生物化学细胞信息转导精选文档.ppt
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1、概述,外界环境变化时:单细胞生物:直接作出反应 多细胞生物:通过细胞间信号传递系 统传递信息,使机体作为一个有机 的整体来应对内外环境的变化,细胞间传递信息的方式:相邻细胞间的直接接触 通过细胞分泌化学物质来调节自身 和其他细胞的代谢和功能信息物质:具有调节细胞生命活动功能 的化学物质,裂隙连接,信号接收,信号转换,应答反应,(细胞外化学信号),Stages of cell signaling Reception:target cell detection Transduction:single-step or series of changes Response:triggering of
2、a specific cellular response,第一节 信息物质 Signaling Molecules,一、细胞间信息物质(胞外化学信号),定义:由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的 化学物质,又称第一信使化学本质:蛋白质和肽类 氨基酸及其衍生物类 类固醇激素 脂酸衍生物 气体,分类:,(一)神经递质/突触分泌信号(synaptic signal)特点:由神经元突触前膜释放,作用时间较短 如:乙酰胆碱 去甲肾上腺素,(二)内分泌激素/内分泌信号(endocrine signal)特点:由特殊分化的内分泌细胞分泌,通过血液循环到达靶细胞,作用时间较长,内分泌激素的分类:含氮激素:多为水溶
3、性分子,如胰岛素 类固醇激素:脂溶性分子,包括各种性激 素、皮质醇、醛固酮等,(三)局部化学介质/旁分泌信号(paracrine signal)特点:由普通体细胞分泌,通过扩散作用到达附近靶细胞,作用时间较短 如:生长因子、细胞生长抑素、和前列腺素等,(四)气体信号:NO和CO(五)其它:a.自分泌信号(autocrine signal):对同种细胞或分泌细胞自身起调节 作用,如癌蛋白 b.在不同的个体之间传递信息 如昆虫的性激素,二、细胞内信息分子,定义:指在细胞内传递细胞调控信号的化学物质 作用:将细胞接受的外来信息转导至细胞内,又称第二信使(secondary messenger),类型
4、:无机离子:Ca2+脂类衍生物:DAG 糖类衍生物:IP3 核苷酸:cAMP、cGMP 蛋白质分子:Ras蛋白作用方式:酶促级联反应,信号的接受,信号转导,生物学效应,第二节 受体,定义:细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合的成分,它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部,进而引起生物学效应 受体的化学本质多为蛋白质,个别是糖脂 配体(ligand):能与受体特异性结合的生物活性分子,一、受体的分类、结构及功能,膜受体:位于细胞质膜上,多为镶嵌 糖蛋白胞内受体:位于细胞浆和细胞核中,为 DNA结合蛋白,(一)膜受体,按结构和功能:环状受体G-蛋白偶联受体单个跨膜螺旋受体
5、,1.环状受体(配体依赖性离子通道),乙酰胆碱受体,(乙酰胆碱结合位点),2.G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors,GPCR)又称七个跨膜的螺旋受体,(1)结构与功能 参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控,配体包括多种激素和神经递质,guanylate binding protien,(2)G蛋白(guanylate binding protein),a.结构 由、和三个亚基组成其中亚基:含GTP或GDP结合位点及受体结合位 点,并具有GTP酶活性;有一个可被霍乱毒素或百日咳毒素进行 ADP-核糖基化的修饰部位,活化型,非活化型,G protein acti
6、vation/inactivation cycle,b.分类 激动型G蛋白(stimulatory G protein,Gs):激活AC 抑制型G蛋白(inhibitory G protein,Gi):抑制AC 磷脂酶C型G蛋白(PI-PLC G protein,Gp):激活磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C,3.单个跨膜螺旋受体,(1)酪氨酸蛋白激酶受体型(催化型受体)a.结构:由单条肽链构成 N端:胞外配体结合区 中段:跨膜区,含一个主要由疏水氨基酸 残基构成的螺旋 C端:包括近膜区和功能区,功能区为酪 氨酸蛋白激酶结构域,含ATP结合 位点和底物结合位点,型,型,型,型,N端胞外配体结合区,跨膜区
7、,C端功能区,亚基,亚基,b.分类,TPK:tyrosine protein kinase,c.功能:与配体结合后即可表现出酪氨酸蛋白激酶活性,既能导致受体自身磷酸化,又可催化底物蛋白的特定酪氨酸残基磷酸化;与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关,(2)非酪氨酸蛋白激酶受体型,本身不含酪氨酸蛋白激酶域,但与配体结合后,可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性 如:生长激素受体、干扰素受体,(二)胞内受体,1.结构:单条肽链,包括四个区域:N端高度可变区:长度不一,具转录激活作用 DNA结合区:富含半胱氨酸并有锌指结构 铰链区:可与转录因子相互作用,并触发受 体向核内移动 C端激素结合区:结合配体,二、
8、受体作用的特点,1.高度专一性2.高度亲和力3.可饱和性4.可逆性5.特定的作用模式,三、受体活性的调节,受体数目和受体对配体的亲和力受多种因素的影响(受体上调/下调)常见调节机制:磷酸化和脱磷酸化作用 膜磷脂代谢的影响 酶促水解作用 G蛋白的调节,第三节 信息的转导途径 Signal Transduction Pathway,一、膜受体介导的信息转导,(一)cAMP-蛋白激酶途径 该途径以靶细胞内cAMP浓度改变和蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)的激活为主要特征,是激素调节物质代谢的主要途径,1.cAMP的合成与分解,胰高血糖素肾上腺素促肾上腺皮质,生长激素抑制素胰岛素
9、抗血管紧张素II,cAMP的浓度与腺苷酸环化酶的关系,cAMP的浓度与磷酸二酯酶的关系,a.胰岛素等激素能激活PDE,加速cAMP 降解b.茶碱等药物能抑制磷酸二酯酶活性,促使细胞内cAMP浓度升高,cAMP对细胞内物质代谢的调节作用主要通过激活PKA系统来实现 PKA,一种cAMP 依赖性蛋白激酶,2cAMP的作用机制,3.PKA的作用,(1)对代谢的调节作用 以肾上腺素调节糖原分解的级联反应为例,(2)对基因表达的调节作用 活化的PKA可通过催化细胞核内某些转录因子磷酸化而调节其活性,从而诱导基因的转录表达 cAMP应答元件(cAMP response element,CRE)cAMP应答
10、元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB),1)The-adrenergic receptor is a 7-transmembrane spanning protein.A negatively charged Asp residue on the 3rd transmembrane region(TM3),along with other charged,polar residues,allows a positively charged norepinephrine(NE)molecule to bind to the hydro
11、phobic core of the receptor.(Click to see animation;click again for next step),2)Binding of NE causes the third intracellular loop(i3)of the receptor to change conformation and bind to the GDP-bound s subunit of the Gs protein.(Click to see animation;click again for next step),3)Binding of i3 to the
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