醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)-第五章-5節(jié)-PPT幻燈片

Eachcellisprogrammedtorespondtospecificcombinationsofexreaceluularsignalmolecules胞間通信的主要類型（一）細(xì)胞間隙連接（二）膜表面分子接觸通訊即細(xì)胞識(shí)別，如：精子和卵子之間的識(shí)別，T與B淋巴細(xì)胞間的識(shí)別。細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)包括：1、信號(hào)分子2、細(xì)胞表面接受信號(hào)分子的受體及把這種信號(hào)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)的系統(tǒng)3、胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑一、細(xì)胞的化學(xué)信號(hào)分子、受體及G蛋白（一）化學(xué)信號(hào)分子及其受體化學(xué)信號(hào)分子功能：與靶細(xì)胞的受體結(jié)合，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)把細(xì)胞外信號(hào)（第一信使）轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞能感知的信號(hào)（第二信使），從而誘發(fā)細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)作出相應(yīng)的反應(yīng)。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）：由細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)信使過程親脂性小分子穿過膜直接跟細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中受體結(jié)合親水性信號(hào)分子與質(zhì)膜上受體結(jié)合，通過信號(hào)跨膜傳遞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生第二信使Receptorsincludethreeclasses:glycoproteins

（二）G蛋白G蛋白：鳥苷酸結(jié)合蛋白G蛋白耦聯(lián)型受體7次跨膜蛋白，胞外結(jié)構(gòu)域識(shí)別信號(hào)分子，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白耦聯(lián)，調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性，在胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使。類型：①多種神經(jīng)遞質(zhì)、肽類激素和趨化因子受體，②味覺、視覺和嗅覺感受器。相關(guān)信號(hào)途徑：cAMP途徑、磷脂酰肌醇途徑。G蛋白(Gprotein)G蛋白：鳥苷酸結(jié)合蛋白，是指任何可與鳥苷酸結(jié)合的蛋白質(zhì)的總稱。特點(diǎn)：由α、β、γ三個(gè)不同的亞單位構(gòu)成的異聚體；作用：分子開關(guān)。α亞基結(jié)合GDP失活，結(jié)合GTP活化。α也是GTP酶，催化結(jié)合的ATP水解，恢復(fù)無活性狀態(tài)，其GTP酶活性可被GAP增強(qiáng)。其本身的構(gòu)象改變可進(jìn)一步激活效應(yīng)蛋白。哺乳動(dòng)物:20余種G蛋白的結(jié)構(gòu)模型α和γ屬脂錨定蛋白G蛋白家族分類依據(jù)：組成G蛋白的α亞單位的結(jié)構(gòu)和活性Gs家族：由對(duì)效應(yīng)蛋白起激活作用α亞單位即αs亞單位構(gòu)成Gi家族：由對(duì)效應(yīng)蛋白起抑制作用α亞單位即αi亞單位構(gòu)成Gq家族G蛋白的作用機(jī)制靜態(tài)時(shí)G蛋白與GDP結(jié)合，與受體分離。當(dāng)配體與受體結(jié)合時(shí)受體蛋白構(gòu)象發(fā)生變化→與α亞單位接觸→α亞單位與GDP分離，與GTP結(jié)合→α亞單位構(gòu)象改變→α亞單位與β、γ亞單位分離；同時(shí)α亞單位與受體分離→游離的α亞單位（G蛋白的功能狀態(tài)）→調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的效應(yīng)蛋白的生物學(xué)活性。配體結(jié)合信號(hào)解除后α亞單位具備了GTP酶活性→分解GTP，生成GDP→α亞單位構(gòu)象改變→與效應(yīng)蛋白分離，與β、γ亞單位結(jié)合。GTP-bindingregulatoryproteinβ亞單位的濃度能調(diào)節(jié)G蛋白的作用強(qiáng)度，β亞單位濃度越高，G蛋白的作用越??；反之，β亞單位濃度越低G蛋白的作用越大。β、γ亞單位的復(fù)合體也可以調(diào)節(jié)某些效應(yīng)蛋白的活性G蛋白結(jié)合效應(yīng)蛋白的種類取決于細(xì)胞的類型和α亞單位的類型G蛋白在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的活性變化過程GDPGTPGTPGDP信號(hào)分子受體①GTP活性狀態(tài)GDP失活狀態(tài)激活激活其它酶引起細(xì)胞反應(yīng)激活的G蛋白激活②失活的G蛋白失活④③二、cAMP信號(hào)通路通過調(diào)節(jié)胞內(nèi)cAMP的濃度，將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號(hào)。主要組分：①受體：Rs、Ri②G蛋白：Gs、Gi③腺苷酸環(huán)化酶：跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。Adenylatecyclase④蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）：由兩個(gè)催化亞基和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基，激活蛋白激酶A的活性。⑤環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)：降解cAMP生成5’-AMP，終止信號(hào)。DegredationofcAMP激活的亞基信號(hào)分子G蛋白關(guān)聯(lián)的受體蛋白無活性的腺苷酸環(huán)化酶激活腺苷酸環(huán)化酶亞基水解GTP為GDP，回復(fù)至原來構(gòu)象，并從腺苷酸環(huán)化酶上脫落下來；與

