第九章 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞通訊

信號分子合成、運(yùn)輸?

細(xì)胞識別

配體

膜內(nèi)受體離子通道耦聯(lián)G蛋白耦聯(lián)與酶耦聯(lián)

G蛋白耦聯(lián)

cAMP信號通路磷脂酰肌醇信號通路與酶連接的受體

受體酪氨酸激酶受體耦聯(lián)的酪氨酸激酶受體絲/蘇激酶受體酪氨酸磷酸酯酶受體鳥苷酸環(huán)化酶?由整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號傳遞

受體膜上受體信號通路當(dāng)前1頁，總共57頁。第一節(jié)概述細(xì)胞通訊的概念：一個細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。細(xì)胞通訊的作用：

多細(xì)胞生物的組織發(fā)生與形態(tài)建成協(xié)調(diào)多細(xì)胞生物細(xì)胞間的功能控制細(xì)胞的生長和分裂組織發(fā)生與形態(tài)建成

一細(xì)胞通訊（cellcommunication）當(dāng)前2頁，總共57頁。細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)-細(xì)胞必須接受合適的環(huán)境信號才能生存-細(xì)胞必須對信號作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)當(dāng)前3頁，總共57頁。1.細(xì)胞通訊的方式：

分泌化學(xué)信號細(xì)胞間的直接接觸或分子作用(膜表面分子接觸通訊)動物細(xì)胞的間隙連接和植物細(xì)胞的胞間連絲當(dāng)前4頁，總共57頁。

連接子：中央為直徑1.5nm的親水性孔道，允許小分子如Ca2+、cAMP通過。作用：協(xié)同相鄰細(xì)胞對外界信號的反應(yīng)，如可興奮細(xì)胞的電耦聯(lián)現(xiàn)象(電緊張突觸)。細(xì)胞間隙連接當(dāng)前5頁，總共57頁。膜表面分子接觸通訊即細(xì)胞識別，如：精子和卵子之間的識別，T與B淋巴細(xì)胞間的識別。當(dāng)前6頁，總共57頁?；瘜W(xué)通訊細(xì)胞分泌一些化學(xué)物質(zhì)（如激素）至細(xì)胞外，作為信號分子作用于靶細(xì)胞，調(diào)節(jié)其功能，可分為4類。當(dāng)前7頁，總共57頁。細(xì)胞間分泌化學(xué)信號進(jìn)行通訊的方式:內(nèi)分泌（endocrine）旁分泌（paracrine）自分泌（autocrine）化學(xué)突觸（chemicalsynapse）當(dāng)前8頁，總共57頁。

內(nèi)分泌：內(nèi)分泌激素隨血液循環(huán)輸至全身，作用于靶細(xì)胞。特點(diǎn)：①低濃度（10-8-10-12M），②全身性，③長時效。

旁分泌：信號分子通過擴(kuò)散作用于鄰近的細(xì)胞。包括：①各類細(xì)胞因子；②氣體信號分子。

化學(xué)突觸：神經(jīng)遞質(zhì)經(jīng)突觸作用于靶細(xì)胞。

自分泌：信號發(fā)放細(xì)胞和靶細(xì)胞為同類或同一細(xì)胞，常見于癌變細(xì)胞。細(xì)胞間分泌化學(xué)信號進(jìn)行通訊的方式:當(dāng)前9頁，總共57頁。二、細(xì)胞的信號分子與受體1.信號分子（signalmolecule）

親脂性信號分子:如甲狀腺素和甾體激素

親水性信號分子:如神經(jīng)遞質(zhì),生長因子氣體性信號分子(NO,CO)

當(dāng)前10頁，總共57頁。2.受體(Receptor)

-能識別和選擇性結(jié)合某種配體(信號分子)的大分子-與配體結(jié)合后,通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用將胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)物理或化學(xué)信號并產(chǎn)生特定生物學(xué)效應(yīng)-受體多為糖蛋白-功能:(1)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)活性或功能改變(2)影響細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)-功能結(jié)構(gòu)域:(1)結(jié)合配體功能域(2)效應(yīng)功能域

存在部位：

(1)細(xì)胞表面

(2)細(xì)胞內(nèi)

