9-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,*,单细胞生物感受周围环境迅速作出反应,？,人离开社会寸步难行,细胞社会 物质代谢,能量代谢,信号转导,行为协调,高度精确、,高效,第一节 概述,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 其他细胞表面受体介导的信号通路,第六节 信号的整合与控制(自学),第九章 细胞信号转导,In actual fact,signaling pathways in the cell are much more complex.,第一节 概述,一、细胞通讯,二、信号分子,三、受体与信号接受,四、第二信使与分子开关,基本特点：,人类通讯声音、图像信号电信号声音、图像信号,信号发射细胞,信号分子,信号接受细胞应答,识别,第一节 概述,一、细胞通讯,定义,是指一个细胞发出的信息通过,介质传递,到另一个细胞并与靶细胞相应,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生化变化，最终表现为细胞整体的,生物学效应,的过程。,细胞间通讯对于多细胞生物细胞间功能的协调、控制细胞生长和分裂、组织发生与形态建成是必需的。,细胞通讯主要有三种方式：,1.,直接联系型,（胞间连丝、间隙连接）,2.,直接接触型,细胞质膜表面 受体配体互作产生,如：精卵识别、病原微生物对寄主识别、血小板凝集,3.间接联系型,分泌化学信号,、不依赖细胞接触、普遍采用,细胞间隙连接,膜表面分子接触通讯,不同的细胞间通讯方式,autocrine,内分泌,旁分泌,自分泌,化学突触,接触依赖性通讯,二、信号分子,与细胞受体结合并传递信息，相当于“钥匙”开启应答的“门”。,特点：特异性,高效性（信号级联放大系统）,时效各异（脂溶性较长以年计，水溶性较短）,多种疾病会使用激素治疗，需要服用较长时间激素，一般激素停用后,半年至一年可以慢慢恢复,。,二、信号分子,与细胞受体结合并传递信息，相当于“钥匙”开启应答的“门”。,（一）化学信号（最广泛）：,P158表8-1,1.激素,内分泌细胞腺体）合成，一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素。全身性，速度快几分钟，血液循环至靶细胞。,蛋白与肽类：,与质膜受体结合信号转换为第二信使或激活酶细胞应答。,类固醇,：不溶于水，与血液中蛋白质（血清蛋白）结合运送至靶细胞，穿过质膜与胞内受体结合调节基因表达。,氨基酸衍生物：,甲状腺素穿膜胞内受体,肾上腺素质膜受体,2.局部介质,不同类型细胞合成，作用于周围细胞。通讯距离几毫米，亲水性。,蛋白与肽类,氨基酸衍生物,脂肪酸衍生物,前列腺素（主要是花生四烯酸合成）,NO：,神经细胞,调节神经细胞活性,血管内皮细胞,引起平滑肌松弛,是迄今发现的第一个气体信号分子，能进入细胞直接激活效应酶，参与众多生理病理过程，“,明星分子”,。,生长因子,8,9,10,淋巴因子,3.神经递质,神经末梢释放，仅在神经元突触前膜、后膜间扩散，作用速度快，维持时间短，部位精确。,如：乙酰胆碱，-氨基丁酸,4.接触依赖性信号,跨膜蛋白,(二)物理信号,：,声、光、电和温度变化等。,三.,受体与信号接受,1.定义,是一种能够,识别,和,选择性结合,某种信号分子并,引起,细胞功能,变化,的生物大分子。,多为糖蛋白，少数是糖脂、糖蛋白和糖脂复合物。,所有受体均含2个功能域：,结合配体的功能域：具有结合特异性。,产生效应的功能域：具有效应特异性。,受体结合特异性配体后被激活，通过信号转导途径将信号转换为胞内化学或物理信号，引发3种细胞反应：,作用于细胞内预存酶活性或功能的改变，进而影响细胞功能和代谢；,作用于基因调控蛋白，常激活或抑制基因表达；,作用于细胞骨架，引起形状改变或运动。,2.,类型,细胞内受体：,位于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的,脂溶性,信号分子，如甾类激素等。结构有极大同源性，作用机制也很类似。