蛋白激酶与信号传导.ppt

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1、第三章 蛋白激酶与信号传导,细胞信号传导的主要方式：蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化位点：Ser/Thr、Tyr、His磷酸化催化作用机理：蛋白激酶的作用蛋白激酶类型：,环核苷酸依赖的蛋白激酶（PKA、PKG）；磷脂依赖的蛋白激酶（PKC、PKB）；钙钙调蛋白调节的蛋白激酶；核糖体S6蛋白激酶（RSK）：周期蛋白依赖的蛋白激酶（cdk）（cdk，cdc2-激酶)；丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)；MAPK激酶（MAPKK）及MAPKK 激酶（MAPKKK）；酪蛋白激酶和糖原合成酶激酶3（GSK-3）；跨膜受体SerThr蛋白激酶；其他SerThr蛋白激酶等。,蛋白质激酶：Ser-OH、Thr-OH酪氨

2、酸蛋白激酶：Tyr-OH,第一节：蛋白激酶A(PKA)一、蛋白激酶A的特征：PKA:cAMP依赖性蛋白激酶作用：代谢的调控、细胞信号传导组成：两个催化亚基(C)、两个调节亚基(R)C2R2四聚体,二、PKA的分类R亚基：I 类(RI)：RI 49 kD，RI、RI II 类(RII)：RII 55 kD，RII、RIIC亚基：C、C、C，40 kD PKA全酶：R2C2 180 kD,三、PKA的结构：1.C亚基的结构特点：N-端有一个ATP结合区，富含甘氨酸序列:GXGXXGX16K在Lys72和Glu91形成离子对Ala 70 与腺苷酸的识别有关催化中心位于分子中部，具有结合多肽底物和催化

3、磷酸基团转移的作用R165DLK168PEN171氨基酸残基构成一个环，其中D166(Asp)是磷酸基团转移的基础。K168(Lys)具有稳定中间态和降低活化能的作用Asp184是金属离子结合位点,2.R亚基的结构特点：R亚基分为3个结构域N端是二聚化结构域，负责和另一个R亚基的聚合C端有两个cAMP结构域，分为A、B结构域。A结构域结合cAMP较慢、B结构域是优先结合cAMP的位点在二聚化结构域和cAMP结构域之间为：假底物模体(在RI)或真底物模体(在RII)，其氨基酸组成：RRNAIS(RI)/RRVSVC(RII),四、PKA功能：C亚基具有催化活性，它识别底物为RRXS/T 和RXS

4、/T，在接受磷酸基团S/T的羧基端的氨基酸为蔬水氨基酸。在测定PKA活性时，肝丙酮酸激酶的底物：肯普肽(kemptide),LRRASLG是很好的底物，若七肽的S改为A，则转变为抑制剂。R亚基是cAMP结合的靶蛋白，在PKA的四聚体中，它作为“假底物”而抑制C亚基发挥催化作用,只有当cAMP结合R亚基后，解离状态的C亚基才有催化作用,五、PKA的分布I 类主要存在于非神经细胞，尤其在骨骼肌和心肌最为丰富。II 类主要存在于神经细胞中。靶向假说：targeting hypothesis 磷酸化事件至少部分地接受了蛋白激酶在细胞中定位的调控。蛋白激酶的定位对其功能的发挥有重要的作用.PKA的定位有

5、关的“锚蛋白”(AKAP)能跟RII亚基结合，使得PKA定位于不同的部位。,第二节、蛋白激酶 C(PKC)是一种Ser/Thr 蛋白激酶，日本学者Nishizuka 1977年，首先发现存在于鼠脑细胞中。受甘油二酯（DG）和Ca2+的激活，因为其受到Ca2+的激活而被命名为蛋白激酶CDG是细胞对多种胞外刺激作用的第二信使，是肌醇磷酸脂或胆碱磷酸脂在磷酸脂酶水解而产生的到目前，已发现PKC有12种亚型，根据结构特点和激活剂的不同可以分为3类：,PKC的分类：常规型PKC（Conventional PKC,cPKC）:包括、I、II、四种亚型。需要：Ca2+、DG(甘油二酯)、PS(磷脂酰丝氨酸)

