細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

1、LifeScienceLifeScience第十二講第十二講 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)signal transduction細(xì)胞外信號(hào)通過(guò)與細(xì)胞表面的受體相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)信號(hào)并在細(xì)胞內(nèi)傳遞的過(guò)程稱(chēng)為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)LifeScience學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的1、了解激素在生命活動(dòng)調(diào)控中的作用2、了解人體的內(nèi)分泌器官及其分泌的激素，以及它們的生理作用3、掌握跨膜信號(hào)傳導(dǎo)的第二信使學(xué)說(shuō)，了解其它信號(hào)傳導(dǎo)的途徑LifeScience生物體的生命活動(dòng)受遺傳信息及環(huán)境變化信息的調(diào)節(jié)控制 。細(xì)胞的基因表達(dá)及增殖、分化、生長(zhǎng)、衰老、死亡、代謝、神經(jīng)傳導(dǎo)、免疫等生存依賴(lài)于精巧調(diào)控的細(xì)胞間、細(xì)胞內(nèi)分子通訊網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)環(huán)境恒穩(wěn)態(tài)

2、LifeScience什么是生命活動(dòng)？什么是生命活動(dòng)？貝時(shí)璋教授 ：根據(jù)生物物理學(xué)的觀點(diǎn)，無(wú)非是自然界三個(gè)量綜合運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)，即物質(zhì)、能量和信息在生命系統(tǒng)中無(wú)時(shí)無(wú)刻地在變化，這三個(gè)量有組織、有秩序的活動(dòng)是生命的基礎(chǔ)。信息流起著調(diào)節(jié)控制物質(zhì)和能量代謝的作用。 薛定諤：“生命的基本問(wèn)題是信息問(wèn)題” LifeScience LifeScienceLifeScience第一部分第一部分 激素和人體內(nèi)分泌系統(tǒng)激素和人體內(nèi)分泌系統(tǒng)(pp277-308)LifeScience一、激素（一、激素（hormones）又稱(chēng)化學(xué)信使，是生物體的特定細(xì)胞內(nèi)合成的能使生物體發(fā)生一定反應(yīng)的有機(jī)分子。調(diào)節(jié)有機(jī)體各種生理活動(dòng)，

3、維持內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。LifeScience激素作用的一般特征激素作用的一般特征1、相對(duì)特異性2、激素的高效能作用3、激素間相互作用（1）競(jìng)爭(zhēng)作用（2）協(xié)同作用（3）拮抗作用（4）激素的“允許作用”LifeScienceLifeScience激素的種類(lèi)激素的種類(lèi)植物激素：生長(zhǎng)素、赤酶素、細(xì)胞分裂素、多胺、乙烯、脫落酸等動(dòng)物激素?zé)o脊椎動(dòng)物脊椎動(dòng)物種類(lèi)較多；特異性遠(yuǎn)比植物激素的特異性高；有專(zhuān)門(mén)產(chǎn)生激素的器官，即內(nèi)分泌腺、內(nèi)分泌細(xì)胞LifeScienceLifeScience激素的分類(lèi)激素的分類(lèi)1、含氮的激素（1）氨基酸衍生物：Trp褪黑激素和5-HTTyr甲狀腺激素、腎上腺素等（2）肽類(lèi)和蛋白質(zhì)激素

4、：胰島素、神經(jīng)激素2、類(lèi)固醇類(lèi)激素（甾體激素）：皮質(zhì)醇、性激素3、脂肪酸衍生物：前列腺素LifeScience激素的作用激素的作用1、調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和水鹽平衡，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)2、促進(jìn)細(xì)胞分裂與分化，保證組織、器官發(fā)育、成熟和生長(zhǎng)，并影響衰老過(guò)程3、影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)及植物性神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及其活動(dòng)，與學(xué)習(xí)、記憶以及行為有關(guān)4、促進(jìn)生殖器官的發(fā)育與成熟，調(diào)節(jié)包括受精、受精卵運(yùn)行、著床、懷孕以及泌乳等生殖過(guò)程5、與神經(jīng)系統(tǒng)密切配合使機(jī)體能更好的適應(yīng)環(huán)境變化，增強(qiáng)應(yīng)激能力和適應(yīng)能力。LifeScience二、人體免疫器官二、人體免疫器官甲狀腺、甲狀旁腺胰島腎上腺性腺腦垂體下丘腦松果體胸腺LifeScien

