細胞生物學_翟中和--第八章

1、細胞生物學第八章第八章 細胞信號轉(zhuǎn)導細胞信號轉(zhuǎn)導 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導 第三節(jié)第三節(jié) G G蛋白耦聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導蛋白耦聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導 第四節(jié)第四節(jié) 酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導 第五節(jié)第五節(jié) 信號的整合與控制信號的整合與控制細胞生物學一、細胞通訊一、細胞通訊細胞通訊（cell communication）是指一個細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細胞并與靶細胞相應(yīng)的受體相互作用，然后通過細胞信號轉(zhuǎn)導產(chǎn)生胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細胞整體的生物學效應(yīng)的過程。細胞生物學分泌化學信號進行通訊分泌化學信號

2、進行通訊接觸性依賴的通訊接觸性依賴的通訊（一）細胞通訊方式（一）細胞通訊方式細胞生物學間隙連接實現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)：通過交換小分子來實現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)細胞生物學合成并釋放信號分子結(jié)合靶細胞受體激活靶細胞信號終止靶細胞發(fā)生反應(yīng)運輸信號分子細胞生物學細胞生物學1.細胞的信號分子（1）親脂性信號分子：主要代表是甾類激素和甲狀腺素，這類親脂性分子小、疏水性強，可穿過細胞質(zhì)膜進入細胞，與細胞質(zhì)或細胞核中受體結(jié)合形成激素-受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達;（2）親水性信號分子：包括神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、局部化學遞質(zhì)和大多數(shù)激素，它們不能穿過靶細胞質(zhì)膜的脂雙分子層，只能通過與靶細胞表面受體結(jié)合，再經(jīng)信號轉(zhuǎn)換機制，在

3、細胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起細胞的應(yīng)答反應(yīng)。（3）氣體性信號分子(NO)細胞生物學2. 2. 受受 體體（1 1）定義：）定義：受體（受體（receptorreceptor）是一種能夠識別和選）是一種能夠識別和選擇性結(jié)合某種配基（信號分子）的大分子，當與配擇性結(jié)合某種配基（信號分子）的大分子，當與配基結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導（基結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導（signal transductionsignal transduction）作用將胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學或物理的信號，以作用將胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學或物理的信號，以啟動一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學效應(yīng)。受體多啟動一系列過程

4、，最終表現(xiàn)為生物學效應(yīng)。受體多為糖蛋白。為糖蛋白。（2 2）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)：接受部分，效應(yīng)部分。接受部分，效應(yīng)部分。（3 3）特點：）特點：特異性，飽和性，可逆性。特異性，飽和性，可逆性。（4 4）分類：）分類：細胞內(nèi)受體，細胞表面受體。細胞內(nèi)受體，細胞表面受體。細胞生物學細胞表面受體分屬三大家族細胞生物學腎上腺素，胰高血糖素蛋白磷蛋白磷酸酶酸酶細胞生物學激活PKA激活ER鈣通道激活PKG激活PKC細胞生物學GAPRGSGDI細胞生物學二、信號轉(zhuǎn)二、信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)及其導系統(tǒng)及其特性特性（一）信號（一）信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的基本組成與基本組成與信號蛋白信號蛋白細胞生物學( (二二) )細胞內(nèi)信號蛋

5、白的相互作用細胞內(nèi)信號蛋白的相互作用細胞生物學(三)信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的主要特性細胞生物學第二節(jié)第二節(jié) 細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導一、細胞內(nèi)核受體及其對基因表達的調(diào)節(jié)一、細胞內(nèi)核受體及其對基因表達的調(diào)節(jié)在細胞內(nèi)，受體與抑制性蛋白（如Hsp90）結(jié)合形成復(fù)合物，處于非活化狀態(tài)。當配基（如皮質(zhì)醇）與受體結(jié)合，將導致抑制性蛋白從復(fù)合物上解離下來，從而受體通過暴露它的DNA結(jié)合位點而被激活。 這類受體一般都有3個結(jié)構(gòu)域：位于C端的激素結(jié)合位點，位于中部富含Cys、具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點，以及位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。細胞生物學細胞生物學甾類激素誘導的基因活化分為兩個階

6、段：（甾類激素誘導的基因活化分為兩個階段：（1 1）直接活）直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的初級反應(yīng)階段，發(fā)生迅速；（化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的初級反應(yīng)階段，發(fā)生迅速；（2 2）初級反應(yīng)的基因產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的次級反初級反應(yīng)的基因產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的次級反應(yīng)，對初級反應(yīng)起放大作用。應(yīng)，對初級反應(yīng)起放大作用。細胞生物學二、二、NONO作為氣體信號分子進入靶細胞直接與酶結(jié)合作為氣體信號分子進入靶細胞直接與酶結(jié)合1980年，美國科學家Furchaout 在一項研究中發(fā)現(xiàn)了一種小分子物質(zhì)，具有使血管平滑肌松弛的作用，后來被命名為血管內(nèi)皮細胞舒張因子，被確認為是NO。 1987年，Moncada等