6、新型PKC（novel PKC,nPKC）、五种亚型。需要：DG、PS非典型PKC（atypical PKC,aPKC）、三种亚型。只需要 PS激活。,第三节、蛋白激酶B(PKB)一、概况：(PKB)属于Ser/Thr 蛋白激酶PKB的催化域与PKC和PKA分别有73%和68%的相同。（related to the A and C kinases)T细胞性淋巴瘤逆转录病毒癌基因(v-akt)的产物:AktPKB种类：PKB(Akt1,PAC-PK)PKB(Akt2)PKB(PAC-PK),二、PKB的结构,(A),(B),(C),(D),(A)人PKB-;(B)人PKB-1(C)人PKB-2(

7、D)鼠PKB-,PH:pleckstrin 同源结构域,三、PKB的激活 机理:,在细胞膜上，PI-3k 的产物PI-3,4-P2或PI-3,4,5-P3结合PKB的PH结构域，使PKB向膜转位或二聚化，从而被PKB激酶磷酸化。PI-3,4,5-P3还有底物第二信使作用，能别构激活PKB激酶PKBK,使PKB发生Thr308磷酸化,从而发生部分活化.PKB激酶(PDK-2)能特异磷酸化Ser473,完全活化PKB,四、PKB的功能：在体外，PKB可以磷酸化合成肽:RXRYZ(S/T)(Hy)在体内:磷酸化糖原合成酶激酶3糖原合成增加葡萄糖的吸收核糖体蛋白S6激酶(p70S6k)有关蛋白质生物合

8、成细胞的存活、增殖细胞分化细胞周期的调节,第四节、蛋白激酶GPKG:cGMP依赖性蛋白激酶PKG-I(76 kD):、两种，胞质中PKG-II(86 kD):膜蛋白一、PKG的结构：,二聚化结构域:含保守的Leu/Ile 组成的亮氨酸拉链结构膜定位自身磷酸化位点(I,II)自身抑制模体(I)协同作用的调节位点(I),cGMP结构域:cGMP 1:亲和力低,磷酸化位点Thr(I)/Ser(II)cGMP2:亲和力高,磷酸化位点Thr(I,II)催化域:260 aa 保守的Lys(I,II)必需的Thr(I,II),可自身磷酸化细胞核定位信号羧端结构域:70aa,二、PKG在信号传导中的作用PKG

9、参与心钠素(ANP)的信号传导受体：鸟苷酸环化酶,第五节、酪氨酸激酶(TPK)一、类型：受体型TPK、非受体型TPK二、受体型TPK:1.受体型TPK亚类：根据结构分为9个亚类：表皮生长因子受体(EGFR)胰岛素受体(IGF-1R)血小板生长因子受体(PDGFR)纤维生长因子受体(FGFR)血管内皮生长因子受体(VEGFR)肝细胞生长因子受体(HGFR)Trk基因产物受体受体Eph/Elk/Eck/Erk基因产物受体受体蛋白AXI,酪氨酸激酶,跨膜结构域,富含Cys结构域,免疫球蛋白样结构域,酸盒结构域,纤连蛋白II结构域,2.受体型TPK功能结构域：配体结合域：跨膜区域：催化域：有两个保守模

10、体 DLAARN：R：精aa，与ATP的r-磷酸离子键 VPIKW：P 脯aa;W 色aa 与底物识别有关调节域：自身磷酸化位点、活性调控,三、非受体型TPK:1.分类：根据在亚细胞的定位和表达分为8个亚类 家族 成员 表达组织 亚细胞分布Jac 3 造血组织 胞质Syk 2 B/T细胞 胞质Abl 2 广泛分布 胞核/胞质Src 9 广泛分布 膜质组织Csk 1 广泛分布 胞质Fak 1 广泛分布 细胞粘着斑Fps 3 造血细胞 胞质Btk 3 造血/肝细胞 胞质,第六节、丝裂原激活蛋白激酶家族Mitogen-activated protein kinase 简写：MAPK)Ser/Thr蛋

