細胞生物學--細胞信號轉(zhuǎn)導與信號傳遞系統(tǒng)ppt課件

1、第十三章第十三章 細胞信號轉(zhuǎn)導與信號細胞信號轉(zhuǎn)導與信號傳送系統(tǒng)傳送系統(tǒng)信號細胞信號細胞(signaling cell)：能產(chǎn)生信號分子的：能產(chǎn)生信號分子的細胞細胞.靶細胞靶細胞(target cell)：遭到信號分子的作用發(fā)：遭到信號分子的作用發(fā)生反響的細胞生反響的細胞.信號轉(zhuǎn)導信號轉(zhuǎn)導(signal transduction)：靶細胞依托：靶細胞依托受體識別專注的細胞外信號分子，并把細受體識別專注的細胞外信號分子，并把細胞外信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧毎麅?nèi)信號，這一轉(zhuǎn)變過胞外信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧毎麅?nèi)信號，這一轉(zhuǎn)變過程稱為信號轉(zhuǎn)導。程稱為信號轉(zhuǎn)導。細胞內(nèi)的信號分子經(jīng)連鎖級聯(lián)反響，進展細細胞內(nèi)的信號分子經(jīng)連鎖級聯(lián)反響，

2、進展細胞內(nèi)信號傳送，引起細胞發(fā)生反響。胞內(nèi)信號傳送，引起細胞發(fā)生反響。靶細胞的受體蛋白多種多樣靶細胞的受體蛋白多種多樣: :存在于質(zhì)膜上，識別的分子是親水性的；存在于質(zhì)膜上，識別的分子是親水性的；存在于胞質(zhì)溶質(zhì)中，識別的分子是疏水性的。存在于胞質(zhì)溶質(zhì)中，識別的分子是疏水性的。受體蛋白分別與不同的信號分子發(fā)生結(jié)合各具有專注受體蛋白分別與不同的信號分子發(fā)生結(jié)合各具有專注性。性。第一節(jié)第一節(jié) 信號細胞與靶細胞信號細胞與靶細胞一、信號分子與信號細胞一、信號分子與信號細胞信號細胞經(jīng)過外排分泌和穿膜分散釋放出信號細胞經(jīng)過外排分泌和穿膜分散釋放出信號分子。有的信號分子可對遠間隔的信號分子。有的信號分子可對遠

3、間隔的靶細胞發(fā)生作用；有的信號分子在釋放靶細胞發(fā)生作用；有的信號分子在釋放后仍結(jié)合在信號細胞外表，只能影響與后仍結(jié)合在信號細胞外表，只能影響與之接觸的細胞，甚至信號細胞本身。之接觸的細胞，甚至信號細胞本身。 信號分子分類：信號分子分類： 1 1、旁分泌信號：信號分子分散不太遠，、旁分泌信號：信號分子分散不太遠，只能影響周圍近鄰細胞只能影響周圍近鄰細胞 2 2、突觸信號：神經(jīng)末梢與神經(jīng)元或肌、突觸信號：神經(jīng)末梢與神經(jīng)元或肌肉細胞之間的銜接稱突觸，神經(jīng)末梢分肉細胞之間的銜接稱突觸，神經(jīng)末梢分泌神經(jīng)遞質(zhì)，作用于突觸后靶細胞，傳泌神經(jīng)遞質(zhì)，作用于突觸后靶細胞，傳送信號。送信號。3 3、內(nèi)分泌信號：內(nèi)分

4、泌細胞分泌的信、內(nèi)分泌信號：內(nèi)分泌細胞分泌的信號分子稱為激素，可遠間隔傳播，分布號分子稱為激素，可遠間隔傳播，分布全身。全身。4 4、自分泌信號：細胞分泌的信號分子、自分泌信號：細胞分泌的信號分子只作用于同種細胞，甚至同本身的受體只作用于同種細胞，甚至同本身的受體結(jié)合引起反響，分泌信號分子的細胞既結(jié)合引起反響，分泌信號分子的細胞既是信號細胞，也是靶細胞。是信號細胞，也是靶細胞。二、靶細胞二、靶細胞一靶細胞反響的特征一靶細胞反響的特征1、專注性地識別信號、專注性地識別信號 細胞按發(fā)育細胞按發(fā)育編程，在不同的分化階段分別對專編程，在不同的分化階段分別對專注的信號分子識別。注的信號分子識別。2、反響