當(dāng)前11頁，總共57頁。細(xì)胞表面受體（CellSurfaceReceptor）介導(dǎo)親水性信號分子的信息傳遞，可分為：①離子通道耦連受體②G蛋白耦連受體③酶連受體第一類存在于可興奮細(xì)胞，后兩類存在于大多數(shù)細(xì)胞。當(dāng)前12頁，總共57頁。離子通道偶聯(lián)受體特點(diǎn)：受體/離子通道復(fù)合體，四次/六次跨膜蛋白-受體本身為離子通道，即配體門通道-跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳遞有選擇性：配體的特異性選擇和運(yùn)輸離子的選擇性分為：陽離子通道，如乙酰膽堿受體陰離子通道，如γ－氨基丁酸受體當(dāng)前13頁，總共57頁。

G蛋白耦聯(lián)受體－7次跨膜蛋白，胞外結(jié)構(gòu)域識別信號分子，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)信號途徑：cAMP途徑、磷脂酰肌醇途徑。當(dāng)前14頁，總共57頁。細(xì)胞內(nèi)受體甾體類激素甲狀腺素氣體分子的受體當(dāng)前15頁，總共57頁。第一信使：水溶性信號分子（如神經(jīng)遞質(zhì)）不能穿過靶細(xì)胞膜，只能經(jīng)膜上的信號轉(zhuǎn)換機(jī)制實現(xiàn)信號傳遞，稱第一信使。

當(dāng)前16頁，總共57頁。第二信使（secondmessenger）

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的第二信使有:cAMP,Ca2+,cGMP,IP3,DG等獲1971年諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎當(dāng)前17頁，總共57頁。分子開關(guān)（molecularswitches）調(diào)節(jié)細(xì)胞信號的激活/失活機(jī)制的蛋白

細(xì)胞內(nèi)的分子開關(guān)蛋白分為兩類:1.活性由蛋白磷酸化/去磷酸化調(diào)節(jié)2.活性由結(jié)合GTP/GDP調(diào)節(jié)

當(dāng)前18頁，總共57頁。蛋白激酶－是一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，將ATP的γ磷酸基轉(zhuǎn)移到底物特定氨基酸殘基上，使蛋白質(zhì)磷酸化。分為5類，其中了解較多的是蛋白酪氨酸激酶、蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶。－作用：通過磷酸化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性。當(dāng)前19頁，總共57頁。三、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的特性1.信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成與信號蛋白細(xì)胞特異性受體識別信號分子信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)信號級聯(lián)放大細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)受體脫敏或下調(diào),細(xì)胞反應(yīng)終止或降低

當(dāng)前20頁，總共57頁。信號蛋白之間通過蛋白質(zhì)模式結(jié)構(gòu)域的特異性介導(dǎo)2。細(xì)胞內(nèi)信號蛋白的相互作用，由蛋白質(zhì)模式結(jié)合域特異性介導(dǎo)當(dāng)前21頁，總共57頁。3.信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的主要特性特異性放大作用網(wǎng)絡(luò)化與反饋調(diào)節(jié)機(jī)制整合作用當(dāng)前22頁，總共57頁。第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞細(xì)胞內(nèi)核受體及其對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體超家族:依賴激素激活的基因調(diào)控蛋白.配體(通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核)類固醇激素視黃酸維生素D甲狀腺素細(xì)胞核內(nèi)受體:當(dāng)前23頁，總共57頁。胞內(nèi)受體一般有三個結(jié)構(gòu)域：１C端的激素結(jié)合位點(diǎn)２中部富含Cys，具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)３N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域當(dāng)前24頁，總共57頁。第三節(jié)G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)當(dāng)前25頁，總共57頁。G-蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)配體-受體復(fù)合物與靶蛋白的作用需要通過與G蛋白的藕聯(lián),在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使,將胞外信號傳遞到胞內(nèi).

當(dāng)前26頁，總共57頁。G蛋白偶聯(lián)受體的信號傳遞過程包括(1)配體與受體結(jié)合(2)受體活化G蛋白(3)G蛋白激活或抑制細(xì)胞中的效應(yīng)分子(4)效應(yīng)分子改變細(xì)胞內(nèi)信使的含量與分布(5)細(xì)胞內(nèi)信使作用于相應(yīng)的靶分子，從而改變細(xì)胞的代謝過程及基因表達(dá)等功能

當(dāng)前27頁，總共57頁。一G蛋白耦連受體的結(jié)構(gòu)與激活

G-蛋白:三聚體的GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白,位于胞漿內(nèi)．G-蛋白的組成:一般由三個亞基組成,分別叫α、β、γ-β和γ以異二聚體存在-α亞基具有GTPase活性-分子量:80-100KDα亞基具有三個功能位點(diǎn)：結(jié)合GTP水解鳥苷三磷酸(GTPase)ADP-核糖化位點(diǎn)

