細胞通訊與信號轉遞

第四章細胞通訊與信號傳遞當前1頁，總共133頁。Cellsignalingcanaffectvirtuallyevery

aspectofcellstructureandfunction:Activationofenzymeactivity;Changeincytoskeletalorganization;Changeinionpermeability;InitiationofDNAsynthesis;Activationorrepressionofgeneexpression當前2頁，總共133頁。第一節(jié)細胞通訊與信號識別一、細胞通訊二、信號轉導系統(tǒng)及其特性當前3頁，總共133頁。一、細胞通訊（cellcommunication）是指一個信號產生細胞發(fā)出的信息通過介質（又稱配體）傳遞到另一個靶細胞并與其相應的受體相互作用，然后通過細胞信號轉導產生靶細胞內一系列生理生化變化，最終表現為靶細胞整體的生物學效應的過程。細胞間的通訊對于多細胞生物體的發(fā)生和組織的構建，協(xié)調細胞的功能，控制細胞的生長和分裂是必須的。當前4頁，總共133頁。FigureSignaltransductionistheprocesswherebyonetypeofsignalisconvertedtoanother.(A)Amobiletelephoneconvertsaradiosignalintoasoundsignalwhenreceiving(andviceversa,whentrransmitting).(B)Atargetcellconvertsanextracellularsignal(moleculeA)intoanintracellularsignal(moleculeB).信號轉導是將一種類型的信號轉變成另一種類型的過程。當前5頁，總共133頁。（一）細胞通訊方式

Theformsofcellcommunication三種方式：分泌化學信號進行通訊

chemicalsignalsdependentcellcommunication,內分泌（endocrine）旁分泌（paracrine）

自分泌（autocrine）化學突觸（chemicalsynapse）

當前6頁，總共133頁。細胞識別（cellrecognition)又稱細胞間接觸依賴性的通訊（contact-dependentsignaling）細胞間直接接觸，信號分子與受體都是細胞的跨膜蛋白細胞間隙連接細胞間的直接通訊方式實現代謝偶聯或電偶聯

當前7頁，總共133頁。FigureAnimalcellscansignaltooneanotherinvariousways.a,b,c:chemicalsignalsdependentcellcommunication,includingchemicalsynapse;d:contact-dependentcellcommunication;當前8頁，總共133頁?！窦毎ㄓ嵒具^程：

①合成并釋放信號分子；②信號分子向靶細胞運輸；③信號分子與靶細胞受體特異性結合并導致受體激活；

④活化受體啟動靶細胞內一種或多種信號轉導途徑；

⑤引發(fā)細胞功能、代謝或基因表達的改變；⑥信號分子的解除并導致細胞反應終止。在信號傳遞中，細胞將細胞外信號分子攜帶的信息轉變?yōu)榧毎麅刃盘柕倪^程稱為信號轉導。當前9頁，總共133頁。（二）信號分子與受體1.信號分子（signalmolecule)

傳遞信號的分子，是與細胞受體結合，改變受體的性質,引起一系列反應。親脂性信號分子：(小分子)Lipid-solublehormones甾類激素，甲狀腺素親水性信號分子:(大分子)Water-solublehormones神經遞質、局部介質、大多數肽類激素等氣體性信號分子nitricoxide(NO)andcarbonmonoxide(CO)ascellularmessengers當前10頁，總共133頁。表9-1某些激素的性質和功能名稱合成部位化學特性主要作用腎上腺素腎上腺酪氨酸衍生物提高血壓、心率、增強代謝皮質醇腎上腺類固醇在大多數組織中影響蛋白、糖、脂的代謝雌二醇卵巢類固醇誘導和保持雌性副性征胰高血糖素胰α細胞肽在肝、脂肪細胞刺激葡萄糖合成、糖原斷裂、脂斷裂胰島素胰β細胞蛋白質刺激肝細胞等葡萄糖吸收、蛋白質及脂的合成睪酮睪丸類固醇誘導和保持雄性副性征甲狀腺素甲狀腺酪氨酸衍生物刺激多種類型細胞的代謝當前11頁，總共133頁。表9-2

某些局部介質的性質和功能名稱來源化學性質作用表皮生長因子（EGF）多種細胞蛋白質刺激表皮和多種其他類型細胞的增殖血小板生長因子（PDGF）多種細胞，包括血小板蛋白質刺激多種類型細胞的增殖神經生長因子（NGF）各種神經組織蛋白質幫助某些神經元的生存，促進這些神經元軸突的生長組胺肥大細胞組氨酸衍生物引起血管擴張滲漏，引起炎癥一氧化氮(NO)神經細胞、血管內皮細胞溶解氣體引起平滑肌松弛，調節(jié)神經細胞的活性當前12頁，總共133頁。表9-3某些神經遞質的性質和功能名稱來源化學性質某些作用乙酰膽堿神經末梢膽堿衍生物在許多神經肌突觸和中央神經肌肉系統(tǒng)產生興奮的神經遞質γ-氨基丁酸（GABA）神經末梢谷氨酸衍生物在中央神經系統(tǒng)抑制神經遞質當前13頁，總共133頁。信號分子概念：是指生物體內的某些化學分子，既非營養(yǎng)物，又非能源物質和結構物質，而且也不是酶，主要用來在細胞間和細胞內傳遞信息。成分：蛋白質、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、膽固醇、脂肪酸衍生物、可溶解的氣體分子。功能：與細胞受體結合并傳遞信息（“鑰匙和鎖”）。特點：特異性；高效性；迅速滅活當前14頁，總共133頁。2.受體（receptor)是一類能夠識別和選擇性結合某種配體（信號分子）的大分子，絕大多數受體都是蛋白質多為糖蛋白。受體類型：