5、的差別性、反響的差別性 一種信號分子對一種信號分子對不同的靶細胞常有不同的效應。這不同的靶細胞常有不同的效應。這是由于是由于1細胞外表受體組合不同，細胞外表受體組合不同，2細胞內(nèi)的安裝對接納的信息在細細胞內(nèi)的安裝對接納的信息在細胞內(nèi)進展不同的整合和譯解。胞內(nèi)進展不同的整合和譯解。二靶細胞中的受體種類二靶細胞中的受體種類1、細胞內(nèi)受體：存在于細胞質(zhì)基質(zhì)或核中，如、細胞內(nèi)受體：存在于細胞質(zhì)基質(zhì)或核中，如脂溶性信號分子的受體。脂溶性信號分子的受體。 類固醇、維生素類固醇、維生素D2、細胞外表受體：為跨膜整合蛋白，親水性信、細胞外表受體：為跨膜整合蛋白，親水性信號分子的受體。神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白質(zhì)激素、號分

6、子的受體。神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白質(zhì)激素、蛋白質(zhì)生長因子蛋白質(zhì)生長因子細胞外表受體和細胞內(nèi)受體細胞外表受體和細胞內(nèi)受體親水性親水性細胞外表受體根據(jù)傳導機制不同分三類：細胞外表受體根據(jù)傳導機制不同分三類：1離子通道關(guān)聯(lián)受體離子通道關(guān)聯(lián)受體受體是多次穿膜的蛋白質(zhì)，與電興奮細受體是多次穿膜的蛋白質(zhì)，與電興奮細胞之間突觸信號快速傳送有關(guān)。受體胞之間突觸信號快速傳送有關(guān)。受體與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生改動，通與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生改動，通道瞬時翻開或封鎖，改動了質(zhì)膜的離道瞬時翻開或封鎖，改動了質(zhì)膜的離子透性，使突觸后細胞發(fā)生興奮。子透性，使突觸后細胞發(fā)生興奮。2 2G G蛋白關(guān)聯(lián)受體蛋白關(guān)聯(lián)受體可間接調(diào)理結(jié)合在質(zhì)

7、膜上的靶蛋白的活性，可間接調(diào)理結(jié)合在質(zhì)膜上的靶蛋白的活性，靶蛋白是酶或離子通道。受體與靶蛋白之靶蛋白是酶或離子通道。受體與靶蛋白之間有第三種蛋白質(zhì)：間有第三種蛋白質(zhì)：G G蛋白蛋白三體三體GTPGTP結(jié)合結(jié)合調(diào)理蛋白。調(diào)理蛋白。3 3酶關(guān)聯(lián)受體酶關(guān)聯(lián)受體受體多是一次穿膜的蛋白質(zhì)，本身具酶的受體多是一次穿膜的蛋白質(zhì)，本身具酶的性質(zhì)，或與酶結(jié)合在一同。多為蛋白激酶性質(zhì)，或與酶結(jié)合在一同。多為蛋白激酶或與蛋白激酶結(jié)合在一同。被激活后，可或與蛋白激酶結(jié)合在一同。被激活后，可使靶細胞中專注的一組蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化。使靶細胞中專注的一組蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化。G蛋白耦聯(lián)型受體為蛋白耦聯(lián)型受體為7次跨膜蛋白次跨膜蛋

8、白 第二節(jié)第二節(jié) 細胞內(nèi)信號傳送的根本細胞內(nèi)信號傳送的根本 原理原理一、細胞內(nèi)信號傳送的級聯(lián)反一、細胞內(nèi)信號傳送的級聯(lián)反響響信號傳送級聯(lián)反響的概念：信號傳送級聯(lián)反響的概念：p3821、構(gòu)成信號傳送級聯(lián)反響鏈的、構(gòu)成信號傳送級聯(lián)反響鏈的蛋白種類：蛋白種類：1可被蛋白激酶磷酸化的蛋可被蛋白激酶磷酸化的蛋白；白；2在信號誘導下同在信號誘導下同GTP結(jié)結(jié)合的蛋白合的蛋白2 2、參與磷酸化級聯(lián)反響的蛋白激酶的種類：、參與磷酸化級聯(lián)反響的蛋白激酶的種類：1 1絲氨酸絲氨酸/ /蘇氨酸激酶；蘇氨酸激酶；2 2酪氨酸激酶酪氨酸激酶 蛋白激酶是一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，其作用是蛋白激酶是一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，其作用是將將 AT

