第十二章细胞的信号转导课件.ppt
主讲教师：李中文生物科学系细胞生物学教研室,第十二章 细胞的信号转导(Cell signal transduction),9/24/2022,1,第十二章 细胞的信号转导,主讲教师：李中文第十二章 细胞的信号转导(Cell,第十二章 细胞的信号转导(Cell signal transduction)第一节 细胞外信号 第二节 受体 第三节 细胞内信使 第四节 信号转导与蛋白激酶 第五节 信号转导与疾病 课后思考题,9/24/2022,2,第十二章 细胞的信号转导,第十二章 细胞的信号转导9/24/20222第十二章,学习目的和要求,1、掌握信号转导的概念，第一、第二信使的概念及分类，几种重要的第二信使。2、掌握受体的概念、类型、结构和作用特点。3、掌握G蛋白的类型、结构特征和作用机制。4、熟悉信号转导的特点，蛋白激酶的主要类型及其与第二信使的关系。5、了解几条重要的信号转导通路。6、了解信号转导异常引起的一些疾病。,9/24/2022,3,第十二章 细胞的信号转导,学习目的和要求1、掌握信号转导的概念，第一、第二信使的概念及,【重点】1、基本概念：信号转导、第一信使、膜受体、细胞识别、G蛋白、第二信使、级联反应；2、膜受体的分子结构与类型；3、G蛋白的组成、生物学特性和作用机制；【难点】1、cAMP信号途径具体过程；2、G蛋白的特性和作用机理；,9/24/2022,4,第十二章 细胞的信号转导,【重点】9/24/20224第十二章 细胞的信号转导,专业词汇：ligand 配体；receptor 受体；G protein coupled receptor G蛋白偶联受体；G protein G蛋白；tyrosine kinase 酪氨酸激酶；adenylate cyclase,AC 腺苷环化酶；guanylate cyclase,GC 鸟苷环化酶；PKA:蛋白激酶APKC:蛋白激酶C,9/24/2022,5,第十二章 细胞的信号转导,专业词汇：9/24/20225第十二章 细胞的信号转导,章节概念,信号转导（signal transduction）：细胞之间联系的信号通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合，将信号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信号作出适当反应的过程。信号网络（signaling network）：细胞内存在多种型号转导方式及途径，彼此间可交叉控制，构成的复杂网络。,9/24/2022,6,第十二章 细胞的信号转导,章节概念信号转导（signal transduction）：,第一节 细胞外信号,第一信使（first messenger）:由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质，它们是细胞间通讯的信号。1.细胞外信号的作用机制 与细胞膜上或细胞浆内特定的受体结合，将信息转导给细胞浆或细胞核中的功能反应体系，启动细胞产生效应。,9/24/2022,7,第十二章 细胞的信号转导,第一节 细胞外信号第一信使（first messenger）,2.细胞外信号的分类,（1）根据细胞外信号的特点及作用方式分类：激素胰岛素、甲状腺素、肾上腺素神经递质乙酰胆碱、去甲状腺素局部化学介质生长因子、前列腺素、NO（2）根据与受体结合后细胞产生效应不同分类：激动剂：拮抗剂：,9/24/2022,8,第十二章 细胞的信号转导,2.细胞外信号的分类（1）根据细胞外信号的特点及作用方式分类,第二节 受体,一、受体种类二、受体作用的特点,9/24/2022,9,第十二章 细胞的信号转导,第二节 受体一、受体种类9/24/20229第十二章 细胞的,受体（receptor）：是存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，能特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。配体（ligand）：是与受体结合的生物活性物质的统称，包括激素、神经递质、生长因子、某些药物和毒物等。,9/24/2022,10,第十二章 细胞的信号转导,受体（receptor）：是存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，能,9/24/2022,11,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202211第十二章 细胞的信号转导,受体：膜受体 胞内受体,9/24/2022,12,第十二章 细胞的信号转导,受体：膜受体9/24/202212第十二章 细胞的信号转导,（一）膜受体类型,离子通道受体催化受体（TPKR)偶联G蛋白受体,9/24/2022,13,第十二章 细胞的信号转导,（一）膜受体类型离子通道受体9/24/202213第十二章,9/24/2022,14,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202214第十二章 细胞的信号转导,1.