細胞生物學筆記-信號轉導

1、細胞的信號轉導信號轉導(signal transduction):指在信號傳遞中,細胞將細胞外的信號分子攜帶的信息轉變?yōu)榧毎麅刃盘柕倪^程完整的信號傳遞程序:1、合成信號分子; 2、細胞釋放信號分子; 3、信號分子向靶細胞轉運;4、信號分子與特異受體結合; 5、轉化為細胞內的信號,以完成其生理作用; 6、終止信號分子的作用;第一節(jié)、細胞外信號1、由細胞分泌的、能夠調節(jié)機體功能的一大類生物活性物質。如：配體2、配體的概念： 指細胞外的信號分子，或凡能與受體結合并產生效應的物質。3、配體的類型：1）水溶性配體：N遞質、生長因子、肽類激素2）脂溶性配體：甲狀腺素、性激素、腎上腺激素4、第一信使：指配體

2、，即細胞外來的信號分子。 第二節(jié)、受體 一、受體的概念：細胞膜上或細胞內一類特殊的蛋白質，能選擇性地和細胞外環(huán)境中特定的活性物質結合，從而引起細胞內的一系列效應。 二、受體的類型：細胞表面受體胞內受體（胞漿和核內）1、細胞表面受體類型1） 離子通道偶聯受體： 特點：本身既有信號結合位點又是離子通道 組成：幾個亞單位組成的多聚體，亞單位上配體的結合部位，中間圍成離子通道，通道的“開”關受細胞外配體的調節(jié)。2） 酶偶聯受體：或稱催化受體、生長因子類受體，既是受體，又是“酶”。 特點：N端細胞外區(qū)有配體結合部，C端細胞質區(qū)含特異酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性。 組成：一條肽鏈一次跨膜的糖蛋白。3、

3、G蛋白偶聯受體：是N遞質、激素、肽類配體的受體。 1）特點：指配體與細胞表面受體結合后激活偶聯的G蛋白，活化的G蛋白再激活第二信使的酶類。通過第二信使引起生物學效應。 2）組成：由一條350-400個氨基酸殘基組成的多肽鏈組成，具有高度的同源性和保守性。 3）G蛋白偶聯受體作用特點:分布廣，轉導慢， 敏感，靈活，類型多。 G蛋白偶聯受體: G蛋白（由G蛋白偶聯受體介導的信號轉導） 1）、G蛋白的概念：指鳥苷酸結合蛋白配體G蛋白偶聯受體G蛋白2）、G蛋白的結構特征： 由、3個不同的亞單位構成異三聚體（異聚體），、二個亞單位極為相似且結合為二聚體，共同發(fā)揮作用。 -亞單位上有GDP或GTP結合位點

4、。在未受刺激狀態(tài)下，與GDP結合，無活性。一旦配體與受體結合（受刺激），即與GTP結合并與、分離，此時是功能狀態(tài)，能激活效應器。當亞單位 與、 復合物重新結合，即信號關閉。 G蛋白本身的構象改變可進一步激活效應蛋白，使效應蛋白活化，并引起細胞生物學效應。3）G蛋白類型: Gs：對效應蛋白起刺激和激活作用,相應的為刺激性受體（Rs）。 Gi：對效應蛋白起抑制作用,相應的為抑制性受體（Ri）。 在多細胞動物中,眾多細胞形成精密信號傳遞網絡;配體 細胞信號轉導圖受體(膜受體)受體(胞內受體)靶細胞三、 細胞表面受體的生物學特性（作用和特點）1、特異性：一種受體僅識別并結合一種配體，兩者之間的結合位點

5、有互補性。2、 高親和性：即受體與配體結合力極強。3、可飽和性：細胞表面受體數目有限，一般在103-105個/細胞，故細胞外低濃度的配體與受體結合，即可使受體處于飽和狀態(tài)。 4、可逆性：激素(H) +受體(R) 激素受體復合物(RH)第三節(jié)、細胞內信使概念：是指受體被激活后在細胞內產生的、能介導信號轉導的活性物質，又稱為第二信使。 第二信指第一信使與受體結合后最早產生的可將信號向下游傳遞的信號分子。如：cAMP、cGMP、IP3、DAG（二酯酰甘油）、Ca2+等。一、cAMP信使體系1、環(huán)磷酸腺苷（ cAMP ）是最重要的胞內信使。2、 cAMP是細胞膜的腺苷酸環(huán)化酶（AC）在G蛋白激活下，催