5、ceLifeScience1、甲狀腺（thyroid gland）與甲狀腺素甲狀腺素（T4）和三碘甲腺原氨酸（T3），濾泡細(xì)胞，是酪氨酸的碘化衍生物。作用是提高糖類(lèi)代謝和氧化磷酸化中多種酶的活性。甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)（hyperthyroidism）甲狀腺機(jī)能減退（hypothyroidism）甲狀腺腫（goiter）降鈣素（calcitonin）：濾泡旁細(xì)胞，32aa，使血液和體液中鈣的濃度降低，防止骨骼中Ca2+過(guò)多逸入血液。LifeScience2、甲狀旁腺（parathyroid glands）甲狀旁腺素（parathormone）:84aa，與降鈣素互相拮抗。提高血鈣含量、減少磷酸含量的作

6、用。一方面能抑制腎及腸的排鈣能力，另一方面又能使骨骼中的鈣釋放到血液中。3、胰島（islets of Langerhans）細(xì)胞：胰高血糖素（glycagon）:肝臟細(xì)胞：胰島素（insulin)細(xì)胞：生長(zhǎng)激素抑制素（somatostatin）LifeScience胰島素：1886年，G.Mering 、O.Minkowski將狗的胰臟切除。1926年，J.J.Abel提純得到胰島素結(jié)晶1954年F.S.Anger測(cè)出了aa序列，第一個(gè)確定了aa序列的蛋白質(zhì)。降低血糖濃度，促進(jìn)機(jī)體利用血糖或?qū)⒀寝D(zhuǎn)化為糖原和脂肪促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成糖尿病（diabetes mellitus）LifeScience

7、LifeScience4、腎上腺（adrenal glands）(1)髓質(zhì)（medulla）腎上腺素（adrenaline,epinephrine）去甲腎上腺素（norepinephrine）氨基酸的衍生物，功能極相似。引起動(dòng)物或人體興奮激動(dòng)。血壓上升、心跳加快、代謝率提高、細(xì)胞耗氧量增加、血管舒張、脾臟中的紅細(xì)胞大量進(jìn)入血液循環(huán)、骨骼肌和心臟中的血流量加大，瞳孔放大、毛發(fā)直立，同時(shí)抑制消化管蠕動(dòng)，腸壁平滑肌中血管收縮、血流量減少。LifeScience（2）皮質(zhì)（cortex）激素類(lèi)固醇類(lèi)物質(zhì)，糖皮質(zhì)激素（glucocorticoids）:cortisone,corticosterone使蛋

8、白質(zhì)和氨基酸轉(zhuǎn)化為葡萄糖，使肝臟將氨基酸轉(zhuǎn)化糖原，并使血糖含量增多。此外還有解除身體緊張狀態(tài)，加強(qiáng)免疫功能，抵抗感染的作用。鹽皮質(zhì)激素（mineralocorticoids):aldosterone促進(jìn)腎小管對(duì)Na+的重吸收，抑制對(duì)K+的重吸收，性激素：雌激素、雄激素LifeScienceLifeScience5、垂體（pituitary body）腺垂體：內(nèi)分泌系統(tǒng)的中心，以上是下丘腦。至少能分泌7種激素，都是蛋白質(zhì)分子（1）催乳素（prolactin）（2）生長(zhǎng)激素（growth hormone,GH）（3）黑素細(xì)胞激素（melanocyte-stimulation hormone）（4）

9、促激素（tropic hormones）:TSH、ACTH、FSH垂體后葉：催產(chǎn)素（oxytocin）和后葉加壓素（vasopressin）非后葉分泌，而是下丘腦分泌，由下丘腦與垂體后葉之間的神經(jīng)傳送給后葉的。LifeScience6、下丘腦（hypothalamus）神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)既能傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)、又有分泌激素的功能在內(nèi)分泌系統(tǒng)中居于最高的統(tǒng)治地位，總中樞分泌的激素都是蛋白質(zhì)分子，可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是促進(jìn)性質(zhì)的，稱(chēng)釋放因子或釋放激素，另一類(lèi)是抑制性質(zhì)的，抑制因子或抑制激素LifeScience7、松果體（pineal body）褪黑激素（melatonin）。氨基酸的衍生物，是使色素細(xì)

10、胞中的色素粒集中，因而使皮膚褪色的激素，是和促黑素細(xì)胞激素的作用相反的激素。分泌一般總是和晝夜的周期變化相關(guān)，可能正是動(dòng)物的計(jì)時(shí)器，即生物鐘所在之處。8、前列腺素、性激素LifeScienceLifeScience三、動(dòng)物激素的作用機(jī)制三、動(dòng)物激素的作用機(jī)制1、第二信使學(xué)說(shuō)2、基因表達(dá)學(xué)說(shuō)LifeScience第二部分第二部分 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)1、細(xì)胞信號(hào)的主要種類(lèi)2、受體及跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)3、G蛋白與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)4、胞內(nèi)信使5、具有酶活性的細(xì)胞表面受體與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)6、蛋白質(zhì)的可逆磷酸化及其對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控LifeScience一、細(xì)胞信號(hào)的主要種類(lèi)LifeScience信息與信號(hào)信息與