細胞內受體(intracellularreceptor):位于細胞質基質或核基質；主要識別和結合小的脂溶性信號分子。

細胞表面受體(cell-surfacereceptor)：位于細胞質膜上，主要識別和結合親水性信號分子。

當前15頁，總共133頁。當前16頁，總共133頁。細胞表面受體據信號轉導機制和受體蛋白類型的不同，細胞表面受體分屬三大家族：離子通道偶聯受體（ion-channel-linkedreceptor）G-蛋白偶聯受體（G-protein-linkedreceptor）酶聯受體（enzyme-linkedreceptor）當前17頁，總共133頁。當前18頁，總共133頁。受體的兩個功能區(qū)域與配體結合的區(qū)域（結合特異性）產生效應的區(qū)域（效應特異性）

引發(fā)兩種主要的細胞反應

快反應：短期反應

慢反應：長期反應當前19頁，總共133頁。細胞表面受體轉導胞外信號引發(fā)兩類主要反應-快反應和慢反應當前20頁，總共133頁。

受體與配體相互作用特性特異性(specificity):受體與配體空間構象的互補;高親和力(highaffinity):受體和信號分子的親和力以解離常數Kd表示（10-11～10-9mol/L）;飽和性(saturation）:生物效應與被配體占領的受體數成正比，受體數目有限，故呈飽和性;可逆性（reversibility）：受體與配體非共價結合;快速可逆生理效應（physiologicalresponse)：信號分子與受體的結合會引起適當的生理反應，反應的強弱與結合配體受體數量正相關。當前21頁，總共133頁。細胞對信號分子的反應首先取決于細胞是否具有某種信號分子的受體雖然一種信號分子只能同一種受體作用，但是卻能作用于不同的靶細胞產生多種效應：如形態(tài)變化、運動性改變、代謝改變以及基因表達的變化。如：當心肌細胞暴露于神經遞質乙酰膽堿時，它降低了收縮的頻率；但是唾液腺暴露于相同的信號分子中時，卻能分泌唾液。

一個細胞表面有幾十甚至上千種不同的受體同時與細胞外基質中的不同信號分子起作用，這些信號分子共同作用的影響比任何單個信號所起的作用都強得多。如存活、分裂、分化或死亡。 信號分子與受體相互作用的復雜性當前22頁，總共133頁。FigureThesamesignalmoleculecaninducedifferentresponsesindifferenttargetcells.相同信號分子能誘導不同靶細胞的不同反應。不同類型的細胞以不同的方式對神經遞質乙酰膽堿做出應答。乙酰膽堿降低收縮頻率當前23頁，總共133頁。FigureAnanimalcelldependsonmultipleextracellularsignals.一個動物細胞依賴于多方面的細胞外信號。當前24頁，總共133頁。3.第二信使與分子開關第二信使cAMP的發(fā)現1957年Sutherland及其同事們在研究狗肝組織中糖原是如何斷裂時發(fā)現了cAMP，這是代謝研究的一個重要里程碑。？第二信使學說(secondmessengertheory)

胞外化學物質（第一信使）不能進入細胞，它作用于細胞表面受體，而導致產生胞內第二信使，從而激發(fā)一系列的生化反應，最后產生一定的生理效應，第二信使的降解使其信號作用終止。Sutherland因為闡明了cAMP的功能并提出第二信使學說而獲得1971年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。當前25頁，總共133頁。第二信使(secondmessenger)定義：在胞內產生的非蛋白類小分子，通過其濃度變化（增加或減少）應答于胞外信號與細胞表面受體的結合，調節(jié)細胞內酶和非酶蛋白的活性，從而在細胞信號轉導中途徑中行使攜帶和放大信號的功能。兩個基本特性：是第一信使同其膜受體結合后最早在細胞膜內側或胞漿中出現的僅在細胞內部起作用的信號分子；能啟動或調節(jié)細胞內稍晚出現的信號應答；當前26頁，總共133頁。種類：cAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3等。作用：能夠激活級聯系統(tǒng)中酶的活性以及非酶蛋白的活性；控制細胞的增殖、分化和生存，參與基因轉錄的調節(jié)。當前27頁，總共133頁。表9-4某些通過cAMP介導的激素應答實例組織激素應答肝腎上腺素和胰高血糖素糖原水解，葡萄糖合成（糖異生），糖原合成的抑制骨骼肌腎上腺素糖原分解，糖原合成的抑制心肌腎上腺素加快收縮脂肪腎上腺素、ACTH、胰高血糖素三酰甘油降解腎加壓素提高表皮細胞對水的通透性甲狀腺TSH甲狀腺激素分泌腎上腺ACTH增強糖皮質激素的分泌骨甲狀旁腺素增強鈣的再吸收卵巢LH增強膽固醇激素的分泌當前28頁，總共133頁。開關蛋白（switchpeotein)：

