《信号转导概述》PPT课件.ppt

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1、综述内容包括：摘要，关键词，文献综述，参考文献综述要求：使用统一试卷纸（统招和在职研究生试卷纸不同）注明姓名、学号、专业 手写交卷时间：统一（2013.1.4.教学六楼6428房间，登记）,考试要求,结合讲授的专题内容和专业研究方向写一篇综述,“What is popular in research today？”-NIH主要关注疾病：癌症（cancer）心脑血管病（cardiovascular diseases）爱滋病和肝炎等传染病（infectious diseases：AIDS，hepatitis）主要研究方向：细胞周期调控（cell cycle control）；细胞凋亡（cell a

2、poptosis）；细胞衰老（cellular senescence）；信号转导（signal transduction）；DNA的损伤与修复（DNA damage and repair）,全世界自然科学研究中论文发表最集中的四个领域：细胞信号转导（signal transduction）；细胞凋亡（cell apoptosis）；干细胞（stem cell）；基因组与后基因组学研究（genome and post-genomic analysis）。,Nobel prizes awarded for research in signal transduction,S.Brenner,H.R.

3、Horvitz,J.E.Sulston M&P Apoptosis 2001 L.H.Hartwell,R.T.Hunt,P.M.Nurse M&P key regulators of the cell cycle,Richard Axel，Linda B.Buck M&P,Smelling mechanism,细胞信号转导概述,生化与分子生物学研究所田克立2012.11,直接联系间隙连接细胞表面分子介导间接联系(化学通讯)通过化学信号分子的作用,细胞间通讯方式,间接联系,多细胞生物体主要通过分泌各种化学物质，对自身和其它细胞的代谢和功能进行调节，以适应内外环境改变。根据细胞分泌化学信号分子作

4、用方式或至靶细胞距离的远近，可分为：内分泌信号 旁分泌信号(自分泌信号)神经递质,外源化学信号分子经过多种相关成分参与的跨细胞膜的传递，最终引起细胞应答效应，这一过程称为信号转导（signal transduction）。细胞内多种相关成分通过特异识别和相互作用，连续转换、传递信号所形成的复杂级联，称为信号转导途径（signal transduction pathway）。,细胞信号转导的一般规律,信号的发生和终止迅速 小分子反应；双向都有酶促反应；蛋白变构等级联放大效应交叉联系；交叉对话（CROSS-TALK）,胞外信号分子,受体,靶细胞内信号转导级联通路信号转导分子化学变化与激活(如磷酸化

5、/去磷酸化、多聚体形成等),激活的信号转导分子进入胞核,改变关键酶活性而调节代谢反应的速度、方向；调节质膜离子通道或载体蛋白的开放、关闭等。,进入胞核的信号分子作用于基因转录调控区基因表达改变 代谢、增殖、分化、凋亡、应激等细胞效应。,or or loss disease,细胞外信号分子1激素:胰岛素2.生长因子:EGF,PDGF,NGF3细胞因子：干扰素，TNF，白介素 4神经递质:乙酰胆碱5.死亡分子:FasL6粘附分子:钙粘蛋白,凝集素7应激信号:,7.生物体可接受的多种物理、化学等刺激信号，包括引起视觉、嗅觉、味觉、触觉的光线信号、气味、味道分子等。这些刺激信号需要再转换为细胞能直接感

6、受的特定化学信号分子，产生细胞应答。,受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之特异结合的生物大分子，它们具有下列相互关联的功能：识别和结合：能特异识别并高亲和性地结合配体；转导信号：受体-配体相互作用可启动级联反应，将细胞外的信号传递至效应器,如酶和离子通道等，使之发生构象或活性的改变,从而产生一系列相应的生物学效应。绝大多数受体是蛋白质，个别是糖脂。,受体的分类：膜受体 G蛋白偶联受体（七跨膜螺旋受体）单跨膜螺旋受体 配体依赖性离子通道受体 胞内受体（胞浆，核）,当配体与细胞表面受体结合后，它们的相互作用引起受体构象改变，使之能与细胞膜内的G蛋白相互作用，形成高亲和

7、力的配体-受体-G 蛋白复合体。,配体包括：生物胺：如肾上腺素、组胺、5-羟色胺、乙酰胆碱；感觉刺激：如光和气味；脂类衍生物：前列腺素、白三烯、血小板活化因子等；肽类：如胰高血糖素、缓激肽、ACTH、甲状旁腺素、血管紧张素和抗利尿激素等。,（GPCR）,PLC,AC,signal transduction pathway introduced by GPCR,-,+,+,+,Gs Gi Gq,cAMP,PIP2,IP3,Ca2+released,DAG(DG),PKC,PKA,Target protein,Gene transcription,Target protein,CaM,Signal