11、白激酶；三个亚家族：胞外应答激酶：Extracellularly-responsive kinase（ERK)c-Jun 氨基末端激酶：c-Jun N-terminal kinase(JNK)p38-丝裂原激活蛋白激酶(p38-MAPKs)MAPK的活化特点：要经过级联激活系统：MAPKKK MAPKK MAPK,MAPK级联激活,S:丝氨酸T：苏氨酸X：任意氨基酸P：磷酸基团,(一)、ERK系统的级联成员：ERK的活化过程：MAPKKK级Raf亚家族MAPKK级MEK1/MEK2MAPK级ERK亚家族Raf家族（3K级）：Raf是一个病毒癌基因v-Raf同源的细胞基因c-raf的产物；有三种

12、亚类A-Raf,B-Raf,C-Raf;结构上保守的三个区域：CR-1:富含Cys(又称CRD)CR-2:富含Ser/Thr调节区CR-3:含Tyr/Ser 催化区,MEK(包括MEK1和MEK2)胞外应答激酶：Extracellularly-responsive kinase（ERK)有一个富含Pro的结构域，可以结合Raf,并作为 Raf的底物受磷酸化而激活。MEK是可溶性的酶有双功能的激酶：催化MAPK分子中的Thr-X-Tyr(TXY)模体的Thr和Tyr残基的磷酸化。TXY的模体通常是TEY（Thr-Glu-Tyr）,MEK又称为TEY激酶,ERK:细胞外应答激酶有三种ERK:ERK

13、1,44 kD;ERK2,42 kD;ERK3,62 kD;ERK1&2:依赖Ser/Thr蛋白激酶，优先磷酸化Pro-X-Ser/Thr或 Ser/Thr-Pro结构ERK3磷酸化模体:Ser-Glu-Gly(SEG)ERK作用：ERK受MEK活化后转位到细胞核内，使很多依赖磷酸化激活的转录因子或与转录过程有关的酶、蛋白质磷酸化。如转录因子：Elk-1,TAL-1,RNA聚合酶II；核蛋白:c-Fos,c-Myc,c-Myb,Ets-2,p53,STAT；结构蛋白：微管相关蛋白-2,调节细胞的结构。,（二）JNK系统的级联成员c-Jun氨基末端激酶（JNK）：磷酸化转录因子c-Jun的氨基末

14、端，而得名。紧张活化蛋白激酶（SAPK）：级联成员:MEKKJNKKJNK 1.MEKK:属于MAPKKK家族(相当于 ERK信号流中的Raf)成员：MEKK1,2,3MEKK1在静息细胞中和抑制剂结合，外界刺激信号脱落抑制剂而激活。Cdc 42 和小G 蛋白Rac 通过P21蛋白活化激酶-1(PAK-1)调节MEKK1MAKK3除作用JNKK外，还能优先激活 MEK,JNKK:属于MAPKK家族，相当于 ERK信号流中的MEKJNKK具有双功能激酶磷酸化底物JNK蛋白Thr-Pro-Tyr(TPY)模体中的T&YJNKK 又称TPY激酶JNKK能激活p38-MAPK,JNK属于MAPK家族，

15、相当于 ERK信号流中的ERKJNK成员：JNK1、JNK2、JNK3JNK1和JNK2在多细胞中表达，JNK3 只在神经细胞中表达JNK 可使c-Jun的N-端Ser63、Ser72磷酸化。可使转录因子TCF、ATF-2 磷酸化,(三)p38-MAPK 系统的级联成员1.p38蛋白:脂多糖(Lipopolysccharide LPS)结合CD14后，引起细胞内MAPK信号流的激活，诱导了一种分子量38 kd 的蛋白质发生酪氨酸磷酸化，这种蛋白质称之.2.p38蛋白成员(MAPK成员）；ASK1 MKK3/MKK6 p383.p38 信号流的作用：控制一些应激因素和细胞因子引起的细胞调亡,4.