進化上保守的胞內信號傳導蛋白：一個信號的接收導致它們從非活性狀態(tài)到活性狀態(tài)的切換；在細胞的信號通路中起正負反饋調節(jié)的蛋白種類：

GTP結合蛋白：根據開關蛋白是否結合GTP或GDP決定開關蛋白：活性由磷酸化和去磷酸化開啟和關閉當前29頁，總共133頁。Phosphorylationanddephosphorylationviaproteinkinasesandphosphatases.Therebystimulatingorinhibitingtheactivities.

GTPbindingactivateG-protein;GTPhydrolysisinactivatesG-protein.通過蛋白質磷酸化的信號轉導通過GTP結合蛋白的信號轉導當前30頁，總共133頁。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1992

“fortheirdiscoveriesconcerningreversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism”.1992年EdwinG.Krebs和EdmondH.Fischer因為發(fā)現蛋白質磷酸化與去磷酸化作為一種生物學調節(jié)機制而獲得諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。當前31頁，總共133頁。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994“fortheirdiscoveriesofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells”.1994年AlfredG.Gilman和MartinRodbell因為發(fā)現G蛋白及其在細胞信號轉導中的作用而獲得諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。G-proteinactivationandinactivationcycle當前32頁，總共133頁。二、信號轉導系統(tǒng)及其特性1.信號轉導系統(tǒng)的基本組成及信號蛋白的相互作用通過細胞表面受體介導的信號途徑由下列5個步驟組成：Signaltransductionpathwaysconsistofaseriesofsteps：當前33頁，總共133頁。受體特異性識別并結合胞外信號分子并被激活信號初級跨膜轉導通過胞內信號級聯反應實現信號傳播與放大產生細胞應答反應由于受體脫敏或受體下調，細胞反應終止或下調當前34頁，總共133頁。Manyextracellularsignalsactviacell-surfacereceptorstochangethebehaviorofthecell.許多胞外信號經細胞表面受體作用使得細胞行為發(fā)生改變。Signalmagnification胞外信號分子受體蛋白胞內信號分子細胞響應效應蛋白基因調控蛋白細胞骨架蛋白代謝酶信號放大影響細胞代謝改變細胞形狀和運動激活或阻遏基因表達當前35頁，總共133頁。信號的級聯放大（signalingcascade）功能：將信號放大，使原始信號變得更強、更具激發(fā)作用，引起細胞的強烈反應。級聯：主要由磷酸化和去磷酸化的酶組成。兩個優(yōu)越性：

同一級中所有具有催化活性的酶受同一分子調控；通過級聯放大作用，使引起同一級聯反應的信號得到最大限度的放大。當前36頁，總共133頁。............腎上腺素10-10mol/L腺苷酸環(huán)化酶cAMP10-6mol/L激活的酶蛋白激酶產物腎上腺素在細胞內的級聯放大作用放大放大放大放大當前37頁，總共133頁。Thetargetcellscanbecomedesensitizedtoasignalmoleculebyfiveways.受體沒收受體下調受體失活信號蛋白失活抑制性蛋白產生靶細胞對信號分子的脫敏機制有五種方式：當前38頁，總共133頁。信號蛋白種類多：轉承蛋白，信使蛋白，接頭蛋白，放大和轉導蛋白，傳感蛋白，分歧蛋白，整合蛋白，潛在基因調控蛋白等等。壽命短，動態(tài)變化中當前39頁，總共133頁。轉承蛋白接頭蛋白支架蛋白受體蛋白放大和轉導蛋白整合蛋白錨蛋白信使蛋白分歧蛋白初級轉導延遲轉導并放大整合分散錨定修飾效應蛋白活化胞內信號蛋白可以傳遞、放大、整合和分流輸入的信號。當前40頁，總共133頁。細胞內信號蛋白之間的相互作用是靠蛋白質模式結合域(modularbindingdomain)所特異性介導的。模式結合域：40-120個氨基酸組成，一側有較淺凹陷的球形結構域，不具酶活性，能識別特定基序或蛋白質上特定修飾位點，與識別對象親和性較弱。例：SH2結構域當前41頁，總共133頁。Interactionsbetweenintracellularsignalingproteinsaremediatedbymodularbindingdomains當前42頁，總共133頁?？啃盘柕鞍拙哂械牟煌Ｊ浇Y合域與另一種相匹配的基序(motif)識別與結合，在細胞內組裝成不同的信號轉導復合物，構成細胞內信號傳遞通路的結構基礎。當前43頁，總共133頁。當前44頁，總共133頁。受體信號分子第二信使一系列胞內信號蛋白一系列胞內信號蛋白G蛋白、酶受體自身酶的催化作用細胞應答反應信號轉導的兩種途徑當前45頁，總共133頁。特異性(specificity)放大效應(amplification)網絡化與反饋調節(jié)機制(feedbackregulation)整合作用(integration)3.信號轉導系統(tǒng)的主要特性當前46頁，總共133頁。Ananimalcelldependsonmultipleextracellularsignals.一個動物細胞依賴于多方面的細胞外信號。細胞必須整合不同的信息，對細胞外信號分子的特異性組合做出程序性反應，才能維持生命活動的有序性。當前47頁，總共133頁。第二節(jié)細胞內受體介導的信號轉導

