的磷酸基团转移至底物蛋白氨基酸残基磷酸基团转移至底

22、物蛋白氨基酸残基上的一大类酶。上的一大类酶。是一类重要的信号转导分子，是一类重要的信号转导分子，也是许多小分子第二信使直接作用的靶分子。也是许多小分子第二信使直接作用的靶分子。53蛋白激酶蛋白激酶A是是cAMP的靶分子的靶分子ncAMP作用于作用于cAMP依赖性蛋白激酶即蛋白激依赖性蛋白激酶即蛋白激酶酶A（protein kinase A，PKA）。）。 nPKA活化后，可使多种蛋白质底物的活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸丝氨酸或苏氨酸残基或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态。发生磷酸化，改变其活性状态。54cAMP激活激活PKA的作用机理的作用机理机制机制： C2R2 (无活性无活性PK

23、A ) 4cAMP R2-4cAMP C2(有活性有活性PKA)R 调节亚基调节亚基 C 催化亚基催化亚基55蛋白激酶蛋白激酶G是是cGMP的靶分子的靶分子 ncGMP作用于作用于cGMP依赖性蛋白激酶即蛋白依赖性蛋白激酶即蛋白激酶激酶G（protein kinase G，PKG）。）。 56cGMP激活激活PKG示意图示意图57 2. 脂类脂类二脂酰甘油（二脂酰甘油（diacylglyceroldiacylglycerol，DAGDAG）磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-4,5-4,5-二磷酸二磷酸(phosphatidylinositol -(phosphatidylinositol -4,5-dip

24、hosphate4,5-diphosphate，PIPPIP2 2) )肌醇肌醇-1,4,5-1,4,5-三磷酸（三磷酸（Inositol-1,4,5-triphosphateInositol-1,4,5-triphosphate，IPIP3 3）神经酰胺（神经酰胺（ceramideceramide） 等等58磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)三磷酸肌醇(IP3)二脂酰甘油(DAG)磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C (PI-PLC)+IP3和DAG的生成59 DAG，IP3的的 功功 能能DAG：在磷脂酰丝氨酸和：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激协同下激活活PKC。IP3 ：与内质网和肌浆网上的受体

25、结合，促：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内使细胞内 Ca2+释放。释放。60IP3的靶分子是钙离子通道的靶分子是钙离子通道nIP3为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质中，为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质中，与内质网或肌质网膜上的与内质网或肌质网膜上的IP3受体结合。受体结合。IP3 IP3受体受体钙离子通道开放，钙离子通道开放，细胞内钙释放细胞内钙释放细胞内钙离子浓度迅速增加细胞内钙离子浓度迅速增加61淋巴细胞和嗅觉细胞淋巴细胞和嗅觉细胞 IP3 IP3受体（细胞膜上）受体（细胞膜上）钙离子通道开放，钙离子通道开放，细胞外钙内流细胞外钙内流细胞内钙离子浓度迅速增加细胞内钙离子浓

26、度迅速增加62DAG和钙离子的靶分子是蛋白激酶和钙离子的靶分子是蛋白激酶Cn蛋白激酶蛋白激酶C（protein kinase C，PKC），属于），属于丝丝/苏氨酸蛋白激酶。苏氨酸蛋白激酶。63催化结构域催化结构域Ca2+DAG磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸调调节节结结 构构 域域催化结构域催化结构域底物底物Ca2+DAG磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸调节结构域调节结构域假底物结合区假底物结合区DAG和和Ca2+活化活化PKC的作用机制示意图的作用机制示意图64PKC 一条多肽链组成，一条多肽链组成，N N端为调节区段，端为调节区段，C C端为催端为催化区段。调节区段与化区段。调节区段与DAGDAG、磷脂

