013-细胞的信号转导(细胞-2010).ppt

1、第十一章. 细胞的信号转导,细胞间传递的信号有物理信号和化学信号两类，细胞间通常以化学信号实现细胞间的信息交流并调控的生理功能，以实现特定功能的完成。已知的细胞间的信号转导包括以下几方面: .细胞外信号分子(如激素、神经递质、药物、光子等). .膜受体和胞质受体. .第二信使. .胞内信号转导途径.,第一节. 胞外信号,一. 细胞外信号的类型: 1.物理信号: 光、热、电流 2.化学信号: 短肽、蛋白质、气体分子(NO、CO)、氨基酸、 核苷酸、脂类和胆固醇的衍生物等。 二. 化学信号的特点: 1.特异性; 2.高效性; 3.可被灭活 三.化学信号的种类: 1.从产生和作用方式来分，有内分泌激

2、素、神经递质、局部化学介导因子和气体分子四类； 2.从信号分子的作用距离来分，有内分泌、旁分泌和自分泌三类。,第二节.受 体 受体有膜受体和胞内受体(胞浆受体和核受体). 不能进入细胞的细胞外信号物质通过细胞膜受体的转化将信息传入细胞内，再通过第二信使(cAMP、cGMP、NO、 DAG 、 IP3和Ca2+) 的形成，可进一步活化相应的蛋白激酶，蛋白激酶的激活使底物蛋白磷酸化，产生各种生物学变化，包括基因表达的调节。,膜受体,胞内受体,配体: 细胞外的化学信号。如激素、神经递质、生长因子、 药物和其他具有生物活性的化学信号。,一. 细胞膜受体的结构和特点: 膜受体:细胞膜上能够识别配体并能与

3、之结合且引起一系 列生理反应的大分子蛋白。 1.组成:糖蛋白或糖脂蛋白,2.结构： 识别部(discriminator)即调节亚单位,也是狭义的受体. 效应部(effector)即催化亚单位,具酶活性. 转换部(transducer),为识别部与效应部的偶联成分.,膜受体的三部分既可以是不同的蛋白质分子, 也可是同一蛋白质的不同亚单位。,二. 膜受体的分类：,(1).按分子结构分：离子通道受体、具酪氨酸激酶活性的受体和偶联G蛋白受体。 .离子通道受体(如神经递质受体、N-乙酰胆碱受体Na+离子通道、氨基丁酸受体Cl-通道)；,.具酪氨酸激酶活性的受体，即催化受体，为一次性跨膜糖蛋，N端有配体结

4、合部位，C端富含酪氨酸并具有特异酪氨酸蛋白激酶活性。白如表皮生长因子受体、血小板源生长因子受体、胰岛素受体；,.偶联G蛋白受体，识别部(受体)为七次跨膜的糖蛋白，受体与效应器分开，两者间由G蛋白(结合GTP的蛋白)偶联。 (2).按配体分：神经递质受体、激素受体、药物受体、细胞黏附受体及病原体受体等。,三. 膜受体的特性：,1.特异性(但其非绝对性)地与配体结合； 2.高亲和性； 3.可饱和性； 4.可逆性； 5.具特定的组织定位； 6.数目可变。 四. 受体的激动剂和阻断剂： 激动剂(agonist):激活受体并介导生理效应的配体 阻断剂(blocker):能与受体结合但不激活受体的配体，也

5、 叫拮抗剂(antagonist)。,第三节. G蛋白,G蛋白即鸟苷酸结合蛋白 一.组成和结构: 1.三体型的G蛋白:由三个亚单组成异三聚体,位于受体和效应器之间细胞膜的胞质面。,2.单体型的G蛋白:如Ras家族和Rho家族,二.类型: 1.刺激型G蛋白(Gs) 2.抑制型G蛋白(Gi) 3.转运型G蛋白(Gt) 4.功能未知的Gq型 三.G蛋白的特征: 1.多为亚基构成的三体型； 2.具有结合GTP或GDP的能力，并具有GTPase活性； 3.通过构象改变激活效应蛋白而传递信号。,G-蛋白介导的信号传递,四. 三体型G蛋白的作用方式: 方式一:亚单位可结合GDP(无活性)或GTP(此时有活性