16、ASK1:(Apoptosis Signal-regulating Kinase 1 简称 ASK1)属于MAPKKK家族，它能磷酸化MKK3/MKK6 和 SEK15.MKK3/MKK6:属于MAPKK家族，6种亚型，其中只有第3和第6两种亚型是活化 p38的蛋白激酶。它是双功能的激酶。磷酸化p38 中的 Thr-Gly-Tyr(TGY)模体中的Tyr和Thr，从而激活 p38蛋白，TGY激酶6.p38蛋白：属于MAPK家族，本身受到MKK3/MKK6磷酸化而激活，作为蛋白激酶可以磷酸化多种转录因子，TCG、ATF-2、MEF-2C等,第七节、钙调蛋白依赖性的蛋白激酶(CaM-PK)钙调蛋白

17、(Calmodulin CaM):Ca2+/CaM种类：磷酸化酶激酶（Phosphorylase Kinase）：肌球蛋白轻链激酶（Myosin Light Chain Kinase，MLCK）：钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaM-PK）：一、CaM-PK的特征：CaM-PK有5个亚型，II了解较清楚，能催化突触蛋白I的位点II磷酸化（CaM-PK II）。由810个亚基组成，每个亚基50-60 kd,有5种不同型号亚基：、等。,二、CaM-PK II结构特点：CaM-PK II的各种亚基相似，由4个结构域组成激酶域：自抑制域：钙调蛋白结合域：聚合域：,三、CaM-PKII的激活过程：自抑制域和激

18、酶域结合使酶无活力Ca2+/CaM与酶的CaM结合域结合使酶变构,自抑制域脱离激酶域，从而使酶活化。活化酶Thr286自身磷酸化而成Ca2+不依赖型.Ca2+不依赖型的酶因Thr286磷酸化而有活力.,第八节、细胞跨膜信号传导通路,细胞的信号转导作用，三个过程：信号分子的接受信号的放大生物效应细胞信号传导的途径1、通过膜受体途径：化学信号分子（第一信使）被专一性的受体识别。受体能区分不同的外界刺激，并激活特定的信号放大系统，产生第二信使（cAMP），后者通过细胞内的信号分子再作用于其靶分子，产生特定的生物学效应。包括：蛋白结构、酶活力、基因表达、膜通透性等方面的改变，从而产生一系列的生理、病理

19、效应。2、通过胞质受体途径：化学信号分子（第一信使）与胞质受体结合，如自体激素等，结合受体后通常直接进入细胞核，也有的受体如甲状腺素和维甲酸受体主要在细胞核内，结合配体后直接调节基因的活化。,一、受体：受体概念：生物信号接收器，专一结合化学信号，发生特异作用，产生特定的生物学效应。受体种类：膜受体（位于细胞膜）、胞内受体（位于细胞质、核质、胞内膜）膜受体结构域：胞外域、跨膜域、胞内域膜受体的分类：离子通道受体：G蛋白偶联受体：酪氨酸蛋白激酶相关受体：其它酶活性的受体：,5、质膜激素受体的信号传递：激素(第一信使)靶细胞 基因表达（第二信使）1）与G蛋白偶联受体 质膜受体：2）催化性的受体 3）

20、通道性的受体,5、受体作用特征：,特异性：specificity，配体与受体的结合严格选择。包括二者的结构、构型与构象高亲和性：High affinity，受体与其配体的亲和力应与其配体的生理浓度相适应。饱和性：Saturability，受体以有限的数目存在于特定的靶细胞。生物学效应：Biological response，一种受体与特定的受体7激素结合，产生特定的生物学效应。,二、G蛋白存在于质膜上的一组信号传递蛋白，即鸟苷三磷酸（GTP）的结合蛋白（Guanosine triphosphate-binding protein）。与GTP结合活化状态，与GDP结合失活状态。二种类型：G蛋白：

21、异三聚体，,，三类亚基组成。亚基有20多种，39 kD46 kD；亚基有6种，37 kD左右，亚基则有12种，8 kD。组成的三聚体G蛋白可有上千种。小G蛋白：单链结构，2030kD；50多种，P21 Ras家族,G蛋白的结构特点：亚基有2个结构域，GTP结合域和催化域。催化域有GTP水解酶（GTPase）活性。GTP结合域是独特的螺旋结构域，它把GTP包埋在整个蛋白质的中心，G在合成后加工过程中，其N端的甘氨酸和豆蔻酸（十四烷酸）共价连接，并以此插入质膜的脂双层中。亚基有7个片层结构，其中一个组氨酸可以被磷酸化，并且磷酸基团通常来自GTP而不是ATP，其功能还不清楚。亚基有一个N端无规则卷曲