亞基重新結(jié)合成Gs蛋白失活的腺苷酸環(huán)化酶Pi失活后復(fù)原的G蛋白亞基結(jié)合腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP；受體蛋白脫去配基后回復(fù)至原來構(gòu)象激活的腺苷酸環(huán)化酶cAMP信號(hào)通路cAMP濃度的提高可起不同的作用:引起糖原降解，應(yīng)付細(xì)胞對(duì)能量的急需激活特定基因的轉(zhuǎn)錄，合成所需的新蛋白cAMP在嗅覺上皮細(xì)胞調(diào)控離子通道的通透性cAMP濃度提高后激活特定基因轉(zhuǎn)錄的途徑(cAPK)cAMPATP激活的腺苷酸環(huán)化酶G蛋白關(guān)聯(lián)受體信號(hào)分子激活的G蛋白亞基亞基胞外區(qū)細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)GTP質(zhì)膜激活的A激酶核孔細(xì)胞核cAMP濃度提高后激活特定基因轉(zhuǎn)錄的途徑轉(zhuǎn)錄RNA翻譯新蛋白無活性磷酸化調(diào)節(jié)蛋白激活的磷酸化調(diào)節(jié)蛋白無活性A激酶激活的A激酶激活的靶基因DNA(cAPK)cAMP信號(hào)途徑可表示為：激素→受體→G蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄?；魜y毒素能催化ADP核糖基共價(jià)結(jié)合到Gs的α亞基上，使α亞基持續(xù)活化，導(dǎo)致患者細(xì)胞內(nèi)Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。不同細(xì)胞對(duì)cAMP信號(hào)途徑的反應(yīng)：在肌肉細(xì)胞，1秒鐘內(nèi)可啟動(dòng)糖原降解為葡糖1-磷酸，而抑制糖原合成。氣味分子與受體結(jié)合，激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP，開啟cAMP門控陽離子通道，引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，形成嗅覺或味覺。在某些分泌細(xì)胞，需要幾個(gè)小時(shí)，激活的PKA進(jìn)入細(xì)胞核，將CRE（cAMPresponseelement）結(jié)合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。CRE是DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域。2004年Axel和Buck因發(fā)現(xiàn)氣味受體和化學(xué)感受器系統(tǒng)的組成而獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。RichardAxelLindaB.Buck三、磷脂酰肌醇途徑又稱雙信使途徑。信號(hào)分子與G蛋白耦聯(lián)受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C（PLC-β），使4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成IP3和DAG。PIP2水解成兩種細(xì)胞內(nèi)介體分子：IP3和二脂酰甘油磷脂酶C-

PI4,5-二磷酸(PIP2)PI1,4,5-三磷酸(IP3)

二脂酰甘油激活蛋白激酶C內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)質(zhì)膜外半層內(nèi)半層IP3

P

P

PG蛋白關(guān)聯(lián)受體信號(hào)分子G蛋白亞基亞基GTPCa2+通道開放內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔激活的磷脂酶C二脂酰甘油(DAG)Ca2+蛋白質(zhì)激酶C激活的信號(hào)傳遞途徑