8、 transduction by the 7TM receptor is halted：(1)by dissociation of the signal molecule from the receptor(2)by phosphorylation of the cytoplasmic C-terminal tail of the receptor and the subsequent binding of-arrestin.,具有内在酶活性跨膜受体：自身磷酸化，磷酸化其他底物 1）蛋白酪氨酸激酶：PDGF-R,insulin-R,EGFR，FGF-R 2）蛋白丝/苏氨酸激酶：转化生长因子、活

9、化素受体等 3）酪氨酸磷酸酶：CD45等 4）鸟苷酸环化酶：利钠肽等 不具有内在酶活性,通过偶联可溶TPK激酶转导信号：可溶TPK激酶包括JAK,Src等,单跨膜螺旋受体,(一)蛋白酪氨酸激酶受体（RTK）该家族包括胰岛素受体和多种生长因子受体，如表皮生长因子（EGF）受体、成纤维细胞生长因子（FGF）受体、血小板衍生生长因子（PDGF）受体、肝细胞生长因子(HGF)受体（Met）、血管内皮生长因子（VEGF）受体等等。大多数RTK由一条多肽链构成，但Met及其家族由一条短的链通过二硫键与跨膜的链连接，而胰岛素受体则由两对链通过二硫键连接成22四聚体。,具有内在酶活性的单跨膜受体,胞外结构域,

10、跨膜区域,近膜结构域,蛋白酪氨酸激酶结构域保守序列GlyXGlyXXGlyX15-20Lys是结合ATP的部位,羧基末端尾巴(含自身磷酸化位点),配体诱导的激酶激活和信号转导是由受体的寡聚化而介导的。配体与受体结合后，各受体二聚化的模式不同。,受体结合二聚化的配体，进而产生可调节的信号，如PDGF受体。,胰岛素受体由杂四聚体组成，当配体与受体结合后，诱导由二硫键稳定的2 个二聚体发生变构作用继而改变复合物内部的构象，激活激酶活性。,Activated TPK-Rs can activate many target enzymes/proteins such as Ras,AC,PI-PLC,P

11、LA,etc.,活化受体TPK,结合生长因子后，受体TPK 二聚化 导致自身磷酸化,Grb2,含有SH2区的生长因子连接蛋白,SH3,SOS,RasGDP,活化Raf(MAPKKK),激活MEK(MAPKK),胞浆蛋白磷酸化,入核促进靶基因转录,EGF、PDGF等生长因子,RasGTP(有活性),激活MAPK,RTK-Ras-Raf-MAPK 通路,该途径可被多种刺激(生长因子、细胞因子、神经递质、激素、细胞应激和细胞粘附等)所活化。MAPK 具有广泛的催化活性，它除调节花生四烯酸的代谢和细胞微管形成之外，更重要的是可催化细胞核内许多反式作用因子Ser/Thr 磷酸化，导致基因转录或关闭。从而

12、参与细胞生长、发育、细胞周期调控等多种生理过程，并涉及细胞恶性转化等病理过程。,受体表达异常增多，如在人乳腺、肺、胰腺和卵巢肿瘤等多种肿瘤组织中发现有EGF受体的过度表达；在卵巢肿瘤亦可见PDGF受体高表达，且这些受体的表达与预后相关。突变使受体组成型激活：多种肿瘤组织中证实有RTK的组成型激活。如c-erb-B原癌基因编码的变异型EGF受体，缺乏与配体结合的膜外区，在没有EGF存在时就可持续激活下游增殖信号。,受体异常可致细胞增殖失控,(二)蛋白丝/苏氨酸激酶受体 Receptor Serine/Threonine Kinases(RSTKs)TGF-受体超家族 TGF-超家族配体包括30种

13、以上功能蛋白，如活化素activins,抑制素inhibins,骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)包括I型(TR-)、II型(TR-)两个亚家族 调节细胞增殖、分化、迁移和凋亡等多种细胞反应。,高度保守的GS结构域：TTSGSGSG 序列 TR-和TR-激酶结构域具有Ser/Thr 蛋白激酶活性。TR-自身磷酸化和磷酸化TR-GS结构域的Thr/Ser TR-的GS 结构域是控制TR-激酶活性和与底物相互作用的关键区域。,Smad7,（三）具有鸟苷酸环化酶活性的受体 膜受体型GC：心房钠尿肽(ANP)和脑钠尿肽(BNP)胞浆可溶性GC：NO 和C