6、化ATP脫去一個焦磷酸后的產物。3、AC的主要功能是催化ATP或cAMP，這一過程不僅需要經G蛋白激活，還需Mg2+、Mn2+的存在。4、作用對象： cAMP的主要作用是激活依賴cAMP的蛋白激活酶A（PKA），進而使下游信號蛋白被激活產生生物學效應。5、PKA是一種能被cAMP活化的蛋白激酶，是有催化亞基（C亞基）和調節(jié)亞基（R亞基）兩部分組成的C2R2四聚體。6、PKA催化的蛋白質包括組蛋白類和核糖體蛋白類等。cAMP信號途徑（G蛋白偶聯受體信號轉導途徑） 配體(H)+細胞膜上的受體（R）H-R復合體膜上的AC被活化，催化ATP產生cAMP活化蛋白激酶引起細胞生物學效應 （在ATP存在下）

7、cAMP信號途徑分兩類： 刺激型信號途徑：Rs-Gs-AC cAMP途徑 刺激型信號作用刺激性受體（Rs）和刺激性G蛋白(Gs)，Gs刺激AC活化，使AC分解ATP，產生cAMP產生效應。 抑制型信號途徑：Ri-Gi-AC途徑 cAMP抑制型信號與細胞表面抑制型受體Ri結合,受體活化、構象改變、結合并活化抑制型G蛋白(Gi)，Gi激活以后的過程與刺激型過程正好相反，AC被抑制,ATP分解被抑制, cAMP濃度下降,其生物學效應即受到抑制.結論:刺激型途徑：刺激型配體+Rs+GsAC激活cAMP抑制型途徑: 抑制型配體+Ri+GiAC抑制cAMP配體N遞質肽類激素生長因子配體產生并與靶C靠近專業(yè)

8、化蛋白合成或糖原分解等效應蛋白，引起細胞生物學效應。配體與受體結合激活AC受體ACMg2+、ATP存在激活的AC催化ATP cAMP 特異性活化專業(yè)蛋白質在PKA（蛋白激酶）存在下特異性活化專業(yè)蛋白質（第一信使）( 第二信使)cAMP信號轉導的基本過程1、第一信使產生并與靶C靠近 2、配體與受體結合，激活AC系統(tǒng) 3、在Mg2+存在下，激活的AC催化ATP生成cAMP 4、cAMP濃度的變化可調節(jié)細胞所特有的代謝 活動發(fā)生變化，并表現出各種生理效應。二、cGMP信使體系1、環(huán)磷酸鳥苷（ cGMP ）是一種廣泛存在于動物細胞中的胞內信使。2、cGMP是由鳥苷酸環(huán)化酶（GC）催化并水解GTP后形成

9、。3、GC在細胞中有兩種存在形式；即膜結合型GC和胞漿可溶型GC。膜結合型GC；主要結合于細胞膜上，也可以分布于核膜、內質網、高爾基復合體和線粒體等膜結構中；其主要存在于心血管組織細胞、小腸、精子及視網膜桿狀細胞中。胞漿可溶型GC：主要游離于細胞質中；其主要分布于腦、肺、肝等組織中。4、 cGMP形成后可通過激活cGMP依賴蛋白激活酶G（PKG），使相應的蛋白質磷酸化，引起細胞效應。5、 cGMP在脊椎動物視桿細胞中對光信號的轉導中起重要作用：cGMP可直接作用于Na+通道，在光信號存在下，使Na+通道關閉，引起細胞超極化，神經遞質釋放減少，產生視覺反應。6、 cGMP的濃度與作用與cAMP相

10、拮抗：如cAMP濃度升高，細胞內特異性蛋白質合成加快，細胞分化受到促進；而cGMP濃度升高則可加速細胞DNA復制，促進細胞分裂。三、二酯酰甘油/磷脂酰肌醇信號體系細胞外信號分子+受體通過膜上G蛋白激活磷脂酶C(PLC)催化脂質內層磷酯酰肌醇(PIP2、PI、PIP）水解產生IP3和DAG兩種胞內信使。1、IP3/Ca2+信號途徑：IP3（水溶性）產生后從膜上擴散到細胞質中，與內質網膜上的受體結合，使膜上的Ca2+離子通道開放， Ca2+從內質網釋放入胞漿，啟動細胞Ca2+內信號系統(tǒng)，使細胞產生相應的反應。2、DAG信號途徑或DAG/PKC途徑：脂溶性的DAG生成后留存于細胞膜上，在有Ca2+、