22、，其中半胱氨酸可以发生脂化如法尼基化（farnesuylation）或牻牛儿牻牛儿基化（geranylgeranylation），锚定在膜内侧。亚基与亚基紧密结合形成一个功能单位，只有在变性时才能分开。,三、核苷酸环化酶,有两类：腺苷酸环化酶（AC）和鸟苷酸环化酶（GC）。AC和异三聚体G蛋白相偶联，而GC本身就是一种膜受体。AC的结构特点与功能：AC催化ATP生成3,5-环腺苷一磷酸，简称cAMP，另一产物是焦磷酸PPi。哺乳动物的AC有10型，它们的分布有组织特异性。AC是一个结构十分特殊的跨膜蛋白，含有 1064 1248个氨基酸残基，在构象上类似多次跨膜的离子通道蛋白。,N-端在胞内，

23、接着是6次跨膜结构（第一组跨膜域M1）然后是第1个胞内结构域C1，又分成C1a和Clb。C1a在各型AC中有5593的同源性，再向C端又是6次跨膜结构（第二组跨膜域M2），再进入胞内形成第2个胞内结构域C2，其C2a在各型AC中也有5389的同源性，C2b是整个肽链的C端。C1a和C2a是AC的催化部位，这两个部位对催化作用均为必需。目前尚不知哪个部位对催化更重要，或基本上是催化部位，也不知调节部位在C1a或C2a。,GC的结构特点与功能：GC催化ATP生成3,5-环鸟苷一磷酸，简称cGMP，另一产物也是PPi。GC也是一个家族，有多种类型。哺乳动物细胞胞质中的GC是两个大小不同亚基的二聚体血

24、红素为其辅基。一氧化氮（NO）可通过血红素调节GC活力而引起血管扩张，膜结合性GC为单体。分子量大约为120 kD180 kD，其N-端为配体结合区，在膜外接着是一段跨膜区，胞内的C端为环化酶催化区。有两个区域和腺苷酸环化酶AC的C1a和C2a区高度同源，它能催化和AC相似的反应。膜结合GC在催化性质上和胞质型的不同，底物GTP对前者呈现正协同别构效应，而对后者则没有协同效应。GC的生物效应几乎全部是通过蛋白激酶G来实现的。,2cAMP的降解细胞内cAMP磷酸二酯酶调控cAMP的水平。cAMP的水解终止了激素刺激的信号。cAMP磷酸二酯酶受到胞质Ca2+水平升高的活化，从而激活cAMP磷酸二酯

25、酶活性，使cAMP水解成5-AMP。3cGMP通路环鸟苷酸（cGMP）是由鸟苷酸环化酶（GC）产生的，后者不需要和G蛋白偶联而本身就是一种跨膜受体，可与外界信号分子如心钠素直接结合。cGMP通过蛋白激酶G（PKG）使一系列蛋白质磷酸化引起激活或失活，从而表现生物效应。有趣的是cGMP引起的生物效应在很多方面恰巧和cAMP相反，如cGMP降低细胞内Ca 2+浓度，降低心肌收缩力，而cAMP则使细胞内Ca 2+浓度上升而促进心肌收缩。因此，cAMP和cGMP看作对生理效应的正负调节剂，提出所谓“阴阳”学说。,四、环腺苷酸介导的跨膜信号转导,1以cAMP为第二信使的信号分子Gs与活化腺苷酸环化酶的受

26、体偶联，对AC有激活作用。促进cAMP的产生。兴奋性的受体(Rs)Gi与抑制腺苷酸环化酶的受体偶联，对AC有抑制作用。抑制cAMP的产生。抑制性的受体(Ri)通过Gs作用的激素：下丘脑激素、垂体促激素、抗利尿激素、甲旁腺素、绒毛膜促性腺激素、胰高血糖素等及儿茶酚胺的受体（典型配体为异丙基肾上腺素）。通过细胞膜上相应的受体，将信号传至G蛋白，经Gs激活腺苷酸环化酶（AC），引起cAMP合成增多。因此，cAMP是这类激素的第二信使。通过Gi作用：AC负调控，如生长抑素（somatostatin）受体和儿茶酚胺2受体（配体为去甲肾上腺素），通过Gi蛋白抑制AC的活性，使cAMP的浓度下调。不同组织的