Signaltransdutionmediatedby

theintracellularreceptors與細胞內受體相互作用的信號分子是一些親脂性小分子，可以通過疏水性的質膜進入細胞內與受體結合而傳播信號。當前48頁，總共133頁。一、細胞內核受體及其對基因表達的調節(jié)細胞內受體超家族：是依賴激素激活的基因調控蛋白。有三個功能結構域：

C端：激素結合位點；中部：DNA或者Hsp90結合位點；N端：轉錄激活結構域。當前49頁，總共133頁。類固醇激素、視黃醛、維生素D和甲狀腺素的受體在細胞核內。Nuclearreceptorsforsteroid,retinoicacid,vitaminDandthyroidhormones當前50頁，總共133頁。該通路的細胞外界信號分子為親脂性的小分子，分子量在300Da左右，如：甾類激素，可通過簡單擴散跨越質膜進入細胞內，在膜上沒有特異的受體；激素與胞質受體結合形成復合體，能穿過核孔膜；激素－受體復合體進入細胞核，與核內受體結合，形成激素－胞質受體－核質受體復合物，核內受體是一種依賴于激素的轉錄增強子，進而啟動DNA的轉錄；當前51頁，總共133頁。類固醇激素誘導的基因活化通常分為兩個階段：A：快速的初級反應階段，直接激活少數特殊基因轉錄的，B：延遲的次級反應階段，初級反應的基因產物再活化其他基因，對初級反應起放大效應。mRNA蛋白質初級反應蛋白質mRNA次級反應當前52頁，總共133頁。二、NO作為氣體信號分子進入靶細胞直接與酶結合Nitricoxidecrosstheplasmamembraneandactivateintracellularenzymesdirectly1980年R.Furchgott提出血管舒張是因為血管內皮細胞產生一種信號分子引起血管平滑肌松弛所致。1986年，R.Furchgott,LouisIgnarro,研究證實，NO作為氣體信號分子引起血管平滑肌舒張。R.Furchgott,LouisIgnarro,FeridMurad因為發(fā)現NO是體內重要的信號分子獲得1998年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。

當前53頁，總共133頁。NO對血管平滑肌的松弛作用。激活的神經末梢內皮細胞NO迅速擴散通過質膜NO結合到靶蛋白平滑肌細胞迅速松弛激活的鳥苷酸環(huán)化酶血管腔基膜乙酰膽堿精氨酸平滑肌細胞當前54頁，總共133頁。硝酸甘油為什么能用于治療心絞痛患者？當前55頁，總共133頁。第三節(jié)通過細胞表面受體介導的信號轉導Signaltransductionmediatedbycellsurfacereceptors當前56頁，總共133頁。一、G蛋白偶聯受體的結構與激活ThestructureofGprotein-coupledreceptors

G蛋白偶聯受體(GPCRs)結構：7個疏水殘基肽段形成跨膜α螺旋區(qū)和相似的三維結構，N末端在細胞外側,C末端在細胞胞質側。胞外結構域識別信號分子，胞內結構域與G蛋白耦聯，調節(jié)相關酶活性，在細胞內產生第二信使。G蛋白耦聯受體介導無數胞外信號的細胞應答。當前57頁，總共133頁。當前58頁，總共133頁。2.G蛋白（trimericGTP-bindingregulatoryprotein)的結構和功能

G蛋白的結構組成是三聚體GTP結合調節(jié)蛋白的簡稱,位于質膜內胞漿一側，由Gα、Gβ、Gγ3個亞基組成，Gβ和Gγ亞基以異二聚體存在，Gα和Gβγ分別通過共價結合脂分子錨定于膜上。鳥苷結合位點位于α

亞基上，此外α亞基本身具有GTPase活性結構域和ADP核糖化位點，是分子開關蛋白。Gα-GTP處于活化開啟態(tài)，Gα-GDP處于失活的關閉態(tài)。當前59頁，總共133頁。