11、磷脂酰絲氨酸存在下，激活蛋白激酶C（PKC）。PKC以磷酸化的方式對多種胞內蛋白質進行修飾，由此啟動細胞的一系列生理和生化反應。DAG激活PKCPKC催化底物P化產生生物效應 底物：胰島素、-腎上腺素、糖原合成酶、轉鐵蛋白、Na+-K+ATP酶、 Na+-H+交換器、G蛋白等。3、IP3/Ca+和DAG/PKC的協調作用：IP3使細胞內Ca2+濃度 DAG激活PKC反饋抑制IP3受體，使細胞內Ca2+啟動后的IP2分解，并激活磷酸轉移酶，水解IP3，也使細胞內Ca2+PKC還刺激Ca2+泵，使細胞內的Ca2+泵入內質網或肌漿網膜上，降低了細胞內Ca2+濃度 。4、 磷脂酰肌醇代謝的生物學意義

12、1）、參加NC興奮性調節(jié) IP3使Ca2+釋放，有利于NC釋放遞質或通過依賴Ca2+的K+外流，引起NC去極化,降低膜的興奮性，抑制遞質的釋放。 而DAG-PKC能使IP3水解，降低Ca2+進入細胞內，使膜上Ca2+濃度升高，增加了膜的興奮性，或反饋抑制磷脂酶C（PLC）水PIP2產生IP3，使Ca2+從膜上進入細胞內減少，膜上的Ca2+增加，膜的興奮性增加。 2）、參與肌肉收縮在平滑肌、骨骼肌、心肌細胞中，IP3通過Ca2+/CaM、DAG途徑使肌漿網中的Ca2+釋放，引起肌肉收縮。3）、參與炎癥與免疫反應炎癥因子激活PLC 作用PI（產生花生四烯酸）產生與炎癥相關的物質（如前列腺素、白三烯

13、和血栓素等）刺激巨噬細胞形成IP3參與免疫反應。4）、參與細胞增殖IP3通過提高細胞內的Ca2+濃度調節(jié)細胞增殖，DAG則通過激活PKC促進細胞Na+、K+-H+交換，使細胞內PH值升高或降低而促進細胞增殖。四、鈣離子/鈣調蛋白途經Ca-M(無活性鈣調蛋白)+Ca2+ Ca-CaM復合物（活化） 激活各種蛋白激酶和磷脂酶，調節(jié)細胞代謝活動。1、鈣離子的信使作用是通過其濃度的升高或降低來實現的2、細胞內的游離鈣離子的濃度是10-810-7mol/L比胞外鈣離子濃度低于104105倍；3、當細胞受到特異性信號刺激后，細胞內鈣庫（內質網、肌漿網等）的鈣通道或質膜上的鈣通道開放，致使胞內鈣離子的濃度快

14、速升高，鈣信號使細胞內酶的活性和蛋白質功能發(fā)生改變，從而產生細胞效應。4、鈣離子需要與其靶蛋白或靶酶結合才能傳遞信息，產生細胞產生效應。5、細胞中有多種能夠與鈣離子結合的蛋白質，鈣調蛋白是其中最主要的一種。6、每一個分子的CaM可以結合4個鈣離子，當細胞中鈣離子濃度超過10-6mol/L時，無活性的CaM即可與鈣離子結合，使其構象發(fā)生改變而被活化，由此激活靶蛋白或靶酶。7、鈣離子- CaM復合物激活的酶主要包括蛋白質磷酸化激酶、肌球蛋白輕鏈激酶、鈣調蛋白依賴性蛋白激酶三種類型。膜轉運系統(tǒng)和膜受體與疾病 膜轉運蛋白結構、功能異?；蛞鹞镔|轉運缺陷，導致膜轉運異常疾病。原因：基因突變和表達異常引起。 如：胱氨酸尿癥（遺傳性膜轉運異常疾?。耗I小管上皮細胞膜上轉運氨基酸的載體蛋白異常，不能吸收和轉運胱氨酸。當胱氨酸超過飽和溶度時,從尿中析出,形成結晶,造成尿路結石。腎性糖尿?。ㄟz傳性膜轉運異常疾?。耗I小管上皮細胞膜轉運葡萄糖的載體蛋白，功能 缺陷，