细胞表面受体与信号转导.ppt

细胞表面受体与信号转导细胞表面受体与信号转导生物教研室生物教研室胡传银胡传银1可编辑版细胞膜的功能细胞膜的功能2可编辑版受受 体体配体和受体的概念及其分子结构配体和受体的概念及其分子结构配体和受体的概念及其分子结构配体和受体的概念及其分子结构受体的类型受体的类型受体的类型受体的类型受体的特性受体的特性受体的特性受体的特性受体的分布受体的分布受体的分布受体的分布受体的功能受体的功能受体的功能受体的功能3可编辑版 概念：概念：细胞膜或细胞内的蛋白质，特异细胞膜或细胞内的蛋白质，特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活性识别并结合胞外信号分子，进而激活胞内一系列生化反应，使细胞对外界刺胞内一系列生化反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。激产生相应的效应。受体受体(receptor)4可编辑版 多为糖蛋白多为糖蛋白受体受体(receptor)配体结合区域配体结合区域产生效应的区域产生效应的区域膜受体膜受体胞内受体胞内受体5可编辑版概念：概念：是受体接受的细胞外的信号分子，是受体接受的细胞外的信号分子，如：激素、药物、神经递质、毒素等。如：激素、药物、神经递质、毒素等。配体配体(ligand)u脂溶性配体脂溶性配体u水溶性配体水溶性配体6可编辑版受体受体7可编辑版调节单位调节单位催化单位催化单位转换单位转换单位膜受体的分子结构膜受体的分子结构单体型受体：一个蛋白分子单体型受体：一个蛋白分子单体型受体：一个蛋白分子单体型受体：一个蛋白分子复合型受体：两个或多个蛋白分子复合型受体：两个或多个蛋白分子复合型受体：两个或多个蛋白分子复合型受体：两个或多个蛋白分子8可编辑版u离子通道型受体离子通道型受体(ion-channel linked receptor)uG-蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G-protein linked receptor)u受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase)膜受体类型膜受体类型9可编辑版n概概念念：既既为为受受体体，又又为为离离子子通通道道，其其跨跨膜膜信信号号转导无需中间步骤。转导无需中间步骤。n作用机理：作用机理：离子通道型受体离子通道型受体10可编辑版乙酰胆碱受体的三种构象乙酰胆碱受体的三种构象 乙酰胆碱受体结构模型乙酰胆碱受体结构模型 11可编辑版概念：概念：七次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号七次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号分子（配体），胞内结构域与分子（配体），胞内结构域与G蛋白蛋白耦联耦联G-蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体三聚体三聚体GTP结合调节蛋白（结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称）简称G蛋白，位蛋白，位于质膜胞质侧于质膜胞质侧.12可编辑版G-蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体作用机理作用机理13可编辑版共同点：共同点：共同点：共同点：通常为单次跨膜蛋白；通常为单次跨膜蛋白；通常为单次跨膜蛋白；通常为单次跨膜蛋白；接受配体后发生二聚化而激活接受配体后发生二聚化而激活接受配体后发生二聚化而激活接受配体后发生二聚化而激活.受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶14可编辑版组织特异性组织特异性特异性特异性高亲和性高亲和性可饱和性可饱和性可逆性可逆性膜受体的特性膜受体的特性15可编辑版信号跨膜传递信号跨膜传递细胞识别细胞识别膜受体的功能膜受体的功能膜受体的分布膜受体的分布同一个细胞上有不同的受体同一个细胞上有不同的受体不同的细胞上有相同和不同的受体不同的细胞上有相同和不同的受体16可编辑版信号分子与受体相互作用的复杂性信号分子与受体相互作用的复杂性 一种信号只能同一种受体作用，但能作用于不同一种信号只能同一种受体作用，但能作用于不同一种信号只能同一种受体作用，但能作用于不同一种信号只能同一种受体作用，但能作用于不同 的靶细胞引起不同效应。的靶细胞引起不同效应。的靶细胞引起不同效应。的靶细胞引起不同效应。一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时 与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信 号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作 用都强得多。用都强得多。用都强得多。用都强得多。不同信号产生相同的效应。不同信号产生相同的效应。不同信号产生相同的效应。不同信号产生相同的效应。17可编辑版u细胞应答细胞应答 信号转导概述信号转导概述u几个概念几个概念几个概念几个概念u信号分子信号分子信号分子信号分子u信号转导途径信号转导途径 u胞内胞内信号级联放大信号级联放大u第二信使第二信使18可编辑版是细胞通讯的基本概念是细胞通讯的基本概念是细胞通讯的基本概念是细胞通讯的基本概念,强调信号的产生、分泌与强调信号的产生、分泌与强调信号的产生、分泌与强调信号的产生、分泌与传送传送传送传送,即信号分子从合成的细胞中释放出来即信号分子从合成的细胞中释放出来即信号分子从合成的细胞中释放出来即信号分子从合成的细胞中释放出来,然后进然后进然后进然后进行传递。