當(dāng)前28頁，總共57頁。G蛋白的種類已發(fā)現(xiàn)人類G蛋白的α亞基編碼基因27種,β亞基基因5種、γ亞基基因13種.根據(jù)對效應(yīng)酶AC（腺苷酸環(huán)化酶）的作用差異分為Gs型G蛋白：Gi型G蛋白：另外有Gt，Gg,Go,Gq相應(yīng)的受體分為：Rs，Ri當(dāng)前29頁，總共57頁。二G蛋白耦連受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路主要包括:1.激活離子通道的G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號通路2.以cAMP為第二信使的信號通路3.激活磷脂酶、以IP3和DAG為雙信使的磷脂酰肌醇信號通路當(dāng)前30頁，總共57頁。G蛋白的效應(yīng)分子主要有

-腺苷酸環(huán)化酶（AC）-磷脂酶C（PLC）-某些離子通道（K+，Ca++通道……）-磷酸二酯酶(光受體-視紫紅質(zhì)通過G蛋白介導(dǎo)的效應(yīng)器)

Themembrane-boundmachineryfortransducingsignalsbymeansofaseven-helixtransmembranereceptorandaheterotrimericGprotein當(dāng)前31頁，總共57頁。(一)激活離子通道的G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號通路1.心肌細(xì)胞上M乙酰膽堿受體激活G蛋白開啟K+通道當(dāng)前32頁，總共57頁。2.Gt蛋白偶聯(lián)的光敏感受體的活化誘發(fā)cGMP門控陽離子通道的關(guān)閉當(dāng)前33頁，總共57頁。(二)激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶的G蛋白偶聯(lián)受體

AC(腺甘酸環(huán)化酶)

分子量1.5x105

跨膜12次結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上催化ATP生成cAMP是一種糖蛋白cAMP是一種第二信使傳遞G蛋白偶聯(lián)受體的細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)主要的效應(yīng)是激活靶酶和開啟基因表達(dá)特異活化cAMP依賴的蛋白激酶A(PKA)

當(dāng)前34頁，總共57頁。cAMP途徑反應(yīng)鏈激素G-蛋白偶聯(lián)受體G-蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A(PKA)

基因調(diào)控蛋白(cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白,CREB)磷酸化→基因轉(zhuǎn)錄細(xì)胞應(yīng)答(慢速應(yīng)答,如激素合成)靶蛋白磷酸化(如:磷酸化酶激酶,糖原合成酶等)細(xì)胞應(yīng)答(快速應(yīng)答)→→當(dāng)前35頁，總共57頁。

cAMP信號與糖原降解cAMP為第二信使的信號通路主要通過cAMP依賴的蛋白激酶A介導(dǎo)cAMP信號與基因表達(dá)當(dāng)前36頁，總共57頁。37

蛋白激酶A(PKA)的激活

RCRC(4cAMP)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。當(dāng)前37頁，總共57頁。cAMP在細(xì)胞中的主要作用-促進(jìn)糖原分解,抑制糖原合成-調(diào)節(jié)基因表達(dá)

當(dāng)前38頁，總共57頁。cAMP途徑的信號解除和抑制

信號解除通過磷酸二酯酶將cAMP降解,形成5‘-AMP；-信號抑制通過抑制型的信號作用于Ri,然后通過Gi起作用。

cAMP的降解當(dāng)前39頁，總共57頁。2.以IP3和DAG為雙信使的磷脂酰肌醇信號通路

“雙信使系統(tǒng)”反應(yīng)鏈：胞外信號分子→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→磷脂酶C(PLC)→PIP2(磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸)

IP3→胞內(nèi)Ca2+濃度升高→Ca2+結(jié)合蛋白(CaM)→細(xì)胞應(yīng)答

DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內(nèi)pH→細(xì)

(二酰甘油)胞應(yīng)答(如:細(xì)胞分泌,肌肉收縮,細(xì)胞增殖等)

PKC的活化可增強(qiáng)特殊基因的轉(zhuǎn)錄.已知的至少有兩條途徑:1.激活一條蛋白激酶的級聯(lián)反應(yīng),促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄2.導(dǎo)致抑制蛋白的磷酸化而失活,促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄(1,4,5-肌醇三磷酸)當(dāng)前40頁，總共57頁。Ca2+的作用方式:1.直接作用于靶酶,誘導(dǎo)靶酶的構(gòu)象改變2.通過與結(jié)合蛋白形成復(fù)合物,活化蛋白激酶,磷酸化靶酶Ca2+與CaM結(jié)合CaM當(dāng)前41頁，總共57頁。鈣調(diào)素鈣調(diào)素是最重要的一種Ca++結(jié)合蛋白Ca++的許多功能由鈣調(diào)素介導(dǎo)其結(jié)合Ca++形成CaM-Kinases,通過磷酸化調(diào)節(jié)基因表達(dá)調(diào)節(jié)蛋白,如CREB當(dāng)前42頁，總共57頁。

