细胞信息传递和受体分子生物学.ppt

,细胞信息传递和受体分子生物学,概念：细胞跨膜信息传递又称信号传导（signal transdction)。细胞可识别与之接触的各种化学和物理信号，并通过受体将这些信号传入细胞内，产生各种信息分子和有规律的级联反应，从而改变胞内的某些代谢过程，这种针对外源信息所发生的细胞应答反应全过程称为信号转导，最终目的是使机体适应外界环境变化,信息分子 放大转换调节信号 靶细胞 生物学效应 激素细胞因子等（R）信息分子千差万别，受体R多种多样，决定了生命活动，复杂多变。,第一节 信息物质,细胞间信息物质细胞内信息物质,一、细胞间信息物质,概念：由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质统称为细胞间信息物质,信息物质的化学本质各异，包括蛋白质和肽类(如胰岛素、生长因子、细胞因子等)，氨基酸及其衍生物（如甲状腺素、肾上腺素等），类固醇激素（如：肾上腺皮质激素，性激素等），脂肪酸衍生物（如前列腺素），某些气体分子如一氧化氮。,信 号 分 子,各种激素的分子模式,根据信息物质的特点及其作用方式将细胞间信息物质分为三大类：1.局部化学介质（旁分泌信号，paracrine signal）：如生长因子、细胞生长抑素、NO、前列腺素；作用时间短 2.神经递质（突触分泌信号，synaptic signal）：如乙酰胆碱、去甲肾上腺素；作用时间短,3.激素（内分泌信号，endocrine signal）：激素是由特殊分化的内分泌细胞合成和分泌，经血液长程运输，通过与靶细胞受体特异结合，将激素信号转化为细胞内一系列化学反应，最终表现出激素的生理效应。如胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素；作用时间长自分泌信号：对分泌细胞自身或同种细胞其调节作用，如某些癌蛋白,图：内分泌、旁分泌及自分泌,根据激素的化学组成，可将其分为含氮化合物类和固醇类，前者包括蛋白质类和多肽类激素及氨基酸的衍生物，后者包括类固醇激素和甲状腺素等，两类激素的特性比较如下表：,亲脂性信号分子通过胞内受体调节基因表达,亲水性信号分子通过膜表面受体传递信号,信 号 传 递,如蛋白质、肽类、氨基酸及其衍生物,如固醇类激素,激素通讯包括六个基本步骤：,信号细胞合成激素（化学信号分子）；信号细胞释放激素;激素分子转运至靶细胞;特异性受体识别激素分子;信息的跨膜传递;生物学效应。胞浆酪氨酸蛋白激酶等,二、细胞内信息物质,概念：在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内信息物质 第二信使：cAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3种类 胞质信号蛋白分子和激酶：Ras蛋白、Raf蛋白、,第二节 受体,受体（receptor)：细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。配体(ligand)：又称配基，能与受体特异性结合的生物活性分子，主要分布在细胞外，细胞内极少。如上述激素、神经递质、局部化学递质等，配体一般为小分子。膜受体受体分类 胞内受体,一 受体的分子结构及功能,环状受体七个跨膜螺旋受体单个跨膜螺旋受体,（一）膜受体,1.环状受体：配体依赖性离子通道,主要受神经递质等信息物质调节,2.七个跨膜-螺旋受体：G蛋白偶联受体,G蛋白：位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由三个亚基组成()非活化型：三聚体 与GDP结合 活化型：亚基 与GTP结合，二聚体脱落,激动型G蛋白(stimulatory G protein,Gs)抑制型G蛋白(inhibitory G protein,Gi)磷脂酶C型G蛋白(PI-PLC G protein,Gp),不同的G蛋白能特异性地将受体和与之相适应的效应酶偶联起来,受G蛋白调节的下游信号分子有AC：见cAMP信息传递途径GC：见cGMP信息传递途径PLC：见IP3，Ca2+-CaM和DG,Ca2+传递途径。,此类受体均为糖蛋白，只有一个跨膜螺旋结构,酪氨酸蛋白激酶（tyrosine protein kinase，TPK）,多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，调节基因转录。,（二）胞内受体,顺式作用元件：真核生物编码基因两侧的DNA序列，可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列，包括启动子、增强子、沉默子反式作用因子：与顺式作用元件结合而调控基因转录的蛋白质因子，常被称为转录调节因子或转录因子。,1.高度可变区：具有转录激活作用 2.DNA结合区：富含半胱氨酸，具有锌指结构 与配体结合 与热休克蛋白结合 使受体二聚化 激活转录 4.铰链区:核转位,3.激素结合区：作用包括,二、受体作用的特点,1.高度的专一性 2.高度亲和力 3.可饱和性 4.可逆性 5.特定的作用模式,第三节 信息的传递途径,*膜受体介导的信息传递*胞内受体介导的信息传递,一、膜受体介导的信息传递,（一）cAMP-蛋白激酶途径（二）Ca2+-依赖性蛋白激酶途径（三）cGMP-蛋白激酶途径（四）酪氨酸蛋白激酶途径（五）核因子B途径,（一）cAMP-蛋白激酶途径 通过与G蛋白偶联受体的信号转导、激活腺苷酸环化酶（adenylate cyclase,AC）催化使胞内cAMP浓度增加，激活蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）产生生物学效应。