分子生物学-信号转导.ppt

分子生物学分子生物学郑州大学基础医学院郑州大学基础医学院 邢文英邢文英v 信号转导v 细胞周期调控信号转导signal transduction生物体的生长发育主要受遗传信息及环境变化生物体的生长发育主要受遗传信息及环境变化信息的调节控制。信息的调节控制。单细胞生物与外环境直接交换信息。单细胞生物与外环境直接交换信息。多细胞生物中的单个细胞不仅需要适应环境变多细胞生物中的单个细胞不仅需要适应环境变化，而且还需要细胞与细胞之间在功能上的协化，而且还需要细胞与细胞之间在功能上的协调统一。调统一。他们对环境变化作出的反应要通过复杂的细胞他们对环境变化作出的反应要通过复杂的细胞信号转导系统才能完成。信号转导系统才能完成。信号转导信号转导（signal transduction signal transduction）：细胞通过细胞表面（或胞内）受体接受外界信号，细胞通过细胞表面（或胞内）受体接受外界信号，通过系统级联传递机制，将胞外信号转导为胞内信号，通过系统级联传递机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终引起细最终引起细胞生理反应或诱导特定基因的表达，对环境胞生理反应或诱导特定基因的表达，对环境变化作出应答的过程。变化作出应答的过程。细胞感受、转导及传递内外环境刺激并调节细胞反细胞感受、转导及传递内外环境刺激并调节细胞反应的生物化学分子机制。应的生物化学分子机制。细胞信号转导在应答环境刺激和调节基因细胞信号转导在应答环境刺激和调节基因表达、生理反应的同时，不仅维持着细胞的正常表达、生理反应的同时，不仅维持着细胞的正常代谢，而且最终决定了细胞增殖、生长、分化、代谢，而且最终决定了细胞增殖、生长、分化、衰老和死亡等基本生命现象。衰老和死亡等基本生命现象。年度年度重要发现重要发现诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者19911991年年细胞膜上离子通道细胞膜上离子通道的功能的功能E.NelzerE.Nelzer，B.SokmannB.Sokmann19921992年年蛋白质可逆磷酸化调节机制蛋白质可逆磷酸化调节机制Edmond H.FischerEdmond H.FischerEdwin G.KrebsEdwin G.Krebs19941994年年G G蛋白及其在信号转导中的作用蛋白及其在信号转导中的作用Alfred GilmanAlfred Gilman，Martin Martin RodbellRodbell19981998年年一氧化氮是心血管系统的信号分子一氧化氮是心血管系统的信号分子Robert F.Robert F.FurchgottFurchgott，Louis Louis J.J.IgnarroIgnarro，FeridFerid MuradMurad20002000年年神经系统有关信号转导神经系统有关信号转导ArvidArvid CarlssonCarlsson，Paul Paul GreengardGreengard，Eric R.Eric R.KandelKandel20012001年年细胞周期的关键调节分子细胞周期的关键调节分子Leland H.Leland H.HartwellHartwell，R R.Timothy Timothy HuntHunt，PaulPaul M.M.NurseNurse2003 2003 细胞膜离子通道作用机制细胞膜离子通道作用机制Peter Peter AgreAgreRoderick MacKinnonRoderick MacKinnon2004 2004 嗅受体及其作用机制嗅受体及其作用机制Richard AxelRichard Axel，Linda B.BuckLinda B.BuckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 内容介绍内容介绍 细胞信号转导的物质基础细胞信号转导的物质基础 细胞信号转导的基本方式细胞信号转导的基本方式 G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导 细胞内受体介导的信号转导细胞内受体介导的信号转导 信号转导过程的基本规律信号转导过程的基本规律 信号转导研究在医学中的意义信号转导研究在医学中的意义（一）（一）信号分子（信号分子（signal moleculesignal molecule）（二）受体（二）受体(receptor)receptor)（三）（三）G G蛋白蛋白（四）蛋白激酶与蛋白磷酸酶（四）蛋白激酶与蛋白磷酸酶（五）蛋白质相互作用结构域（五）蛋白质相互作用结构域一、一、细胞信号转导的物质基础细胞信号转导的物质基础（一）（一）信号分子（信号分子（signal moleculesignal molecule）生物细胞所接受的信号既可以是物理信号（光、生物细胞所接受的信号既可以是物理信号（光、热、电流），也可以是化学信号，但在有机体间和细热、电流），也可以是化学信号，但在有机体间和细胞间的通讯中最广泛的信号是化学信号。