生理功能-細(xì)胞分泌-肌肉收縮-細(xì)胞增殖細(xì)胞分化等PKC活化MAPK活化NF-kB當(dāng)前43頁，總共57頁。IP3信號的終止:去磷酸化為IP2或磷酸化為IP4.DAG信號的終止:1.被DAG-激酶磷酸化為磷脂酸,進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)2.被水解為單脂酰甘油,再進(jìn)一步水解成游離的多不飽和脂肪酸和花生四烯酸甘油,再被氧化為前列腺素,白三烯等

當(dāng)前44頁，總共57頁。3.G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)離子通道的調(diào)控

神經(jīng)遞質(zhì)-受體(GPCR)-效應(yīng)蛋白(Na+或K+通道)-膜電位改變.嗅覺受體和光受體通過第二信使間接調(diào)節(jié)離子通道Gbg亞基直接活化K+通道當(dāng)前45頁，總共57頁。離子通道偶聯(lián)的受體特點(diǎn)：-受體/離子通道復(fù)合體，四次/六次跨膜蛋白-跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟-主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳遞-有選擇性：配體的特異性選擇和運(yùn)輸離子的選擇性當(dāng)前46頁，總共57頁。

霍亂毒素：能催化細(xì)胞內(nèi)的NAD+的ADP核糖基共價結(jié)合到Gs的α亞基上，使α亞基喪失ＧＴＰ酶活性，Gsα亞基結(jié)合的ＧＴＰ不被水解，Ｇ蛋白持續(xù)活化，導(dǎo)致患者小腸上皮細(xì)胞中cAMP水平增加100倍以上,Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。

百日咳毒素：催化Gia亞基ＡＤＰ－核糖基化，防止與Gia亞基結(jié)合的ＧＤＰ釋放，使Gia亞基被鎖定在非活化狀態(tài)，Gia亞基的失活使氣管上皮細(xì)胞內(nèi)cAMP水平增高，促使液體，電解質(zhì)和黏液分泌減少．當(dāng)前47頁，總共57頁。小G蛋白-分子量只有20~30KD,單亞基-具有GTP酶活性-第一個被發(fā)現(xiàn)的小G蛋白是Ras-結(jié)合GTP時為活化形式，作用于下游分子使之活化.當(dāng)GTP水解成為GDP時則回復(fù)到非活化狀態(tài)當(dāng)前48頁，總共57頁。第四節(jié)酶連受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)目前已知的均為跨膜蛋白,又稱催化性受體至少包括5類1.受體酪氨酸激酶2.受體絲氨酸/蘇氨酸激酶3.受體酪氨酸磷酸酯酶4.受體鳥氨酸環(huán)化酶5.酪氨酸蛋白激酶聯(lián)系的受體當(dāng)前49頁，總共57頁。受體酪氨酸激酶（receptortyrosinekinases，RTKs）

1.受體酪氨酸激酶(RTK)及RTK-Ras蛋白信號通路-配體為可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素通過受體自身的激活進(jìn)行跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)只跨膜一次胞外區(qū)結(jié)合配體，N端位于胞外，C端位于胞內(nèi)胞內(nèi)區(qū)是酪氨酸蛋白激酶的催化部位配體結(jié)合后受體二聚化并發(fā)生自磷酸化磷酸化的受體被胞內(nèi)含有-SH2和SH3結(jié)構(gòu)域的信號蛋白識別并結(jié)合,啟動下游信號-主要功能是控制細(xì)胞生長,分化當(dāng)前50頁，總共57頁。通過受體酪氨酸激酶介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化(激活RTK)→結(jié)合胞內(nèi)信號蛋白→啟動信號傳導(dǎo)當(dāng)前51頁，總共57頁。RTK-Ras信號通路： 配體→RTK→adaptor→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→磷酸化其它激酶或基因調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）→基因轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前52頁，總共57頁。Ras蛋白-一種小G蛋白(190個氨基酸)具有分子開關(guān)作用GDP的釋放需要鳥甘酸轉(zhuǎn)換因子(Guan