14、O,C末端的鸟苷酸环化酶催化结构域,每个亚基通过胞外受体结构域间的氢键连接成三聚体或四聚体。,异源二聚体 每个亚基具有一个GC催化结构域和血红素结合结构域。NO通过与血红素的相互作用激活GC。,胞浆可溶性GC受体,Acetylcholine stimulates the endothelial cells to produce NO,which penetrates into and activates the musclecells causing relaxation.,NO induces synthesis of cGMP by stimulation of GC leading to

15、 relaxation of myosin(muscle protein),非催化型单跨膜受体细胞因子受体 许多细胞因子的受体属于单个跨膜螺旋受体，但是不具有酶的催化活性。结构特点：胞外N 端配体结合区 胞内无TPK活性区，有可被磷酸化的Tyr残基 可偶联并激活下游非受体型TPK，传递调节信号。参与基因表达调控，调节细胞生长、免疫反应及内环境稳定。,根据细胞外区氨基酸的相似程度，可将该类受体分为4 个亚型：型细胞因子受体包括IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、GM-CSF、G-CSF和促红细胞生成素（EPO）等。型细胞因子受体包括INF/受体和INF受体 型细胞因子受体

16、包括TNF 受体和FAS、CD40、NGF 结合蛋白。型细胞因子受体即免疫球蛋白样受体，IL-1 受体家族有这种典型受体,JAKs-STAT 途径,生长激素,一些生长因子、细胞因子，如白介素、干扰素、促红细胞生成素EPO、G-CSF等，其受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，借助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白JAKs完成信息传递。配体与非催化型受体结合后，能活化各自的JAKs，再通过激活信号转导子和转录激动子（STAT）而调节基因转录。不需第二信使。激活后的受体可与不同的JAKs 和不同的STAT 相结合，因此该途径传递信号具多样性和灵活性。,JAK：(Janus protein tyrosin

17、e kinases)为胞浆非受体型Tyr蛋白激酶。目前已知有JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。JAK13广泛分布，而TYK2仅存在于造血细胞，髓样组织和肿瘤细胞中。Jak分子N端有质膜结合域；有2个TPK结构域(JH1域)。C端JH1域有TPK活性，8个残基高度保守，Phe-Trp-Tyr为Jak特有模体。N端JH1区无TPK活性。,胞内信号转导子和转录活化子(signal transducers and activators of transcription，STAT)具有信号传递和转录因子双重作用 DNA 结合蛋白，活性依赖其Tyr的磷酸化。需TPK 活化。发现至少8种，哺乳细胞7种

18、STAT1、2、3、4、5a、5b、6,特异识别不同配体。如IFN-JAK1-STAT1，IL4-JAK1/JAK3-STAT6等 分布具有组织特异性。,STATs结构：SH2功能区，参与结合活化受体和STATs二聚化，促进JAK与STAT相互作用；SH3功能区 Tyr磷酸化位点，如STAT1中Tyr701，磷酸化使之活化，促进STAT二聚化及与DNA的结合；DNA结合区，多数STATs此区含810bp重复序列。C端域，保守性差，有反式激活功能，与转录活性有关。N端域，保守性强，与蛋白质间作用有关。,Tyk2,干扰素调节因子（IRF9）,是高等动物先天性抗病毒免疫中导致靶基因表达的基本信号。病

19、毒免疫逃避机制能够靶向STAT1和STAT2。,干扰素/信号途径,干扰素刺激反应元件,GAS:-干扰素活化序列SIE:sis可诱导元件,STAT3可被多种细胞因子活化，在调节细胞免疫和早期胚胎发育中具有重要功能。在多种实体和血液肿瘤发现有STAT3的激活，具有刺激细胞恶性生长及抗凋亡作用。一些生长因子，如EGF、PDGF等，也可通过TPK受体途径活化STAT3。高表达EGFR 的乳腺癌、乳腺癌细胞株、前列腺癌、骨髓瘤等都发现STAT3 活化。致癌性非受体TPK（如c-Src）可活化STAT3，参与多种肿瘤的形成和演进。Src 转化的纤维母细胞中，STAT3磷酸化水平和DNA结合活性增加。Src