胞间的通讯中最广泛的信号是化学信号根据其作用方式可分为根据其作用方式可分为细胞间通讯的信号分子细胞间通讯的信号分子和和细胞内通讯的信号分子细胞内通讯的信号分子。1.细胞间信号分子细胞间信号分子(extracellular signal molecules)细细胞胞间间信信号号分分子子是是内内外外环环境境变变化化的的产产物物，是是细细胞胞对对环环境境刺刺激激的的直直接接反反应应，也也是是调调节节细细胞胞代代谢谢和和功功能能的的首首要要的的信信号号分分子子，因因此此，一一般般将将细细胞胞间间信信号号分分子子称称为为第一信使（第一信使（the first messengerthe first messenger）。根根据据产产生生和和作作用用方方式式不不同同，可可分分为为激激素素、神神经经递递质质和和神神经经肽肽、局局部部化化学学介介质质、生生长长因因子子、细细胞胞因因子子、气体信号分子等。气体信号分子等。（1 1）激素）激素（hormonehormone）又称又称内分泌信号内分泌信号(endocrine signal)(endocrine signal)通过通过血液循环血液循环到达靶细胞到达靶细胞 ；大多数作用时间较长，大多数作用时间较长，作用范围弥散作用范围弥散;引起的生物学效应缓慢持久。引起的生物学效应缓慢持久。含氮激素：含氮激素：生长激素、催乳激素、生长激素、催乳激素、胰岛素、促甲状腺素释放激素、胰岛素、促甲状腺素释放激素、肾上腺素、去甲肾上腺素、肾上腺素、去甲肾上腺素、T T3 3、T T4 4等等 类固醇激素：类固醇激素：性激素、皮质醇、醛固酮等性激素、皮质醇、醛固酮等 （2 2）神经递质）神经递质（neurotransmitterneurotransmitter）与）与 神经肽（神经肽（neuropeptideneuropeptide）又称又称突触分泌信号突触分泌信号(synaptic signal)synaptic signal)神经递质：神经递质：分子小、作用快分子小、作用快，作用范围集中准确，作用范围集中准确，引起的生物学效应短暂。如引起的生物学效应短暂。如乙酰胆碱、乙酰胆碱、-氨基丁氨基丁 酸、酸、甘氨酸、去甲肾上腺素、甘氨酸、去甲肾上腺素、5-5-羟色胺羟色胺神经肽：神经肽：分子相对较大、作用较缓，分子相对较大、作用较缓，作用持续时间作用持续时间 长。如：脑啡肽、长。如：脑啡肽、P P物质物质他们可在神经细胞之间传递信号，也可作为内分泌他们可在神经细胞之间传递信号，也可作为内分泌 激素在体内起作用。激素在体内起作用。（3 3）局部化学介质）局部化学介质（local chemical local chemical transmittertransmitter）又称又称旁分泌信号旁分泌信号(paracrineparacrine signal signal 不进入血循环，通过扩散作用到达附近的靶不进入血循环，通过扩散作用到达附近的靶 细胞；细胞；一般作用时间较短，如一般作用时间较短，如组胺、生长抑素、组胺、生长抑素、前前 列腺素等。列腺素等。（4 4）生长因子（）生长因子（growth factorgrowth factor）大多存在于神经内分泌组织、腺体组织和胚胎组织中。大多存在于神经内分泌组织、腺体组织和胚胎组织中。主要是指具有较专一的调节细胞生长、分化的多肽类物质。主要是指具有较专一的调节细胞生长、分化的多肽类物质。作用时间可持续数天，作用距离短，通常影响邻接细胞的作用时间可持续数天，作用距离短，通常影响邻接细胞的生长和功能。生长和功能。生长因子主要有生长因子主要有EGFEGF、NGFNGF、VEGFVEGF、PDGFPDGF、FGFFGF、TGF-TGF-等等。（5 5）细胞因子（）细胞因子（cytokinescytokines）主要由主要由活化的活化的免疫细胞和某些间质细胞免疫细胞和某些间质细胞所合成、分泌的一所合成、分泌的一类低分子量可溶性糖蛋白或多肽。类低分子量可溶性糖蛋白或多肽。