G蛋白是一個大家族，目前研究得較多的是Gs（轉導激素對腺苷酸環(huán)化酶的活化過程）、Gi(轉導激素對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用）。G蛋白有多種調節(jié)功能，包括Gs和Gi對腺苷酸環(huán)化酶的激活和抑制、對cGMP磷酸二酯酶的活性調節(jié)、對磷脂酶C的調節(jié)、對細胞內Ca2+濃度的調節(jié)等。此外還參與閘門離子通道的調節(jié)。當前60頁，總共133頁。ThestructureandactivationofGproteins腎上腺素胰高血糖素促腎上腺皮質激素腺苷前列腺素當前61頁，總共133頁。當前62頁，總共133頁。

G蛋白循環(huán)（G-proteincycle)G蛋白在G蛋白偶聯信號轉導系統(tǒng)中所起的作用相當于一個功能開關，因為G蛋白能夠以兩種不同的狀態(tài)結合在細胞質膜上。一種是靜息狀態(tài)，即三體狀態(tài)，此時的α亞基上結合的是GDP。另一種是活性狀態(tài)，此時的α亞基上結合的是GTP。G蛋白由非活性狀態(tài)轉變成活性狀態(tài)，而后又恢復到非活性狀態(tài)的過程稱為G蛋白循環(huán)。當前63頁，總共133頁。ActivationofGproteinbythereceptor當前64頁，總共133頁。二、G蛋白耦聯受體所介導的細胞信號通路由G蛋白耦聯受體所介導的細胞信號通路主要包括：以cAMP為第二信使的信號通路、以肌醇-1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（DAG）作為雙信使的磷脂酰信號通路和G蛋白耦聯離子通道的信號通路。當前65頁，總共133頁。（一）以cAMP為第二信使的信號通路

(CyclicAMPsignalingpathway)當前66頁，總共133頁。AnactivatedGPCRactivatesGproteinsbyencouragingtheαsubunittoexpelitsGDPandpickupGTP.TheG-proteinαsubunitswitchesitselfoffbyhydrolyzingitsboundGTP.當前67頁，總共133頁。腺苷酸環(huán)化酶

在該信號通路中，Gα亞基的首要效應酶是腺苷酸環(huán)化酶，通過腺苷酸環(huán)化酶活性的變化調節(jié)靶細胞內第二信使的水平，進而影響信號通路的下游事件。腺苷酸環(huán)化酶是相對分子質量為1.5×105的12次跨膜蛋白，胞質側具有2個大而相似的催化結構域，跨膜區(qū)有2組整合結構域，每組含6個跨膜α螺旋。

腺苷酸環(huán)化酶在Mg2+或Mn2+存在條件下，催化ATP生成cAMP。腺苷酸環(huán)化酶受不同的受體-配體復合物的激活或抑制。當前68頁，總共133頁。Figure16-20EssentialCellBiology(?GarlandScience2010)當前69頁，總共133頁。腺苷酸環(huán)化酶CATPcAMP蛋白激酶A（無活性）蛋白激酶A（有活性）蛋白酶（無活性）蛋白酶（有活性）當前70頁，總共133頁。蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA）又稱cAMP依賴的蛋白激酶，是一種最簡單、生化特性最清楚的蛋白激酶。一般認為，真核細胞幾乎所有的cAMP作用都是通過活化PKA，從而使其底物蛋白發(fā)生磷酸化而實現的。無活性的PKA是由2個調節(jié)亞基（R)和2個催化亞基(C)組成的四聚體，在每個調節(jié)亞基上有2個cAMP的結合位點。PKA的功能是將ATP上的磷酸基團轉移到特定蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基上進行磷酸化，被蛋白激酶磷酸化了的蛋白質可以調節(jié)靶蛋白的活性。當前71頁，總共133頁。當前72頁，總共133頁。

PKA的細胞質功能與細胞核功能PKA被cAMP激活后能夠作用于多種底物，引起多種反應，既可直接修飾細胞質中的底物蛋白，使之磷酸化后立即起作用，也可以進入細胞核作用與基因表達的調控蛋白（如CREB)啟動基因的表達，也就是說PKA既有細胞質功能又有細胞核功能。當前73頁，總共133頁。PKA的細胞質功能：糖原分解cAMP--PKA信號通路對肝細胞和肌肉細胞糖原代謝的調節(jié)當前74頁，總共133頁。PKA的細胞核功能：調節(jié)基因表達AriseinintracellularcyclicAMPcanactivategenetranscription.當前75頁，總共133頁。反應鏈：激素→G-蛋白偶聯受體→G-蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→cAMP依賴的蛋白激酶A→基因調控蛋白→基因轉錄當前76頁，總共133頁。以cAMP為第二信使的信號通路的主要效應是通過活化cAMP依賴的PKA使下游靶蛋白磷酸化，從而影響細胞代謝和細胞行為，這是細胞快速應答胞外信號的過程。此外，還有一類細胞緩慢應答胞外信號的過程，這就是cAMP信號通路對細胞基因表達的影響。當前77頁，總共133頁。

cAMP信號的終止有兩種方式：第一種方式是將cAMP迅速降解，主要是通過cAMP磷酸二酯酶將cAMP的環(huán)破壞，形成5’-AMP。第二種方式是通過抑制型的信號作用于Ri,然后通過Gi起作用。當前78頁，總共133頁。細菌毒素對G蛋白的修飾作用