7、用化學方法測定了內(nèi)皮細胞釋放的物質(zhì)為NO，并據(jù)其含量，解釋其對血管平滑肌舒張的程度。1988年，Polmer等人證明，L-精氨酸(L-argi-nine , L-Arg)是合成NO的前體，是第一個被發(fā)現(xiàn)的氣體信號分子。細胞生物學細胞生物學細胞生物學第三節(jié)第三節(jié) G蛋白耦聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導蛋白耦聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導 親水性化學信號分子（包括神經(jīng)遞質(zhì)、蛋親水性化學信號分子（包括神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白激素、生長因子等）一般不能直接進入細胞，白激素、生長因子等）一般不能直接進入細胞，而是通過與細胞表面特異受體的結(jié)合，進行信而是通過與細胞表面特異受體的結(jié)合，進行信號轉(zhuǎn)導繼而對靶細胞產(chǎn)生效應(yīng)。號轉(zhuǎn)導繼而對靶細胞產(chǎn)生效應(yīng)

8、。細胞生物學一、一、 G蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和激活蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和激活、 G-蛋白:l發(fā)現(xiàn)細胞生物學組成組成: 一般由三個亞基組成一般由三個亞基組成, 分別叫分別叫、, 其其中中、兩亞基通常緊密結(jié)合在一起兩亞基通常緊密結(jié)合在一起, 只有在蛋只有在蛋白變性時才分開。白變性時才分開。功能功能位點位點: 亞基具有三個功能亞基具有三個功能位點位點：GTP結(jié)合位點結(jié)合位點; 鳥苷三磷酸水解酶鳥苷三磷酸水解酶(GTPase)活性活性; ADP-核糖化位點。核糖化位點。細胞生物學細胞生物學、G蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)細胞生物學The largest family of cell surface

9、 receptors transmit signals to intracellular targets via the intermediary action of guanine nucleotide-binding proteins called G proteins. More than a thousand such G protein-coupled receptors have been identified, including the receptors for many neurotransmitters, neuropeptides, and peptide hormon

10、es. In addition, the G protein-coupled receptor family includes a large number of receptors that are responsible for smell, sight, and taste.細胞生物學The G protein-coupled receptors are structurally and functionally related proteins characterized by seven membrane-spanning helices . The binding of ligan

11、ds to the extracellular domain of these receptors induces a conformational change that allows the cytosolic domain of the receptor to bind to a G protein associated with the inner face of the plasma membrane. This interaction activates the G protein, which then dissociates from the receptor and carr

12、ies the signal to an intracellular target, which may be either an enzyme or an ion channel.細胞生物學細胞生物學 cAMP信號通路信號通路磷脂酰肌醇信號通路磷脂酰肌醇信號通路細胞生物學（一）（一） 以以cAMPcAMP信號通路為第二信使的信號通路信號通路為第二信使的信號通路l該系統(tǒng)屬該系統(tǒng)屬G G蛋白偶聯(lián)受體信號傳導；蛋白偶聯(lián)受體信號傳導；l在該系統(tǒng)中在該系統(tǒng)中, , 細胞外信號要被轉(zhuǎn)換成第二信息細胞外信號要被轉(zhuǎn)換成第二信息cAMPcAMP引起細胞反應(yīng)。引起細胞反應(yīng)。lG G腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶細胞生

13、物學細胞生物學Mg2+或Mn2+細胞生物學激活型的系統(tǒng)組成激活型的系統(tǒng)組成激活型受體：提高膜內(nèi)激活型受體：提高膜內(nèi)cAMPcAMP的水平的水平腎上腺素腎上腺素(型型) )受體受體, , 胰胰高血糖素受體等高血糖素受體等此類受體都是此類受體都是7 7次跨膜的次跨膜的膜整合蛋白。膜整合蛋白。激活型的激活型的G-G-蛋白蛋白 將受體接收的信號傳遞給將受體接收的信號傳遞給腺苷酸環(huán)化酶，使該酶激活。腺苷酸環(huán)化酶，使該酶激活。 效應(yīng)物效應(yīng)物 腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 C C抑制型的系統(tǒng)組成抑制型的系統(tǒng)組成抑制型受體抑制型受體(Inhibite (Inhibite Receptor, Ri)Receptor