11、信號(hào)信息與“不確定”相聯(lián)系 信息是認(rèn)識(shí)主體（人、生物、機(jī)器）所感受的或所表達(dá)的事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的方式。信息的特征為：（1） 接收者在收到信息之前，對(duì)它的內(nèi)容是不知道的，所以信息是新知識(shí)、新內(nèi)容。（2） 信息是能使認(rèn)識(shí)某一事物的未知性或不確定性減少的有用知識(shí)（3） 信息可以產(chǎn)生，也可以消失，同時(shí)信息可以被攜帶、貯存及處理（4） 信息是可以量度的，信息量有多少的差別。 信號(hào)是信息的載體，它是物理性的。 LifeScience細(xì)胞信號(hào)細(xì)胞信號(hào)1、生物大分子的結(jié)構(gòu)信號(hào)：蛋白質(zhì)、多糖、核酸的結(jié)構(gòu)信息 2、物理信號(hào)：電、光、磁 3、化學(xué)信號(hào)：細(xì)胞間通訊的信號(hào)分子：激素、神經(jīng)遞質(zhì)與神經(jīng)肽、局部化

12、學(xué)介導(dǎo)因子、抗體、淋巴因子 細(xì)胞內(nèi)通訊的信號(hào)分子 ：cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, DG、NO LifeScience細(xì)胞外信號(hào)通訊通常包括六個(gè)步驟：1、合成2、信號(hào)細(xì)胞釋放信號(hào)分子3、信號(hào)分子運(yùn)輸?shù)桨屑?xì)胞4、通過(guò)特定受體蛋白的信號(hào)檢測(cè)5、細(xì)胞內(nèi)由受體-信號(hào)復(fù)合體觸發(fā)的代謝、功能和發(fā)育的改變6、信號(hào)的消除，終止細(xì)胞響應(yīng)LifeScience二、受體及跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換二、受體及跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換受體的定義：是細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中的一種分子，可以識(shí)別并特異地與有生物活性的化學(xué)信號(hào)物質(zhì)（配體）結(jié)合，從而激活或啟動(dòng)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最后導(dǎo)致該信號(hào)物質(zhì)特定的生物效應(yīng)。兩個(gè)功能：1、識(shí)別特異的配體

13、；2、把識(shí)別和接受的信號(hào)準(zhǔn)確無(wú)誤的放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，產(chǎn)生特定的細(xì)胞反應(yīng)。LifeScience結(jié)合特點(diǎn)結(jié)合特點(diǎn)1、同一配體可能有兩種或兩種以上的不同受體2、配體與受體結(jié)合的飽和性受體數(shù)目恒定；但是相對(duì)的LifeScience細(xì)胞膜受體分類(lèi)細(xì)胞膜受體分類(lèi)胞內(nèi)受體：甾類(lèi)激素細(xì)胞表面受體：水溶性多肽激素G蛋白耦聯(lián)受體家族：腎上腺素受體、多巴受體、視紫紅蛋白酪氨酸激酶受體家族：多數(shù)生長(zhǎng)因子受體(如IGF，EGF，PDGF，NGF，SCF，HGF等生長(zhǎng)因子的受體)，除胰島素受體外，這類(lèi)受體均由一條肽鏈組成細(xì)胞因子受體家族離子通道受體:神經(jīng)突觸，如ACH，5-HT受體LifeScience（一）胞內(nèi)受

14、體與甾類(lèi)激素作用機(jī)制（一）胞內(nèi)受體與甾類(lèi)激素作用機(jī)制甾類(lèi)激素受體的氨基酸數(shù)目400到900不等，都具有一個(gè)高度保守的富含半胱氨酸的區(qū)域，它由7080個(gè)氨基酸組成二個(gè)“鋅指結(jié)構(gòu)”的重復(fù)單位。幾種甾類(lèi)受體的共同特點(diǎn)是有三個(gè)功能區(qū)：富含Cys、具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合區(qū)（C區(qū)），C端的激素結(jié)合區(qū)（E區(qū)）及N端的受體調(diào)節(jié)區(qū)（A/B區(qū)）； A/B區(qū)具有一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)（另一個(gè)在E區(qū)，）而且決定啟動(dòng)子專(zhuān)一性和細(xì)胞專(zhuān)一性，即它在選擇激活不同靶基因，決定激素多樣性上有重要意義。LifeScienceLifeScience（二）細(xì)胞表面受體與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換（二）細(xì)胞表面受體與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換1、激動(dòng)劑控制的離子通道型