20、 介导肿瘤发生需STAT3 活化。,配体依赖性离子通道受体,乙酰胆碱受体，脑内GABA，甘氨酸，谷氨酸，天门冬氨酸受体等,Structure of acetylcholine receptor,胞内受体多为反式作用因子，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。这类受体包括类固醇激素受体雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）、糖皮质激素受体（GR）、盐皮质激素受体（MR）和雄激素受体（AR）、甲状腺素受体（TR）、维生素D 受体（VDR）、维甲酸受体（RAR,RXR）等。,胞内受体,胞内受体,受体常以二聚体与DNA 结合，DNA 的识别往往是正向或反向的重复序列。,锌指结

21、构,受体活性的调节,许多因素可以影响细胞的受体数目和/或受体对配体的亲和力，若受体的数目减少和/或对配体的结合力降低与失敏，称之为受体下调(down regulation)。反之则称为受体上调(up regulation)。受体的磷酸化和去磷酸化 配体-受体复合物的内化和降解 膜磷脂的含量、成分和代谢,Schematic representation of the OTR illustrating putative potential phosphorylation sites.,当体内某种激素/配体剧烈变化时，受体的改变可缓冲激素/配体的变动，以减少有可能导致的代谢紊乱和对细胞的损害。但过度

22、或长时间刺激，使靶细胞对配体反应性改变，可导致疾病的发生或促进疾病的发展；亦可造成长期应用某一药物时出现药效减退。,脱敏：受体接触激素/配体一定时间后其功能减退，对特定配体的反应性减弱。高敏：受体接触激素/配体一定时间后其功能增强，对特定配体的反应性增强。,Inorganic ion(Ca2+),Lipids(DAG、神经酰胺、磷脂 酸、花生四烯酸等),Inositol phosphate(IP3,PIP3),Nucleotide(cAMP,cGMP)一氧化氮(NO)等。蛋白质（酶）,细胞内重要信号分子,在细胞内传递信息的小分子物质称第二信使，主要通过浓度的改变传递信号。细胞接受信号后，第二信

23、使分子浓度迅速升高/降低，以转换、放大调节信号；能在细胞内扩散，诱导靶分子变构效应，改变酶或离子通道活性，最终引起细胞生物效应；而后迅速水解以终止信号过程。第二信使的水平取决于其合成和降解的速率，即特异性合成酶和降解酶的调控。,参与信号转导的特异蛋白质、酶类主要通过分子构象的改变来完成其转换、传递信号作用。信号蛋白发生磷酸化、去磷酸化的化学修饰，改变分子构象和活性，从而开放或关闭信号转导途径，是最重要的调节方式。由蛋白激酶（protein kinase）和蛋白磷酸酶（protein phosphatase）催化完成。第二信使分子的结合可诱导靶蛋白发生构象和功能的变化，直接调节蛋白激酶活性而发挥

24、转换信号作用。某些信号蛋白间相互作用也能诱导相应蛋白质的构象改变和活性变化。,信号转导分子构象改变可引起功能的变化：1)激活或抑制信号转导酶类活性，影响下游靶分子；2)暴露靶向定位序列，进而转位至胞核、质膜等特定的应答部位；3)促进信号蛋白质复合物的募集、结合或解离，完成相应的转换传递信号作用。调节基因表达或降解速度以改变特定信号蛋白的含量。,信号转导蛋白分子通过某些特定结构域来相互识别、结合其它蛋白的特定模体，通过蛋白质-蛋白质相互作用，完成转换、传递信号过程。蛋白质-蛋白质相互作用结构域有40余种，如SH2、SH3、PH等特定结构域。,信号衔接的分子基础蛋白质相互作用,SH结构域是“Src

25、同源结构域”(Src homology domain)的缩写,SHl结构域：具酪氨酸激酶活性SH2结构域：能识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列SH3结构域：通过脯氨酸和疏水性氨基酸残基与靶蛋白结合,PH 结构域 PH结构域最初被发现在血小板蛋白pleckstrin 中重复出现，而命名为pleckstrin 同源序列（pleckstrin homology）。PH 结构域还存在于多种细胞骨架蛋白、丝/苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶、G 蛋白的亚单位、PLC 超家族和许多其他信号分子等100 余种分子中。最主要的功能为使其配体蛋白定位于质膜结构上，从而调节蛋白质的生物活性。PH 结构域是信号转导过程

26、中的蛋白质与蛋白质、蛋白质与脂类相互作用的重要结构基础。,PH domains facilitate the binding of proteins to membrane lipids,particularly PIP2.,Coupling of signal transduction pathways:Protein phosphorylation and protein interaction domains,Adopted from Paul Shapiro,锚蛋白重复序列（ankyrin（ANK）repeat）ANK repeat最初在两个酵母细胞周期调控蛋白SwiG和Cdcl0中发

