細胞生物學翟中和第八章

細胞生物學第八章細胞信號轉(zhuǎn)導第一節(jié)概述第二節(jié)細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導第三節(jié)G蛋白耦聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導第四節(jié)酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導第五節(jié)信號的整合與控制細胞生物學第一節(jié)概述一、細胞通訊細胞通訊（cellcommunication）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的過程。細胞生物學分泌化學信號進行通訊接觸性依賴的通訊（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)生反應運輸信號分子細胞生物學細胞生物學（二）細胞的信號分子與受體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，引起細胞的應答反應。（3）氣體性信號分子(NO)細胞生物學2.受體（1）定義：受體（receptor）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，當與配基結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導（signaltransduction）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。受體多為糖蛋白。（2）結(jié)構(gòu)：接受部分，效應部分。（3）特點：特異性，飽和性，可逆性。（4）分類：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，胰高血糖素蛋白磷酸酶３、第二信使與分子開關(guān)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GAPRGS–GDI細胞生物學二、信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)及其特性（一）信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的基本組成與信號蛋白細胞生物學(二)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)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)在細胞內(nèi)，受體與抑制性蛋白（如Hsp90）結(jié)合形成復合物，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段：（1）直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的初級反應階段，發(fā)生迅速；（2）初級反應的基因產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的次級反應，對初級反應起放大作用。細胞生物學二、NO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)G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，進行信號轉(zhuǎn)導繼而對靶細胞產(chǎn)生效應。細胞生物學一、G蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和激活１、G-蛋白:發(fā)現(xiàn)細胞生物學◆組成:

一般由三個亞基組成,分別叫α、β、γ,其中β、γ兩亞基通常緊密結(jié)合在一起,只有在蛋白變性時才分開?！艄δ芪稽c:

α亞基具有三個功能位點：①GTP結(jié)合位點;②鳥苷三磷酸水解酶(GTPase)活性;③ADP-核糖化位點。細胞生物學細胞生物學２、G蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)細胞生物學●Thelargestfamilyofcellsurfacereceptorstransmitsignalstointracellulartargetsviatheintermediaryactionofguaninenucleotide-bindingproteinscalledGproteins.●MorethanathousandsuchGprotein-coupledreceptorshavebeenidentified,includingthereceptorsformanyneurotransmitters,neuropeptides,andpeptidehormones.●Inaddition,theGprotein-coupledreceptorfamilyincludesalargenumberofreceptorsthatareresponsibleforsmell,sight,andtaste.細胞生物學●TheGprotein-coupledreceptorsarestructurallyandfunctionallyrelatedproteinscharacterizedbysevenmembrane-spanninghelices.●ThebindingofligandstotheextracellulardomainofthesereceptorsinducesaconformationalchangethatallowsthecytosolicdomainofthereceptortobindtoaGproteinassociatedwiththeinnerfaceoftheplasmamembrane.●ThisinteractionactivatestheGprotein,whichthendissociatesfromthereceptorandcarriesthesignaltoanintracellulartarget,whichmaybeeitheranenzymeoranionchannel.細胞生物學細胞生物學二、G-蛋白偶聯(lián)受體所介導的信號通路●cAMP信號通路●磷脂酰肌醇信號通路細胞生物學（一）以cAMP信號通路為第二信使的信號通路該系統(tǒng)屬G蛋白偶聯(lián)受體信號傳導；在該系統(tǒng)中,細胞外信號要被轉(zhuǎn)換成第二信息cAMP引起細胞反應。Gα腺苷酸環(huán)化酶細胞生物學細胞生物學Mg2+或Mn2+細胞生物學激活型的系統(tǒng)組成◆激活型受體：提高膜內(nèi)cAMP的水平●腎上腺素(β型)受體,胰高血糖素受體等●此類受體都是7次跨膜的膜整合蛋白?！艏せ钚偷腉-蛋白

將受體接收的信號傳遞給腺苷酸環(huán)化酶，使該酶激活。

◆效應物

腺苷酸環(huán)化酶C抑制型的系統(tǒng)組成◆抑制型受體(InhibiteReceptor,Ri)抑制型的受體(Ri)通過Gi抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性,降低膜內(nèi)cAMP的水平。◆抑制型G蛋白(Gi-proteins)

抑制型的GTP結(jié)合蛋白傳遞抑制性信號,降低腺苷酸環(huán)化酶的活性。◆效應物∶腺苷酸環(huán)化酶。細胞生物學細胞生物學蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）由兩個催化亞基和兩個調(diào)節(jié)亞基組成，在沒有cAMP時，以鈍化復合體形式存在。cAMP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)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基?；罨牡鞍准っ窤催化亞基可使細胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，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。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(choleratoxin)