27、酰丝氨酸、磷脂酰丝氨酸、CaCa2+2+结结合时，合时，PKCPKC构象改变发挥活性，使底物蛋白构象改变发挥活性，使底物蛋白Ser/ThrSer/Thr残基磷酸化。残基磷酸化。 包括：包括： 质膜受体、膜蛋白和多种酶。质膜受体、膜蛋白和多种酶。 PKCPKC对代谢、基因表达、细胞分化和增殖起作用。对代谢、基因表达、细胞分化和增殖起作用。 65 3. 钙离子钙离子（1）钙离子在细胞中的分布）钙离子在细胞中的分布细胞外液游离钙浓度高（细胞外液游离钙浓度高（1.121.23mmol/L）；）；细胞内液的钙离子含量很低，且细胞内液的钙离子含量很低，且90%以上储存于细以上储存于细胞内钙库（内质网和线粒

28、体内）；胞液中游离胞内钙库（内质网和线粒体内）；胞液中游离Ca2+的含量极少（基础浓度只有的含量极少（基础浓度只有0.010.1mol/L）。）。 66n导致胞液游离导致胞液游离Ca2+浓度升高的反应有两种：浓度升高的反应有两种： 一是细胞质膜钙通道开放，引起钙内流；一是细胞质膜钙通道开放，引起钙内流；二是细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起钙释放。二是细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起钙释放。 n胞液胞液Ca2+可以再经由细胞质膜及钙库膜上的钙可以再经由细胞质膜及钙库膜上的钙泵（泵（Ca2+-ATP酶）返回细胞外或胞内钙库，以酶）返回细胞外或胞内钙库，以消耗能量的方式维持细胞质内的低钙状态。消耗能

29、量的方式维持细胞质内的低钙状态。 67（2）钙离子的信号功能主要是通过钙调蛋白实现钙离子的信号功能主要是通过钙调蛋白实现n钙调蛋白钙调蛋白（calmodulin，CaM）可看作是）可看作是细胞内细胞内Ca2+的受体。的受体。乙酰胆碱、儿茶酚胺、乙酰胆碱、儿茶酚胺、加压素、血管紧张素加压素、血管紧张素和胰高血糖素等和胰高血糖素等 胞液胞液Ca2+浓度升高浓度升高 CaMCaMCa2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca 2+/CaM-依赖性激酶（依赖性激酶（CaM-K）68694. NOp NO合酶介导合酶介导NO生成生成 NO合酶合酶 胍氨酸胍氨酸精氨酸精氨酸NHH2NNH2+H2N+COO-

30、NHH2NOH2N+COO-NO70nNONO的生理调节作用的生理调节作用: :NO与与可溶性鸟苷酸环化酶可溶性鸟苷酸环化酶分子中的血红素铁结合分子中的血红素铁结合生成生成cGMP引起鸟苷酸环化酶构象改变引起鸟苷酸环化酶构象改变.酶活性增高酶活性增高cGMP作为第二信使，产生生理效应作为第二信使，产生生理效应GTP71（二）细胞内大分子信号转导分子（二）细胞内大分子信号转导分子GTP结合蛋白（G蛋白）蛋白激酶和蛋白磷酸酶蛋白质相互作用的调控结合元件衔接蛋白和支架蛋白721. GTP结合蛋白结合蛋白(G 蛋白蛋白) (GTP binding protein, G protein)q是一类和是一类

31、和GDP或或GTP结合、位于细胞膜胞浆面结合、位于细胞膜胞浆面与七次跨膜受体相结合的外周蛋白。的外周蛋白。q由三个亚基组成三聚体：由三个亚基组成三聚体：、q两种构象两种构象 n活化型活化型(GTP)： 与与、解聚结合解聚结合GTPGTP。n非活化型非活化型(GDP)：、三聚体结合三聚体结合GDPGDP。n亚基有磷酸酶（GTPase）活性73G 蛋白蛋白74RHACGDPGTP腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶ACATPcAMP75n已发现多种类型的已发现多种类型的G G蛋白，常见的有激动型蛋白，常见的有激动型GsGs，抑制型，抑制型GiGi和磷脂酶和磷脂酶C C型型GqGq。两种两种G蛋白的活性型和非活