27、现，该序列又在细胞骨架蛋白锚蛋白（ankyrin）中找到，而且1分子锚蛋白中有24个相同的重复序列，因而得名为ANK重复序列。ANK重复序列普遍存在于各种蛋白质中，已确定的有400余种蛋白质，包括CDK抑制剂、多种转录因子、发育调控因子和各种膜结合蛋白等，已成为一个种类繁多的ANK家族。典型的ANK重复序列由3033个氨基酸残基组成，其二级结构为22 结构，即N端一侧的2个折叠，为反向平行的发夹结构走向；接着2个螺旋。,细胞内重要信号分子,一、蛋白激酶 蛋白质的磷酸化修饰是体内蛋白质类物质活性快速调节的重要方式之一。蛋白质磷酸化由蛋白激酶催化，将ATP分子中的磷酸基团转移至蛋白质分子中的羟基而

28、完成。主要作用：通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性；通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。,蛋白激酶的种类,激酶类相互偶联，酶既是上游信号酶的底物，又可作用于下游信号转导分子。通过连续的酶促反应传递信号，形成逐级磷酸化的信号转导级联（signal transduction cascades）系统，显著放大细胞外的调节信号。MAPKKK MAPKK MAPK 磷酸化转录因子,(一)蛋白激酶A和蛋白激酶G,1.蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)又称cAMP

29、依赖的蛋白激酶，属丝/苏氨酸蛋白激酶类。,由2个催化亚基(C)和2个调节亚基（R）组成四聚体(R2C2)，四聚体的PKA(R2C2)为无活性形式。,在体内R亚基可分为I和II型，每一型又有和两种亚型，因此R亚基存在RI、RI、RII、RII四种形式，它们都是由不同的基因编码，分布于不同组织中。R亚基由三个结构域组成，N端至C端依次为二聚化结构域、cAMP结构域A和B。二聚化结构域的功能在于形成R2二聚体。cAMP结合结构域A和B均为结合cAMP的部位，但结构域B的结合和解离cAMP速度较A快。C亚基与R亚基分离后具有催化作用，C亚基存在C、C和C三种亚型。在同一个PKA分子中2 个C亚基应是同

30、一亚型。C亚基可识别底物分子中的Arg-Arg-X-Ser/Thr-(X为任意氨基酸)序列。,胰高血糖素,胰高血糖素,胰高血糖素通过cAMP-PKA调节糖原代谢,cAMP激活PKA调控基因表达,PKA的催化亚基进入细胞后使CERB特定的Ser/Thr磷酸化，形成同源二聚体，结合DNA，激活转录。,2.蛋白激酶G(protein kinase G,PKG)是cGMP-依赖的蛋白激酶。PKG是由相同亚基构成的二聚体。根据亚基的种类，又分为PKGI和PKGII，PKGI又有PKGI 和PKGI 两种亚型，均存在于胞液中；PKGII 存在于膜质结构中。与PKA 不同，PKG 的调节结构域和催化结构域存

31、在于同一个亚基内。每个亚基根据功能划分为5 个结构域：二聚化结构域、cGMP结合结构域（2 个）、催化结构域、C端结构域。,(二)蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)丝/苏氨酸蛋白激酶 在未受刺激的细胞中，PKC主要分布在细胞质中，呈非活性构象。受Ca2+、二脂酰甘油(DAG)和PS等的调节。激活后成为膜结合酶 多功能的酶：参与代谢调控，同时也能作用于核转录因子，参与基因表达调控。,PKC的结构,位于N端的1/2 肽链是PKC活性的调节区域。该区域主要由与酶活性调节有关的3个模体组成。假底物模体(PS)：PS模体位于N端，与PKC底物序列RXXSXXR（X为任意氨基酸）类同，

32、只是第四个氨基酸Ser由Ala替代，而被视为假底物。此段假底物模体可以和酶活性中心底物结合部位结合，从而抑制酶的活性。富含Cys模体(CRR)：能与激活剂DAG和佛波脂(PMA)结合，通过改变酶分子构象而去除假底物模体的抑制作用。钙结合模体（CaBS）：DAG激活PKC依赖于Ca2+的存在，CaBS结合Ca2+后可促进酶的变构，有利于DAG发挥激活作用。PKC C端的1/2 肽链为催化区域，此区域主要有与ATP结合模体（ABS）、蛋白体结合模体（PBS）和催化位点（DFC）。,PKC可分为经典型(typical)PKC、新型(novel)PKC和非经典型(atypical)PKC三种类型。每一

