第8章--细胞信号转导.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,两位美国科学家理查德阿克塞尔和琳达巴克因发现人类,嗅觉系统,的奥秘而荣获04年的诺贝尔医学奖。他们所进 行的一系列先驱性的研究向我们清楚地阐释了我们的嗅觉系 统是如何运作的。他们发现了一个,大型的基因家族,。这一基因家族由1000种不同的基因组成(占我们基因总数的百分之 三)，这些基因,构成了相当数量的嗅觉受体种类,。这些受体 位于,嗅觉受体细胞之内,，这些细胞在,鼻上皮的上端,，可以探 测到吸入的,气味分子,。,瑞典科学院公布诺贝尔医学奖获得者研究成果-2004,美国科学家理查德-阿克塞尔和琳达-巴克分享殊荣,1,细胞信号转导,第一节 概述-细胞通讯与信号转导系统,第二节 细胞内受体介导的信号转导,第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导,第四节 酶连受体介导的信号转导,第五节 信号的整合与控制,2,细胞通讯,：指一个细胞发出的,信息,通过介质传递到另一个细胞与靶细胞相应的,受体,相互作用，然后通过,细胞信号转导,产生胞内一系列生理变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。,第一节 细胞通讯与信号转导系统,3,细胞通讯引起的反应,酶活性的变化,基因表达的变化,细胞骨架构型,通透性的变化,DNA合成活性的变化,细胞死亡程序的变化等。,6,（一）细胞通讯的方式,细胞通讯的三种方式,通过分泌化学信号进行通讯,通过细胞间接触进行的通讯,间隙连接和胞间连丝,分泌化学信号进行的通讯,7,分泌化学信号进行的通讯-,作用方式,8,分泌化学信号进行的通讯-,作用方式,自分泌：存在于病例条件下（肿瘤细胞增殖）,9,通过质膜上的信号分子同靶细胞质膜上的受体分子的接触。,包括细胞-细胞粘着，细胞-基质粘着，接触依赖性通讯在胚胎发育与分化过程中有重要意义。,通过细胞接触进行通讯,通过间隙连接与胞间连丝进行通讯,通讯连接：间隙连接(动物）和胞间连丝（植物）,（一）细胞通讯的方式,通过细胞接触进行的通讯,10,细胞通讯,：指一个细胞发出的,信息,通过介质传递到另一个细胞与靶细胞相应的,受体,相互作用，然后通过,细胞信号转导,产生胞内一系列生理变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。,细胞通讯:,信号通路（signaling pathway）:,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，这种反应系列称之为细胞信号通路。,11,（二）细胞信号分子,激素,甾类激素和甲状腺素（亲脂性）；肽类激素（亲水性）,局部介质,细胞分泌化学介质(local chemical mediator)到细胞外液中作用于邻近靶细胞表面,受体,，产生,第二信使等,引起细胞应答.,神经递质,(neurotransmitters),神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的信号分子,它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很近很近,为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。神经递质仅作用于相连接的靶细胞。,概念:,在细胞间或细胞内传递信息的化学分子,分类:,12,信号分子的类型,13,（二）受体,（receptor）,概念:,能够识别和选择结合信号分子并能引起一系列生物学效应的生物大分子.,多为糖蛋白,存在部位:,细胞表面（表面受体）,细胞内（细胞内受体）,14,细胞表面,受体与,细胞内受体:,胞外亲水性信号分子所激活,胞外亲脂性信号分子所激活,为基因调控蛋白,15,受体的作用特性:,结合特异性-与信号分子空间结构的互补。,效应特异性：不同靶细胞可能以不同的方式应答于相同的化学信号（受体不同），引发细胞不同反应。,受体交叉(receptor crossover),胰岛素受体除结合胰岛素外,还可以同胰岛素样生长因子结合。,糖皮质(激)素受体除同糖皮质(激)素结合以外,还可同其它甾类激素结合,可逆性,配体与受体的结合是可逆的。,特定的组织定位,受体在体内的分布、种类和数量均随组织的不同而不同。,16,（二）第二信使,17,第二信使的,概念,(second messenger),大多数激素类信号分子不能直接进入细胞，只能通过同膜受体结合后进行信息转换，通常把细胞外的信号称为第一信使，而把,细胞内最早产生的信号物质称为第二信使。,概念：胞内产生的小分子，其浓度变化（增加或减少）应答于胞外信号与细胞表面受体的结合，并在细胞转导中行使功能。,第二信使至少有两个特征:,是第一信息同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现，仅在细胞内部起作用的信息分子；,能启动或调节细胞内稍晚出现的反应。,目前公认的第二信息有cAMP、DG、IP,3,、cGMP和Ca,2+,。