,细胞表面受体：,主要识别和结合,亲水性信号分子,，如神经递质等，根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属三大家族：,离子通道耦联受体,（可兴奋细胞，神经、肌肉）,G蛋白耦联受体,（大多数细胞）,酶连受体,（大多数细胞）,三种类型的细胞表面受体,无活性催化结构域,活化的催化结构域,离子通道耦联受体,配体门通道,G蛋白耦联受体,受体二聚化,酶连受体,3.特点,特异性,饱和性,高度亲和性,可逆性（非共价键，快速解除）,受体与信号分子作用的复杂性,每个细胞都有一套独特的、多种类型的受体，与周围上百种不同信号分子作出选择性反应。,相同信号不同细胞不同受体 不同效应,不同细胞相同受体,心肌收缩频率降低,骨骼肌收缩,唾液腺细胞分泌,乙酰胆碱,胰高血糖素,脂酶,肾上腺素,肌钙蛋白,不同信号,同一细胞不同受体,相同效应,如胰高血糖素和肾上腺素都能促进肝糖原降解而,血糖升高,。,不同信号分子间的不同组合,不同综合反应,存活,分裂,分化,死亡,4.钝化途径,受体没收,受体下行调节,受体失活,信号蛋白失活,产生抑制蛋白,Figure 2 A model of a hypothetical signalling pathway such as the one that operates in yeast.(a)The intracellular signalling molecules(green)and target proteins(blue)are present,but the signalling pathway is not activated.(b)An extracellular signalling molecule has bound to a receptor(usually spanning the plasma membrane)and activated a series of intracellular signalling molecules,which activate target molecules and effect changes in metabolism,the cytoskeleton and gene expression,etc.,within the cell.,四.第二信使与分子开关,除受体本身作为离子通道而起效应器作用外，都需要第二信使,20世纪70年代，Sutherland等提出激素作用的,第二信使学说,胞外物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，导致产生胞内第二信使，从而激发一系列,生化反应，最后产生,一定的生理效应，,第二信使的降解,使其信号作用终止。,1971年诺贝尔医学和生理学奖,Sutherland,第一信使,水溶性信号分子（如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递。,第二信使,是指在胞内产生的小分子，其浓度变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。如cAMP、cGMP、二酰甘油（DAG）、1,4,5-肌醇三磷酸（IP,3,）等。,注意Ca,2+,曾被作为第二信使，现一般认为是磷脂酰肌醇信号通路的“第三信使”。,第二信使,第二信使,分子开关,在细胞信号传递中控制反应的激活和失活状态。,GTPase开关蛋白,三聚体G蛋白,单体G蛋白，如Ras和类Ras蛋白,蛋白激酶（磷酸化与去磷酸化）,分子开关（精确正负调控）,结合GTP时呈活化的“开启”状态，结合GDP时呈失活“关闭”状态。开关蛋白通过开启和关闭控制下游靶蛋白的活性。,1994，Gilman和Rodbell因发现G蛋白及其在细胞信号转导中的作用而获,诺贝尔,医学与生理学奖。,RGS,GDI,GTP酶,GTP酶,GTPase开关蛋白,鸟苷酸交换因子,（GEF）,介导开关蛋白由失活态活化态。,GTPase促进蛋白（,GAP,）和G蛋白信号调节子（,RGS,）促进GTP水解；鸟苷酸解离抑制物（,GDI,）抑制GTP水解。,开,信号传出,关,蛋白激酶,使靶蛋白磷酸化，由,蛋白磷酸酶,使靶蛋白去磷酸化，从而调节靶蛋白活性。