离子通道型受体,通常由几个亚基组成，每个亚基又有2、4或5个疏水的跨膜（transmembrane domine）区域，可供离子通过。羧基末端与氨基末端均朝向细胞外。作用特点：受体与离子通道偶联：既可与细胞外信号分子结合，同时又是离子通道。介导信号转导快速反应,9/24/2022,15,第十二章 细胞的信号转导,1.离子通道型受体 通常由几个亚基组成，每个亚,羧基末端与氨基末端均朝向细胞外,跨膜区,由 2、等五个亚单位构成,9/24/2022,16,第十二章 细胞的信号转导,羧基末端与氨基末端均朝向细胞外跨膜区由 2、等,2.G蛋白偶联受体,胞外区：N末端，糖基化位点胞膜结构区：7个跨膜螺旋 螺旋结构受体配体结合区域 胞质内的细胞内环G蛋白识别区域胞内区：C末端，磷酸化位点,一条肽链，七次跨膜 氨基端朝向细胞外，羧基端朝向细胞内基质在氨基端带有一些糖基化位点，而在细胞质的第三袢和羧基端各有一个磷酸化位点（Ser Thr）。,9/24/2022,17,第十二章 细胞的信号转导,2.G蛋白偶联受体胞外区：N末端，糖基化位点一条肽链，七次,糖基化位点,七次跨膜,各有一个磷酸化位点,第 1 袢,第 2 袢,第 3 袢,G蛋白识别区域,9/24/2022,18,第十二章 细胞的信号转导,糖基化位点七次跨膜各有一个磷酸化位点第 1 袢第 2 袢第,G蛋白：鸟苷酸结合蛋白的总称，其共同特征是：由三个亚单位组成；位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；具有结合GDP或GTP的能力，有GTP酶活性；可激活效应蛋白，实现信息转导功能。有Gs和Gi两型,A.G.Gilman和M.Rodbell因为在G蛋白发现过程中作出重要贡献而获得1994年医学和生理学诺贝尔奖,9/24/2022,19,第十二章 细胞的信号转导,G蛋白：鸟苷酸结合蛋白的总称，其共同特征是：A.,G蛋白的作用机制,9/24/2022,20,第十二章 细胞的信号转导,G蛋白的作用机制9/24/202220第十二章 细胞的信号转,G蛋白偶联信号传递过程,9/24/2022,21,第十二章 细胞的信号转导,G蛋白偶联信号传递过程9/24/202221第十二章 细胞的,静息状态,受体配体接合,与、分离，暴露于AC的结合部位，激活效应蛋白,恢复静息状态,9/24/2022,22,第十二章 细胞的信号转导,静息状态受体配体接合与、分离，暴露于AC的结合部位，激,亚基、,9/24/2022,23,第十二章 细胞的信号转导,亚基、9/24/202223第十二章 细胞的信号转导,3.酪氨酸激酶蛋白激酶型受体,位于细胞质中,位于细胞膜上,配体：胰岛素生长因子 PDGF EGF,9/24/2022,24,第十二章 细胞的信号转导,3.酪氨酸激酶蛋白激酶型受体位于细胞质中 位于细胞膜上配体,配体接合区（胞外区）起着受体的作用,与配体接合,跨膜区单次跨膜,疏水,激酶活性区（胞内区）具有酪氨酸激酶的活性,结构域自身磷酸化,形成SH2结合位点，可与具有SH2结构域的蛋白质结合，使之激活,9/24/2022,25,第十二章 细胞的信号转导,配体接合区（胞外区）跨膜区激酶活性区（胞内区）结构域9/24,9/24/2022,26,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202226第十二章 细胞的信号转导,胞内受体结构,9/24/2022,27,第十二章 细胞的信号转导,胞9/24/202227第十二章 细胞的信号转导,2.分布：胞浆受体 核受体3.功能：基因转录的调节蛋白,9/24/2022,28,第十二章 细胞的信号转导,2.分布：9/24/202228第十二章 细胞的信号转导,二、受体作用的特点,1.受体能选择性地与特定配体结合2.受体与配体的结合力强3.受体配体结合后显示可饱和性4.受体配体的结合具有可逆性5.受体配体的结合可通过磷酸化和去磷酸化进行调节,9/24/2022,29,第十二章 细胞的信号转导,二、受体作用的特点1.受体能选择性地与特定配体结合9/24/,第三节 细胞内信使,一、cAMP信使体系二、cGMP信使体系三、二酯酰甘油/三磷酸肌醇信使体系(了解)四、钙离子/钙调蛋白信使体系(了解),9/24/2022,30,第十二章 细胞的信号转导,第三节 细胞内信使一、cAMP信使体系9/24/202230,细胞内信使:是指受体被激活后在细胞内产生的、能介导信号转导的活性物质，称为第二信使（second messenger）第二信使：cAMP、cGMP、IP3（三磷酸肌醇）、DG（二酯酰甘油）、NO。Ca2+通常被称为第三信使。