,18,信号转导的分子开关,蛋白激酶-靶蛋白,磷酸化,蛋白磷酸酶：靶蛋白去磷酸化,GTPase开关蛋白,鸟苷酸结合蛋白+GTP-开启,鸟苷酸结合蛋白+GDP-关闭,19,二 信号转导系统及其特性,通过细胞表面受体介导,信号途径的特点,信号转换(受体识别；第二信使）,逐级放大（酶的逐级激活等）,终止或降低细胞反应（受体脱敏或受体下调）,细胞内信号蛋白的相互作用：,在信号转导途径中，上游蛋白对下游蛋白活性的改变主要是通过添加或除去,磷酸基团,进行的。,20,细胞内信号蛋白的相互作用,21,信号分子的产生,信号分子,细胞识别（Cell recognition）,受体蛋白,信号转导（Signal transduction）,细胞通讯,：指一个细胞发出的,信息,通过介质传递到另一个细胞与靶细胞相应的,受体,相互作用，然后通过,细胞信号转导,产生胞内一系列生理变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。,22,第二节,细胞内受体介导的信号转导,细胞内受体：本质是依赖,激素,激活的,基因调控蛋白,细胞内受体的基本结构：,含三个结构域,C端结构域:结合激素,中间结构域:DNA结合位点,N端结构域:激活转录,23,胞内受体的结构:,24,类固醇激素诱导的基因活化,初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；,次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用,反应阶段：,25,NO介导的信号转导,NO很容易从制造的细胞中扩散出来并且进入到邻近的细胞。,由于NO的半衰期很短(5-10秒钟)，所以它只能作用于相邻细胞。,NO作用的靶酶是鸟苷环化酶，使GTP转变成cGMP。,cGMP 通过cGMP依赖的蛋白激酶G的活化抑制肌动-肌球蛋白复合物信号通络，导致平滑肌舒张。,26,细胞信号转导,第一节 概述-细胞通讯与信号转导系统,第二节 细胞内受体介导的信号转导,第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导,第四节 酶连受体介导的信号转导,第五节 信号的整合与控制,27,通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递,细胞表面受体主要类型,离子通道偶联受体(ion-channel linked receptor)；,G-蛋白偶联受体(G-protein linked receptor)；,酶联受体(enzyme-linked receptor)。,28,三种类型的表面受体,29,(一),离子通道偶联受体,见于可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种电效应。,受体本身就是形成通道的跨膜蛋白。如乙酰胆碱受体就是离子通道偶联受体。,它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白,除有配体结合部位外,本身就是离子通道的一部分,并籍此将信号传递至细胞内。,四次/六次跨膜蛋白.,30,乙酰胆碱受体:,31,(二),G-蛋白偶联受体,G蛋白偶联受体介导的信号,跨膜传递:,配体与受体结合后,将信号传与下游的靶蛋白时,需要与G蛋白的激活相偶联,进而在胞内产生第二信使.,G蛋白:,三聚体GTP结合调节蛋白.,32,G蛋白偶联受体与信号转导,组成成分？,33,G蛋白偶联受体介导的细胞信号通路,根据引起的级联反应的不同，分为：,cAMP信号通路,磷脂酰肌醇信号通路,34,cAMP信号通路,cAMP信号途径又称PKA系统，是蛋白激酶A系统的简称(protein kinase A system,PKA)；,该系统属G蛋白偶联受体信号转导；,在该系统中,细胞外信号要被转换成第二信使,cAMP,引起细胞反应。,35,cAMP信号通路的组成成分：,信号,受体,(Receptor),7次跨膜的膜整合蛋白。,G-蛋白,将受体接收的信号后，G-蛋白被活化（结合GTP），进而可激活下游的效应物。,效应物（靶蛋白）,腺苷酸环化酶 C,36,在信号传递中，必有正、负两种相辅相成的反馈机制来调控其传递！,激活型,由激活型的信号作用于激活型的受体，经激活型的G蛋白去激活腺苷酸环化酶，从而提高cAMP的浓度引起细胞的反应。,抑制型,通过抑制型的信号分子作用于抑制型的受体，经抑制型的G蛋白去抑制腺苷酸环化酶的活性。,37,激活型、抑制型系统组成,激活型,抑制型,受体,激活型受体,(Rs),抑制型受体,(Ri),G-蛋白,激活型的G-蛋白（Gs）,抑制型G-蛋白(Gi),靶蛋白,腺苷酸环化酶（C）,38,激活型与抑制型受体进行信号传导的效应,s,s,i,i,39,G-蛋白,G蛋白:,三聚体GTP结合调节蛋白.,组成:,一般由三个亚基组成,分别叫、,、两亚基通常紧密结合在一起。,功能,位点,:,亚基具有三个功能,位点：,GTP结合位点;鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点;腺苷酸环化酶结合位点。,40,Gs的偶联受体激活腺苷酸环化酶的模型,41,cAMP信号通路效应,ATP cAMP,Mg,2+,，or Mn,2+,腺苷酸环化酶,激活靶酶,蛋白激酶A,（P,rotein kinase A，PKA）,级联反应,？,？