32、性型的互变蛋白的活性型和非活性型的互变下游分子下游分子77G种类种类效应分子效应分子细胞内信使细胞内信使靶分子靶分子sAC活化cAMPPKAiAC抑制cAMPPKAq磷脂酶c活化Ca2+, IP3, DAGPKCtcGMP磷酸二酯酶活化cGMPNa+通道关闭78 与与G G蛋白三聚体比，分子量要小得多蛋白三聚体比，分子量要小得多（21KD21KD），），主要位于主要位于MAPKMAPK系统的上游，非活系统的上游，非活化状态时结合化状态时结合GDPGDP，在外源信号的作用下释，在外源信号的作用下释放放 GDPGDP，结合，结合GTPGTP而被活化。而被活化。RasRas超家族成员。超家族成员。小

33、小G蛋白蛋白(small G protein)79 与与G蛋白相同点：蛋白相同点： GTP/GDP转换；转换；GTPase与与G蛋白不同点：蛋白不同点：受酪氨酸蛋白激酶调节，受酪氨酸蛋白激酶调节，需蛋白中介：接头蛋白需蛋白中介：接头蛋白(GRB2)和和Sos、GTP 酶激活蛋白酶激活蛋白(GAPs)，类似类似G蛋白中的蛋白中的亚基。亚基。80举例：举例：小小G蛋白蛋白812. 蛋白激酶和蛋白磷酸酶（1）蛋白激酶：蛋白激酶：能将ATP分子中的磷酸基团转移至底物蛋白氨基酸残基上的一大类酶。分类：(1) 丝/苏氨酸蛋白激酶：磷酸基团受体为羟基(2) 酪氨酸蛋白激酶：磷酸基团受体为酚羟基82酶的磷酸化

34、与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 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83重要的蛋白激酶：重要的蛋白激酶： 蛋白激酶蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)A(protein kinase A,PKA) 蛋白激酶蛋白激酶G(protein kinase G,PKG)G(protein kinase G,PKG) 蛋白激酶蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)C(protein kinase C,PKC) 钙调素依赖的蛋白激酶钙调素依赖的蛋白激酶 蛋

35、白酪氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase)(protein tyrosine kinase) 有丝分裂原激活的蛋白激酶有丝分裂原激活的蛋白激酶(mitogen (mitogen activated protein kinase,MAPK)activated protein kinase,MAPK)等。等。84蛋白酪氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶(PTK)分类分类u跨膜跨膜的蛋白酪氨酸激酶受体的蛋白酪氨酸激酶受体u胞浆胞浆的蛋白酪氨酸激酶：为受体和最终效应分子的蛋白酪氨酸激酶：为受体和最终效应分子之间的中间介导分子；之间的中间介导分子；Src家族：包括Src, Fyn,

36、 Lck, Lyn等常与受体 结合存在。ZAP70家族：包括ZAP70和Syk等。Tec家族：包括Btk, Itk, Tec等。JAK家族：包括JAK1, JAK2,JAK3等。85nAbl：存在于核内和胞浆，参与转录 和细胞周期调节。nWee：调节cyclin2，调节细胞有丝 分裂。u核内核内的蛋白酪氨酸激酶：的蛋白酪氨酸激酶：86有丝分裂原激活的蛋白激酶（有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPKMAPK）n属于丝/苏氨酸蛋白激酶。n作用途径：被MAPKK磷酸化激活，转移至核内，可使一些转录因子磷酸化，从而改变基因表达状态。n作用：接受膜受体转换和传递的信号并将其带入细胞核内，参与细胞增殖、分化及

37、调亡等多种细胞功能的调控。87（2 2）蛋白磷酸酶）蛋白磷酸酶(protein phosphatase)(protein phosphatase)使磷酸化的蛋白质去磷酸化的一类酶。使磷酸化的蛋白质去磷酸化的一类酶。蛋白磷酸酶与蛋白激酶相对应，构成蛋白质活蛋白磷酸酶与蛋白激酶相对应，构成蛋白质活性的开关系统。性的开关系统。分为蛋白丝氨酸分为蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶和蛋白酪氨酸苏氨酸磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶两大类。磷酸酶两大类。88蛋白磷酸酶衰减蛋白激酶信号蛋白磷酸酶衰减蛋白激酶信号PTKPTK无活性无活性活化活化P自自我我磷磷酸酸化化PTPPTPSSP无活性无活性活化活化Src family P