细胞因子可以旁分泌、自分泌或内分泌的方式发挥作用细胞因子可以旁分泌、自分泌或内分泌的方式发挥作用一般具有调节细胞生长、分化成熟、调节免疫应答、参与一般具有调节细胞生长、分化成熟、调节免疫应答、参与炎症反应、促进伤口愈合和参与肿瘤消长等功能。炎症反应、促进伤口愈合和参与肿瘤消长等功能。根据功能分类：白细胞介素（根据功能分类：白细胞介素（interleumineinterleumine，ILIL）、干扰、干扰素（素（inter-inter-feronferon，IFNIFN）、）、肿瘤坏死因子（肿瘤坏死因子（tumor tumor necrosis necrosis factorfactor，TNFTNF）、）、趋化因子（趋化因子（chemokinechemokine）、克隆、克隆刺激因子（刺激因子（clone stimulating clone stimulating factorfactor，CSFCSF）、TGF-等。等。（6 6）气体信号分子等）气体信号分子等(NO(NO、COCO、H HS)S)NONO参与多种生理过程，如平滑肌松弛、神经元通讯、参与多种生理过程，如平滑肌松弛、神经元通讯、免疫调节和细胞凋亡等。免疫调节和细胞凋亡等。NONO合酶合酶 胍氨酸胍氨酸精氨酸精氨酸NHH2NNH2+H2N+COO-NHH2NOH2N+COO-NO（7 7）代谢物、光子、离子、药物等）代谢物、光子、离子、药物等2.2.细胞内信号分子细胞内信号分子(intracellular signal molecules)细胞内信号分子通常是在细胞间信号分子的指导下产细胞内信号分子通常是在细胞间信号分子的指导下产生，通过改变细胞内酶的活性、开启关闭细胞膜离子通道、生，通过改变细胞内酶的活性、开启关闭细胞膜离子通道、调节细胞核内基因的转录等，最后调节细胞内代谢，控制调节细胞核内基因的转录等，最后调节细胞内代谢，控制细胞的生长、繁殖和分化。细胞的生长、繁殖和分化。相对于细胞间的第一信使而言，细胞内信号分子一般相对于细胞间的第一信使而言，细胞内信号分子一般称为称为第二信使（第二信使（the second messengerthe second messenger）。经典第二信使：经典第二信使：cAMPcAMP、cGMPcGMP、DAGDAG、IPIP3 3、CaCa2+2+非经典第二信使：非经典第二信使：NONO、COCO、ROSROS（reactive oxygen speciesreactive oxygen species）活性氧活性氧)、AA(arachidonicacid AA(arachidonicacid 花生四烯酸花生四烯酸)信号蛋白分子信号蛋白分子：RasRas、JakJak、RafRaf等。等。第三信使第三信使(the(the thirdthird messengermessenger)第三信使第三信使又称又称DNADNA结合蛋白，是指负责结合蛋白，是指负责细胞细胞核内核内外信息传递的物质，为一类可与靶基因特异序列相结外信息传递的物质，为一类可与靶基因特异序列相结合的核蛋白，能调节基因的转录水平，发挥转录因子合的核蛋白，能调节基因的转录水平，发挥转录因子或转录调节因子的作用。或转录调节因子的作用。3.细胞间通讯的类型细胞间通讯的类型 细细胞胞通通讯讯（cellular cellular communicationcommunication）:指指多多细细胞胞生生物物细细胞胞与与细细胞胞之之间间的的识识别别、联联络络及及相相互互作作用用过过程程，这这个个过过程程是是通通过过各各种种信信号号分分子子的的作作用用而而实现的。实现的。n由结合于质膜的蛋白质形成的由结合于质膜的蛋白质形成的“连接子连接子”（connexonconnexon）结构组成。允许小分子物质（结构组成。允许小分子物质（1.5KD1.5KD）如）如ATPATP、葡萄糖、葡萄糖、IPIP3 3、CaCa2 2+、cAMPcAMP等通过，有助于相邻同型细胞对外界信等通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应。号的协同反应。n间隙连接的功能：电偶联传导、胚胎发育与分化、代谢间隙连接的功能：电偶联传导、胚胎发育与分化、代谢的协调、细胞增殖的调控等。的协调、细胞增殖的调控等。（1 1）间隙连接通讯（）间隙连接通讯（gap junctiongap junction）细胞间隙连接细胞间隙连接 （2 2）表面接触通讯）表面接触通讯 表面接触通讯表面接触通讯是指细胞通过其表面结合的信号分子是指细胞通过其表面结合的信号分子与另一细胞表面的信号分子选择性地相互作用，最终产与另一细胞表面的信号分子选择性地相互作用，最终产生细胞应答的过程。