行传递。行传递。行传递。信号传导信号传导信号传导信号传导(cell signalling)(cell signalling)细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。细胞反应的现象。细胞反应的现象。细胞反应的现象。指外界信号分子作用于细胞表面受体，引起胞内信指外界信号分子作用于细胞表面受体，引起胞内信指外界信号分子作用于细胞表面受体，引起胞内信指外界信号分子作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程即信号的识别、转移与转换。程即信号的识别、转移与转换。程即信号的识别、转移与转换。程即信号的识别、转移与转换。细胞识别（细胞识别（细胞识别（细胞识别（cell recognitioncell recognition）信号转导（信号转导（信号转导（信号转导（signal transductionsignal transduction）19可编辑版信号分子信号分子 20可编辑版信号转导途径信号转导途径 通过通过G G蛋白偶联方式，即信号分子同表面受蛋白偶联方式，即信号分子同表面受体结合后激活体结合后激活G G蛋白，再由蛋白，再由G G蛋白激活效应物，蛋白激活效应物，效应物产生细胞内信号效应物产生细胞内信号;结合的配体激活受体的酶活性，然后由激结合的配体激活受体的酶活性，然后由激活的酶去激活产生细胞内信号的效应物。活的酶去激活产生细胞内信号的效应物。21可编辑版22可编辑版信号级联放大信号级联放大23可编辑版细胞应答细胞应答 细胞对外部信号的应答细胞对外部信号的应答细胞对外部信号的应答细胞对外部信号的应答通常是综合性反应通常是综合性反应通常是综合性反应通常是综合性反应:基因表达的变化、基因表达的变化、基因表达的变化、基因表达的变化、酶活性的变化、酶活性的变化、酶活性的变化、酶活性的变化、细胞骨架构型的变化、细胞骨架构型的变化、细胞骨架构型的变化、细胞骨架构型的变化、通透性的变化、通透性的变化、通透性的变化、通透性的变化、DNA DNA DNA DNA合成的变化等合成的变化等合成的变化等合成的变化等 24可编辑版第二信使第二信使(second messengers)由细胞表面受体接受信号后转换而来的由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使。细胞内信号称为第二信使。cAMPcAMP、cGMPcGMP、1,2-1,2-二酰甘油二酰甘油二酰甘油二酰甘油(DG)(DG)、1,4,5-1,4,5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP(IP3 3)、CaCa2+2+25可编辑版信号转导途径信号转导途径由由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26可编辑版离子通道离子通道离子通道离子通道腺苷环化酶：腺苷环化酶：腺苷环化酶：腺苷环化酶：磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶C C：磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶A2A2磷酸二酯酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：G蛋白蛋白G蛋白偶联受体蛋白偶联受体效应蛋白效应蛋白效效效效应应应应磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路 cAMPcAMPcAMPcAMP信号通路信号通路信号通路信号通路胞外信号分子胞外信号分子cGMPcGMPcGMPcGMP信号通路信号通路信号通路信号通路27可编辑版28可编辑版受体必须与受体必须与G蛋白蛋白结合才能产生信号结合才能产生信号传导效应。传导效应。G蛋白蛋白偶联的受体多为一偶联的受体多为一些激素类受体。些激素类受体。G-protein linked receptorG蛋白蛋白偶联受体偶联受体受体中含有受体中含有7 7段疏水性跨膜序列段疏水性跨膜序列 29可编辑版 G蛋白蛋白(鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白)由由由由三个亚单位组成，三个亚单位组成，三个亚单位组成，三个亚单位组成，和和和和 亚基属于脂锚定蛋白亚基属于脂锚定蛋白亚基属于脂锚定蛋白亚基属于脂锚定蛋白；位于位于位于位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；具有结合具有结合具有结合具有结合GDPGDP或或或或GTPGTP的能的能的能的能 力，有力，有力，有力，有GTPGTP酶活性；酶活性；酶活性；酶活性；可可可可激活效应蛋白，实现信激活效应蛋白，实现信激活效应蛋白，实现信激活效应蛋白，实现信 息转导功能。息转导功能。息转导功能。息转导功能。30可编辑版而与而与而与而与GTPGTP结合时结合时结合时结合时则为有活性状态则为有活性状态则为有活性状态则为有活性状态G蛋白循环蛋白循环 亚基结合亚基结合亚基结合亚基结合GDPGDP时是无时是无时是无时是无活性状态，活性状态，活性状态，活性状态，GTPGTP的水解又使其的水解又使其的水解又使其的水解又使其返回无活性状态返回无活性状态返回无活性状态返回无活性状态 31可编辑版G蛋白的类型蛋白的类型受受体体：激激活活型型受受体体（Rs）或或抑抑制制型型受受体体（Ri）G蛋蛋白白：活活化化型型调调节节蛋蛋白白（Gs）或或抑抑制制型调节蛋白（型调节蛋白（Gi）同同一一个个信信号号分分子子作作用用到到不不同同的的G蛋蛋白白偶偶联联受受体，可能产生截然相反的效果。体，可能产生截然相反的效果。