,1992，Krebs和Fischer因发现磷酸化和去磷酸化作为一种生物学调节机制而获,诺贝尔,医学和生理学奖。,磷酸化改变蛋白质电荷并改变构象，,改变蛋白与配体的结合，,导致蛋白活性的增加或降低；,蛋白激酶磷/蛋白磷酸酶调节,可逐级磷酸化使信号逐级放大，引起细胞反应,两种开关机制,靶蛋白,靶蛋白,蛋白激酶,五、信号转导系统及其特性,（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白,转承蛋白,：负责将信息传给信号链的下一组分；,信使蛋白,：携带信号从一部分传递到另一部分；,接头蛋白,：连接信号蛋白；,放大和转导蛋白,：介导产生信号级联反应；由酶或离子通道蛋白组成；,传感蛋白,：负责信号不同形式的转换；,分歧蛋白,：将信号从一条途径传播到另外途径；,整合蛋白,：整合从2条或多条信号途径接受来的信号；,潜在基因调控蛋白,：在细胞表面被活化受体激活，然后迁移到细胞核刺激基因转录。,负责信号传递的蛋白质,（二）细胞内信号蛋白的相互作用,靠蛋白质模式结合域所特异性介导,靠信号蛋白具有的不同模式,结合域,与另一种相匹配的,基序,识别与结合，在细胞内组装成不同的,信号转导复合物,，构成细胞内信号传递通路的结构基础。,第二节 细胞内受体介导的信号转导一、核受体,（直接与DNA结合）,细胞内受体的本质是激素激活的,基因调控蛋白,，含,有3个功能结构域：,激素结合位点（C端）,:结合激素,DNA或抑制性蛋白（Hsp90）结合位点(中部),富半胱氨酸（Cys）具两个锌指结构,与DNA基因特殊调节区（,激素反应原件HRE,）结合,转录激活结构域（N端）,类固醇激素、视黄酸、维生素D和甲状腺素的受体在细胞核内。,其介导的信号通路：,信号分子跨膜进入胞内，,过核孔与特异性核受体,结合形成激素-受体复合物，,并改变构象，与,激素反应,元件,结合，影响基因转录。,激素反应元件,类固醇激素长期效应，诱导的基因活化2阶段：,初级反应,：直接激活少数特殊基因的转录，反应迅速；,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,。,DNA,DNA,二、NO信号转导（直接与酶结合）,1986，Furchgott等因证实NO作为气体信号分子引起血管平滑肌舒张而获1998年,诺贝尔,医学与生理学奖。NO特点：,不稳定易被氧化，半寿期2-30s，氧化后NO,3,-,、,NO,2,-,；,具脂溶性可快速扩散透膜；,无专门储存及释放调节机制，量与合成有关。,内皮细胞,G蛋白耦联受体,磷脂酶C,1,4,5-肌醇三磷酸,钙调蛋白,具有鸟苷酸环化酶活性,抑制肌动-肌球蛋白复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。血管扩张、血液畅通。,血管内腔,乙酰胆碱,精氨酸,硝酸甘油治疗心绞痛，体内是NO起作用,其他细胞中蛋白磷酸化。其他生物学效应（大脑学习记忆生理过程）,第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导,最大一类细胞表面受体、最重要。,进化地位相当原始 酵母人类。,广义G蛋白,能与GTP结合的蛋白,，有些与细胞信号转导无直接联系。,一般指异三聚体GTP结合调节蛋白，质膜内侧，G,a、,G,b,、G,3个亚基组成。,小G蛋白，单体分子量小。,一、G蛋白耦联受体的结构与激活,G蛋白耦联受体,是指配体-受体复合物与靶蛋白（效应酶或通道蛋白）的作用要通过,G蛋白耦联,，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为,。,G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白的简称。,G,a,：分子开关，GTP酶，人类27种，差别最大，分类依据。,G,、G,以异二聚体存在，稳定,G,a,，6种,G,13种,G,。,分别通过共价键锚定于膜上。,（一）G蛋白,（胞质侧、外周蛋白）,胞外信号（配体）结合所诱导的G蛋白循环,关闭,胞内结构域与Ga偶联,GEF,活化的G蛋白亚基,三聚体解离，开启,（二）G蛋白耦联受体,在膜上都有相同的取向，含有,7次跨膜的,a,螺旋区,（H1-H7），4个细胞外肽段（E1-E4），4个细胞内肽段（C1-C4），E4环结合胞外信号（配体），C3结构域和有些受体的C2环，是与G蛋白相互作用的位点。