细胞间的相互作用ppt课件.ppt
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1、,同学们好!,细胞生物学,生命科学与技术学院张晓军教授,没有人是一座孤岛约翰多恩,没有人是一座孤岛, 可以自全。 每个人都是大陆的一片, 整体的一部分。 如果海水冲掉一块, 欧洲就缩小, 如同一个海岬失掉一角, 如同你的朋友或者你自己的领地失掉一块 任何人的死亡都是我的损失, 因为我是人类的一员, 因此 不要问丧钟为谁而鸣, 它就为你而鸣。,第五章 细胞间的相互作用 Cell-Cell Interactions,第一节 细胞通讯细胞间信号传递第二节 细胞连接细胞间相互黏附,第一节 细胞通讯细胞间信号传递, 细胞通讯的概念 细胞通讯的类型 信号分子 受体 第二信使 信息在细胞内的行程,一、细胞通
2、讯的概念 cell communication,一个细胞发出的信息通过介质(配体)传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用,然后通过细胞信号转导产生细胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。,二、细胞通讯的类型, 直接接触 细胞间接触依赖性的通讯,细胞间直接接触, 信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。 细胞通过分泌化学信号进行通讯 内分泌(endocrine) 旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine) 化学突触(chemical synapse)传递神经信号 间隙连接或胞间连丝实现代谢偶联 或电偶联,细胞识别(cell recognition),概念:
3、 细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子(配体)选择性地相互作用,进而导致胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 信号通路(signaling pathway) 细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。 细胞接受外界信号,通过一整套特定的机制,将胞外信号转导为胞内信号,最终调节特定基因的表达,引起细胞的应答反应,这种反应系列称之为细胞信号通路。,三、细胞的信号分子signal molecule, 信号分子的概念 信号分子的类型 亲脂性信号分子 亲水性信号分子 气体性信号分子(NO),四、受体(receptor), 受体的概念 受体的类型 受体的结构域 受体的功能,第二信
4、使(second messenger )是指在胞内产生的小分子,其浓度的变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合,并在细胞信号转导中行使功能。 第二信使的类型cAMP,cGMP,Ca2+ , 二酰甘油(DAG),三磷酸肌醇(IP3) 第二信使学说 (second messenger theory)胞外化学物质(第一信使)不能进入细胞,它作用于细胞表面受体,而导致产生胞内第二信使,从而激发一系列生化反应,最后产生一定的生理效应,第二信使的降解使其信号作用终止。,五、第二信使(second messenger),(六)分子开关(molecular switches),在细胞信号传导过程中,信息沿着一
5、系列不同的蛋白质所组成的信号传导途径(signaling pathway)进行传递。 在此途径中每一种蛋白质的典型作用是改变系列中下一个蛋白质的构象,由此激活或抑制下游蛋白质。 细胞信号传导中蛋白构象的改变是由分子开关完成的。,1.靶蛋白磷酸化和去磷酸化,蛋白激酶和蛋白磷酸酶使靶蛋白磷酸化和蛋白去磷酸化, 从而调节蛋白质的活性。磷酸化作用机理:改变电荷、构象,导致蛋白质活性的 增强和降低。 蛋白质 蛋白质-P,蛋白激酶,蛋白磷酸酶,ATP,ADP,ATP,ADP,2.GTPase开关蛋白,两种类性:异三聚体G蛋白、单体G蛋白两种状态:与GTP结合时活化的“开启”状态; 与GDP结合时失活的“关
6、闭”状态。辅助蛋白:与G蛋白结合并调节其活性 鸟苷酸交换因子(GEF):促使与G蛋白结合的GDP解离, 同时G蛋白与GTP结合而活化 。 GTP酶促进蛋白(GAP):促进GTP水解,G蛋白失活 G蛋白信号调节子(RGS):促进GTP水解,G蛋白失活 鸟苷酸解离抑制子(GDI):抑制GTP水解,维持活性,细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活。 作为基因调控蛋白的受体 作为酶的受体细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活, 细胞表面受体分属三个受体超家族: 离子通道偶联受体(ion-channel-coupled receptor) G蛋白偶联受体(G-protein-coupled rec
7、eptor) 酶连受体(enzyme-coupled receptor),受体的功能域,结合配体的功能域:结合特异性产生效应的功能域:效应特异性, 受体的功能 介导物质跨膜运输 (受体介导的内吞作用) 信号传递,二、信号转导系统及其特性,信号转导系统的基本组成与信号蛋白细胞内信号蛋白的相互作用细胞内信号蛋白复合物的装配信号转导系统的特性,信号转导系统的基本组成,胞外信号被特异性受体所识别胞外信号通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导,产生细胞内第二信使或活化的信号蛋白。信号放大受体脱敏或受体下调,启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。, 信号蛋白,转承蛋白(relay protein)信使蛋白
8、(messenger protein)接头蛋白(adaptor protein)放大和转导蛋白(amplifier and transducer protein)传导蛋白(transducer protein)分歧蛋白(bifurcation protein)整合蛋白(integrator protein)潜在基因调控蛋白(latent gene regulatory protein),特异性放大效应网络化与反馈整合作用,信号转导系统的特性,第二节 细胞内受体介导的信号转导,细胞内核受体及其对基因表达的调节NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合,一、细胞内核受体及其对基因表达的调节,细胞内