霍亂毒素：具有ADP核糖轉移酶活性，導致Gs的亞基持續(xù)性活化。其結果使腺苷酸環(huán)化酶處于永久活性狀態(tài)，cAMP的合成失去控制，引起Na+和水分泌到腸腔導致嚴重腹瀉。百日咳毒素：催化Gi的亞基ADP－核糖基化，阻止了Gi蛋白亞基上的GDP被GTP取代，使其失去對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用，其結果也是使cAMP濃度的增加。促使大量的體液分泌進入肺，引起嚴重的咳嗽。當前79頁，總共133頁?？偨YRsRiGsGiC-+ATPcAMPAMP磷酸二酯酶蛋白質蛋白質－P當前80頁，總共133頁。（二）磷脂酰肌醇雙信使信號通路（phosphadylinositolsignalpathway)

“雙信使系統(tǒng)”反應鏈：胞外信號分子→G-蛋白偶聯受體→G-蛋白→

→IP3→胞內Ca2+濃度升高→Ca2+結合蛋白(CaM)→細胞反應磷脂酶Cβ(PLCβ)→→DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH

當前81頁，總共133頁。當前82頁，總共133頁。PhospholipaseCactivatestwosignalingpathways.當前83頁，總共133頁。Table16-4EssentialCellBiology(?GarlandScience2010)磷脂酶Cβ(PLCβ)將磷脂酰肌醇二磷酸分解為兩個細胞內的第二信使：二酰甘油（DAG)和肌醇三磷酸（IP3)。當前84頁，總共133頁。雙信使系統(tǒng)：IP3-Ca2+pathwayandDAG-PKCpathwayElevationofcytosolicCa2+viatheIPsignalingpathway

當前85頁，總共133頁。IP3水溶性的小分子，可以離開質膜并迅速在胞質溶膠中擴散。主要功能是引發(fā)儲存在內質網中Ca2+的轉移到細胞質基質中，使胞質中游離Ca2+濃度提高。當前86頁，總共133頁。

Ca2+絕大多數Ca2+被儲存在線粒體、內質網和其他膜泡中或泵出細胞外；而細胞質基質中基態(tài)Ca2+濃度常維持在約10-7mol/L.細胞質基質中的Ca2+濃度是嚴格受控的。細胞內Ca2+動員主要是依靠內質網膜上的IP3-門控Ca2+通道將儲存的Ca2+釋放到細胞質基質中。當前87頁，總共133頁。ThepathwaythroughphospholipaseCresultsinariseinintracellularCa+

當前88頁，總共133頁。

Ca2+能夠引起許多不同的細胞反應：激活或抑制各種靶酶和運輸系統(tǒng)，改變膜的離子通透性，誘導膜的融合或者改變細胞骨架的結構與功能等。Calciumcanaffectanumberofdifferenttypesofcellulareffectors,includingproteinkinase.Dependingonthecelltype,calciumionscanactivateorinhibitvariousenzymeandtransportsystems,changetheionicpermeabilityofmembranes,inducemembranefusion,oraltercytoskeletalstructureandfunction.最直接的作用有兩個：第一個是協(xié)同DAG激活蛋白激酶C，第二是Ca2+與鈣調蛋白結合直接引起細胞的其他反應。當前89頁，總共133頁。鈣調蛋白（calmodulin,CaM)真核細胞中普遍存在的Ca2+應答蛋白，多肽鏈由148個氨基酸殘基組成，含有4個結構域，每個結構域可結合一個Ca2+。鈣調蛋白本身無活性，和Ca2+結合后活化靶酶的過程分兩步：首先Ca2+與CaM結合形成活化態(tài)的Ca2+-CaM復合體，然后再與靶酶結合將其活化。這是一個受Ca2+濃度控制的可逆反應。CaMisfounduniversallyinplants,animals,andeukaryoticmicroorganisms.Acytosolicproteinof148aminoacidsthatbindCa2+ions.當前90頁，總共133頁。Thefunctionsofincreasethelevelsofcytosoliccalcium-CaM:1.start-upembryodevelopmentafterthefecundation.啟動受精后胚胎發(fā)育2.excitatingcontractofmusclecells;興奮肌細胞的收縮