,信号的解除：,环腺苷酸磷酸二酯酶,5-AMP,42,蛋白激酶A的激活,调节亚基,催化亚基,43,蛋白激酶A的作用机理,被激活的蛋白激酶A可以以两种方式起作用:,PK,A 使其靶酶磷酸化：丝氨酸、苏氨酸残基,直接激活特定的转录调控因子（cAMP response element binding protein,or CREB）,.,44,cAMP及其信号放大,45,总结：cAMP信号途径的反应链？,46,磷脂酰肌醇信号通路,G蛋白偶联受体系统的一种。该通路也称IP,3,、DAG、Ca,2+,信号通路,或称为PKC(Protein kinase C)系统。,组成成分：,信号,受体,(Receptor)：,接受的信号分,子有,信号分子有各种激素、神经递质类和一些局部介质,G-蛋白,效应物：,磷脂酶 C（PLC）,47,磷脂酰肌醇信号通路效应,G-蛋白,激活磷酯酶C,(PLC),PIP,2,IP,3,DG,受体,48,磷脂酰肌醇信号通路效应,IP,3,胞内Ca,2+,浓度升高,Ca,2+,结合蛋白(CaM),细胞反应.,DG,激活PKC,蛋白磷酸化.,或促Na,+,/H,+,交换使胞内pH,.,内源,Ca,2+,库,（内质网中的,Ca,2+,）,49,磷脂肌醇信号途径,50,蛋白激酶C的激活 CaM,受CaM调节的酶:,腺苷酸环化酶,鸟苷酸环化酶,钙调蛋白激酶,Ca,2+,-ATP酶,PIP,2,水解释放出的DAG是水不溶的(非极性的)，一直停留在质膜上。,一旦IP,3,动员释放了Ca,2+,DAG在 Ca,2+,和磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)的存在下使PKC结合到质膜上并使之激活。,4个结构域,每个结构域结合一个Ca,2+,51,PKC的激活与基因调控,52,磷脂肌醇信号途径,53,(三),酶联受体(enzyme linked receptor),受体蛋白既是受体又是酶，一旦与配体结合即具有酶活性并将信号放大，又称催化受体,(catalytic receptor),。,这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关。,54,酶联受体,55,酶联受体的种类,酪氨酸激酶偶联受体(tyrosine kinase-linked receptors):,表皮生长因子受体(Epidermal growth factor,EGF);胰岛素受体(insulin receptor),受体鸟苷环化酶(Receptor guanylyl cyclase)；,受体酪氨酸磷酸酶(Receptor of tyrosine phophatase);,受体酪氨酸激酶(Receptor tyrosine kinase)；,受体丝氨酸/苏氨酸激酶(Receptor serine/threonine kinase)。,56,酶联受体的结构,57,酶联受体结构,与配体结合的细胞外结构域；,膜内部分具有有一个具有酶或与酶有关的结构域；,单次跨膜结构域。,58,酪氨酸蛋白激酶的激活,59,Ras蛋白：癌基因产物；190各氨基酸组成的GTP结合蛋白；具有分子开关作用，30癌症ras基因突变,。,接头蛋白（,生长因子受体结合蛋白2，GRB-2,),信号通路中有关的酶（,鸟苷酸释放因子GRF;GTP酶活化蛋白GAP;S,OS,),60,受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路,Ras是原癌基因的表达产物；,通路:,信号(配体)受体(RTK)受体二聚化(Dimer)受体的自磷酸化 激活RTK的激酶活性接头蛋白胞内信号蛋白(Ras)启动信号传导,61,RTK-Ras 蛋白信号传递途径,细胞外信号受体RasRaf(MAPKKK)MAPKKMAPK，转录因子的磷酸化激活靶基因细胞应答和效应。,62,Ras 的信号放大作用,MAPK,MAPKK,MAPKKK,63,(四),由细胞表面整合蛋白介导的信号传递,粘着斑的功能：,一是机械结构功能；,二是信号传递功能,途径：,细胞外基质中的配体与整联蛋白结合,粘着斑装配,信号传至Rho蛋白，活化,胞内一些靶酶的磷酸化,64,3.信号传递网络,信号传递网络特征,转一性,趋同：,不同的生长因子作用于不同的受体，但能整合激活一个共同的效应物，如Ras或MAP激酶；,趋异：,相同配体，如EGF或胰岛素能够转换激活许多不同的效应物，引起细胞的不同反应；,整合,Crosstalking,(窜扰)：,信号转换,逐级放大,通过构像的改变,65,信号的趋同,66,信号的趋异,67,信号的整合,Integration,68,信号途径的窜扰(cross talking),cAMP的信号通路主要是引起细胞代谢变化,特别是糖的代谢。,研究表明，cAMP也抑制一些细胞的生长，包括成纤维细胞和脂肪细胞，机理主要是阻断MAP激酶的级联放大。,cAMP能使PKA磷酸化,而磷酸化的PKA能够抑制Raf的活性，而Raf正好处于MAP激酶级联放大的途径的开始位置，从而抑制了后续的反应。,69,Cross talking,70,Cross talking,71,2000年的诺贝尔奖,72,细胞信号转导,第一节 概述-细胞通讯与信号转导系统,第二节 细胞内受体介导的信号转导,第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导,第四节 酶连受体介导的信号转导,第五节 信号的整合与控制,总结,73,