33、类型又由数种亚型（同工酶）组成。,假底物模体（PS）,富含Cys模体（CRR）,钙结合模体（CaBS）,C4：蛋白体结合模体（PBS）和催化位点DFC）,缺失Ca2结合模体，DAG不依赖Ca2即可激活酶活性,调节域,缺失DAG结合模体和Ca2结合模体,ATP结合模体（ABS）,ATP结合模体（ABS）,ATP结合模体（ABS）,存在于细胞浆中的PKC同工酶，接受刺激后，瞬间转移至膜结构中，依赖PS、DAG、Ca2+等而活化发挥作用。不同的PKC同工酶在组织分布、辅助因子需要和底物特异性选择方面都有一定差异。,The C1 domain of PKC binds diacylglycerol.W

34、hen the C1 domains bind to diacylglycerol in the membrane,the pseudosubstrate is pulled from the active site,permitting catalysis.Calcium-binding C2 domains help to localize PKC to the membrane.,Protein Kinase C Activation,(三)蛋白激酶B 蛋白激酶B（PKB）是1991 年克隆的一类丝/苏氨酸蛋白激酶，其激酶活性区的序列与PKA（68）和PKC（73）高度同源。由于PKB分

35、子又与T淋巴细胞瘤中的逆转录病毒癌基因v-akt编码的蛋白Akt同源，又被称为Akt。PKB 存在组织特异性，由此而将其分为3 种亚型：PKB、PKB、PKB。PKB和PKB亚型组织分布广泛；PKB主要分布在脑、肾、心等组织。,PKB为单链结构，各种亚型均由三个区域构成：PH结构域（pleckstrin-homology domain）：PH结构域位于N端第1-147 位氨基酸残基，其作用主要是与其他蛋白质和磷脂分子PIP2或PIP3结合。连接PIP3，传递膜受体信号，介导PKB的膜定位。激酶活性区：激酶活性区域紧接于PH结构域，由第148-411 位氨基酸残基组成，其中存在调节激酶活性的多个

36、磷酸化位点，如Thr308等。调节区：位于C端，富含Pro，含活化所必需的磷酸化位点(Ser473)。生长因子等刺激，两位点磷酸化，PKB 被激活。,PKB/Akt,PKB主要参与由生长因子、淋巴因子、激素等激活的经磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)介导的信号转导过程。参与许多重要生理功能的调控。PKB是抗细胞凋亡的重要调节子，和细胞转化和肿瘤发生密切相关。,(四)钙调蛋白依赖性蛋白激酶,Ca2+是细胞内重要的第二信使。它通过与钙调蛋白（calmodulin,CaM）结合，进一步调控若干钙调蛋白依赖性蛋白及酶的活性而发挥生物学效应。钙调蛋白为钙结合蛋白，是细胞内重要的调节蛋白。CaM是由一条多肽链

37、组成的单体蛋白。,钙敏感蛋白中Ca2+结合位点的共同模体：螺旋-环-螺旋模体，称EF手。,CaM-PK,Formed by a helix-loop-helix unit,an EF hand is a binding site for calcium in many calcium sensing proteins.Here,the E helix is yellow,the F helix is blue,and calcium is represented by the green sphere.,CaM-PK的种类繁多,至少有5 种（、）亚型。其中II型结构与功能了解得较多。CaM-P

38、K是分子量为5.01046.0104的八至十聚体的蛋白质。组成多聚体的亚基有、等。各亚基自N端至C端都有四个结构域：激酶结构域、自抑制结构域、钙调蛋白结合结构域和聚合结构域。通过聚合结构域，各亚基以不同的比例聚合成不同组织来源的CaM-PK。CaM-PK 在无CaM 结合时，以无活性的自抑制形式存在。当CaM与CaM-PK 分子中CaM 结合结构域结合后，自抑制状态解除，使CaM-PK活化,同时其Thr286发生自身磷酸化，此时CaM-PK 以不依赖CaM 的形式存在（有活性），若失去Thr286 磷酸化，又恢复到无活性的自抑制形式。,CaM-蛋白激酶的激活,此外，细胞内还存在一些受CaM调节