3.excitatingsecretionofendocrineandnervecells.刺激內分泌細胞和神經元的分泌

當前91頁，總共133頁。Calciumbindingchangestheshapeofthecalmodulinprotein.當前92頁，總共133頁。當前93頁，總共133頁。DAG脂溶性的，結合在質膜上，可活化與質膜結合的蛋白激酶C（PKC)。PKC兩個功能區(qū)：一個是親水的催化活性中心，另一個是疏水的膜結合區(qū)。是鈣離子和磷脂酰絲氨酸依賴性激酶，具有廣泛的作用底物，參與眾多生理過程，在細胞的生長、分化、細胞代謝以及轉錄激活等方面具有非常重要的作用。PKC的活化可增強特殊基因的轉錄。兩條途徑：一是PKC激活一條蛋白激酶的級聯反應；二是PKC的活化。當前94頁，總共133頁?；罨腜KC激活基因轉錄的兩條細胞內途徑:一條是PKC激活一系列磷酸化級聯反應,導致MAP激酶的磷酸化并使之活化，MAP激酶磷酸化并活化基因調控蛋白Elk-1。Elk-1與另一種DNA結合蛋白血清應答因子（SRF）共同結合在基因上短的DNA調控序列（血清應答元件，SRE）上。Elk-1的磷酸化和活化，即可調節(jié)基因轉錄；另一條途徑是PKC的活化導致I-κB磷酸化，使基因調控蛋白NF-κB與I-κB解離并進入細胞核，與相應的基因調控序列結合激活基因轉錄。當前95頁，總共133頁。信號通路（雙信使系統(tǒng)IP3/Ca2+、DG/PKC）外界信號分子質膜上受體肌醇酯（磷脂酰肌醇－4、5－二磷酸PIP2）磷脂酶水解1、4、5三磷酸肌醇IP3二?；视虳G動員細胞內源鈣到細胞質中鈣離子作用鈣調素形成鈣調素－酶復合物蛋白激酶C蛋白質磷酸化細胞反應當前96頁，總共133頁。信號分子的滅活：

通過細胞內生化代謝完成。

IP3信號的解除：通過肌醇磷酸脂循環(huán)途徑；

DG信號的解除：通過兩種途徑終止其信使作用；

被二?；视土姿峒っ噶姿峄?，生成磷脂酸，進入肌醇磷脂循環(huán)，被二酰基甘油脂酶水解成單脂酰甘油。

Ca2+信號的解除:IP3參與打開細胞質膜上的Ca2+通道，使細胞質中的Ca2+較為持久的增高，胞內Ca2+濃度持久的升高，可激活Ca2+-ATP酶，從而降低胞質中的Ca2+，使胞質中Ca2+的迅速恢復到基態(tài)水平，并使活性CaM-酶復合物解離，酶失去活性，細胞反應終止。當前97頁，總共133頁。（三）G蛋白耦聯受體介導離子通道的調控當受體與配體結合被激活后，通過耦聯G-蛋白的分子開關作用，調控與跨膜離子通道的開啟與關閉，進而調節(jié)耙細胞的活性，如心肌細胞的M-型乙酰膽堿受體和視桿細胞的光敏感受體，都屬于這類調節(jié)離子通道的G-蛋白耦聯受體。當前98頁，總共133頁。當前99頁，總共133頁。ThespecificityofGprotein-coupledresponsesDifferentligandssimilarmechanismtriggeringdifferentcellularresponses.Thereceptorforagivenligandcanexistinseveraldifferentisoforms,thathavedifferentaffinitiesfortheligandandforaparticularGprotein.9differentisoformsoftheadrenergicreceptor;15isoformsofthereceptorforserotonin(5-HT)Atleast20differentGα,5differentGβand12differentGγsubunits;9isoformsoftheeffectoradenylylcyclase.DifferentcombinationsofspecificsubunitsconstrucctGproteinshavingdifferentcapabilitiesofreactingwithspecificisoformsofbothreceptorsandeffectors.當前100頁，總共133頁。第四節(jié)酶聯受體介導的信號轉導Signaltransductionmediatedby

receptortyrosinekinase(RTK)當前101頁，總共133頁。一、受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路

Receptortyrosinekinase(RTK)andRTK-Rassignalingpathway

1.受體酪氨酸激酶（receptortyrosinekinases，RTKs）又稱酪氨酸蛋白激酶受體，是細胞表面一大類重要受體家族，RTKs既是受體，又是酶，它能夠同配體結合，并將靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化RTKarethesecondmajortypeofcell-surfacereceptors.RTKs主要功能是控制細胞生長、分化而不是調控細胞中間代謝。RTKs

areinvolvedprimarilyinthecontrolofcellgrowthanddifferentiationratherthanintermediarymetabolism.當前102頁，總共133頁。受體酪氨酸激酶的6個亞族RTKs已有50多種，包括6個亞族;Over50kindshavebeenidentified.當前103頁，總共133頁。1）RTKs家族的基本結構：

Structureofreceptortyrosinekinases

RTKs類除胰島素受體外，其余受體都由一條單跨膜肽鏈組成?？煞譃槿齻€結構區(qū)：

細胞外的結構域（含有配體結合位點）胞質結構域（一個具有蛋白酪氨酸激酶活性的催化位點）連接這兩個區(qū)的疏水的跨膜α螺旋NCATP底物結合區(qū)當前104頁，總共133頁。2)RTKs的活化

ActivationofreceptortyrosinekinasesRTKactivitystimulatedbycross-phosphorylation.當前105頁，總共133頁。以表皮生長因子受體（EGF-R）為例EGF受體在膜上以無活性的單體形式存在；與配體EGF結合后，聚合成二聚體，同時被活化；被激活的受體往往發(fā)生自身磷酸化，繼而對其他蛋白質底物進行磷酸化；被激活的受體可因與其配體的解離而鈍化，回到無活性的單體狀態(tài)。PPPP底物磷酸化下游細胞傳遞途徑單體EGF受體無活性當前106頁，總共133頁。

