腺苷酸環(huán)化酶課件

1、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)G蛋白下游效應(yīng)蛋白種類：離子通道、AC、磷脂酶C、磷脂酶A、磷酸二酯酶。細(xì)胞外信號(hào)分子（配體） 不能穿過靶細(xì)胞膜，只能經(jīng)膜上的信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，所以又稱為第一信使。效應(yīng)蛋白在跨膜信號(hào)傳遞過程中促使細(xì)胞產(chǎn)生第二信使，在細(xì)胞內(nèi)延續(xù)信號(hào)傳遞。第二信使Second messenger第二信使主要有：cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+ 、NO第二信使的作用：信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大。第二信使介導(dǎo)的下游信號(hào)體系腺苷酸環(huán)化酶與cAMP 20世紀(jì)50年代，Sutherland發(fā)現(xiàn)cAMP，cAMP由腺苷酸環(huán)化酶合成。腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase, AC）是G蛋白的效

2、應(yīng)蛋白，目前發(fā)現(xiàn)6種亞型，位于細(xì)胞膜上，跨膜12次。催化結(jié)構(gòu)域在胞質(zhì)面，Mg2+或Mn2+存在的條件下可催化ATP生成cAMP。 AC是cAMP信號(hào)傳遞系統(tǒng)的關(guān)鍵酶。cAMP作為第二信使可以直接激活離子通道。人體的嗅覺即依靠該途徑產(chǎn)生。氣味分子與G蛋白偶聯(lián)型受體結(jié)合，可激活A(yù)C，產(chǎn)生cAMP，開啟cAMP門控通道，引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，最終形成嗅覺。更多細(xì)胞中，cAMP可以特異性活化cAMP依賴性蛋白激酶A（ cAMP dependent protein kinase, PKA）。PKAPKA可進(jìn)入細(xì)胞核中，將cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP responsive elem

3、ent binding protein, CREB）磷酸化，后者激活后調(diào)控特定基因的表達(dá)。細(xì)胞質(zhì)中的PKA可以激活磷酸化酶激酶，后者將糖原降解。cAMP實(shí)現(xiàn)其第二信使的使命后在環(huán)核苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase，PDE）的作用下被降解成5-AMP，濃度降低，停止后續(xù)反應(yīng)。cAMP被降解成5-AMP活化的激酶在磷酸酶的作用下去磷酸化，進(jìn)入失活狀態(tài)。海南霍亂疫情從10月29日開始，海南大學(xué)部分學(xué)院有少數(shù)學(xué)生發(fā)生腹瀉。截止到11月1日12時(shí)，共發(fā)現(xiàn)有腹瀉癥狀者30人，其中22 例癥狀較輕的病人隔離在海大醫(yī)院并進(jìn)行采樣和預(yù)防性服藥，8例病人在市醫(yī)院傳染病科進(jìn)行隔離治療。經(jīng)

4、核實(shí)為診斷病例7例，疑似病例1例。10月3至11月2日，海南省共發(fā)生霍亂病人51例，已治愈出院29例，康復(fù)11例，現(xiàn)患病人11例，無死亡病例。 霍亂是由霍亂弧菌引起的急性腸道傳染病，患者劇烈腹瀉、嘔吐、發(fā)燒，短時(shí)間內(nèi)即可發(fā)生死亡?；魜y毒素能與膜受體結(jié)合，催化ADP核糖基共價(jià)結(jié)合到Gs的亞基上，致使亞基處于持續(xù)激活狀態(tài)并喪失GTP酶的活性，持續(xù)激活A(yù)C ，大量產(chǎn)生cAMP，細(xì)胞因此持續(xù)分泌Cl-和HCO3-，細(xì)胞內(nèi)Na+和水大量外流，造成嚴(yán)重腹瀉而脫水。第二信使介導(dǎo)的下游信號(hào)體系磷脂酰肌醇途徑 該途徑是G蛋白激活了磷脂酶C（phospholipase C, PLC），將PIP2 (phospha

5、tidyliositol 4,5-biphospate)分解成兩個(gè)第二信使：IP3(inositol 1,4,5-triphospate)和DAG (diacylglycerol)。配體主要有生長(zhǎng)因子、神經(jīng)遞質(zhì)、肽類激素等。PIP2 Hydrolysis磷脂酰肌醇途徑IP3與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3受體門控鈣通道結(jié)合，開啟鈣通道，使胞內(nèi)Ca2+濃度升高，激活各類依賴鈣離子的蛋白。DAG結(jié)合于質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）。PKC以非活性形式分布于細(xì)胞質(zhì)中，有一個(gè)催化中心和一個(gè)膜結(jié)合區(qū)域。當(dāng)細(xì)胞接受刺激，產(chǎn)生IP3 ，使Ca2+濃度升高，同時(shí)PKC轉(zhuǎn)位到