39、的重要酶，包括CaM-依赖的磷酸酶，如钙调磷酸酶（又称神经钙素）;产生和降解环核苷酸的酶，如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶等；NO合酶；代谢关键酶，如3-磷酸甘油脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、丙酮酸羧化酶和丙酮酸激酶等；Ca2-Mg2ATP酶等。,(五)丝裂原激活蛋白激酶系列,丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）是高度保守的三级激酶级联信号传递系统，主要包括MAPKKK(MAPK kinase kinase),MAPKK(MAPK kinase)和MAPK，酶既是上游信号酶的底物，又可作用于下游信号转导分子，通过连续的酶促反应传递信号

40、，形成逐级磷酸化的信号转导级联（signal transduction cascades）系统，显著放大细胞外的调节信号。MAPK信号途径参与调节多种细胞生理过程，包括炎症、应激、细胞生长、发育、分化，调节细胞周期和细胞凋亡等过程。,1.细胞外信号调节激酶(extracellular regulated kinase,ERK)-MAPK信号通路。主要传导生长因子信号引起细胞分化和增殖。2c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase,JNK/SAPK)-MAPK信号通路。理化因素引起的胞外环境变化及致炎细胞

41、因子激活，使转录因子如c-Jun发生磷酸化。3p38-MAPK信号通路。紫外线照射、胞外高渗、致炎细胞因子及细菌病原体等激活。,MAPK家族信号通路类型：共发现5条,主要有3条：,ERK5/BMK1(big mitogen-activated protein kinase),(六)蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）,可分为受体型蛋白酪氨酸激酶和非受体型蛋白酪氨酸激酶两大类。许多PTK都是生长因子等的受体，或者是与生长因子信号转导有关的胞内、核内信号分子。因此PTK与细胞增殖、分化的调节和免疫系统的T细胞、B细胞或肥大细胞的活化有着密切的关系。,1.受体型P

42、TK 此类PTK为存在于细胞膜表面的单跨膜蛋白。其分子的胞外肽段常有糖基化修饰，是识别并结合配体的部位；跨膜肽段是由若干疏水性氨基酸组成，跨膜一次；胞内肽段主要含有催化部位和调节部位。各类PTK的激酶结构域具有较高的同源性。受体型PTK 的配体主要是生长因子，如表皮生长因子（EGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）、胰岛素、肝生长因子（HGF）和集落刺激因子（CSF）等。当生长因子与受体型PTK 结合后，跨膜肽段构象的改变可引起受体二聚化激活，并使受体胞内肽段的酪氨酸自身磷酸化，进一步使磷酸化受体的酶活性加强而发挥信号转导作用。,2.胞浆蛋白酪氨酸激酶 广泛存在于各组织细胞。结构上缺少跨膜肽段

43、，无结合配体能力。多偶联于自身无酶活性的细胞受体。主要由激酶结构域、SH2和SH3结构域所组成。作为受体和最终效应分子之间的中间介导分子，在传递受体信号过程中起着接力棒的作用。,目前已知的主要有以下几类：,Src家族：包括Src、Fyn、Lck和Lyn等，常与受体结合存在。例如Fyn和Lck主要存在于T淋巴细胞，前者与T细胞抗原受体结合，后者则与受体CD4/CD8结合。当T细胞抗原受体受抗原刺激时，两者均可以发生酪氨酸磷酸化并活化，再作用于下游底物分子使后者磷酸化。ZAP70家族：包括ZAP70和Syk等。ZAP70是可以与T淋巴细胞抗原受体的zeta亚单位结合的大小为70KD的蛋白(zeta

44、 chain associated protein)。T细胞受体的酪氨酸残基被磷酸化后结合ZAP70使后者活化。Tec家族：包括Btk、Itk和Tec等。这一家族的功能仍然在探讨中，但它们在细胞发育和活化过程中发挥重要作用。Btk的突变是导致一种X染色体连锁遗传的免疫缺陷病的直接病因，该病的主要表现是B淋巴细胞发育缺陷。JAK家族：包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2等，与许多细胞因子受体介导的信号转导过程密切相关。,Src为典型的非受体TPK。3种同源域。TPK活性域又称Src同源序列1(SH1)；SH2域；SH3域。,3.核内蛋白酪氨酸激酶 包括Ab1和Wee等，Ab1既存在于胞核内

45、，也存在于胞浆中，已发现其参与转录过程和细胞周期的调节；Wee只存在于核内，它可调节细胞周期素的活性，抑制其磷酸化，对细胞进入有丝分裂期具有调节作用。,二、蛋白磷酸酶,蛋白磷酸酶(phosphatase)催化已发生磷酸化的蛋白分子去磷酸化反应，与蛋白激酶构成重要的正负调节开关系统。对蛋白激酶所引起的变化产生衰减效应。根据其催化特性可分为蛋白丝/苏氨酸磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶两大类。有些酶则两类催化作用皆有之。,1.Transmembrane PTPs:e.g.,CD45.2.Intracellular PTPs.,PTEN：50kD的胞浆蛋白，除具有与细胞骨架张力蛋白中的张力蛋白和辅助蛋白同源