27、前列腺素E1的受体因偶联不同的G蛋白Gs或Gi，故对cAMP的生成有不同的作用。,cAMP结合PKA的调节亚基，使调节亚基与催化亚基解聚而活化PKA的催化亚基。后者可通过一系列蛋白激酶引起磷酸化级联反应，最后激活或抑制一些代谢过程的关键酶。这种级联反应，可使信号分子的作用逐级放大，使胞外信号分子极微量的变化就可以引起明显的生物效应。cAMP激活PKA后，除了可以使一些代谢相关的酶发生磷酸化以调节代谢外，活化的PKA催化亚基也可以进入核内，磷酸化一些转录因子，直接调节转录因子的活性，从而产生cAMP诱导的基因表达。,五、磷脂酶C-甘油二酯-蛋白激酶C介导的跨膜信号转导,磷脂酰肌醇专一性磷脂酶C（

28、PI-PLC）：底物是磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PI-4,5-P2）激活作用方式：（1）通过G蛋白的作用：如肾上腺能1受体激动剂和铃蟾肽（蛙皮素）、凝血酶等（2）通过酪氨酸磷酸激酶（TPK）的作用：如表皮生长因子（EGF）和血小板源生长因子（PDGF），或非受体型TPK，如细胞因子（IL-6）。（3）不同途径：不同组织的受体时会引起不同的信号转导方式，如抗利尿激素（加压素，vesopressin）作用于肾脏时，主要通过cAMP通路，而作用于肝脏时则主要通过PI-PLC通路。p 86 表4-3总结了一些重要的激活PI-PLC的胞外信号分子和受体。,3甘油二酯的生成和作用机制：磷脂酰肌醇专一性磷

29、脂酶C（PI-PLC）激活后，催化PI-4,5-P2水解生成甘油二酯（DG）和三磷酸肌醇（IP3）DG、IP3两个都是信使分子。DG是脂溶性的，生成后仍停留在膜上，DG是常规型和新型PKC的特异性激活剂，主要与PKC调节结构域中的富含Cys的模体-2（CCR2）结合，引起PKC变构，使假底物模体在空间上脱离被其阻断的催化中心而引起酶的激活。DG激活PKC的过程通常还需要Ca2+及磷脂酰丝氨酸等其他物质。来自PI-4,5-P2和来自磷脂酰胆碱（PC）的DG都能激活PKC。使PKC迅速的激活，从而引发早期的细胞反应，如激素和神经递质的释放以及酶的分泌等。,4蛋白激酶C的底物蛋白蛋白激酶C（PKC）

30、的生物效应是通过对众多底物蛋白的磷酸化来实现的，PKC作用对象包括以下六种成分：（1）收缩蛋白和细胞骨架蛋白，如肌球蛋白轻链，肌钙蛋白，钙桥蛋白，微管相关蛋白等。（2）酶分子，如糖原磷酸化酶激酶，糖原合成酶，甲羟戊二酰CoA还原酶，酪氨酸羟化酶，鸟苷酸环化酶，肌球蛋白轻链激酶等。（3）膜蛋白，如Ca2+-ATP酶，Na/K-ATP酶，NaH交换系统和GTP酶激活蛋白（GAP）等，后一作用可使Ras处于激活状态。,（4）膜受体，如表面生长因子（EGF）受体，胰岛素受体，生长素介质C受体，白介素-2（IL-2）受体，肾上腺能受体等，通过这些受体调节区的磷酸化，对受体实现反馈调节。如EGF和胰岛素受

31、体C端的Ser或Thr被磷酸化后，可抑制受体的TPK活性和对EGF的亲和力。（5）信号转导蛋白，如Raf的Ser499位可受PKC磷酸化而激活，使PKC通路和生长因子通道（Raf-MEK-ERK）实行串话（cross talking）。（6）转录因子，PKC可从胞液转至胞核，使癌基因编码的转录因子发生磷酸化，如使Fos和一种丝氨酸蛋白磷酸酶磷酸化，影响基因转录。PKC还可使血清反应因子（SRF）磷酸化而使SRF结合于c-fos基因调节区的DNA序列（血清反应元件SRE），从而促进fos基因的转录和合成，使细胞内的Fos蛋白增加。PKC还可使穿梭蛋白（shutter protein）样的转录因子

