分子细胞生物学-赵艳第五章2细胞信息传递.ppt

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1、第二节 细胞通讯与信号传递,细胞通讯细胞识别通过细胞内受体介导的信号传递通过细胞表面受体介导的信号传递整联蛋白介导的信号传递细胞信号传递的基本特征,一、细胞通讯与细胞识别,（一）细胞通讯：一个细胞发出的信息经介质传递到一定的细胞产生相应的反应。,1、细胞通讯的方式,2）.细胞间接触性依赖的通讯（常见在胚胎发育）；3）.间隙连接,1）.分泌化学信号；,自分泌，旁分泌，内分泌，化学突触；,细胞通讯的几种类型,BACK,2、细胞通过分泌化学信号进 行细胞间通讯的过程：,化学信号分子的合成信号细胞释放化学信号分子信号分子转运至靶细胞识别信号分子（通常是通过特异性受体识别）信号的跨膜传递生物学效应,（二

2、）、细胞识别与信号通路,细胞识别：细胞通过其表面受体同胞外配体相互作用，引起一系列生理生化变化，并最终表现为整体生物学效应的过程。信号通路：细胞接受外界信号，经过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，并启动特定基因的表达,引起细胞应答反应。,特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血液循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动靶细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应,信号转导步骤,第三节 信息物质和受体,信息物质:具有调节细胞生命活动的化学物质。细胞间信息物质 细胞内信息物质,1、概念 凡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。,一、细胞间信息物质(In

3、tercellular signal molecules),（2）激素(Hormones)如：胰岛素、甲状腺素和肾上腺素。,2、细胞间信息物质的分类,（1）局部化学介质 如：生长因子、细胞生长 抑素、一氧化氮和前列腺素等。,（3）神经递质(Neurotransmitters)如:乙酰胆碱 和去甲肾上腺素。,二、细胞内信息物质(Intracellular signal molecules),无机离子：Ca2+脂类衍生物：DAG、Cer(N-脂酰鞘氨醇,Ceramide)糖类衍生物：IP3核苷酸：cAMP、cGMP信号蛋白分子：多数为癌基因的产物，如Ras和底物酶,在细胞内传递细胞调控信号的化学物

4、质,通常将Ca2+、DAG、Cer、IP3、cAMP、cGMP 等这类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使(Second messengers),三、受体的相关概念,受体的定义：细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。,配体(ligand)：能与受体特异性结合的生物活性物质。,（一）受体的分类,1、根据位置分为：膜受体(membrane receptor)：存在于 细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌 糖蛋白。胞内受体(intracellular receptor)：位于 细胞浆和细胞核中的受体，为DNA 结合蛋白。,2、根据功能受体分为

5、三类,（1）离子通道耦联的受体,如：突触后膜神经递质受体。神经递质通过与受体的结合开闭离子通道，改变离子的通透性。,（2）与G蛋白耦联的受体,受体通过与GTP结合的调节蛋白（G蛋白）的耦联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内。如：cAMP途径,又称七个跨膜螺旋受体 或蛇型受体，此类受体分布极广，主要参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控。,激素受体G蛋白酶第二信使蛋白激酶酶或功能蛋白生物学效应,G蛋白偶联受体,N,C,G蛋白偶联区,G蛋白偶联受体的结构,:跨膜螺旋,细胞外环,细胞内环,Seven-helix motif of-adrenergic receptor,（3）具有

6、催化功能的受体,受体是跨膜蛋白，其胞质区域具有酶的活性。,如：具有酪氨酸激酶活性的受体（生长因子受体）,具有催化功能的受体又称为酶关联受体，这类受体主要有酪氨酸蛋白激酶受体型和非酪氨酸蛋白激酶受体型，此型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关。,A、酪氨酸蛋白激酶受体型,催化型受体,与配体结合后即有酪氨酸蛋白激酶（TPK）活性,既可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，如胰岛素受体和表皮生长因子受体等。,B、非酪氨酸蛋白激酶受体型,与配体结合后，受体有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性。,四、受体作用的特点,高度专一性：受体选择性地与特定配体 结合。高亲和力可逆性:属非共价结合可