9、受体蛋白的3个功能域及其作用模式类固醇激素的受体位于细胞核内类固醇激素诱导基因活化的两步反应阶段: 初级反应阶段:直接活化少数特殊基因转录的初 级反应阶段,快速发生。 次级反应阶段:初级反应的基因产物再活化其它 基因,产生延迟的次级反应,对初级反应起 放大作用。个别亲脂性小分子的受体位于细胞质膜上。 前列腺素,NO作为气体信号分子进入靶细胞 直接与酶结合,机体内一氧化氮产生的部位:血管内皮细胞和神经细胞一氧化氮释放调节作用机制:导致酶活性的增强和cGMP合成增多,cGMP作为新的信使分子介导蛋白质的磷酸化等过程,发挥多种生物学作用。一氧化氮产生的生物学作用: (1)硝酸甘油治疗心绞痛,一氧化氮
10、介导的信号通路,舒 张血管。 (2)在参与大脑的学习记忆生理过程中具有重要的作用。 (3)在生理状态下,对脑血流的调节具有十分重要的作用。,第三节 G蛋白偶联受体介导的 信号转导,G蛋白偶联受体G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路,G蛋白偶联受体介导离子通道的调控,离子通道偶联受体及其信号转导G蛋白偶联受体介导的离子通道及其调控Gt蛋白偶联的光受体的活化诱导 cGMP-门控阳离子通道的关闭,离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递,信号途径特点:受体/离子通道复合体,四次/六次跨膜蛋白。跨膜信号转导无需中间步骤。主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触 信号传递。有选择性:配体的特异性选择和运输离
11、子的选择 性。,G蛋白耦联受体, G蛋白耦联受体的概念 G蛋白耦联受体的结构 异三聚体G蛋白 G蛋白耦联受体的激活 以及G蛋白的活化调节 G蛋白耦联受体的进化起源与发现,G蛋白偶联受体的概念,是指配体受体复合物与靶蛋白(效应酶或通道蛋白)的作用要通过与G蛋白的偶联,在细胞内产生第二信使,从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。 “配体-受体”复合物 “受体-G蛋白”复合物 “G蛋白-靶蛋白”复合物,异三聚体G蛋白,结构 G : 具有GTPase活性,是分子开关蛋白 G、G:形成异二聚体种类 激活型:具有激活性的GS,激活效应器蛋白活性 抑制型:具有抑制性的Gi,抑制效应器蛋白活性,G蛋白偶
12、联受体的结构,7个螺旋区。螺旋区由22-24个氨基酸残基组成。环状结构域C3对受体与G蛋白相互作用具有重要作用。N末端在细胞外。C末端胞质侧。,二、G蛋白偶联受体介导的信号通路,G蛋白偶联受体所介导的信号通路尊从相似的顺序: G蛋白偶联受体的激活: 配体-受体复合物 G蛋白的活化: 受体-G蛋白复合物 效应器蛋白的激活: G -效应器蛋白复合物 第二信使系统运行 反应终止,二、G蛋白偶联受体介导的信号通路,根据效应器蛋白的不同和效应器蛋白所产生的第二信使的类型,G蛋白偶联受体所介导的信号通路的类型有以下三种:,第四节 酶连受体介导的信号转导,受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路细胞表面其
13、他与酶连受体细胞表面整联蛋白介导的信号转导,二、细胞表面其它与酶连受体,受体丝氨酸/苏氨酸激酶(TGF-受体)受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶(ANPs-signals)酪氨酸蛋白激酶联系的受体 两大家族:一是与Src蛋白家族相联系的受体;二是与Janus激酶家族联系的受体。 信号转导子和转录激活子(signal transducer and actvator of transcription,STAT)与Jak-STAT途径。,信号传递系统的基本组成cAMP信号通路 激素G蛋白偶联受体G蛋白(G) 腺苷酸环化酶 cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白 基因转录 细胞反应。,六、信
14、息在细胞内的行程,例:肾上腺素受体被激活后,10-15秒cAMP骤增,然后在不到 1min内反应速降,以至消失。受体活性快速丧失(速发相)-失敏(desensitization) 机制:受体磷酸化 受体与Gs解偶联,cAMP反应停止并被 PDE降解。 两种Ser/Thr磷酸化激酶: PKA 和肾上腺素受体激酶( ARK), 负责受体磷酸化; 胞内协作因子扑获蛋白( arrestin)-结合磷酸化的受体,抑制其功能活性( arrestin 已克隆、定位11q13)。 反应减弱(迟发相)-减量调节(down-regulation) 机制:受体-配体复合物内吞,导致表面受体数量减少,发现 arres
15、tin可直接与Clathrin结合,在内吞中起adeptors作用; 受体减量调节与内吞后受体的分选有关。,GPLR的失敏, 细胞识别组织特异的细胞表面标记 细胞连接形成组织 细胞外基质,第二节 细胞连接细胞间相互黏合,二、 细胞连接的功能分类, 紧密连接 (tight junction) 锚定连接 (anchoring junctions) 通讯连接 (communicating junctions) 间隙连接 (gap junction) 神经细胞间的化学突触 (chemical synapse) 植物细胞中的胞间连丝 (plasmodesmata),一、封闭连接紧密连接(tight ju
16、nction),1、存在部位 紧密连接是封闭连接的主要形式,存在于上皮细胞之间2 、紧密连接的结构 紧密连接嵴线中的两类蛋白:封闭蛋白(occludin),跨膜四次的膜蛋白(60KD)claudin蛋白家族(现已发现15种以上) 3 、紧密连接的功能形成渗漏屏障,起重要的封闭作用隔离作用,使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不 同的膜功能支持功能,二、锚定连接, 锚定连接的分布 锚定连接的类型、结构与功能 锚定连接的结构组成,1、锚定连接的分布,在组织内分布很广泛,在上皮组织、心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富。通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。,
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