能把NAD+上的NAD-核糖轉(zhuǎn)移到Gs蛋白的α亞基上，使G蛋白核糖化(ADP-ribosylation),這樣將抑制GTP的水解……?！舭偃湛榷舅?whoopingcouchtoxin)

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細胞生物學“雙信使系統(tǒng)”反應鏈：細胞生物學細胞生物學蛋白激酶C(ProteinkinaseC,PKC)◆PKC是鈣和磷脂依賴性酶，在未受刺激的細胞中,PKC主要分布在細胞質(zhì)中,呈非活性構(gòu)象?！舢敿毎邮艽碳?，產(chǎn)生IP3，使Ca2+濃度升高，PKC便轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DG活化，PKC可以使蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化是不同的細胞產(chǎn)生不同的反應，如細胞分泌、肌肉收縮、細胞增殖和分化等。細胞生物學細胞生物學細胞生物學Ca2+的第二信使作用◆Calciumionsplayasignificantroleinaremarkablevarietyofcellularactivities,includingmusclecontraction,celldivision,secretion,endocytosis,fertilization,synaptictransmission,metabolism,andcellmovement.細胞生物學◆鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM)Eachmoleculeofcalmodulincontainsfourbindingsitesforcalcium.CalmodulindoesnothavesufficientaffinityforCa2+tobindtheioninanon-stimulatedcell.If,however,theCa2+concentrationrisesinresponsetoastimulus,theionsbindtocalmodulin,changingtheconformationoftheproteinandincreasingitsaffinityforavarietyofeffectors細胞生物學細胞生物學細胞生物學信號的終止

IP3信號的終止是通過去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成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。現(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。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１、離子通道耦聯(lián)受體及其信號轉(zhuǎn)導細胞生物學２、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３、Gt蛋白耦聯(lián)的光受體的活化誘發(fā)cGMP-門控陽離子通道的關(guān)閉細胞生物學細胞生物學第四節(jié)酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導酶偶聯(lián)型受體分為兩類，其一是本身具有激酶活性，如肽類生長因子（EGF，PDGF，CSF等）受體；其二是本身沒有酶活性，但可以連接非受體酪氨酸激酶，如細胞因子受體超家族。這類受體的共同點是：①通常為單次跨膜蛋白；②接受配體后發(fā)生二聚化而激活，起動其下游信號轉(zhuǎn)導。已知六類：①酪氨酸激酶受體、②酪氨酸激酶連接的受體、③酪氨酸磷脂酶受體、④絲氨酸/蘇氨酸激酶受體⑤鳥苷酸環(huán)化酶受體、⑥酪氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關(guān)）。細胞生物學一、受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路１、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(Epidermalgrowthfactor,EGF);●胰島素受體(insulinreceptor)。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-activatedproteinkinase，MAPK），屬絲氨酸/蘇氨酸殘激酶。活化的MAPK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→RPTK→adaptor→GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→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◆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）；sitesPhsphorylatedTyrosineServeasdockingforproteinwithSH2domains(Srchomologyregion).OtherproteinmodulessuchasSH3bindstoproline-richmotifsinintracellularproteins.細胞生物學細胞生物學細胞生物學細胞生物學二、細胞表面其他酶連受體（一）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體絲氨酸/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/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-βs。（TGF-βs。）。家族成員，包括TGF-β1~TGF-β5，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。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、通過趨化性吸引細胞和作為胚胎發(fā)育過程中的誘導信號等。細胞生物學（二）受體酪氨酸磷酯酶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。細胞生物學（三）受體鳥苷酸環(huán)化酶受體鳥苷酸環(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（ANPs）和腦排鈉肽（BNPs）。當血壓升高時，心房肌細胞分泌ANPs，促進腎細胞排水、排鈉，同時導致血管平滑肌細胞松弛，結(jié)果使血壓下降。介導ANP反應的受體分布在腎和血管平滑肌細胞表面。ANPs與受體結(jié)合直接激活胞內(nèi)段鳥苷酸環(huán)化酶的活性，使GTP轉(zhuǎn)化為cGMP，cGMP作為第二信使結(jié)合并激活依賴cGMP的蛋白激酶G（PKG），導致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化。在細胞質(zhì)基質(zhì)中還存在可溶性的鳥苷酸環(huán)化酶，它們是NO作用的靶酶，催化產(chǎn)生cGMP。細胞生物學酪氨酸激酶連接的受體為單次跨膜蛋白，不具