38、TK无活性无活性Src family PTKPTPPPTK活化活化 活化活化信号信号抑制抑制信号信号89 3. 3.蛋白质相互作用的蛋白质相互作用的调控结合元件调控结合元件 概念：概念： 调调控控结结合元件合元件(modular binding domain)(modular binding domain) 是是蛋白蛋白质质分子中的分子中的特殊特殊结构结构域域，是信，是信号号分子相分子相互互识别识别的部位。的部位。90SH2SH2结构域结构域（src homology 2 domain)：介导信：介导信号分子与号分子与含磷酸酪氨酸蛋白分子含磷酸酪氨酸蛋白分子的结合。的结合。SH3SH3结构域结

39、构域(src homology 3 domain)： 介导信介导信号分子与号分子与富含脯氨酸的蛋白分子富含脯氨酸的蛋白分子结合。结合。PHPH结构域结构域（Pleckstrin homology domain）：其）：其功能尚未确定，可以与功能尚未确定，可以与PIP2PIP2、PIP3PIP3等结合。等结合。PTBPTB结构域结构域(protein tyrosine binding domain)：识别一些含磷酸酪氨酸的基序。识别一些含磷酸酪氨酸的基序。常见类型：常见类型：9192信号转导分子中的蛋白相互作用结构域的分布和作用信号转导分子中的蛋白相互作用结构域的分布和作用蛋白激酶蛋白激酶Btk

40、PHTHSH3SH2催化区催化区衔接蛋白衔接蛋白 Grb2SH3SH2SH3转录因子转录因子 statDNA 结合区结合区SH2TA细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白tensin/SH2PTB93特点：特点：一个信号分子可含两种以上结合元件。一个信号分子可含两种以上结合元件。同一类调控结合元件可存在于多种不同的信号同一类调控结合元件可存在于多种不同的信号转导分子中。转导分子中。这些结构域本身均为非催化结构域。这些结构域本身均为非催化结构域。94（四）衔接蛋白和支架蛋白（四）衔接蛋白和支架蛋白n衔接蛋白（衔接蛋白（adaptor proteinadaptor protein）是信号转导通路）是信号转导通路

41、中不同信号转导分子的接头，连接上游信号转中不同信号转导分子的接头，连接上游信号转导分子与下游信号转导分子。导分子与下游信号转导分子。n发挥作用的结构基础：蛋白相互作用结构域。发挥作用的结构基础：蛋白相互作用结构域。n功能：募集和组织信号转导复合物，即引导信功能：募集和组织信号转导复合物，即引导信号转导分子到达并形成相应的信号转导复合物。号转导分子到达并形成相应的信号转导复合物。n大部分衔接蛋白的结构中只有大部分衔接蛋白的结构中只有2 2个或个或2 2个以上的个以上的蛋白相互作用结构域，除此以外几乎不含有其蛋白相互作用结构域，除此以外几乎不含有其他的序列。他的序列。 1. 衔接蛋白连接信号转导分

42、子衔接蛋白连接信号转导分子95衔衔接接蛋蛋白白Nck结结构构与与相相互互作作用用分分子子示示意意图图SH2CNSH3SH3SH3HGFR, VEGFR, BCR-AblPDGFR, EphB1 SLP-76, HPK1, p130casIRS-1,p62doc CKIg2,WASP,IRS-1,DOCK180, NIKIRS-1,DOCK180, Sos,NIK,Pak1,Pak3,NAP4,WIP,dynamin, synaptojanin、 Abl,c-CblAbl,c-Cbl,NAP1,Sam68962. 支架蛋白保证特异和高效的信号转导支架蛋白保证特异和高效的信号转导n支架蛋白一般是分