,结合胞外信号,G蛋白作用位点,哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器,P232表8-2,多样,二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路,G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：,（一）以cAMP为第二信使的信号通路；,（二）以肌醇-1,4,5-三磷酸（IP,3,）和二酰甘油（DAG）作为双信使的磷脂酰肌醇信号通路,；,（三）G蛋白耦联离子通道的信号通路。,（一）以cAMP为第二信使的信号通路,G,a,亚基的首要效应酶是,腺苷酸环化酶,调节靶细胞内第二信使,cAMP,水平,是,真核细胞应答激素反应的主要机制之一。,1.组成,激活型激素受体（Rs）、抑制型激素受体（Ri）,激活型调节蛋白（Gs）、抑制型调节蛋白（Gi）,腺苷酸环化酶,PDE终止信号,蛋白激酶A,腺苷酸环化酶受不同的受体-配体复合物的激活和抑制。以脂肪细胞为例：,激活性激素：,肾上腺素、胰高血糖素和促肾上腺皮质激素,抑制性激素：,前列腺素PGE1和腺苷,Rs,Ri,腺苷酸环化酶：,12次跨膜蛋白,2组整合结构域,ES,PS,2组催化结构域,毛喉素,Mg,2+,/Mn,2+,5-AMP,环腺苷磷酸二酯酶（PDE）,腺苷酸环化酶：,多细胞动物各种以cAMP为第二信使的信号通路，主要是通过cAMP激活的蛋白激酶A（PKA）所介导。,2个调节亚基（R）,2个催化亚基（C）,cAMP与R以,协同方式,结合,C,R,R,C,固定基序丝氨酸、苏氨酸残基磷酸化,环腺苷磷酸二酯酶（PDE）降解cAMP生成5-AMP，终止信号。,不同细胞的应答反应可能只依赖于不同细胞表达的,特殊PKA异构体,和,PKA底物,，从而产生,不同的效应,。,例如：肾上腺素对细胞的效应经cAMP和PKA所介导.,肝细胞和肌细胞,：,表达与糖原合成和降解相关的酶；,脂肪细胞,：,激活磷脂酶，使甘油三酯水解成脂肪酸和甘油；,某些垂体激素对细胞的效应也经cAMP和PKA所介导：,卵巢细胞,：促进2种类固醇激素的合成。,细胞快速应答胞外信号的过程：,ATP,CAMP,腺苷酸环化酶,细胞缓慢应答胞外信号过程：,激素,G蛋白耦联受体,G蛋白,腺苷酸环化酶,cAMP,cAMP依赖的蛋白激酶A,（PKA）,基因调控蛋白,基因转录,2.Gs调节模型,当细胞没有受到激素刺激，,Gs,处于,非活化,态，亚基与GDP结合；,当,激素,配体,与Rs结合,后，导致Rs构象改变，暴露出Gs结合位点；,使激素-Rs复合物与Gs结合，Gs的,a,亚基构象改变，排斥GDP结合GTP，,Gs被活化,，解离a亚基和,、,亚基，a亚基与腺苷酸环化酶结合位点暴露；,Gs a亚基与,腺苷酸环化酶,结合，使之活化，将ATP转化为,cAMP,维持十余秒；,GTP水解，Gs的a亚基恢复原构象，与腺苷酸环化酶解离活化作用,终止,，a亚基和,、,亚基 复合体重新结合。,注意：活化,、,亚基 复合物也可直接激活胞内效应酶,ADP核糖基化霍乱毒素,Na,和H,2,O持续外流,百日咳毒素,ADP核糖基化,减少液体、电解质和黏液分泌,小肠上皮细胞中cAMP水平增加,气管上皮细胞中cAMP水平增加,细菌毒素对G蛋白的修饰作用,霍乱杆菌,霍乱毒素,NAD,+,+Gsa Gsa-GTP永久结合cAMP 100倍,入肠腔Na,+,、H,2,O流失,导致剧烈腹泻,3.Gi调节模型,过程与Gs基本相同，但作用相反,Gi-GTP a亚基和,、,亚基解离后,a亚基与腺苷酸环化酶结合直接,抑制酶活,、,亚基复合物与游离Gs的a亚基结合阻断Gs a的活化。,细菌毒素对G蛋白的修饰作用,百日咳博德特氏菌,百日咳毒素,Gi a亚基ADP-核糖基化,Gi a-GDP不能释放、失活,气管上皮细胞中cAMP水平增加,减少液体、电解质和黏液分泌 百日咳,ADP核糖基化,霍乱毒素,Na,和H,2,O持续外流,百日咳毒素,ADP核糖基化,减少液体、电解质和黏液分泌,小肠上皮细胞中cAMP水平增加,气管上皮细胞中cAMP水平增加,具有ADP-核糖转移酶活性，催化,Gia,亚基ADP-核糖基化；,三、磷脂酰肌醇双信使信号通路,1.