6、質(zhì)膜內(nèi)表面，被DAG活化，此時(shí)它與Ca2+的親和力增加，在Ca2+ 、DAG和膜磷脂的共同作用下具有了對(duì)底物進(jìn)行磷酸化的功能。IP3可在酶作用下水解。DAG通過兩種途徑終止其信使作用：一是被DAG激酶磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入肌醇脂循環(huán)再生；二是被DAG酯酶水解成甘油和花生四烯酸。 Ca2+-CaM介導(dǎo)的胞外信號(hào)誘導(dǎo)的細(xì)胞反應(yīng)Ca2+-鈣調(diào)蛋白(calmodulin, CaM)-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白CaM為鈣結(jié)合蛋白，有4個(gè)Ca2+結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合鈣離子后可發(fā)生構(gòu)象改變，形成的Ca2+- CaM復(fù)合物具有活性，磷酸化蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸，激活蛋白激酶或磷酸酶。Ca2+- CaM的底物譜廣泛:激活磷酸

7、二脂酶(PDE)、肌球蛋白輕鏈激酶轉(zhuǎn)錄因子活化 Ca2+-CaM神經(jīng)鈣蛋白NFAT 啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄間接激活GCCa2+由質(zhì)膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交換器泵出細(xì)胞外，或由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵抽進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) HRGCGTPcGMPcGMP-依賴性蛋白激酶蛋白激酶G （PKG）（效應(yīng)蛋白磷酸化）第二信使介導(dǎo)的下游信號(hào)體系GC與cGMP鳥苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase, GC）與AC類似，可分解GTP成為cGMP作為第二信使。GC一般有胞膜結(jié)合型和可溶性兩種存在形式。胞膜結(jié)合型GC是跨膜蛋白，胞外區(qū)域是配體結(jié)合部位，能與神經(jīng)肽等配體結(jié)合，引發(fā)構(gòu)象改變；胞內(nèi)區(qū)域?yàn)镚C催化結(jié)構(gòu)域，可分解GTP

8、產(chǎn)生cGMP。cGMP作為第二信使可以直接激活離子通道。視覺：視桿細(xì)胞中含視紫紅質(zhì)（rhodopsin, Rh），Rh是G蛋白偶聯(lián)受體。由跨膜蛋白和一個(gè)11順-視黃醛組成。 黑暗條件下視桿細(xì)胞中cGMP濃度較高，cGMP門控離子通道開放，離子內(nèi)流，引起膜去極化，突觸持續(xù)向神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)。光照使視黃醛的構(gòu)象變?yōu)榉词剑琑h分解為視黃醛和視蛋白，構(gòu)象改變的視蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，將細(xì)胞中的cGMP水解，關(guān)閉離子通道，減少神經(jīng)遞質(zhì)釋放，產(chǎn)生視覺。味覺：咸味、酸味由鈉離子或質(zhì)子通過相應(yīng)的離子通道引起。甜味或苦味由糖類或堿類物質(zhì)與G蛋白偶聯(lián)受體相互作用引起?？扇苄訥C是二聚體蛋白，有2個(gè)酶活性部

9、位，它的活化需要NO的激活。cGMP作為第二信使可以活化cGMP依賴性蛋白激酶G（ cGMP dependent protein kinase, PKG） 。PKG可作用于底物蛋白，引起細(xì)胞產(chǎn)生不同反應(yīng)。心絞痛是一種因通過心臟冠狀動(dòng)脈的血流量減少而導(dǎo)致輸送到心肌里的氧缺乏所引起的癥狀。醫(yī)生們很早就已知道硝酸甘油在治療心絞痛上的效用，但當(dāng)時(shí)醫(yī)生們還不知道這種物質(zhì)發(fā)生作用的機(jī)理。20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)硝酸甘油的作用是引起冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張，從而增加了心臟的血流量。1979年，穆拉德教授發(fā)現(xiàn)硝酸甘油等有機(jī)硝酸酯必須代謝為一氧化氮后才能發(fā)揮擴(kuò)張血管的藥理作用。1980年，弗奇戈特教授發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞在受到化學(xué)物質(zhì)（

10、乙酰膽堿）刺激后能產(chǎn)生一種起信使作用的分子，該分子能將放松的指令傳送到肌肉細(xì)胞。弗奇戈特將這種信使分子稱之為“內(nèi)皮細(xì)胞松弛因子”1986年伊格納羅鑒定內(nèi)皮細(xì)胞松弛因子為一氧化氮（NO）分子。 Louis Ignarro Ferid Murad Robert Furchgott for their discoveries concerning nitric oxide as a signalling molecule in the cardiovascular systemThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1998血管內(nèi)皮細(xì)胞上的受體結(jié)合乙酰膽堿，引起胞內(nèi)Ca2+濃度升高， Ca2+CaM復(fù)合物激活一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS） 。NOS以精氨酸為底物，催化生成NO和瓜氨酸。細(xì)胞釋放NO，N