细胞生物学翟中和编第9章细胞信号转导.ppt
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1、第9章 细胞信号转导Cell Signal Transduction,翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学(第4版),本章主要内容,细胞信号转导概述细胞内受体介导的信号传递细胞表面受体介导的信号传递G蛋白偶联受体介导的信号转导酶联受体介导的信号转导其它细胞表面受体介导的信号通路细胞信号转导的整合与控制,细胞通讯(cell communication):一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织构建,协调细胞的功能,控制细胞的生长和分裂是必需的。细胞识别(cell recognition):细胞通过表面的受体与胞外信号物质分子(配体)选
2、择性的相互作用,导致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细胞信号通路(signaling pathway):指细胞接受外界信号,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。,第一节 细胞信号转导概述,一、细胞通讯,1.方式化学信号通讯(chemical signaling)接触依赖性通讯(contact-dependent signaling)间隙连接(gap junction)胞间连丝(plasmodesma),化学信号通讯作用方式,内分泌旁分泌化学突触自分泌,细胞分泌化学信号的作用方式,内分泌(endocrine):
3、低浓度;全身性;长时效。旁分泌(paracrine):细胞分泌的信号分子通过扩散作用 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。自分泌(autocrine):信号发放细胞和靶细胞为同类或同 一细胞,常见于癌变细胞。化学突触(chemical synapse):神经递质由突触前膜释 放,经突触间隙扩散到突触后膜,作用于特定的靶细胞。,一、细胞通讯,2.步骤与功能,存活,生长+分裂,分化,死亡,信号转导影响细胞结构和功能的各方面,信号转导,发育,生长,凋亡,免疫,代谢,酶活性;细胞骨架;离子通透性;DNA合成的起始;基因表达激活或抑制,二、几个基本概念,信号分子受体第二信使分子开关,10,(一
4、)信号分子(配体),Signal molecule(Ligand):细胞的信息载体,能与靶细胞受体结合并传递信息。物理信号:声、光、电、温度 化学信号:激素、局部介质、神经递质,化学信号分子,气体性信号分子:NO、CO 特点:可自由扩散进入细胞激活效应酶。疏水性信号分子:主要是甾类激素和甲状腺素 特点:分子小、疏水性强,可穿过细胞膜与细胞质或细胞核中受体结合形成激素受体复合物,调节基因表达。亲水性信号分子:神经递质、局部介质和多数蛋白类激素 特点:不能穿过脂双层,只能与靶细胞表面受体结合,再经信号转导,在细胞内产生第二信使引起细胞的应答反应。,受体(receptor):是一种能够识别和选择性结
5、合某种配体(信号分子)的大分子,多为糖蛋白。受体结合特异性配体后被激活,通过信号转导途径将胞外信号转换为胞内化学或物理信号,以启动一系列过程,最终表现为细胞生物学效应。,(二)受体,一般至少包括两个功能区域,与配体结合的区域和产生效应的区域,分别具有结合特异性和效应特异性。,细胞内受体,细胞表面受体,受体的类型,亲水性信号分子,小的亲脂性信号分子,细胞内受体的特点,位于细胞质基质或核基质中;识别并结合小的脂溶性分子;通常是基因调控蛋白或酶,与信号分子结合后被激活。,细胞表面受体的类型,A.离子通道偶联受体(ion channel-coupled receptor)B.G蛋白偶联受体(G-pro
6、tein-coupled receptor,GPCR)C.酶联受体(enzyme-linked receptor),同一信号分子作用于不同靶细胞的受体后,产生不同的生物学效应。如:乙酰胆碱同一靶细胞上不同的受体应答不同的胞外信号,产生相同的效应。每种细胞都有一套多种类型的受体,应答多种不同的胞外信号从而启动细胞不同生物学效应,如:生长、分裂、分化或调亡。,(二)受体,受体转导胞外信号引发快反应和慢反应,(三)第二信使,第一信使-细胞外信号分子第二信使(second messenger):指在胞内产生的非蛋白类小分子,其浓度变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合,在细胞信号转导途径中行使携带和放
7、大信号的功能。,(三)第二信使,目前公认的第二信使:cAMP(环腺苷酸)、cGMP(环鸟甘酸)、Ca2+、DAG(二酰甘油)、IP3(1,4,5-三磷酸肌醇)、PIP3(3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇)等。,cAMP是第一个被发现的第二信使。1971年获诺贝尔生理学或医学奖,萨瑟兰(Earl W.Sutherland,Jr)1915 1974,(三)第二信使,分子开关(molecular switch):通过活化(开启)和失活(关闭)2种状态的转换来控制下游靶蛋白的活性的调控蛋白。,(四)分子开关,GTPase超家族蛋白质磷酸化和去磷酸化Ca2+的结合或解离,GTPase超家族,GTPase 超
8、家族:三聚体GTP 结合蛋白单体 GTP 结合蛋白,GTPase 超家族,通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化,通过蛋白磷酸水解酶使靶蛋白去磷酸化,从而调节靶蛋白的活性。,蛋白质磷酸化和去磷酸化,Ca2+的结合或解离,钙调蛋白(calmodulin,CaM),细胞表面受体介导的信号通路5个步骤:受体特异性识别并结合胞外信号分子,形成受体配体复合物,导致受体激活受体构象改变,导致信号初级跨膜转导,靶细胞内产生第二信使或活化的信号蛋白胞内第二信使或胞内信号蛋白复合物装配,起始胞内信号放大的级联反应细胞应答反应受体脱敏或受体下调,终止或降低细胞反应,三、信号转导系统及其特性,(一)信号转导系统基本组成及信号蛋
9、白相互作用,蛋白质模式结合域(modular binding domain),SH2 结构域(Src homology 2 domain),蛋白质模式结合域及其结合基序特异性,Robert J.Lefkowitz,Brian K.Kobilka,美国科学家罗伯特莱夫科维茨(Robert J.Lefkowitz)和布莱恩克比尔卡(Brian K.Kobilka)因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化学奖,(二)细胞内信号蛋白复合物的装配,三、信号转导系统及其特性,基于支架蛋白,基于受体活化域,基于肌醇磷脂,(三)信号系统的主要特性,三、信号转导系统及其特性,特异性,放大效应,脱敏,整合作
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