43、子质量较大的蛋白质，可同时支架蛋白一般是分子质量较大的蛋白质，可同时结合很多位于同一信号转导通路中的转导分子。结合很多位于同一信号转导通路中的转导分子。 n信号转导分子组织在支架蛋白上的意义：信号转导分子组织在支架蛋白上的意义： 保证相关信号转导分子容于一个隔离而稳定的信号转导保证相关信号转导分子容于一个隔离而稳定的信号转导通路内，避免与其他不需要的信号转导通路发生交叉反通路内，避免与其他不需要的信号转导通路发生交叉反应，以维持信号转导通路的特异性；应，以维持信号转导通路的特异性； 支架蛋白可以增强或抑制结合的信号转导分子的活性；支架蛋白可以增强或抑制结合的信号转导分子的活性； 增加调控复杂性

44、和多样性。增加调控复杂性和多样性。 97五、细胞信号转导的基本方式五、细胞信号转导的基本方式n细胞信号转导网络的构成细胞信号转导网络的构成结构基础：信号分子结构基础：信号分子 信号分子相互作用进行信号分子相互作用进行转换和传递转换和传递，构成不同的信，构成不同的信号转导途径号转导途径(pathway)，交互调控，交互调控(cross talking)，形，形成网络成网络(network)。大分子蛋白质大分子蛋白质小分子活性物小分子活性物98 信号在细胞内转换和传递的信号在细胞内转换和传递的基本方式基本方式 1. 1. 小分子信使分子：小分子信使分子：浓度浓度、细胞内、细胞内定位定位的改变。的改

45、变。 2. 2. 大分子信使大分子信使构象构象变化变化u化学修饰：化学修饰：磷酸化与去磷酸化（最主要的方式磷酸化与去磷酸化（最主要的方式) )， GTP/GDPGTP/GDP结合形式变化。结合形式变化。u小分子信使的变构效应小分子信使的变构效应: : 如如cAMPcAMP的变构效应的变构效应u大分子信使的变构作用大分子信使的变构作用：蛋白质：蛋白质蛋白质相互作用蛋白质相互作用993. 3. 蛋白质分子的细胞内蛋白质分子的细胞内定位定位改变：改变： 转位转位（translocationtranslocation）4. 4. 蛋白质分子的细胞内蛋白质分子的细胞内水平水平调节：调节： 合成合成与与分

46、解分解的变化的变化100细胞信号转导的基本路线细胞信号转导的基本路线外源信号外源信号受体受体小分子信使：浓度或分布变化小分子信使：浓度或分布变化大分子信使大分子信使化学修饰化学修饰蛋白质相互作用蛋白质相互作用效应分子效应分子构象变化构象变化细胞应答细胞应答 反应反应101第二节第二节 主要细胞信号转导途径主要细胞信号转导途径 及其作用机制及其作用机制细胞内受体介导的信号转导离子通道型受体及其信号转导G蛋白偶联型受体及其信号转导单次跨膜受体介导的信号转导细胞信号转导过程的基本规律膜受体膜受体102一、细胞内受体介导的信号转导一、细胞内受体介导的信号转导受体属转录因子，其受体属转录因子，其锌指锌指

47、结构作为结构作为DNADNA结合区。结合区。没有激素时，受体没有激素时，受体热休克蛋白热休克蛋白(heat shock (heat shock proteins,Hsps)proteins,Hsps)形成复合物，阻止受体向细胞核移动形成复合物，阻止受体向细胞核移动及与及与DNADNA的结合。的结合。激素与受体结合后，激素与受体结合后，HspsHsps解离，形成激素解离，形成激素受体复合受体复合物，结合于物，结合于DNADNA上的上的激素反应元件。激素反应元件。(hormone (hormone response element,response element,HREHRE) )“zinc f

48、inger” structure104HRE: hormoneresponse elementBound hormone-receptor complex can either enhance or suppress the expression of specific genes adjacent to HREs.106107二、离子通道型受体及其信号转导二、离子通道型受体及其信号转导配体：主要为神经递质配体：主要为神经递质作用：导致细胞膜电位改变作用：导致细胞膜电位改变举例：乙酰胆碱受体举例：乙酰胆碱受体s 组成：组成：5 5个高度同源的亚基构成，即个高度同源的亚基构成，即 2 2每每个亚