9、P ATP 的的 磷酸基轉(zhuǎn)移究竟物特定的氨磷酸基轉(zhuǎn)移究竟物特定的氨基酸殘基上，使蛋白質(zhì)磷酸化?；釟埢?，使蛋白質(zhì)磷酸化。 蛋白激酶在信號轉(zhuǎn)導中的主要作用有兩個方面：蛋白激酶在信號轉(zhuǎn)導中的主要作用有兩個方面： 其一是經(jīng)過磷酸化調(diào)理蛋白質(zhì)的活性，磷酸化和其一是經(jīng)過磷酸化調(diào)理蛋白質(zhì)的活性，磷酸化和去磷酸化是絕大多數(shù)信號通路組分可逆激活的共去磷酸化是絕大多數(shù)信號通路組分可逆激活的共同機制，有些蛋白質(zhì)在磷酸化后具有活性，有些同機制，有些蛋白質(zhì)在磷酸化后具有活性，有些那么在去磷酸化后具有活性；那么在去磷酸化后具有活性； 其二是經(jīng)過蛋白質(zhì)的逐級磷酸化，使信號逐級放其二是經(jīng)過蛋白質(zhì)的逐級磷酸化，使信號逐級放

10、大，引起細胞反響。大，引起細胞反響。 二、細胞對細胞外的信號有不同的二、細胞對細胞外的信號有不同的 反響速率反響速率1、快速反響：經(jīng)過磷酸化級聯(lián)反響、快速反響：經(jīng)過磷酸化級聯(lián)反響鏈進展，不涉及基因表達。鏈進展，不涉及基因表達。2、慢速反響：涉及基因表達的調(diào)理。、慢速反響：涉及基因表達的調(diào)理。 激 素激 素 受 體受 體 G 蛋 白蛋 白 AC(adenylate cyclase,AC)cAMP蛋白激酶蛋白激酶A基因調(diào)理蛋基因調(diào)理蛋白白基因表達?；虮磉_。第三節(jié)第三節(jié) G蛋白關(guān)聯(lián)受體與蛋白關(guān)聯(lián)受體與G蛋白蛋白 一、一、G蛋白的構(gòu)造和活性變化蛋白的構(gòu)造和活性變化1、G蛋白的構(gòu)造蛋白的構(gòu)造三個亞基組

11、成，不受刺激無活三個亞基組成，不受刺激無活性。性。配體配體+受體受體 受體激活受體激活 G蛋白蛋白+受受體體 G蛋白激活蛋白激活 G蛋白蛋白 +GTP 2、GTP和和GDP對對G蛋白活性的影響蛋白活性的影響結(jié)合結(jié)合GTP時處于活性形狀，結(jié)合時處于活性形狀，結(jié)合GDP時處于失活形狀。時處于失活形狀。激活，激活，亞基與亞基與復合物分別，沿質(zhì)復合物分別，沿質(zhì)膜內(nèi)外表散開，分別與各自靶蛋白結(jié)膜內(nèi)外表散開，分別與各自靶蛋白結(jié)合。合。3、G蛋白激活靶蛋白的作用機制：蛋白激活靶蛋白的作用機制：G蛋白蛋白亞基具有亞基具有GTP酶活性，酶活性，亞基與其亞基與其靶蛋白相互作用后，幾秒鐘后把靶蛋白相互作用后，幾秒鐘

12、后把GTP水水解成了解成了GDP，亞基便與亞基便與復合物重新復合物重新結(jié)合成無活性的結(jié)合成無活性的G蛋白。蛋白。4、信號轉(zhuǎn)導中、信號轉(zhuǎn)導中G蛋白活性變化過程：蛋白活性變化過程：1受體激活；受體激活；2G蛋白激活；蛋白激活；3G蛋白復原失活。蛋白復原失活。5、刺激性、刺激性G蛋白和抑制性蛋白和抑制性G蛋白蛋白Gs和和GiG蛋白激活后有激活酶蛋白的才干蛋白激活后有激活酶蛋白的才干刺激性刺激性G蛋白；蛋白；活化后對腺苷酸環(huán)化酶有抑制造用的活化后對腺苷酸環(huán)化酶有抑制造用的G蛋白蛋白抑制性抑制性G蛋白。蛋白。 二者二者亞基不同。亞基不同。二、二、 G蛋白在信號轉(zhuǎn)導中的功能蛋白在信號轉(zhuǎn)導中的功能一調(diào)理離子

13、通道，如鉀離子通一調(diào)理離子通道，如鉀離子通道道 乙酰膽堿乙酰膽堿+G蛋白關(guān)聯(lián)受體蛋白關(guān)聯(lián)受體 G蛋白蛋白分解成分解成亞基、亞基、復合物復合物 復合復合物物+ K+通道蛋白通道蛋白 K+進入細胞進入細胞 亞基亞基GDP與與復合物重新結(jié)復合物重新結(jié)合成無活性的合成無活性的G蛋白蛋白二激活二激活AC腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶Adenylyl cyclase：是：是分子量為分子量為150KD的糖蛋白，跨膜的糖蛋白，跨膜12次。次。在在Mg2+或或Mn2+的存在下，腺苷酸環(huán)化的存在下，腺苷酸環(huán)化酶催化酶催化ATP生成生成cAMP 。許多細胞外信號分子主要經(jīng)過改動許多細胞外信號分子主要經(jīng)過改動AC的的活性來