基本模型,首要效应酶,磷脂酶C,(质膜上)。,双信使IP,3,和DAG的合成来自膜结合的磷脂酰肌醇（PI）。,磷脂酶C,细胞,磷脂酰肌醇,代谢途径,肌醇三磷酸,二酰甘油,磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸,磷脂酰肌醇信号通路,“双信使通路胞外信号分子（激素）与,Go或Gq蛋白耦联的受体,结合，激活磷脂酶C（PLC），致使磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP,2,）水解。,IP,3,开启IP,3,门控Ca,2+,通道，引发储存在内质网中的Ca,2+,转移到细胞质基质中。,蛋白质磷酸化；,促进Na,+,/H,+,交换，胞内pH,Ca,2+,PKC转位到质膜内表面，被DAG活化,胞质中,质膜上（2个疏水尾）,Ca,2+,信号系统调节生理,互作 精细调节网络,P238 图 8-19,2.IP,3,/Ca,2+,信号通路,IP,3,IP,3,水溶性小分子，胞质中快速,扩散,打开ER膜上,IP,3,门控Ca,2+,通道,（几乎所有真核细胞）,胞质中Ca,2+,瞬间提高（注意只是瞬间，其他Ca,2+,泵会立即,将Ca,2+,泵出）,开始基质中Ca,2+,低受体对IP,3,亲和性,Ca,2+,亲和性,细胞质基质中Ca,2+,快速震荡,Ca,2+,生物效应,使细胞质基质中,PKC转位,到质膜内表面；,直接激活,或,抑制,各种靶酶和运输系统，改变膜的离子通透性，诱导膜融合或改变细胞骨架的结构与功能；,与CAM结合,形成复合体活化多种受钙调蛋白调节的酶.,双重调节作用,细胞质基质中Ca,2+,浓度是严格受控的：,内质网膜上Ca,2+,通道:IP,3,-门控Ca,2+,通道，ryanodine受体通道；,质膜和内质网膜上：Ca,2+,泵Ca,2+,Ca,2+,水平快速振荡,兰尼碱,钙调蛋白（CaM）,是真核细胞中普遍存在的Ca,2+,应答蛋白，种类极多，分布最广，功能最多，研究最深入。,含,4,个结构域，每个结构域结合一个Ca,2+,。,CaM本身无活性。,CaM与Ca,2+,结合后活化靶酶的过程：,CaM与Ca,2+,结合形成,活化态的Ca,2+,-CaM复合体,；,复合体与靶酶（重要靶酶,钙调蛋白激酶,）结合将其活化,。,该过程是受Ca,2+,浓度控制的可逆反应。,钙调蛋白激酶,：启动胚胎发育、兴奋肌细胞收缩、刺激内分泌细胞和神经元的分泌，还与记忆相关。,活化的Ca,2+,-CaM复合体,受钙调蛋白调节的酶：,酶,细胞功能,酶,细胞功能,腺苷酸环化酶,合成cAMP,磷酸化酶,糖原降解,鸟苷酸环化酶,合成cGMP,肌球蛋白轻链激酶,平滑肌收缩运动,钙依赖性磷酸二酯酶,水解cAMP和cGMP,钙调蛋白激酶,神经递质分泌和再合成，分子记忆,Ca,2+,-ATP酶,Ca,2+,泵,钙依赖性蛋白磷酸酶,各种蛋白的去磷酸化,NAD激酶,合成NADP,转谷氨酰胺酶,蛋白质交联,PKC十几亚类，一条肽链组成，包含2个功能区：,C端亲水的催化活性中心,N端疏水的膜结合区,3.DAG/PKC信号通路,PKC是Ca,2+,和磷脂酰丝氨酸依赖性酶，具有广泛的作用底物，,参与众多生理过程,。,Ca,2+,非活性PKC从细胞质基质中,转位,到质膜内表面被,DAG磷酸化激活,（丝氨酸、苏氨酸残基）,PKC的活化参与,短期,、,长期,生理效应。,信号消失DGA解离、PKC钝化,细胞分泌、肌肉收缩,细胞增殖、分化,PKC的活化可,增强特殊基因的转录,，2条途径：,PKC激活一系列蛋白激酶的级联反应，,磷酸化激活,基因调控蛋白，增强特殊基因的转录；,PKC,磷酸化抑制蛋白,的，释放基因调控蛋白，进入细胞核，激活特殊基因的转录。,基因调控蛋白Elk-1,血清应答因子SRF,血清应答元件SRE,No transcription of gene 1 and 2,Activated transcription of gene 1 and 2,有丝分裂原活化蛋白激酶,IP,3,信号的终止途径：,连续去磷酸化IP,2,、IP、肌醇（PI）,连续磷酸化 IP,4,、IP,5、,IP,6,（4、5也可能参与细胞信号转导）,4.PI代谢信号分子的产生与灭活,DAG信号的终止途径：,被,DAG激酶,磷酸化为磷脂酸；,（+PIPI 重新利用）,被,DAG酯酶,水解成单酯酰甘油和脂肪酸。