6、,与分离,并去激活效应器) 方式二:亚单位也能直接与位于细胞膜的靶分子相互作用如,乙酰胆碱在心肌细胞上的受体是G蛋白偶联受体其亚单位是一个激活的信号成分。,第四节.G蛋白偶联受体介导的下游信号体系 一.G蛋白偶联受体激活或抑制腺苷酸环化酶: 腺苷酸环化酶(adenylate cyclase, AC)是位于膜上的G蛋白效应蛋白之一，AC催化ATP分解形成的cAMP作为第二信使再进一步特异地活化cAMP依赖性蛋白激酶A(cAMP-dependent protein kinase, PKA)，PKA可使某些基因表达的调节因子磷酸化，促进特异基因表达，使糖原分解并使细胞分化。所以，AC是cAMP信号传

7、递系统的关键酶。,1.刺激型信号途径: Gs激活促进cAMP合成，如-肾上腺素、D-多巴胺、甲状腺刺激激素等。 2.抑制型信号途径: Gi激活抑制cAMP合成，如-肾上腺素、阿片肽、M-乙酰胆碱等。,二.G蛋白偶联受体调控离子通道: 1.心肌毒覃碱型乙酰胆碱受体激活G蛋白打开K+通道:,2.Gt偶联受体能被光激活: 视紫红质是一种可被光激活的G蛋白偶联受体,定位于视杆细胞外层部分的扁平膜盘上, 与视紫红质结合的G蛋白三聚体被称为Gt (transducin)。,cGMP也是细胞内的第二信使, 鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase, GC) 以类似于AC的分解方式分解GTP成为cGM

8、P并引起各种生物学效应。大多数细胞中的cGMP通过激活cGMP依赖性蛋白激酶 (cGMP-dependent protein kinase, PKG), PKG进一步使特异蛋白磷酸化并合成糖原,加快DNA复制,促使细胞分裂增殖。GC有两种存在形式：一种是膜结合性的GC(如视紫红质偶联的G蛋白作用的靶酶)；另一种是需要NO激活的可溶性的GC。,三. G蛋白偶联受体激活蛋白激酶C: 该信号体系是膜受体与其相应的配体结合后,通过膜上的G蛋白活化磷脂酶C(phospholipase C,PLC),催化细胞膜上的由磷脂酰肌醇经两次磷酸化形成的4,5-二磷脂酰肌醇(PIP2)分解为细胞内的两个第二信使甘油

9、二脂(DAG)和1,4,5-三磷酸肌醇(IP3), 而IP3再动员细胞内Ca2+库中的Ca2+到细胞质中,1.DAG活化蛋白激酶C: 最终促进细胞分裂增殖。 2.三磷酸肌醇(IP3)动员细胞内Ca2+的释放: 最终促进细胞分裂增殖。,甘油二脂、三磷酸肌醇和Ca2+的信号传递路径：,PI（磷脂酰肌醇） PIP（磷酸肌醇） 配体 + 受体 Gp 激活磷脂酶C PIP2（二磷酸肌醇） DAG IP3（磷酸肌醇） 活化PKC sER释放Ca2+ 调节Na+-H+使胞质pH Ca2+-CM 促细胞分裂 胞内cGMP促细胞分裂,G-蛋白、IP3、Ca2+参与的信号传递,3.Ca2+/CaM复合物介导多种胞

10、外信号诱导的细胞反应:,4.一氧化氮信号(NO)途径: 精氨酸在NO合酶(NO synthase)的催化下能转化形成NO和瓜氨酸。NO作为第二信使参与细胞内信号传递。如乙酰胆碱、谷氨酸、组胺和bradykinin等神经递质均可通过产生NO而提高细胞内的cGMP浓度，临床上用硝酸甘油治疗缺血性心脏病的原理现已证明也是如此。,四.G蛋白偶联受体激活基因转录:,第五节.信号转导引起的细胞生物学效应 1.细胞外信号可引起细胞运动; 2.细胞外信号能刺激增殖细胞合成新的蛋白; 3.信号转导可参与细胞物质代谢的调节; 4.信号转导的途径可决定细胞分化的方向; 5.细胞内信号转导可激发细胞凋亡.,第六节. 信号转导途径的共同特点 1.蛋白质的磷酸化