49、基都是个亚基都是四次跨膜四次跨膜蛋白。蛋白。s 乙酰胆碱的结合部位位于乙酰胆碱的结合部位位于 亚基亚基。108109三、三、G蛋白偶联型受体及其信号转导蛋白偶联型受体及其信号转导 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110激素（激素（H） HR G蛋白蛋白 腺苷酸环化酶（腺苷酸环化酶（AC） cAMP受体（受体（R） 蛋白激酶蛋白激酶A（PKA） 酶或功能蛋白磷酸化酶或功能蛋白磷酸化 生物学效应生物学效应111与第二信使与第二信使cAMPcAMP有关的激素有关的激素激活腺苷酸环化酶（促激活腺苷酸环化酶（促cAMP

50、 生成生成 ）的激素）的激素抑制腺苷酸环化酶（抑抑制腺苷酸环化酶（抑cAMP 生成生成 ）的激素）的激素促肾上腺皮质素（促肾上腺皮质素（ACTH） 乙酰胆碱乙酰胆碱抗利尿激素抗利尿激素(ADH) 血管紧张素血管紧张素肾上腺素肾上腺素 肾上腺素肾上腺素 降钙素降钙素 类鸦片类鸦片 卵泡刺激素（卵泡刺激素（FSH） 生长激素释放抑制因子生长激素释放抑制因子 黄体生成激素（黄体生成激素（LH） 甲状旁腺素（甲状旁腺素（PTH）促甲状腺素（促甲状腺素（TSH）胰高血糖素胰高血糖素112如：如：胰高血糖素胰高血糖素受体通过受体通过cAMP- PKA途径转导信号途径转导信号GsACATPcAMPCCRRC

51、C 蛋蛋 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 膜膜对基因表达的调节作用对基因表达的调节作用cAMP应答元件结合蛋白应答元件结合蛋白结构基因结构基因细细胞胞核核PiPiPiPiDNA蛋白质蛋白质cAMP应答元件应答元件115 PKA PKA的作用的作用 Ser/ThrSer/Thr残基磷酸化残基磷酸化对代谢的调节作用对代谢的调节作用对基因表达的调节作用对基因表达的调节作用 cAMPcAMP应答元件（应答元件（cAMP response element,CREcAMP response element,

52、CRE） cAMPcAMP应答元件结合蛋白（应答元件结合蛋白（cAMP response element cAMP response element binding protein,CREB)binding protein,CREB)（转录因子）（转录因子）对功能蛋白的调节作用对功能蛋白的调节作用116PKA 对底物蛋白的磷酸化作用对底物蛋白的磷酸化作用组蛋白组蛋白失去对转录失去对转录转录，促进转录，促进的阻遏作用的阻遏作用蛋白质的合成蛋白质的合成核蛋白体蛋白核蛋白体蛋白 加速翻译加速翻译促进蛋白质的合成促进蛋白质的合成细胞膜蛋白细胞膜蛋白膜蛋白构象及膜蛋白构象及改变膜对水及离子改变膜对水及离

53、子功能改变功能改变通道的通透性通道的通透性微管蛋白微管蛋白构象和功能改变构象和功能改变 影响细胞分泌影响细胞分泌心肌肌原蛋白心肌肌原蛋白 易与易与CaCa2+2+结合结合加强心肌收缩加强心肌收缩底物蛋白底物蛋白磷酸化的后果磷酸化的后果生理意义生理意义组蛋白组蛋白失去对转录失去对转录转录，促进转录，促进的阻遏作用的阻遏作用蛋白质的合成蛋白质的合成核蛋白体蛋白核蛋白体蛋白 加速翻译加速翻译促进蛋白质的合成促进蛋白质的合成细胞膜蛋白细胞膜蛋白膜蛋白构象及膜蛋白构象及改变膜对水及离子改变膜对水及离子功能改变功能改变通道的通透性通道的通透性微管蛋白微管蛋白构象和功能改变构象和功能改变 影响细胞分泌影响细