32、转至细胞核，发挥转录因子的作用，调节基因转录。,六、磷脂酰肌醇专一性磷脂酶C-三磷酸肌醇-Ca2+介导的跨膜信号转导,磷脂酰肌醇专一性磷脂酶C（PI-PLC）：水解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PI-4,5-P2）底物，产生，三磷酸肌醇（IP3）IP3可动员细胞内钙库释放Ca2+，再通过Ca2+或Ca2+-钙调节蛋白（CaM）复合物转导信号。IP3对细胞内钙库的作用，IP3被内质网或肌质网膜表面的IP3受体专一性的识别，IP3本身有Ca2+通道的功能，因而开放Ca2+通道，使储存在内质网内的Ca2+释放入胞液中，使胞液中Ca2+浓度升高。IP3代谢主要有两方面途径：一是在5-磷酸酶作用下水解生成

33、I-1,4-P2而失活；另一途径是在某种磷酸肌醇3-激酶作用下，进一步磷酸化，生成I-1,3,4,5-P4。I-1,3,4,5-P4也有第二信使功能，它可以促进Ca2+从胞外进入到胞内。最后，I-1,3,4,5-P4可以进一步水解成I-1,3,4-P3，这种肌醇三磷酸与I-1,4,5-P3不同，是一种失活形式，用以重新合成PI-4,5-P2。,6、Ca2+的信使作用：Ca2+升高可以激活Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaM-PK），促进一系列酶磷酸化活化酪氨酸羟化酶、色氨酸羟化酶加速儿茶酚胺、5-羟色胺等神经递质的合成CaM-PK使平滑肌的肌球蛋白轻链磷酸化后，还可引起平滑肌收缩或张力增加

34、。磷酸化细胞的微丝蛋白、微管蛋白等可调节细胞的形态和运动。Ca2+的升高还可进一步激活磷脂酶C，促进IP3产生，构成正反馈调节 Ca2+离子浓度过高又能抑制IP3介导的胞内钙释放，以防Ca2+过高造成细胞损伤。,七、受体酪氨酸蛋白激酶介导的跨膜信号转导,通过受体酪氨酸蛋白激酶（R-TPK）介导的信号分子主要是包括某些生长因子在内的细胞因子，胰岛素因具有类似生长因子的作用，并且受体十分类似生长因子受体。故属于生长因子受体家族。,（1）Grb2-Sos衔接蛋白-Ras通路：鸟苷酸释放蛋白（GNRP）的作用，活化的机制可能与Ras效应结构域中的Tyr35与GTP的磷酸结合后发生构象变化有关。Ras的

35、GTP酶激活蛋白（GAP）也含有SH2结构，可以和活化受体直接结合，并成为其TPK的底物，通过酪氨酸酶的磷酸化，改变GAP的活性，从而调节Ras的活性。Raf-MEK-ERK级联系统：小G蛋白系统：PI-3K系统：（2）P1-PLC通路：PI-PLC有两个SH2结构域，也可和R-TPK的某一磷酸Tyr位点结合，R-TPK使PI-PLC的Tyr783，771和I 254磷酸化，从而激活P1-PLC，后者使PI-4,5-P2水解生成DG，转而激活PKC，使生长因子的信号转入PKC通路。,（3）Pl-3K系统：Pl-3K系统除通过Ras激活，也存在不依赖Ras的激活通路，因1类PI-3K的p85蛋白

36、调节亚基的C端带有SH2结构域，可直接和自身磷酸化的R-TPK的磷酸酪氨酸位点结合，其Tyr可被R-TPK磷酸化而激活，也同样可启动PI-3K-PKB通路。（4）非受体型TPK通路：某些非受体型TPK如Src也可通过其SH2域与活化的受体TPK结合，它的Tyr被磷酸化的活性形式同样可激活PI-PLC，使信号转入PKC通路，也可激活Raf-1，使信号越过Ras而进入Raf-MEK-ERK系统。,八、鞘磷脂-神经酰胺介导的跨膜信号转导,神经酰胺的产生有两种途径：（1）神经酰胺合酶（ceramide synthase）途径：由丝氨酸和棕榈酰CoA先缩合成3酮二氢鞘氨醇，再还原后与脂酰CoA作用、生成