7、饱和性：反应服从质量作用定律，结 合曲线呈可饱和状态特定的作用模式,五、受体活性的调节(Regulation of receptor action),1.受体下调：受体的数目减少和（或）对配体的结合能力降低 与失敏。,（一）类型：,2.受体上调：受体的数目增加和（或）对配体的结合能力增强 与敏感。,（二）受体活性的调节的机制,1.磷酸化和脱磷酸化作用2.膜磷脂代谢的影响3.酶促水解作用4.G蛋白的调节,第四节 信息的传递途径,一、胞内受体介导的信息传递二、膜受体介导的信息传递,一、胞内受体介导的信息传递,类固醇激素的作用方式甲状腺素作用方式,类固醇激素作用模式,质膜,激素-受体复合物,mRNA

8、,特异蛋白,生物效应,(胞核),胞浆,甲状腺素作用方式,质膜,mRNA,特异蛋白,生理效应,(胞核),胞浆,T3,二、膜受体介导的信息传递,cAMP-蛋白激酶途径磷酸肌醇信号通路cGMP-蛋白激酶途径酪氨酸蛋白激酶途径,（一）cAMP-蛋白激酶途径,以靶细胞内cAMP浓度改变和激活蛋白激酶A（PKA）为主要特征，是激素调节物质代谢的主要途径,受体与腺苷酸环化酶之间起偶联作用的鸟苷酸结合蛋白（简称G蛋白），目前已知的G蛋白有5种，作用明确的有2种：激活性G蛋白（Gs）和抑制性G蛋白（Gi）。,1、G蛋白,G蛋白有三个亚基：、;Gi、Gs的、亚基 基本相同；亚基有两个结合位点，一个是与GTP结合位

9、点，具有GTP酶活性，能水解GTP；另一个是修饰位点，能被细胞毒素ADP核糖基化修饰。Gs（s）:被霍乱毒素ADP核糖基化，Gi（i）:被百日咳毒素ADP核糖基化；,2cAMP的产生和功能,cAMP的产生-由定位于质膜胞质面的腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)催化。,ATP,AC,cAMP+PPi,磷酸二酯酶,H2O,AMP,cAMP的作用机制：,cAMP的调节功能的一部分是通过cAMP依赖的蛋白激酶系统来实现的。,蛋白激酶有多种，受cAMP调控的蛋白激酶称为cAMP依赖的蛋白激酶，又称为蛋白激酶 A(protein kinase A，PKA),cAMP激活蛋白激酶A,(

10、无活性),+4cAMP,+,（有活性）,3PKA的作用,（1）PKA对代谢的调节作用,例如：肾上腺素促进肝糖原分解级联放大效应,ATP,cAMP,（第二信使）,无活性PKA,有活性PKA,ATP Mg 2+,无活性的磷酸化酶b激酶,有活性的磷酸化酶b激酶,-P,无活性的磷酸化酶b,有活性的磷酸化酶a,-P,ATP Mg 2+,糖原磷酸化酶的激活与失活,102,104,106,糖原,葡萄糖,108,（2）对基因表达的调节作用,顺式作用元件、反式作用因子以及它们的相互作用对真核细胞基因表达调控起非常重要的调节作用。在基因的转录调控区中有一类cAMP应答元件（CRE），它可与cAMP应答元件结合蛋白

11、（CREB）相互作用而调节此基因的转录。,蛋白激酶A,蛋白质或酶磷酸化,酶活性改变膜通透性改变基因转录加快蛋白质合成加速,信息效应,AMP,cAMP-蛋白激酶途径总结,由三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油(DAG)为第二信使的双信号传递途径。尚有钙调素（CaM）参与。,通过该途径作用的激素：,促甲状腺激素释放激素；去甲肾上腺素；抗利尿激素；血管紧张肽等。,（二）磷脂酰肌醇信号通路,磷脂酶C,G蛋白变构和磷脂酶C的激活作用,G蛋白,IP3,PIP2,Ca2+,DAG,PIP2生成两个第二信使IP3和DAG,激动剂 受体,效应,Ca调蛋白,胞内双信号传导通路,1、IP3的调节功能：,IP3通过控制C