14、, Ri)抑制型的受體抑制型的受體(Ri)(Ri)通過通過GiGi抑抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性制腺苷酸環(huán)化酶的活性, ,降降低膜內(nèi)低膜內(nèi)cAMPcAMP的水平。的水平。抑制型抑制型G G蛋白蛋白(Gi-(Gi-proteins)proteins) 抑制型的抑制型的GTPGTP結(jié)合蛋白傳遞結(jié)合蛋白傳遞抑制性信號抑制性信號, ,降低腺苷酸環(huán)降低腺苷酸環(huán)化酶的活性。化酶的活性。效應(yīng)物效應(yīng)物腺苷酸環(huán)化酶。腺苷酸環(huán)化酶。細胞生物學細胞生物學蛋白激酶蛋白激酶A A（Protein Kinase AProtein Kinase A，PKAPKA）由兩個催化亞基和兩個調(diào)節(jié)亞基組成，在沒有由兩個催化亞基和兩個調(diào)節(jié)亞

15、基組成，在沒有cAMPcAMP時，以鈍化復(fù)合體形式存在。時，以鈍化復(fù)合體形式存在。cAMPcAMP與調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，改變調(diào)節(jié)亞基構(gòu)象，使調(diào)節(jié)亞基和亞基結(jié)合，改變調(diào)節(jié)亞基構(gòu)象，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基?；罨牡鞍状呋瘉喕怆x，釋放出催化亞基?；罨牡鞍准っ讣っ窤 A催化亞基可使細胞內(nèi)某些蛋白的催化亞基可使細胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性，于是改變這些蛋白的活性，進一步影響到相關(guān)基因的表達。進一步影響到相關(guān)基因的表達。細胞生物學細胞生物學細胞生物學細胞生物學毒素對cAMP信號途徑的影響霍亂毒素(cholera toxin)

16、 能把NAD+上的NAD-核糖轉(zhuǎn)移到Gs蛋白的亞基上，使G蛋白核糖化(ADP-ribosylation),這樣將抑制GTP的水解。百日咳毒素(whooping couch toxin) 作用機理同霍亂毒素相同，但是使Gi蛋白進行ADP核糖化,其結(jié)果也是使cAMP的濃度增加。細胞生物學細胞生物學（二）磷脂肌醇雙信使信號通路（二）磷脂肌醇雙信使信號通路細胞生物學細胞生物學細胞生物學蛋白激酶蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)PKCPKC是鈣和磷脂依賴性酶，在未受刺激的細胞是鈣和磷脂依賴性酶，在未受刺激的細胞中中,PKC,PKC主要分布在細胞質(zhì)中主要分布在細胞質(zhì)中, ,呈非活性構(gòu)象

17、。呈非活性構(gòu)象。當細胞接受刺激，產(chǎn)生當細胞接受刺激，產(chǎn)生IP3IP3，使，使Ca2+Ca2+濃度升高，濃度升高，PKCPKC便轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被便轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DGDG活化，活化，PKCPKC可以使可以使蛋白質(zhì)的絲氨酸蛋白質(zhì)的絲氨酸/ /蘇氨酸殘基磷酸化是不同的細胞蘇氨酸殘基磷酸化是不同的細胞產(chǎn)生不同的反應(yīng)，如細胞分泌、肌肉收縮、細胞產(chǎn)生不同的反應(yīng)，如細胞分泌、肌肉收縮、細胞增殖和分化等。增殖和分化等。細胞生物學細胞生物學細胞生物學Ca2+的第二信使作用的第二信使作用Calcium ions play a significant role in a remarkable variety

18、 of cellular activities, including muscle contraction, cell division, secretion, endocytosis, fertilization, synaptic transmission, metabolism, and cell movement.細胞生物學鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM ) Each molecule of calmodulin contains four binding sites for calcium. Calmodulin does not have sufficient af

19、finity for Ca2+ to bind the ion in a non-stimulated cell. If, however, the Ca2+ concentration rises in response to a stimulus, the ions bind to calmodulin, changing the conformation of the protein and increasing its affinity for a variety of effectors細胞生物學細胞生物學細胞生物學信號的終止信號的終止IP3信號的終止是通過去磷酸化形成IP2，或被磷

20、酸化形成IP4。Ca2+由質(zhì)膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交換器將抽出細胞，或由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵抽進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。DG通過兩種途徑終止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成為磷脂酸，進入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。由于DG代謝周期很短，不可能長期維持PKC活性，而細胞增殖或分化行為的變化又要求PKC長期活性所產(chǎn)生的效應(yīng)?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)另一種DG生成途徑，即由磷脂酶催化質(zhì)膜上的磷脂酰膽堿斷裂產(chǎn)生的DG，用來維持PKC的長期效應(yīng)。細胞生物學細胞生物學（三）G-蛋白耦聯(lián)受體介導離子通道的調(diào)控、離子通道耦聯(lián)受體及其信號轉(zhuǎn)導細胞生物學、G-蛋白耦聯(lián)受體介導的離子通道及其調(diào)控細胞生物學、GtGt蛋