37、神经酰胺，诱导的细胞凋亡。（2）神经鞘磷脂酶途径：神经鞘磷脂酶（sphingomylinase，SMase）作用产生神经酰胺和磷酸胆碱。NSMase主要活化ERK信号流，导致炎症反应等；ASMase则激活SAPKJNK信号流，导致细胞凋亡等,第九节：细胞信号转导通路间的串话,一、概念：信号转导的“串话”(cross talking)。细胞信号转导实际上是一个网络，各条转导通路并不是独立存在而互不相关，而是相互联络，尤似一个交通网。一条通路的激活可以启动或活化另一通路，也可以抑制另一通路，这就是所谓这对各条信号通路间的的“串话”(cross talking)。这对各条信号通路间的平衡和细胞的正常

38、活动具有十分重要的意义。,1三条MAPK信号流之间的串话：,激动素,上游激动素,MEKK,三条途径的主要功能：1、Raf-MEK-ERK通路：细胞增殖等过程2、MEKK-JNKK-JNK通路：环境应激刺激和炎症3、ASK-1-MKK-p38通路：胞外渗透压变化以及细胞凋亡等“串话”情况：有些外界信号分子同时可激活两条通路脂多糖：可同时激活JNK和p38通路。ASK：除了作用MKK外，也可以激活JNKK。JNKK：除了作用JNK外，也可能激活p38MEKK：除了作用JNKK外，也可激活MEKRas：主要激活Raf-MEK-ERK通路，也可以通过活化Rac，再通过p21相关激酶（PAK）激活JNK

39、、p38系统,2.Grb2Sos-Ras-MAPK途径和PI-3K-PKB途径的串话,PDGF（血小板源生长因之）、IGF（胰岛素生长因子）可同时通过受体TPK活化Grb2Sos-Ras通路和PI-3K-PKB通路PI-3K的产物PI-3,4,5-P3和PI-3,4-P2可激活PKC和，后者也可引发MAPK通路的活化。,3受体TPK通路和PKC之间的串话,受体TPK活化后可以直接激活PI-PLC，也可先激活PI-3K，再通过此酶产物PI-3,4,5-P3激活PI-PLC，后者生成的DG通过激活PKC，转而激活Raf，启动Raf-MEK-ERK通路(图416）,4G蛋白通路和受体TPK通路间的串

40、话,G蛋白通路和受体TPK通路：支路：G蛋白-腺苷酸环化酶-cAMP通路G蛋白-磷脂酶C-DG通路受体TPK-磷脂酶C-DG通路受体TPK-Ras和PI-3K通路,串话情况：G蛋白亚基或亚基激活PI-PLC，后者催化PI-4,5-P2水解生成的DG激活PKC、Raf-1。G蛋白亚基激活Shc蛋白再通过Grb2Sos进入ERK通路G蛋白亚基激活腺苷酸环化酶，使cAMP升高后活化PKA，负调节Raf-1，cAMP通过Raf-l Ser621的磷酸化而抑制Raf-1，阻止Ras-GTP对Raf-1的激活PKA也可使受体TPK C端调节区中的SerThr残基磷酸化从而抑制受体TPK的活力,5cAMP-

41、PKA通路和PI-PLC-DG-PKC通路间的串话,PI-PLC 产物IP3,细胞内Ca2+浓度升高,Ca2+-CaM激活,cAMP水平上升,激活PKA通路,过量Ca2+,PKA与PKC的拮抗对基因调节水平的效应：cAMP反应元件（CRE）结合蛋白（CREB）受PKA的催化亚基磷酸化而激活，受PKC的磷酸化而抑制。活化的CREB就能和受PKC正调节的AP-l竞争TRE位点，对细胞水平调控。CREB可取代Fos和Jun形成异二聚体，阻断AP-1的形成。,思考题,1、阐明蛋白激酶A的结构与功能。2、蛋白激酶B的激活机理与在信号传导中的作用？3、CaM-PK的结构特点与激活过程？4、阐明丝裂原激活蛋白激酶3个家族的成员与在信号流中的作用？5、阐明环腺苷酸介导的跨膜信号转导的机理？6、阐明受体酪氨酸蛋白激酶介导的跨膜信号转导的机理？7、说明受体的作用特点？8、细胞信号转导通路间有哪些串话途径？,