15、受體2、G蛋白偶聯(lián)型受體3、具有酶活性的受體LifeScienceLifeScience1、離子通道型受體、離子通道型受體 共同特點(diǎn)是：是有多亞基組成受體/離子通道復(fù)合體，除本身有信號(hào)接受部位外，又是離子通道，其跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無(wú)需中間步驟，反應(yīng)快，一般只需幾毫秒（1）配體（非電壓）依賴(lài)性復(fù)合體； nAchR（2）電壓依賴(lài)性復(fù)合體LifeScience2、G蛋白偶聯(lián)型受體蛋白偶聯(lián)型受體如2與腎上腺素受體，毒蕈堿型乙酰膽堿受體（mAchR）和視網(wǎng)膜視紫紅質(zhì)(Rh)受體等與G蛋白偶聯(lián)后產(chǎn)生胞內(nèi)信使如cAMP、cGMP、DG、IP3等，將信號(hào)傳導(dǎo)胞內(nèi)。典型結(jié)構(gòu)：一個(gè)單肽鏈，形成7個(gè)螺旋的跨膜結(jié)構(gòu)，每個(gè)疏

16、水跨膜區(qū)段由2025個(gè)氨基酸組成，但各區(qū)段之間由數(shù)目不等的氨基酸組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)連接，其中1-2，3-4，5-6環(huán)在胞內(nèi)側(cè)，2-3，4-5，6-7環(huán)在胞外側(cè)。N端由30-50個(gè)氨基酸組成，位于胞外側(cè)，C端氨基酸殘基相差很大，位于胞內(nèi)側(cè)。LifeScienceLifeScience跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程包括：跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程包括：l胞外信號(hào)被質(zhì)膜上的特異性受體蛋白識(shí)別，受體被活化；l通過(guò)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物(蛋白激酶，第二信使等) 的相互作用傳遞信號(hào)；l信號(hào)導(dǎo)致效應(yīng)物蛋白的活化，引發(fā)細(xì)胞應(yīng)答（如激活核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)基因表達(dá)）。 LifeScienceG蛋白蛋白G-蛋白(G-protein)是一種鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋

17、白，是由、和三個(gè)亞基組成的異三聚體，和亞基總是緊密結(jié)合在一起作為一個(gè)功能單位GG-蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制：G-蛋白循環(huán)。G亞基可分為Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍亂毒素（CT）或百日咳毒素（PT）修飾。G-pr的效應(yīng)物：離子通道、腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等LifeScienceLifeScienceLifeScience細(xì)胞內(nèi)信使細(xì)胞內(nèi)信使 （ intracellular messenger ）cAMPcGMPIP3和DAGCa2+NOLifeScienceLifeScienceLifeScienceLifeScienceLifeScienceLifeScience3、具有

18、酶活性的受體、具有酶活性的受體 特點(diǎn)：受體本身是一種具有跨膜結(jié)構(gòu)的酶蛋白，其胞外域與配體結(jié)合而被激活，通過(guò)胞內(nèi)側(cè)激酶反應(yīng)將胞外信號(hào)傳至胞內(nèi)。動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)因子，如PDGF,EGF,胰島素等的受體，它們本身具有酪氨酸蛋白激酶活性3個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)，即細(xì)胞外與配體的結(jié)合區(qū)，細(xì)胞內(nèi)部具有激酶活性的結(jié)構(gòu)區(qū)和連接此兩個(gè)部分的跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)LifeScienceLifeScienceLifeScience4、蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶、蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶 蛋白質(zhì)可逆磷酸化的調(diào)節(jié)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中有重要作用，是細(xì)胞生命活動(dòng)的調(diào)控中心。蛋白激酶(Protein kinase，PK)催化蛋白質(zhì)的含羥基氨基酸(絲蘇和酪)的側(cè)鏈羥基形成磷酸酯蛋白質(zhì)磷酸酯酶(Protein phosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯鍵水解而去磷酸化。細(xì)胞內(nèi)任何一種蛋白質(zhì)的磷酸化狀態(tài)是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的兩種相反酶活性之間的平衡決定的。LifeScience信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的蛋白激酶（一）絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(SerThr PK)是一大類(lèi)特異地催化蛋白質(zhì)的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化的激酶家族，參與多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。(二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase，TPK)特異地催化蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基磷酸化蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸化在細(xì)胞生長(zhǎng)，分化和轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)