,cAMP-蛋白激酶途径,激素 受体 G蛋白 ATP cAMP 蛋白激酶A(PKA),激活,活化,AC,Mg2+,PP i,释放 亚基,s-GTP,激活,胰高血糖素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素,能与此型受体结合的信息物质有类固醇激素、甲状腺激素和维甲酸等 激素 受体 G蛋白 ATP cAMP PKA,信息传导过程可归纳为,细胞外信息物质,受 体,G 蛋 白,A C,第二信使（cAMP）,蛋白激酶（A激酶）,酶或功能性蛋白质,生 物 学 效 应,ATP cAMP 5-AMP,磷酸二酯酶,AC,Mg2+,PP i,H2O,Mg2+,1.cAMP的合成和分解,磷酸二酯酶：phosphodiesterase,PDE,2.cAMP的作用机制,cAMP依赖性蛋白激酶，又称蛋白激酶A（PKA）,3.PKA的作用 PKA被cAMP激活后，能在ATP存在的情况下使许多蛋白质特定的丝氨酸和（或）苏氨酸残基磷酸化，从而调节细胞的物质代谢和基因表达.,对代谢的调节作用,对基因表达的调节作用,CRE 基因转录调控区中的一类 cAMP应答元件（cAMP response element）,CREB cAMP应答元件结合蛋白（cAMP response element binding prorein）,PKA催化亚基进入细胞核后，催化CREB磷酸化，磷 酸化的CREB形成同源二聚体，与DNA上的CRE结合，从而激活受CRE调控的基因转录,对某些功能性蛋白质磷酸化,（二）Ca2+-依赖性蛋白激酶途径,以靶细胞内Ca2+浓度变化为共同特征。胞外钙内流、胞内钙动员都可引起胞浆内Ca2+增加Ca2+作为第二信使，通过（CaM）等多种结合蛋白直接或间接影响某些酶的活性和离子通道的开/关，进而产生生理效应随后胞内增加的钙排出至胞外或重新进入钙库贮存,Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径 Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径,1.Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径,信息分子与膜受体特异性结合后，经特定G蛋白（GP）介导活化磷脂酶C（PI-PLC），催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）水解生成三磷酸肌醇（IP3）和二脂酰甘油（DAG），IP3促使内质网储存Ca2+释放至胞液，Ca2+、IP3、DAG三者均为该途径的主要的信使分子，通过激活蛋白激酶C（protein kinase，PKC）广泛调节机体物质代谢、基因表达、细胞增殖与分化等重要生理活动。,Ca2+依赖性蛋白激酶途径信息传导过程可归纳为,细胞外信息物质,受 体,G 蛋 白,磷脂酶 C,DAG Ca2+,蛋白激酶（C激酶）,酶或功能性蛋白质,生 物 学 效 应,PIP2,DAG+IP3,膜磷脂,第二信使,（1）IP3和DAG的生物合成和功能 甲状腺释放激素、去甲肾上腺素和抗利尿激素作用于靶细胞 上特异受体后，通过特定的G蛋白激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C（PI-PLC）,PI-PLC水解PIP2生成DAG和IP3,（2）PKC的生理功能 1）对代谢的影响 受PKC调节的靶蛋白大致可分为三类：2）对基因表达的调节作用,代谢途径中的关键酶，离子通道和细胞膜上 的离子泵、载体,与信息传递有关的蛋白质，如表皮生长因子受体、胰岛素受体,调控基因表达的转录因子及与翻译有关的因子如c-fos,NF-B,胞液,细胞核,胞外,立早基因,钙调蛋白（calmodulin，CaM）由一条多肽组成的单体蛋白，有4个Ca2+结合位点，当胞浆的浓度Ca2+10-2mmol/L时，Ca2+与CaM结合，其构象发生改变而激活Ca2+-CaM激酶。Ca2+-CaM激酶可使底物Ser/Thr残基磷酸化，调节底物的活性。如Ca2+-CaM激酶既能激活AC又能激活PDE，参与了PKA激活和抑制的调节；还能激活胰岛素受体的酪氨酸蛋白激酶活性。,2.Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径（Ca2+-CaM激酶途径）,（三）cGMP-蛋白激酶途径,cGMP的生成,鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase,GC),（四）酪氨酸蛋白激酶途径,酪氨酸蛋白激酶有两类1.受体型TPK 本身即膜受体（催化型受体），如胰岛素受体等，它们与相应配体结合后发生受体间二聚化而激活2.非受体型TPK，分布在胞浆，常与非催化型受体偶联而激活。如底物酶JAK，某些原癌基因（src、yes、berabl）编码的TPK 两类TPK活化后，都能催化底物蛋白Tyr残基磷酸化，但信息传递途径有所不同 SH2结构域（src homology 2 domain）：某些连接物蛋白具有的结构域，与原癌基因src编码的酪氨酸蛋白激酶区同源，能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。,受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）,胰岛素、胰岛素样生长因子等 受体型TPK 受体型TPK中介蛋白（GRB2、SOS等）Ras（p21蛋白或小G蛋白）Raf 有丝分裂原激活蛋白系统（MAPK）生物学效应,1.受体型TPK-Ras-MAPK途径,干扰素、生长素、某些白介素等 非TPK型受体 非受体型TPK（JAKs）信号转导子和转录激动子（STAT）调节转录,2.JAKs-STAT途径,STAT:signal transductors and activator of transcription,（五）核因子B途径,最先在研究免疫球蛋白亚基时发现。主要涉及机体防御反应、组织损伤和应激、细胞分化和凋亡及肿瘤生长抑制过程的信息传递,核因子B(nuclear factor-B,NF-B),胞内受体介导的信息传递途径是类固醇激素、甲状腺激素、1,25-（OH）2-D3等信息分子的细胞信息传递途径，这条途径通过特定基因的激素反应元件（HRE）调控基因的表达，产生细胞应答效应。,二、胞内受体介导的信息传递,谢谢,