生细胞应答的过程。n不同细胞之间的相互识别和黏合都有可能采取不同细胞之间的相互识别和黏合都有可能采取表面接触表面接触通讯。通讯。n识别与黏合的细胞可以是同种同类（低等生物的细胞聚识别与黏合的细胞可以是同种同类（低等生物的细胞聚集）、同种异类（受精）、异种同类（输血与器官移植）集）、同种异类（受精）、异种同类（输血与器官移植）或异种异类（病原微生物对寄主细胞的侵染）。或异种异类（病原微生物对寄主细胞的侵染）。辅助刺激信号：辅助刺激信号：T T细胞细胞-CD28-CD28APC-BAPC-B7 7 （3 3）化学信号通讯）化学信号通讯 化学信号通讯是间接的细胞通讯，指相隔一定距离化学信号通讯是间接的细胞通讯，指相隔一定距离的细胞之间，靠分泌发放化学信号分子进行相互联系与的细胞之间，靠分泌发放化学信号分子进行相互联系与通讯。通讯。除化学信号外，某些物理信号（光、电等）也可在除化学信号外，某些物理信号（光、电等）也可在细胞间传递信息，是细胞通讯的重要组成部分。细胞间传递信息，是细胞通讯的重要组成部分。化学信号通讯化学信号通讯化学化学信号通讯类型信号通讯类型n受体受体(receptor)(receptor):是细胞膜上或细胞内可以特异地识别是细胞膜上或细胞内可以特异地识别与结合化学信号物质（配体）并能激发靶细胞产生特异生与结合化学信号物质（配体）并能激发靶细胞产生特异生物效应的特殊蛋白质分子。物效应的特殊蛋白质分子。（二）（二）受体受体(receptor)receptor)n 受体功能：受体功能：（1 1）识别自己特异的信号物质配体，与之结合。）识别自己特异的信号物质配体，与之结合。（2 2）把识别和接受的信号准确无误地放大并传递到胞）把识别和接受的信号准确无误地放大并传递到胞内，启动一系列胞内信号级联反应，最后导致特定的生物内，启动一系列胞内信号级联反应，最后导致特定的生物学效应。学效应。n配体配体(ligandligand ):能与受体特异性结合的生物活性分能与受体特异性结合的生物活性分子称为配体。子称为配体。如激素、神经递质、抗原、药物、毒素等。如激素、神经递质、抗原、药物、毒素等。n配体除了与受体结合外，本身并无其它功能。它不能参配体除了与受体结合外，本身并无其它功能。它不能参加代谢产生有用产物，也不能直接诱导任何细胞活性，加代谢产生有用产物，也不能直接诱导任何细胞活性，更无酶的特点；它唯一的功能就是通知细胞在环境中存更无酶的特点；它唯一的功能就是通知细胞在环境中存在一种特殊信号或刺激因素。在一种特殊信号或刺激因素。1 1受体作用的特点受体作用的特点n受体与配体结合的特异性受体与配体结合的特异性 受体与配体的结合有很强的专一性，由于配体和受受体与配体的结合有很强的专一性，由于配体和受体都具有特定的分子结构，因此，一种配体只能与之相体都具有特定的分子结构，因此，一种配体只能与之相匹配的受体结合，而不能与其它受体结合。匹配的受体结合，而不能与其它受体结合。（CCR-5：RANTES、HIV辅助受体）（RANTES：CCR-5、CCR4）n 受体与配体结合的高度亲和力受体与配体结合的高度亲和力配体与受体的结合能力很高，这种高亲和力保证了很配体与受体的结合能力很高，这种高亲和力保证了很低浓度的配体（低浓度的配体（1010-9-91010-12-12 mol/L mol/L）就可以起到充分的调）就可以起到充分的调控作用。控作用。n受体与配体结合的可饱和性受体与配体结合的可饱和性 受体完全与配体结合后，受体完全与配体结合后，即使再增加配体的浓度也不即使再增加配体的浓度也不会增加细胞的效应，表现出会增加细胞的效应，表现出饱和现象，充分体现了细胞饱和现象，充分体现了细胞对外源环境变化的自身保护对外源环境变化的自身保护作用。作用。配体配体-受体结合曲线受体结合曲线n受体的可调节性受体的可调节性配体的浓度可调节受体的数目，使受体数目减少称配体的浓度可调节受体的数目，使受体数目减少称为下降调节（为下降调节（down regulation),down regulation),如胰岛素对胰岛素受如胰岛素对胰岛素受体的调节；使受体数目增多则称为上升调节（体的调节；使受体数目增多则称为上升调节（up up regulation)regulation)，如，如HDLHDL对对HDLHDL受体数目的调节。受体数目的调节。n受体与配体结合的可逆性受体与配体结合的可逆性 配体与受体之间通过氢键、离子键与范德华力等配体与受体之间通过氢键、离子键与范德华力等非共价键结合，这种结合不牢固，容易结合，也容易分非共价键结合，这种结合不牢固，容易结合，也容易分离。离。