P

PPIP2

P蛋白激酶CIP3開啟胞內(nèi)IP3門控鈣通道：Ca2+濃度升高，激活鈣調(diào)蛋白，CaM將靶蛋白（如：CaM-Kinase）活化。DAG激活蛋白激酶C：PKC位于細(xì)胞質(zhì)，Ca2+濃度升高時(shí)PKC轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DAG活化。四、具有酪氨酸蛋白激酶活性的受體信號(hào)通路特點(diǎn)：①單次跨膜蛋白；②接受配體后發(fā)生二聚化和自磷酸化，起動(dòng)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。配體與配體結(jié)合區(qū)結(jié)合→蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化→激活激酶活性區(qū)的活性→激酶活性區(qū)酪氨酸發(fā)生自體磷酸化→形成具有SH2結(jié)合位點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)→與具有SH2結(jié)構(gòu)域蛋白結(jié)合→激活其活性→催化生化反應(yīng)。具有酪氨酸蛋白激酶活性的受體信號(hào)通路無活性與有活性的酪氨酸激酶性受體的結(jié)構(gòu)模式圖解PPPPPP活性受體酪氨酸激酶磷酸化的Tyr殘基酪氨酸激酶區(qū)生長因子結(jié)合部位無活性受體酪氨酸激酶磷酸化Tyr激酶區(qū)無活性的受體酪氨酸激酶胞外區(qū)細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)質(zhì)膜PPPPPP磷酸化激活的受體酪氨酸激酶磷酸化的Tyr殘基胞外信號(hào)傳入胞內(nèi)PPPPPP信號(hào)蛋白結(jié)合胞內(nèi)二體型信號(hào)分子配體/受體結(jié)合激活Tyr激酶活性受體酪氨酸激酶被激活后形成胞內(nèi)信號(hào)傳遞復(fù)合物的過程圖解二體型信號(hào)分子銜接蛋白R(shí)as激活蛋白胞外區(qū)細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)質(zhì)膜PPPPPP激活的Tyr激酶Ras蛋白在受體酪氨酸激酶所激起的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的作用圖解GTPGTPGDPGDP激活的Ras蛋白失活的Ras蛋白信號(hào)傳送方向細(xì)胞增殖Ras蛋白激活細(xì)胞增殖的信號(hào)傳遞途徑五、鳥甘酸環(huán)化酶(GC)與cGMPGC的類型：細(xì)胞膜結(jié)合性的；可溶性的膜結(jié)合性的GC是一種跨膜蛋白，細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)域起著受體的作用，胞質(zhì)一側(cè)的結(jié)構(gòu)域能分解GTP成為cGMP?？扇苄缘腉C存在于細(xì)胞質(zhì)中，兩個(gè)亞單位組成的異二聚體，每一亞單位含有一個(gè)酶的活性部位，需NO的激活。cGMP的作用：視網(wǎng)膜光感器，直接作用于離子通道。在別的細(xì)胞中,GC→cGMP依賴性蛋白激酶PKG→使某些特殊的酶蛋白磷酸化→調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝。靶蛋白激活降解cGMP鳥苷酸環(huán)化酶性受體鳥苷酸環(huán)化酶GTP激活G-激酶靶蛋白的Ser或Thr殘基磷酸化調(diào)節(jié)基因表達(dá)(cGMP依賴蛋白質(zhì)激酶)六、NO信號(hào)NO合酶催化精氨酸→NO和瓜氨酸NO合酶是一種Ca2+/鈣調(diào)素敏感性酶，受Ca2+/鈣調(diào)素調(diào)節(jié)，Ca2+濃度↑→NO合酶↑一般認(rèn)為乙酰膽堿、谷氨酸、P物質(zhì)、組胺、緩激肽等神經(jīng)遞質(zhì)可通過產(chǎn)生NO而提高cGMP濃度。蛋白激酶使底物磷酸化

第二信號(hào)蛋白激酶(cAMPcGMPNODAGCa2+IP3）

效應(yīng)蛋白(離子通道)生物學(xué)效應(yīng)