46、结构外，还含有双重特异性磷酸酶结构域。可催化PIP3 三位脱磷酸形成PIP2。由于PIP3 可激活原癌基因PKB，因此PTEN降低PIP3 水平的作用可视为其抑癌作用的方式之一。也可催化蛋白磷酸化酪氨酸或丝/苏氨酸脱磷酸反应。已发现磷酸化粘着斑激酶FAK是PTEN的蛋白底物，PTEN催化FAK的磷酸酪氨酸脱磷酸。这提示PTEN可调节整合蛋白介导的信号转导和细胞的粘附聚集。钙调神经磷酸酶(calcineruin,CN)属典型的丝/苏氨酸家族磷酸酶，其活性受Ca2+和CaM调控，在脑中含量高，可能与学习、记忆有关，并在T细胞活化中起着重要作用。,1.异源三聚体G蛋白 位于细胞膜胞浆面，是细胞外信号

47、通过膜受体转入胞内的重要转导分子。由、三个亚基组成异三聚体，亚基可结合GDP或GTP，并具有GTP 酶（GTPase）活性。亚基由2个结构域构成：GTP酶结构域（或Ras结构域）和螺旋结构域。GTP结合位点是位于这两个结构域所形成的一个较深的裂隙中。,三、GTP 结合蛋白(G蛋白)与鸟嘌呤核苷酸可逆性结合的蛋白质家族,关,开,小分子G蛋白的分子量一般为G蛋白分子量的1/4至1/3，因此得名小G蛋白。小G蛋白为单链结构，同样具有GTP酶活性和与GTP、GDP结合的特性。最早发现的小G蛋白为ras（MW 21 kDa），至今已报道有50 多个小G蛋白超家族成员。根据小G蛋白成员的同源程度，可分为R

48、as、Rho、Arf、Sar、Ran和Rab 等6 个亚家族，在各自参与的信号转导过程中发挥作用。,2.小分子G 蛋白,在细胞中存在可调节Ras活性的蛋白因子，主要有GTP 酶激活蛋白（GAP）和鸟苷酸释放蛋白（GNRP，或鸟苷酸交换因子GEF）两种。GAP与Ras-GTP结合而激活GTP酶活性，使Ras-GTP转变成Ras-GDP 而失去活性。GNRP可释放Ras-GDP中的GDP，以利于与GTP 结合而活化Ras蛋白。Ras调节因子通过接受上游膜受体信号来影响Ras活性，使之信号下传最终产生效应。,30的人类肿瘤存在不同性质Ras基因突变，其中突变率较高的是Gly、Glu等被其它氨基酸残基

49、所取代。变异的ras与GDP解离速率增加或GTP酶活性降低，均可导致ras持续活化，促增殖信号增强而发生肿瘤。例如，人膀胱癌细胞ras基因编码序列第35位核苷酸由正常G变为C，相应的ras蛋白甘氨酸突变为缬氨酸，使其处于持续激活状态。,actin,内膜泡,核膜孔处物质转运,被膜小泡转运,(一)腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)为膜结合糖蛋白，可催化ATP生成3,5环腺苷一磷酸（cAMP）。此酶有8型同工酶。该酶需要配体受体结合后通过G 蛋白传递才能被激活。,四、第二信使合成及降解相关的酶,(二)鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase,GC)催化GTP 生成3,5

50、环鸟苷酸（cGMP）。鸟苷酸环化酶可与细胞膜结合，也可存在于胞浆中，这两种形式可同时存在于一个组织和细胞中。,(PDE),(三)环核苷酸磷酸二酯酶(cyclic nucleotide phosphodiesterase,PDEs)可催化3,5-环核苷酸分解为5核苷一磷酸，使细胞内第二信使cAMP或cGMP水平下降。PDE 是一个不同基因表达和不同的mRNA 剪接产物的大家族。众多成员之间的细微结构差异、对底物和效应剂的反应差异等，是精密调节第二信使环核苷酸作用的重要结构基础，也为特异PDE 亚型在特定细胞执行专一功能提供了重要保证。,目前已知PDEs 基因家族有7 种，分别执行不同的功能。,(