,结构类似物东南亚巴豆种子中,佛波醇酯,可代替DAG激活效应酶（PKC）不易降解持续激活状态代谢紊乱,强烈致癌,。,四.G蛋白耦联受体介导离子通道的调控,1.离子通道耦联受体及其信号转导,多亚基组成的,受体,/,离子通道,复合体,可兴奋细胞质膜4次,内质网、细胞器膜6次跨膜蛋白,信号分子为,神经递质,直接调节通道构象进行开关,毫秒,改变质膜离子通透性,乙酰胆碱门控Na,+,和Ca,2+,通道,-氨基丁酸门控Cl,-,通道,化学信号电信号肌肉收缩增加或减少,神经信号传递,在突触处通过递质门离子通道实现,化学信号转换为电信号,：,神经冲动,神经递质小泡分泌,递质门离子通道,突触前膜,突触后膜,动作电位扩布,神经递质,受体是G蛋白耦联受体，效应器蛋白是,Na,+,或K,+,通道,。,神经递质与受体结合引发G蛋白耦联的离子通道开放或关闭，进而导致膜电位改变。,2.G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控,K,+,外流，使膜超极化，降低心肌收缩频率。,心肌细胞质膜,M-型乙酰胆碱受体,人类视网膜 初级感受 视锥细胞光受体 色彩感受,视杆细胞光受体 弱光刺激,视杆细胞外段的扁平膜,视杆细胞视紫红质（Gt蛋白耦联光受体）,3.Gt蛋白耦联的光受体的活化诱发cGMP-门控阳离子通道的关闭,由视蛋白和视黄醛组成，为7次跨膜蛋白，与光吸收色素共价连接超高活性，信号放大！1分子活化500Gt蛋白,含视紫红质的视盘,视杆细胞,视蛋白,视黄醛,视紫红质,光信号激活视蛋白活化Gt,Gt,a,激活cGMP磷酸二酯酶胞内cGMP减少由cGMP控制的,Na,+,离子通道关闭,细胞质内离子浓度下降膜超极化神经递质释放减少视觉反应。,视紫红质,视盘,视黄醛,传导素Gt,黑暗状态cGMP浓度高，离子通道打开,光信号激活视蛋白活化Gt,Gt,a,激活cGMP磷酸二酯酶,视黄醛,传导素（Gt）,第四节 酶连受体介导的信号转导,催化性受体,通常与酶连接的细胞表面受体。都是跨膜蛋白，胞外信号与受体结合即激活受体胞内段酶活性。含5类：,受体酪氨酸激酶；,受体丝氨酸/苏氨酸激酶；,受体酪氨酸磷酸酯酶；,受体鸟苷酸环化酶；,酪氨酸蛋白激酶联系的受体,一、受体酪氨酸激酶（RTK）及RTK-Ras蛋白信号通路,1.RTK 包含50余种，6个亚族,胞外受体（,细胞因子、胰岛素）,跨膜,a,螺旋,胞质结构域（RTK活性的催化位点，使靶蛋白酪氨酸残基磷酸化，控制细胞生长、分化，不调控细胞中间代谢。）,2.RTK激活的普遍机制-,配体结合所诱导的RTKs的二聚化与自磷酸化：,配体与受体结合并引发构象变化，导致,受体二聚化,形成同源或异源二聚体；,二聚体自磷酸化（,活性唇,酪氨酸残基首先磷酸化），激活RTK。,活化的RTKs通过磷酸酪氨酸残基结合多种含,SH2,结构域的结合蛋白或信号蛋白；,接头蛋白：,如生长因子受体结合蛋白2（GRB2），其作用是耦联受体与其它信号分子，参与构成信号转导复合物。本身无酶活性，也不能传递信号。,信号通路中有关的酶：,如GTP酶活化蛋白（GAP），磷脂酰肌醇代谢有关的酶（磷脂酶C,，3-磷脂酰肌醇激酶）。,启动信号传导,结合蛋白的共同特征：,SH2结构域：选择性结合磷酸酪氨酸残基。,SH3结构域：选择性结合富含脯氨酸的基序。,3.信号分子间的识别结构域（接口）,不同信号转导分子中具有一个有很高同源性的结构域，介导分子相互识别和链接，无催化活性。,SH结构域,Src同源结构域，首先在Src一种癌基因编码蛋白中发现。,SH2结构域：100aa，选择性结合磷酸酪氨酸残基。,SH3结构域：50-100aa,选择性结合富含脯氨酸的基序。,PH结构域,与一种血小板内主要PKC底物Psckstrin中一段重复序列具同源性，与膜磷脂类分子PIP,2、,PIP,3、,IP,3,结合转位到膜上。,Ras蛋白,：（Rat sarcoma，大鼠肉瘤）190aa,小单体GTP结合蛋白，弱GTPase活性。