,9/24/2022,31,第十二章 细胞的信号转导,细胞内信使:是指受体被激活后在细胞内产生的、能介导信号转导的,一、cAMP信使体系,9/24/2022,32,第十二章 细胞的信号转导,一、cAMP信使体系9/24/202232第十二章 细胞的,磷酸二酯酶,cAMP的生成与降解,ATP cAMP 5-AMP,磷酸二酯酶,AC,AC,9/24/2022,33,第十二章 细胞的信号转导,磷酸二酯酶cAMP的生成与降解ATP,多肽疏水跨 膜 区,C1,C2 胞质区（高度保守）,N-,C-端均在胞质区,9/24/2022,34,第十二章 细胞的信号转导,多肽疏水C1,C2 胞质区（高度保守）N-,C-端均9,9/24/2022,35,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202235第十二章 细胞的信号转导,2.蛋白激酶（protein kinsae,pk)：是一类磷酸转移酶，其作用是将ATP 的 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。,9/24/2022,36,第十二章 细胞的信号转导,2.蛋白激酶（protein kinsae,pk)：是一类磷,激素,Gs,Rs,AC,cAMP,cAMP依赖的蛋白激酶A(PKA),基因调控蛋白,基因转录,Ri,Gi,代谢有关的酶的活化,cAMP信号途径信号传递过程,9/24/2022,37,第十二章 细胞的信号转导,激素GsRsACcAMPcAMP依赖的蛋白激酶A(PKA)基,9/24/2022,38,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202238第十二章 细胞的信号转导,9/24/2022,39,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202239第十二章 细胞的信号转导,9/24/2022,40,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202240第十二章 细胞的信号转导,cAMP的生物学效应：激活PKA,无活性的PKA,活化的PKA,9/24/2022,41,第十二章 细胞的信号转导,cAMP的生物学效应：激活PKA无活性的PKA活化的PKA9,蛋白质磷酸酶可以终止蛋白激酶的效应,cAMP信号途径信号传递过程总结,9/24/2022,42,第十二章 细胞的信号转导,蛋白质磷酸酶可以终止蛋白激酶的效应cAMP信号途径信号传递过,二、cGMP信使体系,9/24/2022,43,第十二章 细胞的信号转导,二、cGMP信使体系9/24/202243第十二章 细胞的信,1.鸟苷酸环化酶与 cGMP,鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase GC）以一种类似于AC的方式分解GTP成为cGMP，后者是信号传递系统中另一个较早被确认的第二信使。GC以两种形式存在于细胞中，一是膜结合形式，而是可溶性与细胞质中,9/24/2022,44,第十二章 细胞的信号转导,1.鸟苷酸环化酶与 cGMP鸟苷酸环化酶（guanylate,以神经肽为主,谷氨酸、乙酰胆碱、组胺等,结合部位,催化部位,精氨酸,（Ca2+/钙调素敏感蛋白）,直接作用于离子通道(视网膜感受细胞),激活PKG（Cgmp依赖的激酶）特殊蛋白质磷酸化,9/24/2022,45,第十二章 细胞的信号转导,以神经肽为主谷氨酸、乙酰胆碱、组胺等结合部位催化部位精氨酸（,cGMP信号途径信号传递过程,配体,受体,Ca2+,CaM,NO合成酶,cGMP,生物学效应,GC,受体,NO,9/24/2022,46,第十二章 细胞的信号转导,cGMP信号途径信号传递过程配体受体Ca2+CaMNO合成,cAMP途径 cGMP途径效应器 AC GC第二信使 cAMP cGMP含量 多 少功能 分化 分裂,cGMP信号途径与cAMP途径比较,分布 AC在膜上 GC在膜或细胞质中,9/24/2022,47,第十二章 细胞的信号转导,cAMP途径,配体,受体,G,PLC,PIP2,IP3,Ca2+,PKC,底物蛋白,CaM,细胞PH,DG,CaM激酶,cAMP-CaM,cAMP,细胞分裂,NO合成酶,NO,GC,cGMP,PKG,生物学效应,三、二酯酰甘油/三磷酸肌醇信使体系,9/24/2022,48,第十二章 细胞的信号转导,配体受体GPLCPIP2IP3Ca2+PKC底物蛋白CaM,PLC,DAG,G蛋白,蛋白激酶CPKC,调节膜的Na+-H+交换器；Na+入胞H+出胞，pH细胞分裂,IP3受体的分子量为313000的蛋白质分子，与肌浆网上的膜通道膜受体高度同源其羧基端有七个跨膜区，并形成可调控的Ca2+的通道,9/24/2022,49,第十二章 细胞的信号转导,PLCDAGG蛋白蛋白激酶C调节膜的Na+-H+交换器；Na,甘油二酯和三磷酸肌醇途径与cAMP途径比较,AC,磷脂酶C（PLC),底物,ATP,第二信使,cAMP,G蛋白,途径,效应器,需要,需要,PIP2(4,5-二磷酸肌醇),IP3(三磷酸肌醇),DG(甘油二脂),cAMP途径,甘油二酯和三磷酸肌醇途径,9/24/2022,50,第十二章 