活化的RTKs通過磷酸酪氨酸殘基可以結合多種細胞質中帶有SH2結構域的結合蛋白或信號蛋白PhsphorylatedTyrosineServeasdockingsitesforproteinwithSH2domains

(Srchomologyregion).SH3結構域選擇性結合不同的富含脯氨酸的基序OtherproteinmodulessuchasSH3bindstoproline-richmotifsinintracellularproteins.信號轉導：配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化→激活RTK→胞內信號蛋白→啟動信號傳導當前107頁，總共133頁。FigureActivationofanRTKstimulatestheassemblyofanintracellularsignalingcomplex當前108頁，總共133頁。2.Ras蛋白的激活與信號轉導StepsinactivationofRasbyRTKs

Ras蛋白：在RTKs介導的信號通路中是一種關鍵組分，是原癌基因c-ras的表達產物，由190個氨基酸殘基組成的小的單體GTP結合蛋白，具有弱的GTPase活性，分布于質膜胞質一側。Ras蛋白的活性狀態(tài)對細胞的生長、分化、細胞骨架、蛋白質運輸和分泌等都具有影響，其活性則是通過與GDP或GTP的結合進行調節(jié)。當前109頁，總共133頁。Ras的活性：受兩個主要蛋白的控制鳥苷交換因子（GEF)：促使GDP從Ras蛋白上釋放出來，取而代之的是GTP，從而將Ras激活，GTP酶激活蛋白（GAP）：激活Ras蛋白的GTP酶，將結合在Ras蛋白上的GTP水解成GDP，成為失活型的Ras蛋白-GDP。當前110頁，總共133頁。GRB2和Sos蛋白GRB2蛋白是生長因子受體結合蛋白2，又叫Ash蛋白。該蛋白參與細胞內各種受體激活后的下游調節(jié)。它能夠直接與激活的表皮生長因子受體磷酸化的酪氨酸結合，參與EGF受體介導的信號轉導；GRB2蛋白含有一個SH2結構域和兩個SH3結構域，屬SH蛋白；PhosphotyrosinesofRTKactasbindingsitesforaspecificSH2proteincalledGRB2.GRB2isnotaproteinwithcatalyticactivity,butonethatfunctionssolelyasanadaptormoleculethatlinksotherproteinsintoacomplex.當前111頁，總共133頁。Grb2和Sos蛋白Sos是編碼鳥苷釋放蛋白的基因sos的產物，Sos蛋白在Ras信號轉導途徑中的作用是促進Ras釋放GDP，結合GTP，使Ras蛋白由非活性狀態(tài)轉變?yōu)榛钚誀顟B(tài)。Sos蛋白是一種鳥苷交換因子，是Ras的激活蛋白，不含SH結構域，不屬于SH蛋白。SosisaguaninenucleotideexchangefactorforRas(Ras-GEF)WhenaligandbindstotheRTKandrecruitstheGrb2-Sostotheinnersurfaceofthemembrane,theSosproteinbindstoRascausingGDP/GTPexchange,thusactivatingRas.當前112頁，總共133頁。當前113頁，總共133頁。

Ras蛋白的活化Ras蛋白的活化是通過配體與RTK的結合而誘導的，而且Ras蛋白的活化對誘導不同類型的細胞的分化或增殖又是必要而充分的。

當前114頁，總共133頁。FigureRTKsactivateRas.Anadaptorproteindocksonapaticularphosphotyrosineontheactivatedreceptor.TheadaptorrecruitsaRas-activatingproteinthatstimulatesRastoexchangeitsboundGDPforGTP.TheactivatedRasproteincannowstimulateseveraldownstreamsignalingpathways.當前115頁，總共133頁。3.Ras-MAP激酶磷酸化級聯反應MAP-kinaseserine/threoninephosphorylationPathwayactivatedbyRasRas蛋白被激活后，通過激酶級聯系統(tǒng)進行信號轉導。當前116頁，總共133頁。

Ras蛋白處于活化狀態(tài)的時間很短，大約30min，其內在的GTP酶活性很快使其恢復到非活性狀態(tài)。Ras信號轉導的解除主要是通過特異磷酸酶將被磷酸化激活的激酶中的磷酸基團除去。當前117頁，總共133頁。

4.RTK-Ras信號通路：

RTK-Rassignalingpathway

配體→RTK→接頭蛋白←GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→進入細胞核→其它激酶或基因調控蛋（轉錄因子）的磷酸化修鈽，對基因表達產生多種效應。RTK介導的信號通路具有廣泛的功能，包括調節(jié)細胞的增殖和分化，促進細胞存活，以及細胞代謝的調節(jié)和校正作用。

當前118頁，總共133頁。當前119頁，總共133頁。1.Themechanical-structuralfunctionoffo