12、a2+浓度，即通过IP3-Ca2+途径来调节代谢过程。,钙调蛋白(calmodulin,CaM),分子中含有四个结构域，都可结合Ca2+(每个 CaM实际可结合4个Ca2+)，CaM构象发生变化，由无活性变为有活性，对靶酶的亲和力可提高数万倍。,钙调蛋白（Calmodulin）的结构,钙调蛋白（CaM）作用机理,受Ca/CaM调节的酶,腺苷酸环化酶 肌球蛋白轻链激酶 磷酸化酶激酶 环核苷酸二酯酶 Ca2+,Mg2+-ATP 酶,DAG通过调控蛋白激酶C(PKC)的活性，来调节代谢过程。蛋白激酶C：一种不依赖于cAMP的蛋白激酶，但需要DAG、Ca2+和磷脂酰丝氨酸才具有活性。,（2）DAG的调

13、节功能：,受体,Gp,磷脂酶C,DAG,内质网,钙调蛋白（CaM）,Ca2+-CaM,PKC,DAG-PKC,特异性钙调蛋白激酶,多功能钙调蛋白激酶,蛋白质,磷酸蛋白质,其他蛋白质,生理效应,IP3和DAG介导的信息传递途径,代谢变化,IP3,Ca2+,Ca2+,PIP2,质膜,胞浆,胞外,（三）cGMP-蛋白激酶途径,GTP,鸟苷酸环化酶,磷酸二酯酶,GMP,cGMP,心钠素是目前唯一以cGMP为第二信使的激素,可活化膜结合鸟苷酸环化酶,使细胞内cGMP浓度升高。,NO,硝普盐、硝酸甘油、亚硝酸钠和叠氮钠等可活化可溶性鸟苷酸环化酶，并抑制磷酸二酯酶活性，从而使细胞内cGMP浓度升高。,再通过

14、cGMP依赖的蛋白激酶（PKG）发挥生理功能。,cGMP依赖的蛋白激酶,简称蛋白激酶G,PKG,鸟苷酸结合蛋白（简称G蛋白）,cAMP依赖的蛋白激酶,简称蛋白激酶A,PKA,Ca2+依赖的蛋白激酶,简称蛋白激酶C,PKC,各种激酶小结,（四）酪氨酸蛋白激酶(TPK)途径,信息分子与受体结合后，受体的构象发生改变，导致受体自身磷酸化，从而活化TPK；通过TPK的作用，把信息分子的信息传入细胞，表现出信息效应的过程。,定义:,受体本身具有酪氨酸激酶活性,胰岛素作用机制,特点:,不需要G蛋白参与，TPK本身就是受体的组成部分,许多生长因子(EGF,PDGF,CSF-1,IGF-1)均可能通过此途径引

15、发细胞效应,细胞中的TPK有两种：,位于细胞质膜：受体型(催化型)TPK,位于胞浆中：非受体型TPK,如胰岛素受体、表皮生长因子受体、某些原癌基因编码的受体,如底物酶JAK、和某些原癌基因编码的受体,酪氨酸蛋白激酶在细胞的生长、增殖、分化等过程中起重要的调节作用，并与肿瘤的发生有密切关系,三、整联蛋白介导的信号传递,体外培养细胞表面整联蛋白和胞外基质之间的关联-导致信号传递,基本特征：收敛或者发散；专一性与相似性；信号放大与适度的调整；对信号的适应；,四、细胞信号传递的基本特征,五、信息传递途径的交互联系,1.一条信息途径的成员，可参与激活或抑制另一条信息途径。2.两种不同的信息途径可共同作用于同一效应蛋白或同一基因调控区而协同发挥作用。3.一种信息分子可作用几条信息传递途径。,本章结束！,