受体与配体结合的可逆性使细胞在外源信息分子浓受体与配体结合的可逆性使细胞在外源信息分子浓度下降后，可迅速终止针对该信息所发生的变化。度下降后，可迅速终止针对该信息所发生的变化。2.2.受体的分类受体的分类 细胞表面受体和细胞内受体细胞表面受体和细胞内受体 (1)(1)细胞表面受体细胞表面受体(膜受体膜受体)存存在在于于细细胞胞质质膜膜上上的的受受体体，绝绝大大部部分分是是镶镶嵌嵌糖糖蛋蛋白白。根根据据其其结结构构和和转转换换信信号号的的方方式式又又分分为为三三大大类类：离离子子通通道道受受体体，G G蛋蛋白白偶偶联联受受体体和和酶酶偶联偶联受体受体 (单跨膜受体单跨膜受体)。v 离子通道受体离子通道受体(ion-channel receptor)ion-channel receptor)n由多亚基组成受体由多亚基组成受体/离子通道复合体离子通道复合体n跨膜信号转导无需中间步骤，反应快（几毫秒）跨膜信号转导无需中间步骤，反应快（几毫秒）n主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞n配体配体：神经递质：神经递质乙酰胆碱受体结构模型乙酰胆碱受体结构模型.受体受体配体配体CellCell通道关闭状态通道关闭状态通道开启，细胞应答通道开启，细胞应答v G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体（G-protein-linked receptorG-protein-linked receptor）n 与与G G蛋白偶联蛋白偶联n 一个单肽链，形成一个单肽链，形成7 7个个螺旋的跨膜结构螺旋的跨膜结构 七螺旋受体（七螺旋受体（seven-helix receptorseven-helix receptor）n 配体：神经递质、肽类激素、趋化因子配体：神经递质、肽类激素、趋化因子 外源刺激（气味、光）外源刺激（气味、光）v 酶偶联受体（酶偶联受体（enzyme-linked receptorenzyme-linked receptor）n 一旦与配体结合，受体就具有酶的活性一旦与配体结合，受体就具有酶的活性n这种受体通常只有一个跨膜这种受体通常只有一个跨膜螺旋螺旋n配体：配体：生长因子、细胞因子生长因子、细胞因子酶偶联受体包括：酶偶联受体包括：受体受体TyrTyr激酶激酶受体受体Ser/Ser/ThrThr激酶激酶受体受体TyrTyr磷酸酶磷酸酶受体鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶偶联偶联TyrTyr激酶的受体激酶的受体三种膜受体的特点三种膜受体的特点 特性特性离子通道受体离子通道受体G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体酶偶联受体酶偶联受体内源性配体内源性配体神经递质神经递质 神经递质、激素、神经递质、激素、趋化因子、趋化因子、外源刺外源刺激（气味、光）激（气味、光）生长因子生长因子细胞因子细胞因子结构结构 寡聚体形成的孔道寡聚体形成的孔道 单单 体体具有或不具有催化具有或不具有催化活性的单体活性的单体 跨膜区段数目跨膜区段数目多多个个7 7个个1 1个个功能功能离子通道离子通道激活激活G G蛋白蛋白激活激活TyrTyr蛋白激酶蛋白激酶等等细胞应答细胞应答去极化与超极化去极化与超极化去极化与超极化去极化与超极化调节蛋白质功能调节蛋白质功能和表达水平和表达水平 调节蛋白的功能和调节蛋白的功能和表达水平，调节细表达水平，调节细胞分化和增殖胞分化和增殖 （2 2）胞内受体）胞内受体(intracellular receptor)n 位于位于细胞浆和细胞核中细胞浆和细胞核中的受体，全部为的受体，全部为DNADNA结结 合蛋白合蛋白(或转录因子类或转录因子类)n 多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能 与与DNADNA的顺式作用元件结合，调节基因转录。的顺式作用元件结合，调节基因转录。n 配体：类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等配体：类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等A/BA/B区区(N N端端的的受受体体调调节节区区）：高高度度可可变变，长长短短不不一一。具具转转录录活活性性，而而且且决决定定启启动动子子专专一一性性和和细细胞胞专专一一性性，即即它它在在选择激活不同的靶基因，决定激素多样性上有重要意义。