细胞的信号转导,甘油二酯和三磷酸肌醇途径与cAMP途径比较AC磷脂酶C（PL,第四节 信号转导与蛋白激酶,一、信号转导的特点二、蛋白激酶三、几种细胞信号转导通路(自学),9/24/2022,51,第十二章 细胞的信号转导,第四节 信号转导与蛋白激酶一、信号转导的特点9/24/202,9/24/2022,52,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202252第十二章 细胞的信号转导,9/24/2022,53,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202253第十二章 细胞的信号转导,（自学）,9/24/2022,54,第十二章 细胞的信号转导,（自学）9/24/202254第十二章 细胞的信号转导,9/24/2022,55,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202255第十二章 细胞的信号转导,9/24/2022,56,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202256第十二章 细胞的信号转导,9/24/2022,57,第十二章 细胞的信号转导,9/24/202257第十二章 细胞的信号转导,酶的级联活化,无活性磷酸化激酶,无活性磷酸化酶,9/24/2022,58,第十二章 细胞的信号转导,酶的级联活化无活性磷无活性9/24/202258第十二章 细,肾上腺素引起肝细胞糖元分解,9/24/2022,59,第十二章 细胞的信号转导,肾上腺素引起肝细胞糖元分解9/24/202259第十,第五节 信号转导与医学的关系,一、受体缺陷二、G蛋白功能异常,9/24/2022,60,第十二章 细胞的信号转导,第五节 信号转导与医学的关系一、受体缺陷9/24/20,一、受体缺陷,重症肌无力（myadsthenia grasvis）,一种神经肌肉病，患者体内产生抗乙酰胆碱受体的抗体，抗体与受体结合，封闭了乙酰胆碱的作用、并促使乙酰胆碱分解，使患者体内的受体明显减少，是通过乙酰胆碱受体进行信号转导的过程发生障碍。出现重症肌无力。,9/24/2022,61,第十二章 细胞的信号转导,一、受体缺陷重症肌无力（myadsthenia grasv,二、G蛋白功能异常,霍乱是由于霍乱弧菌附于小肠粘膜进行繁殖而引起的急性腹泻。,霍乱毒素,A亚基穿过细胞膜，催化细胞内的NADH+中的ADP核糖基不可逆地结合在GS的龊亚基上。使亚基与亚基分离并与GTP结合，但是此时亚基丧失了GTP酶的活力，因而不能水解GTP，使G蛋白处于持续活化状态。,B亚基可与细胞膜上的受体结合。,9/24/2022,62,第十二章 细胞的信号转导,二、G蛋白功能异常 霍乱是由于霍乱弧菌附于小肠粘,NAD+,ADP,G,ADP,G,亚基丧失了GTP酶的活力处于持续活化状态,AC被活化了的G蛋白持续活化,细胞膜,B亚基,A亚基,受体,霍乱毒素作用机制,9/24/2022,63,第十二章 细胞的信号转导,NAD+ADPGADPG亚基丧失了GTP酶的活力处于持,巩固新课：,1、简述膜受体的种类及作用特点。2、以肾上腺素引起肝糖原分解为例，说明cAMP信号途径，及cAMP、cGMP、DG和IP3信号途径及其差别？3、查阅文献报导及相关资料试述信号转导与疾病。,推荐网址：,cscb.org;ncbi;bioon;cjcb.org.,课堂小结：,9/24/2022,64,第十二章 细胞的信号转导,巩固新课：1、简述膜受体的种类及作用特点。推荐网址：cs,下课休息一会儿！,9/24/2022,65,第十二章 细胞的信号转导,下课休息一会儿！9/24/202265第十二章 细胞的信号转,NO是近年来发现的一种重要的细胞内信号分子。,Arg,NO,Ca2+,NO合酶活化,GC(胞质),cGMP,PKG,产生细胞学效应，如细胞分裂,1、血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，由一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)催化。2、NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。,组氨、缓激肽等,补充材料：,9/24/2022,66,第十二章 细胞的信号转导,NO是近年来发现的一种重要的细胞内信号分子。ArgNOCa,NO与临床 硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。,诺贝尔M&P奖。,9/24/2022,67,第十二章 细胞的信号转导,NO与临床诺贝尔M&P奖。9/24/202267第十二章,