14、調(diào)控活性來調(diào)控cAMP的含量程度。的含量程度。P387三激活磷脂酶三激活磷脂酶C三、細胞內(nèi)信號傳送與第二信使三、細胞內(nèi)信號傳送與第二信使一一cAMP信號傳送途徑信號傳送途徑1細胞內(nèi)細胞內(nèi)cAMP濃度升高所起的濃度升高所起的作用：作用： 糖原降解；糖原降解； 激活特定基因的轉(zhuǎn)錄。激活特定基因的轉(zhuǎn)錄。2cAMP發(fā)生作用的過程機制：發(fā)生作用的過程機制：cAMP依賴蛋白質(zhì)激酶依賴蛋白質(zhì)激酶A激酶。激酶。cAMPPKA下游蛋白的絲氨酸下游蛋白的絲氨酸/蘇氨蘇氨酸磷酸化酸磷酸化激活基因調(diào)控蛋白激活基因調(diào)控蛋白基因基因表達。表達。c A M P信號與信號與基因表基因表達達 二細胞內(nèi)的鈣信號傳送途徑二細胞內(nèi)的

15、鈣信號傳送途徑 1鈣離子產(chǎn)生調(diào)控作用的兩種根本鈣離子產(chǎn)生調(diào)控作用的兩種根本過程：過程：1鈣離子鈣離子鈣調(diào)素鈣調(diào)素靶蛋白直接靶蛋白直接作用方式作用方式2鈣離子鈣離子鈣調(diào)素鈣調(diào)素鈣離子鈣離子/鈣調(diào)素鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶依賴的蛋白激酶使下游蛋白或本身使下游蛋白或本身磷酸化磷酸化產(chǎn)生生理效應間接作用方產(chǎn)生生理效應間接作用方式。式。2、cAMP途徑與鈣離子途徑之間的交互作用途徑與鈣離子途徑之間的交互作用1與與cAMP合成和降解有關(guān)的酶可遭到鈣離合成和降解有關(guān)的酶可遭到鈣離子子/鈣調(diào)素復合物的調(diào)理，反過來，鈣調(diào)素復合物的調(diào)理，反過來，PKA也影也影響鈣通道和鈣泵的活性。響鈣通道和鈣泵的活性。2直接受鈣離子

16、和直接受鈣離子和cAMP調(diào)理的酶可相互影調(diào)理的酶可相互影響。響。3PKA和鈣離子和鈣離子/鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶(CaM激酶激酶)可以使同一種蛋白的不同位點發(fā)可以使同一種蛋白的不同位點發(fā)生磷酸化。生磷酸化。三三 肌醇磷脂信號傳送途徑肌醇磷脂信號傳送途徑 1、IP3和和DAGDG第二信使的產(chǎn)生：第二信使的產(chǎn)生：質(zhì)膜脂雙層內(nèi)層的質(zhì)膜脂雙層內(nèi)層的PI，有兩個衍生物，有兩個衍生物， PIP，PIP2 PLC 磷脂酰肌醇專注性磷脂酶磷脂酰肌醇專注性磷脂酶C) PIP2IP3+DAG兩者均為第二信使。兩者均為第二信使。在磷脂酰肌醇信號通路中，胞外信號分子在磷脂酰肌醇信號通路中，胞外信號分

17、子與細胞外表與細胞外表G G蛋白耦聯(lián)型受體結(jié)合，激活質(zhì)蛋白耦聯(lián)型受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶膜上的磷脂酶C CPLC-PLC-，使質(zhì)膜上，使質(zhì)膜上4 4，5-5-二磷酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇PIP2PIP2水解成水解成1 1，4 4，5-5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇IP3IP3和二?；视秃投；视虳GDG兩個第二信使，胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，兩個第二信使，胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，這 一 信 號 系 統(tǒng) 又 稱 為這 一 信 號 系 統(tǒng) 又 稱 為 “ 雙 信 使 系 統(tǒng) 雙 信 使 系 統(tǒng) double messenger systemdouble messenger system。磷脂酰肌醇途徑磷脂酰肌醇途徑 2、磷脂酶、磷脂酶C激活的信號傳送途徑：激活的信號傳送途徑： IP3的作用：提高胞質(zhì)中的作用：提高胞質(zhì)中Ca2+濃度濃度 DAG的作用：激活蛋白激酶的作用：激活蛋白激酶C。3、激活的、激活的PKC經(jīng)過兩條途徑促進基因轉(zhuǎn)錄經(jīng)過兩條途徑促進基因轉(zhuǎn)錄1MAPK：激活基因調(diào)理蛋白：激活基因調(diào)理蛋白2NFb：