选择激活不同的靶基因，决定激素多样性上有重要意义。C C区区(DNADNA结合区）：结合区）：富含富含CysCys、具有锌指结构。具有锌指结构。E E区区(C C段段的的激激素素结结合合区区)：与与激激素素结结合合；参参与与转转录录激激活活；为为受体二聚化所必需；与抑制蛋白结合。受体二聚化所必需；与抑制蛋白结合。D D区区(铰铰链链区区)：位位于于DNADNA结结合合区区与与配配体体结结合合区区之之间间的的一一段段短短的氨基酸序列，的氨基酸序列，含核定位序列含核定位序列(NLS)NLS)。A/B CDEn 受体的结构受体的结构（三）（三）G G蛋白蛋白广义的广义的G G蛋白是指所有能与蛋白是指所有能与GTPGTP或或GDPGDP结合的蛋白质。结合的蛋白质。细胞信号转导中扮演重要角色的细胞信号转导中扮演重要角色的G G蛋白主要有两类：蛋白主要有两类：u异三聚体异三聚体G G蛋白：蛋白：与膜受体偶联，与膜受体偶联，位于细胞膜内侧，位于细胞膜内侧，由由、三个亚基组成，三个亚基组成，一般称为经典一般称为经典G G蛋白或大蛋白或大G G蛋蛋白。白。u低分子量低分子量G G蛋白（蛋白（20-30kD20-30kD）：）：存在于不同的细胞部位存在于不同的细胞部位的小分子量的小分子量G G蛋白，也称为蛋白，也称为“小小G G蛋白蛋白”，是单亚基蛋，是单亚基蛋白。白。RasRas是第一个被发现的小是第一个被发现的小G G蛋白。蛋白。（四）（四）蛋白激酶与蛋白磷酸酶蛋白激酶与蛋白磷酸酶.蛋白激酶（蛋白激酶（protein protein kinasekinase）蛋白激酶是指能够将蛋白激酶是指能够将-磷酸从供体分子（磷酸从供体分子（ATPATP、GTPGTP）上）上转移至底物蛋白的氨基酸受体上的一大类酶。根据底物被磷酸转移至底物蛋白的氨基酸受体上的一大类酶。根据底物被磷酸化的氨基酸，将激酶分为：化的氨基酸，将激酶分为：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：苏氨酸蛋白激酶：PKAPKA、PKGPKG、PKCPKC等。等。酪氨酸蛋白激酶：酪氨酸蛋白激酶：RTKRTK、JAKJAK、WeeWee等。等。双重底物特异性蛋白激酶：双重底物特异性蛋白激酶：MAPKKMAPKK 组氨酸蛋白激酶：组氨酸蛋白激酶：HisKHisK 脊椎动物中发生在脊椎动物中发生在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸上的磷酸化的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸上的磷酸化的比率为比率为180018002002001 1 一个激酶在催化其底物磷酸化之前必须首先被活化，一个激酶在催化其底物磷酸化之前必须首先被活化，这一般是通过自我或异我磷酸化来实现的。这一般是通过自我或异我磷酸化来实现的。由于激酶调节区通常含有自我抑制序列，所以细胞在由于激酶调节区通常含有自我抑制序列，所以细胞在静息状态下，激酶的自我磷酸化被抑制，只有接受刺激信静息状态下，激酶的自我磷酸化被抑制，只有接受刺激信号后才能解除抑制，显现出激酶活性。号后才能解除抑制，显现出激酶活性。2.2.蛋白磷酸酶（蛋白磷酸酶（protein protein phosphatasephosphatase）蛋白磷酸酶是具有催化已经磷酸化的蛋白分子发生去蛋白磷酸酶是具有催化已经磷酸化的蛋白分子发生去磷酸化反应的一类酶分子，与蛋白激酶共同构成磷酸化和磷酸化反应的一类酶分子，与蛋白激酶共同构成磷酸化和去磷酸化这一重要的蛋白质活性的开关系统。蛋白磷酸酶去磷酸化这一重要的蛋白质活性的开关系统。蛋白磷酸酶也具有底物特异性，分类与蛋白激酶类似。也具有底物特异性，分类与蛋白激酶类似。丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶：苏氨酸蛋白磷酸酶：PP1PP1、PP2APP2A、PP2BPP2B 酪氨酸蛋白磷酸酶：酪氨酸蛋白磷酸酶：PTP1BPTP1B、CD45CD45双重底物特异性蛋白磷酸酶：双重底物特异性蛋白磷酸酶：CDC25CDC25（五）（五）蛋白质相互作用结构域蛋白质相互作用结构域这些结构域像电路中的接头元件一样把不同的信号分这些结构域像电路中的接头元件一样把不同的信号分子连接起来，具有很高的同源性，子连接起来，具有很高的同源性，这些结构域被称为这些结构域被称为蛋白蛋白相互作用结构域（相互作用结构域（protein interaction domainprotein interaction domain）。