54、胞分泌心肌肌原蛋白心肌肌原蛋白 易与易与CaCa2+2+结合结合加强心肌收缩加强心肌收缩底物蛋白底物蛋白磷酸化的后果磷酸化的后果生理意义生理意义1172、Ca2+-依赖性蛋白激酶途径 在收缩、运动、分泌和分裂等复杂的生命活在收缩、运动、分泌和分裂等复杂的生命活动中，需要动中，需要CaCa2+2+参与，胞浆内参与，胞浆内CaCa2+2+浓度在浓度在1010-8 -8 - -1010- -6 6 molmol/L/L比细胞外比细胞外CaCa2+2+浓度（约浓度（约2.5mmol/L2.5mmol/L）低得）低得多。多。118H HR G蛋白蛋白 PI-PLC 膜上膜上PIP2水解水解 R DAG

55、蛋白激酶蛋白激酶C(PKC) 生物学效应生物学效应 IP3 胞内胞内Ca2+升高升高 CaM 120如：血管紧张素如：血管紧张素II 受体通过受体通过PLC-IP3/DAG-PKC通路转导信号通路转导信号121四、单次跨膜受体介导的信号转导四、单次跨膜受体介导的信号转导途径途径1. 1. 鸟苷酸环化酶信号转导途径鸟苷酸环化酶信号转导途径2. 2. 受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径 3. 3. 非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径4. 4. 丝丝/ /苏氨酸蛋白激酶受体信号转导途径苏氨酸蛋白激酶受体信号转导途径 122 1.鸟苷酸环化酶信号

56、转导途径鸟苷酸环化酶信号转导途径 cGMP的作用是激活蛋白激酶的作用是激活蛋白激酶G（PKG），使），使有关蛋白有关蛋白Ser/Thr残基磷酸化而发挥生物学作残基磷酸化而发挥生物学作用。用。此途径多存在于心血管系统与脑组织内此途径多存在于心血管系统与脑组织内1.鸟苷酸环化酶信号转导途径鸟苷酸环化酶信号转导途径激活胞浆可溶性心钠素脑钠素激活膜结合性GTP cGMP激活激活PKGPKG磷酸化靶蛋白磷酸化靶蛋白引起血管舒张等生物学效应引起血管舒张等生物学效应124 cGMP的作用是激活蛋白激酶的作用是激活蛋白激酶G（PKG），使），使有关蛋白有关蛋白Ser/Thr残基磷酸化而发挥生物学作用。残基磷酸

57、化而发挥生物学作用。此途径多存在于心血管系统与脑组织内此途径多存在于心血管系统与脑组织内1252.2.受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径 以受体型以受体型PTK -Ras-MAPK信号信号转导转导途径为例途径为例126受体型受体型TPK-Ras-MAPK途径途径EGF IGF-1 PDGF FGF127二聚体化128GRB2、 SOS具有SH2、SH3结构域、静息时两者结合，游离在胞浆129ras蛋白 又称小G蛋白 Ras-GDP 无活性 Ras-GTP 有活性磷酸化的磷酸化的sos可促进可促进GDP从从ras上解离上解离130raf蛋白蛋白:具有具有Ser/Thr

58、protein kinaseSer/Thr protein kinaseraf蛋白的底物是蛋白的底物是MAPK系统系统131132133活化受体PTK结合生长因子后，受体PTK 二聚化 导致自身磷酸化Grb2含有SH2区的生长因子连接蛋白SH3SOS吸引到细胞膜RasGDP 活化活化Raf(MAPK、K、K)激活激活MEK(MAPKK)胞浆蛋白磷酸化进入核促进靶基因转录EGFEGF等生长因子等生长因子RasGTP(有活性有活性)激活受体型受体型PTK-Ras-MAPK途径途径(MAPK)ERK135136 3.非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径 以以JAKs-STAT信号途径