开关机制：,GTP酶活化蛋白（GAP）,促进Ras蛋白失活。,4、RTK-Ras信号转导途径,鸟苷酸交换因子（GEF）,激活,开,关,突变细胞Ras组成型活化“锁定开启”,代谢过程的调节矫正,细胞增殖、分化,肿瘤,30%癌与Ras基因突变有关,生长因子受体结合蛋白2,接头蛋白,活化的RTK,GEF,Sos催化非活性的Ras-GDP转换成有活性的Ras-GTP。,上皮生长因子,向胞内传递信号,广泛功能，增殖、分化、代谢调节等。,Ras-MAPK激酶磷酸化级联反应：,MAPKKK,MAPKK,MAPK,MAP：有丝分裂原活化蛋白 MAPKKMEK：MAPK的激酶MAPKKKRaf：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,Ras-MAPK激酶磷酸化级联反应：,配体RTK,接头蛋白,GEF,Ras,Raf（MAPKKK）,MAPKK,MAPK,进入细胞核,转录因子或其他激酶磷酸化修饰,基因表达,细胞增殖、分化,二聚化自我磷酸化 SH2 GRB Sos 分子开关打开,短寿信号事件,长寿信号,1,1 500 250000,62500000000 信号级联放大,活化的PKC和Ras蛋白激活的,MAPK磷酸化级联反应,：,二、细胞表面其他酶连受体,（一）受体丝氨酸/苏氨酸激酶TGF-,b,受体,R和R,：二聚体跨膜蛋白，胞质侧有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性。R：是组成型活化激酶，在无TGF-,b,时可自身磷酸化。R磷酸化R丝氨酸和苏氨酸残基，从而激活R。,R,：最丰富，是细胞,表面蛋白多糖，负责,结合并浓缩TGF-,b。,配体：,转化生长因子超家族,（,TGF-,b1-5，5种成员）,直接磷酸化激活转录因子,对细胞的效应：抑制细胞增殖；刺激胞外基质合成；刺激骨的形成等。,TGF-,b,受体的活化,Smad与受体解离并结合其他Smad，新形成的Smad复合物迁入核内，刺激靶基因转录。,（二）受体酪氨酸磷酸酯酶,受体酪氨酸磷酸酯酶是一次性跨膜蛋白受体。,胞内区：具有蛋白酪氨酸磷酸酯酶的活性；,胞外受体与该配体结合，使特异的胞内信号蛋白的磷酸酪氨酸残基,去磷酸化,。,控制磷酸酪化氨酸残基的寿命，使静止细胞具有较低的磷酸酪氨酸残基水平，持续,逆转RTK效应,。,与酪氨酸激酶协同工作，如参与细胞周期调控。,是一次性跨膜蛋白受体，位于肾和血管平滑肌细胞,胞外段是配体结合域；,胞内段是鸟苷酸环化酶催化结构域。,配体：心房肌细胞分泌的一组肽类激素,心房排钠肽（ANPs）。,信号途径为：血压升高时，心房肌细胞,分泌ANPs,受体鸟苷酸环化酶,cGMP,依赖cGMP的蛋白激酶G（,PKG,）靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化促进肾细胞排水、排钠血管平滑肌松弛,血压下降,。,（三）受体鸟苷酸环化酶,受体本身不具酶活性，但可连接胞内非受体酪氨酸蛋白激酶（如Jak）。这类受体是一大类,异质性混合组分,，包括：,造血系统中调节细胞增殖与分化的,局部介质,（细胞因子白介素、干扰素）的受体，,某些,激素,如生长激素和催乳素的受体，,T淋巴细胞和B淋巴细胞,抗原特异性受体,。,Jak,是胞质酪氨酸蛋白激酶，包括Jak1-3和Tyk2。底物为,信号转导子和转录激活子（STAT）,。,（四）酪氨酸蛋白激酶联系的受体,途径：配体受体二聚化JakSTAT基因表达,干扰素的结合使相邻受体交联二聚化，Jak,交叉磷酸化,对方的酪氨酸残基,活化的Jak使受体上的酪氨酸磷酸化,STAT和受体上特定的磷酸酪氨酸结合后，Jak将它们磷酸化,STAT从受体脱离并通过SH2结构域二聚化,STAT迁移到细胞核与DNA及其他基因调控蛋白结合,类似RTK通路,Jak-STAT信号通路,Ras-MAKP信号通路,1.整联蛋白和黏合斑,黏附受体,功能：受精、胚胎发育、正常组织结构维持、细胞运动、免疫调节等。