如如SH2SH2结构域、结构域、SH3SH3结构域、结构域、PTBPTB结构域、结构域、PHPH结构域等结构域等。信号转导通路形成要求信号转导分子之间可特异性信号转导通路形成要求信号转导分子之间可特异性地相互识别和结合，即蛋白质地相互识别和结合，即蛋白质-蛋白质相互作用，这是由蛋白质相互作用，这是由信号转导分子中存在的一些特殊结构域介导的。信号转导分子中存在的一些特殊结构域介导的。n信号转导分子中的蛋白相互作用结构域的分布和作用信号转导分子中的蛋白相互作用结构域的分布和作用蛋白激酶蛋白激酶BtkPH THSH3SH2催化区催化区衔接蛋白衔接蛋白 Grb2SH3SH2SH3转录因子转录因子 statDNA 结合区结合区SH2TA细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白tensin/SH2PTBn蛋白相互作用结构域的特点蛋白相互作用结构域的特点一一个个信信号号分分子子可可以以含含有有两两种种以以上上的的蛋蛋白白质质相相互互作作用用结结构域，因此可以同时与两种以上的其他信号分子结合；构域，因此可以同时与两种以上的其他信号分子结合；同同一一类类蛋蛋白白质质相相互互作作用用结结构构域域可可存存在在于于多多种种不不同同的的分分子子中中。这这些些结结合合结结构构域域的的一一级级结结构构不不同同，因因此此对对所所结结合合的的信信号号分分子子具具有有选选择择性性，这这是是信信号号分分子子相相互互作作用用特特异性的基础；异性的基础；这些结构域本身均为非催化结构域。这些结构域本身均为非催化结构域。由约由约100100个氨基酸残基个氨基酸残基 组成，中心为反向平行的组成，中心为反向平行的 片层结构，两侧为片层结构，两侧为螺旋。螺旋。SH2SH2介导信号分子与含介导信号分子与含 磷酸酪氨酸蛋白分子的结合，磷酸酪氨酸蛋白分子的结合，并与磷酸化酪氨酸的磷酸基并与磷酸化酪氨酸的磷酸基 团结合。团结合。这种结合依赖于酪氨酸残基的磷酸化及其周围这种结合依赖于酪氨酸残基的磷酸化及其周围的氨基酸残基所构成的模体（的氨基酸残基所构成的模体（motifmotif）。nSH2SH2结构域（结构域（SrcSrc Homology 2 domain Homology 2 domain）：）：Y(p)-X-X-Hy 不不同同的的蛋蛋白白质质分分子子含含有有结结构构相相似似但但并并不不相相同同的的SH2SH2结结构构域域，因因此此对对于于含含有有磷磷酸酸化化酪酪氨酸残基的不同模体具有选择性。氨酸残基的不同模体具有选择性。n PTBPTB结构域结构域（p ptyrosinetyrosinebindingbindingdomaindomain）：）：约约由由160160个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成，具具有有个个螺螺旋旋及及数数个个片片层层结构。结构。与与SH2SH2结结构构域域一一样样，PTBPTB结结构构域域也也可可以以识识别别一一些些含含磷磷酸酸酪酪氨氨酸酸的的序序列列，但但其其结结合合序序列列与与SH2SH2结构域有所差别。结构域有所差别。SH2SH2：Y(p)-X-X-HyY(p)-X-X-HyPTBPTB：Hy-XHy-XN NP PX-Y(p)X-Y(p)(疏水氨基酸疏水氨基酸-任意氨基酸任意氨基酸-天冬酰胺天冬酰胺-脯氨酸脯氨酸-任意氨基任意氨基-磷酸化酪氨酸磷酸化酪氨酸)SH2SH2识别序列的磷酸化酪氨酸位于蛋白质识别序列的磷酸化酪氨酸位于蛋白质的的C C端；端；PTBPTB识别的酪氨酸位于识别的酪氨酸位于N N端，且只有部端，且只有部分靶蛋白的分靶蛋白的PTBPTB识别序列是磷酸化依赖的。识别序列是磷酸化依赖的。SH2 SH2仅识别磷酸化蛋白。仅识别磷酸化蛋白。n SH3SH3结构域（结构域（SrcSrc Homology 3 Homology 3 domain domain）：）：由由55-7555-75个氨基酸残基组个氨基酸残基组 成成,形成一个扭曲形成一个扭曲桶状结构。桶状结构。SH3SH3结构域介导信号分子结构域介导信号分子 与富含脯氨酸的蛋白分子的与富含脯氨酸的蛋白分子的 结合，其亲和力与脯氨酸残结合，其亲和力与脯氨酸残 基及邻近氨基酸残基所构成基及邻近氨基酸残基所构成 的模体序列相关的模体序列相关。（P-X-X-P）SH3SH3与目标靶蛋白的结合力较弱，解离常数为与目标靶蛋白的结合力较弱，解离常数为5-50mM5-50mM，需要同时由多个，需要同时由多个SH3SH3协调增强与富含脯氨酸的肽的结合。