32可编辑版离子通道离子通道离子通道离子通道腺苷环化酶：腺苷环化酶：腺苷环化酶：腺苷环化酶：磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶C C：磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶A2A2磷酸二酯酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：G蛋白蛋白G蛋白偶联受体蛋白偶联受体效应蛋白效应蛋白效效效效应应应应磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路 cAMPcAMPcAMPcAMP信号通路信号通路信号通路信号通路胞外信号分子胞外信号分子cGMPcGMPcGMPcGMP信号通路信号通路信号通路信号通路33可编辑版cAMPcAMP信号通路信号通路G蛋白蛋白腺苷环化酶腺苷环化酶,ACcAMP蛋白激酶蛋白激酶A,PKA 配体配体G蛋白偶联受体蛋白偶联受体效应蛋白效应蛋白(AC)34可编辑版腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC)G活化后可催活化后可催化细胞内侧的化细胞内侧的腺苷酸环化酶，腺苷酸环化酶，使其活化，催使其活化，催化化ATP生成生成cAMP35可编辑版 cAMPcAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A A的活性。的活性。蛋白激酶蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）36可编辑版降降 解解 cAMP生生 成成5-AMP，起起 终终止信号的作用止信号的作用 环腺苷酸磷酸二酯酶环腺苷酸磷酸二酯酶cAMP，phosphodiesterase37可编辑版cAMP信号通路对基因转录的激活信号通路对基因转录的激活38可编辑版腺苷环化酶腺苷环化酶G蛋白蛋白G蛋白偶联受体蛋白偶联受体效应效应胞外信号分子胞外信号分子cAMPPKA一系列一系列蛋白磷蛋白磷酸化酸化基因转录基因转录代谢变化代谢变化39可编辑版系统组成：系统组成：受体、受体、G蛋白和效应物蛋白和效应物磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径Gq蛋白也是异源三体蛋白也是异源三体,作用方式与作用方式与cAMP系系统中的统中的G蛋白完全相同。蛋白完全相同。效应物效应物：磷脂酶磷脂酶C-40可编辑版GG蛋白蛋白蛋白蛋白GG蛋白偶联受体蛋白偶联受体蛋白偶联受体蛋白偶联受体信号分子信号分子信号分子信号分子磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶C C：4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）二酰基甘油（二酰基甘油（DAG）蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（IP3）Ca2+浓度升高浓度升高钙调蛋白钙调蛋白磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径41可编辑版PIP2 HydrolysisDAGDAGIP3IP3PIP2PIP2磷脂酶磷脂酶C C水解水解PIP2PIP242可编辑版IP3同内质网膜上专一的同内质网膜上专一的IP3受体结合，使受体结合，使IP3-门控门控Ca2+通道打开，通道打开，使使Ca2+从内质网中释放从内质网中释放出来。出来。IP3 启动第二信使启动第二信使Ca2+的释放的释放 Ca2+除了参与蛋白激酶除了参与蛋白激酶除了参与蛋白激酶除了参与蛋白激酶C(PKC)C(PKC)C(PKC)C(PKC)的激活的激活的激活的激活 钙调蛋白钙调蛋白钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin)(calmodulin)(calmodulin)(calmodulin)蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶43可编辑版calmodulincalmodulinkinasekinase44可编辑版DAGDAG活化蛋白激酶活化蛋白激酶C C（Protein Kinase CProtein Kinase C，PKCPKC）DAGDAG，是嵌在膜中，是嵌在膜中，是嵌在膜中，是嵌在膜中PKC,PKC,与位于内膜表面，能激活一系列相关蛋白与位于内膜表面，能激活一系列相关蛋白与位于内膜表面，能激活一系列相关蛋白与位于内膜表面，能激活一系列相关蛋白45可编辑版磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径46可编辑版GG蛋白蛋白蛋白蛋白 Gs Gi Gq Gs Gi Gq效应器效应器效应器效应器 AC AC 磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶C C底物底物底物底物 ATP PIP2 ATP PIP2第二信使第二信使第二信使第二信使 cAMP IP3 DAG cAMP IP3 DAGPKAPKACAMCAM，PKCPKCcAMP途径途径 磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径激酶激酶激酶激酶磷脂酰肌醇通路与磷脂酰肌醇通路与cAMP通路比较通路比较47可编辑版思考题思考题1.1.细胞表面受体有几种类型？各细胞表面受体有几种类型？各有何特点？有何特点？2.2.以以cAMPcAMP途径为例说明途径为例说明G G蛋白偶联蛋白偶联受体介导的信号转导过程。受体介导的信号转导过程。48可编辑版49可编辑版