,钙黏着蛋白,整联蛋白,选择素（原称凝集素）,免疫球蛋白,CD44,三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导（直接接触型）,五大家族,整联蛋白,是细胞表面的,跨膜蛋白,，由,a,和,b,两个亚基组成的,异二聚体,，其胞外段具有多种细胞外基质组分的结合位点，配体包括纤连蛋白、,胶原和蛋白聚糖。作用：,介导细胞与胞外基质,黏附,，起,结构整合,作用；,提供一种,信号途径,，使胞外环境调控细胞内活性。整联蛋白的胞外结构域与胞外配体结合，可产生多种信号，从而影响诸如细胞生长、运动、分化和,存活,等细胞活动。,增加胞质Ca,2+,水平,刺激肌醇第二信使的合成,胞内蛋白酪氨酸残基磷酸化等，,Bent Integrin：Inactivated,Extended Integrin：Activated,成簇的整联蛋白+肌动蛋白纤维（应力丝）+其他蛋白复杂大分子复合体“黏着斑”,胞内应力丝与细胞外基质联系方式,酪氨酸激酶Src和,黏着斑激酶（FAK）,实现信号转导功能。,纤连蛋白受体功能 与细胞骨架相连,2.通过黏着斑由整联蛋白介导的2条信号传导通路：,由细胞表面,细胞核,的信号通路可能是通过细胞表面接触导致细胞增殖的主要途径。,配体,整联蛋白簇集,酪氨酸激酶Src活化,黏着斑激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化,结合接头蛋白GRB2和鸟苷酸交换蛋白Sos,Ras蛋白活化,MAPK级联反应,激活细胞核内涉及细胞生长和增殖相关的基因转录。,踝蛋白,桩蛋白,黏着斑蛋白,微丝,2.细胞表面,胞质核糖体,的信号通路,黏着斑激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化,结合磷脂酰肌醇-3-激酶,PI(3)K,PI(3)K催化产生PI-3,4-二磷酸、PI-3,4,5-三磷酸,激活p70,s6k,磷酸化核糖体小亚基的S6蛋白,优先利用该核糖体，翻译某些特定mRNA,合成细胞从G,1,期运行到S期所需蛋白质。,非黏着细胞通过细胞周期的进程受阻,正常细胞生长、分裂必需细胞表面接触细胞外基质。,不接触而繁殖癌细胞,注意我们只介绍研究较清楚、最主要的几种,远远不是细胞中所有的信号传递方式！,复杂互作 信号网络（整合、控制）专一性调节,In actual fact,signaling pathways in the cell are much more complex.,第五节 信号的整合与控制（自学）,一、细胞对信号的整合,（一）细胞对信号反应表现,发散性,或,收敛性,特征。,信号强度或持续时间不同从而控制反应性质；,How the activated Erk varies in time determines whether the cell proliferates(doubles,under EGF)or differentiates(turns part-way into a neuron,under NGF)as shown in blue.,神经生长因子NGF,上皮生长因子EGF,在不同细胞中，因为有不同转录因子组分，所以即使同样受体而其下游通路也不同；,（一）细胞对信号反应表现,发散性,或,收敛性,特征,整合信息会聚其他信号通路的输入从而修正细胞对信号的反应。,Converge,on Ras,信号的收敛性,（二）蛋白激酶的网络整合信息,细胞信号转导的最重要特征之一是构成复杂的,信号,网络系统,，具有高度非线性特点。,两类受体所介导的信号通路形成的信号网络系统示意图。该系统包括,信号传递途径的收敛、发散和交叉对话,。,（二）蛋白激酶的网络整合信息,通过蛋白激酶的,网络整合信息调控,复杂的细胞行为是,不同信号通路之间,实现“交叉对话”的,一种重要方式。,4条平行的胞内信号通路与它们之间的网络关系。,磷脂酶C是中介,最终都激活蛋白激酶。,二、细胞对信号的控制,信号的解除与终止：以不同机制使受体脱敏，如通过G蛋白耦联受体激酶（GRKs）使受体胞质域特定氨基酸残基磷酸化是G蛋白耦联受体脱敏的重要方式。,或PKA,PKC,CaMK2,靶细胞对信号分子脱敏的5种方式：,受体没收,受体下行调节,受体失活,信号蛋白失活,产生抑制蛋白,二、细胞对信号的控制,The End!,Glycogen breakdown in skeletal muscle,壳聚糖,