协调增强与富含脯氨酸的肽的结合。事实上，富含脯氨酸的肽与多个事实上，富含脯氨酸的肽与多个SH3SH3的协同结合可将亲和的协同结合可将亲和力提高力提高10001000倍。倍。（SH2SH2结构域与含有磷酸化酪氨酸残基蛋白特结构域与含有磷酸化酪氨酸残基蛋白特异序列结合的亲和力是异序列结合的亲和力是10-100nM10-100nM）nPHPH结构域（结构域（pleckstrinpleckstrin homology domain homology domain）：）：PHPH结结构构域域最最初初发发现现于于血血小小板板蛋蛋白白pleckstrinpleckstrin，故故命命名名为为pleckstrinpleckstrinhomologyhomology（）。（）。PHPH结结构构域域由由10100 0120120个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成，序序列列同同源源性性较较低低，但但三三维维结结构构均均有有个个桶桶状状结结构构、个个片片层层和端的和端的螺旋结构组成。螺旋结构组成。大大多多数数PHPH结结构构域域通通过过专专一一识识别别膜膜磷磷脂脂带带电电荷荷的的头头部部基基团团，介介导导蛋蛋白白质质与与脂脂质质之之间间的的结结合合以以帮帮助助蛋蛋白白质质在在细细胞胞膜膜的定位，从而使信号蛋白区域化分部。的定位，从而使信号蛋白区域化分部。同同时时也也发发现现一一些些蛋蛋白白分分子子如如PKCPKC和和G G蛋蛋白白的的亚亚单单位位也可与也可与PHPH结构域结合。结构域结合。n WWWW结构域结构域domain with 2 conserved domain with 2 conserved Trp(W)Trp(W)）residueresidue WWWW结构域以包含两结构域以包含两个色氨酸残基为主要特个色氨酸残基为主要特征。由约征。由约4040个氨基酸残个氨基酸残基组成，由基组成，由螺旋和螺旋和片层组成一个连贯、紧片层组成一个连贯、紧凑的结构域。凑的结构域。WWWW结构域在功能上与结构域在功能上与SH3SH3很相似，能专一地与含很相似，能专一地与含有有PPXYPPXY、PPLPPPLP、PGMPGM、PS/TPPS/TP或或PRPR等保守序列的蛋白等保守序列的蛋白质相互作用。这种相互作用涉及许多细胞内事件质相互作用。这种相互作用涉及许多细胞内事件,如如非受体信号传导、转录调节、蛋白质降解等。非受体信号传导、转录调节、蛋白质降解等。（P-P-脯氨酸，脯氨酸，Y Y酪氨酸，酪氨酸，L-L-亮氨酸亮氨酸 ，G-G-甘氨酸甘氨酸 M-M-甲硫氨酸甲硫氨酸,R-,R-精氨酸）精氨酸）n PDZPDZ结构域结构域 PDZPDZ来源于最早发现含有此结来源于最早发现含有此结构域的构域的3 3个蛋白质：个蛋白质：P PSD-95(post-SD-95(post-synaptic density 95)synaptic density 95)、D DLG LG(discs-large)(discs-large)、Z ZO-1(zonula O-1(zonula occludens 1)occludens 1)。PDZPDZ由由8080到到100100个个氨基酸残基组成氨基酸残基组成,三维结构主要由三维结构主要由5 5个个片层和片层和1 1个个螺旋组成。螺旋组成。PDZPDZ结构域可特异性地识别和结合配体蛋白结构域可特异性地识别和结合配体蛋白C C端的短肽序端的短肽序列，但也有报道列，但也有报道PDZPDZ与非与非C C端的内部短肽甚至脂类结合。端的内部短肽甚至脂类结合。PDZPDZ结构域所识别的结构域所识别的C C端的氨基酸残基分为四类：端的氨基酸残基分为四类：-S/T-X-Hy*-S/T-X-Hy*:-Hy-X-Hy*:-Hy-X-Hy*:-D/E/K/R-X-Hy*:-D/E/K/R-X-Hy*:-X-:-X-D/E-D/E*（X X-任意氨基酸，任意氨基酸，HyHy-疏水氨基酸，疏水氨基酸，*终止密码子，终止密码子，-芳香族氨基酸，芳香族氨基酸，S/T-S/T-丝氨酸丝氨酸/苏氨酸，苏氨酸，D/E/K/R-D/E/K/R-天冬氨酸天冬氨酸/谷氨酸谷氨酸/赖氨酸赖氨酸/精氨酸精氨酸 ）n MH1MH1及及MH2MH2结构域结构域 MH1MH1结构域（结构域（MAD MAD homology 1 domainhomology 1 domain）是一种）是一种可与可与DNADNA结合的结构域，由结合的结构域，由4 4个个螺旋和螺旋和6 6个个片层组成，可片层组成，可通过通过发夹结构与