21、白耦聯(lián)的光受體蛋白耦聯(lián)的光受體的活化誘發(fā)的活化誘發(fā)cGMP-cGMP-門控陽門控陽離子通道的關(guān)閉離子通道的關(guān)閉細胞生物學細胞生物學第四節(jié)第四節(jié) 酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導細胞生物學、受體結(jié)構(gòu)特點及類型結(jié)構(gòu)： 跨膜區(qū)、細胞外結(jié)構(gòu)域、細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域類型：表皮生長因子受體(Epidermal growthfactor, EGF);胰島素受體(insulin receptor) 。細胞生物學2、受體酪氨酸激酶的激活配體（如EGF）在胞外與受體結(jié)合并引起構(gòu)象變化，導致受體二聚化（dimerization）形成同源或異源二聚體，在二聚體內(nèi)彼此相互磷酸化胞內(nèi)段酪氨酸殘基，激活受體本身的酪

22、氨酸蛋白激酶活性。細胞生物學細胞生物學細胞生物學3、RAS信號途徑信號途徑Ras蛋白與Raf的N端結(jié)構(gòu)域結(jié)合并使其激活，Raf是絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又稱MAPKKK）活化的Raf結(jié)合并磷酸化另一種蛋白激酶MAPKK，使其活化。MAPKK又使MAPK的蘇氨酸和酪氨酸殘基使之激活。MAPK為有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），屬絲氨酸/蘇氨酸殘激酶?；罨腗APK進入細胞核，可使許多轉(zhuǎn)錄因子活化，如將Elk-1激活，促進c-fos，c-jun的表達。RPTK-Ras信號通路可概括如下：配體RPTKadaptor

23、GEFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進入細胞核轉(zhuǎn)錄因子基因表達。細胞生物學細胞生物學SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域一種與磷酸化酪氨酸基元具有高親和性的結(jié)一種與磷酸化酪氨酸基元具有高親和性的結(jié)合位點（氨基酸序列）；合位點（氨基酸序列）；sites Phsphorylated Tyrosine Serve as docking for protein with SH2 domains (Src homology region).Other protein modules such as SH3 binds to proline-rich motifs in intracellular prot

24、eins.細胞生物學細胞生物學細胞生物學細胞生物學受體絲氨酸受體絲氨酸/蘇氨酸激酶是單次跨膜蛋白受體，在胞蘇氨酸激酶是單次跨膜蛋白受體，在胞內(nèi)區(qū)具有絲氨酸內(nèi)區(qū)具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，該受體以異蘇氨酸蛋白激酶活性，該受體以異二聚體行使功能。主要配體是轉(zhuǎn)化生長因子二聚體行使功能。主要配體是轉(zhuǎn)化生長因子-s。（TGF-s。）。家族成員，包括。）。家族成員，包括TGF-1TGF-5，這些成員具有類似結(jié)構(gòu)與功能，對細胞具有多方面這些成員具有類似結(jié)構(gòu)與功能，對細胞具有多方面的效應(yīng)。依細胞類型不同，可能抑制細胞增殖、刺的效應(yīng)。依細胞類型不同，可能抑制細胞增殖、刺激胞外基質(zhì)合成、刺激骨骼的形成、通過趨

25、化性吸激胞外基質(zhì)合成、刺激骨骼的形成、通過趨化性吸引細胞和作為胚胎發(fā)育過程中引細胞和作為胚胎發(fā)育過程中 的誘導信號等的誘導信號等。細胞生物學受體酪氨酸磷酯酶為單次跨膜蛋白受體，受體受體酪氨酸磷酯酶為單次跨膜蛋白受體，受體胞內(nèi)區(qū)具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配胞內(nèi)區(qū)具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配體與受體結(jié)合激發(fā)該酶活性，使特異的胞內(nèi)信體與受體結(jié)合激發(fā)該酶活性，使特異的胞內(nèi)信號蛋白的磷酸酪氨酸殘基去磷酸化，其作用是號蛋白的磷酸酪氨酸殘基去磷酸化，其作用是控制磷酸酪氨酸殘基的壽命，使靜止細胞具有控制磷酸酪氨酸殘基的壽命，使靜止細胞具有較低的磷酸酪氨酸殘基的水平。較低的磷酸酪氨酸殘基的水平。細胞生物學受體鳥苷酸環(huán)化酶是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結(jié)合部位，胞內(nèi)段為鳥苷酸環(huán)化酶催化結(jié)構(gòu)域。受體的配體心房排鈉肽（A