第八章细胞信号转导.pptx

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,*,第八章细胞信号转导,主要内容,概述,细胞内受体介导得信号转导,G蛋白耦联受体介导得信号转导,酶连受体介导得信号转导,信号得整合与控制,一、细胞通讯,第一节 概 述,细胞通讯:一个细胞发出得信息通过介质传递到另一个细胞,并与靶细胞相应得受体相互作用,再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得生物学效应得过程。,细胞信号转导就是细胞间实现通讯得关键过程,(一)细胞通讯得方式,(1),细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯,(2),细胞间接触性依赖得通讯,(3),细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通,通过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联,(3)细胞间隙连接,接触依赖性通讯,化学通讯,(1),(2)接触性依赖得通讯,通过分泌化学信号得细胞间通讯方式,通过胞外信号介导得细胞通讯得一般步骤,特定得细胞合成并释放信号分子,信号分子经扩散或血循环到达靶细胞,信号分子与靶细胞得受体特异性结合,受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统,靶细胞产生生物学效应,信号得解除,细胞反应终止,信号转导,信号传导,细胞通讯得方式及引起得某些反应,(,二)信号分子与受体,1、细胞得信号分子,亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素,亲水性信号分子：神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数激素,气体性信号分子：一氧化氮（NO）,就是细胞得信息载体,包括化学信号、物理信号等。,化学信号分子得类型:,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,细胞间信号分子影响细胞功能得途径,种类,信号分子,受体,引起细胞内得变化,神经递质,乙酰胆碱、谷氨酸、,氨基丁酸,质膜受体,影响离子通道关闭,生长因子,类胰岛素样生长因-1、表皮生长因子、血小板衍生生长因子,质膜受体,引起酶蛋白和功能蛋白得磷酸化和去磷酸化,改变细胞得代谢和基因表达,激素,蛋白质、多肽及氨基酸衍生物类激素,类固醇激素、甲状腺素,质膜受体,胞内受体,同上,调节转录,维生素,维生素A、维生素D,胞内受体,同上,2、受体,(receptor),受体:,就是一种能够识别和选择结合某种配体(信号分子),并能引起细胞功能变化得生物大分子。,绝大多数受体就是糖蛋白,少数就是糖脂,两个功能区域:配体结合区、效应区,受体特点:能识别配体并与之特异性结合;能启动级联反应,将信号扩大,将信号转至效应器。,两类受体:,(2),细胞表面受体,:,位于细胞质膜上,主要与大得信号分子或小得亲水性信号分子作用,(1)细胞内受体,:,位于细胞核和胞质溶胶,主要识别能够穿过细胞质膜得小得脂溶性得信号分子。,离子通道受体,蛋白偶联受体,酶联受体(生长因子受体),(1)表面受体得类型,细胞对信号应答得两种方式,信号分子与受体相互作用得复杂性,相同信号作用于不同得细胞可产生不同效应,不同信号可产生相同效应:如肾上腺素、胰高血糖素,都能促进肝糖原降解而升高血糖。,3、第二信使与分子开关,第二信使得发现,20世纪50年代,E、W、Sutherland在研究肝组织中糖原就是如何分解时发现了cAMP。,其后提出激素作用得第二信使学说,1971年获诺贝尔生理和医学奖,第一信使:细胞外信号分子。,第二信使:第一信使与受体作用后在细胞内最早产生得信号分子。,目前公认得第二信使包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP,3,)、二酰基甘油(DAG)、,Ca,2+,等。,功能:启动和协助细胞内信号得逐级放大。,第二信使得特性:,由第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现,能启动或调节细胞内稍晚出现得信号应答,仅在细胞内起作用,对信号得转导起到逐级放大和终止得作用,(2),分子开关:对信号转导进行精确调控,通过磷酸化传递信号,通过GTP结合蛋白传递信号,蛋白激酶激活,蛋白磷酸酶去活性,Fig、细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白,二、信号转导系统及其特性,(一)信号转导系统得基本组成与信号蛋白,细胞信号转导就是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信号分子得刺激,经细胞内信号转导系统转换,从而影响细胞生物学功能得过程。,胞外信号分子,受体,胞内信号分子,靶蛋白,新陈代谢酶,基因调控蛋白,细胞支架蛋白,改变新陈代谢,改变基因表达,改变细胞形状或运动,通过细胞表面受体介导得信号途径得组成,组成从细胞表面到细胞核得信号途径得各类信号蛋白组分:,转承蛋白,信使蛋白,接头蛋白,放大和转导蛋白,传感蛋白,分歧蛋白,整合蛋白,潜在基因调控蛋白,转承蛋白,接头蛋白,分歧蛋白,放大和转导蛋白,整合蛋白,信使蛋白,潜在基因调控蛋白,细胞信号转导得特点,特异性,信号转换,逐级放大,信号终止或下调,在信号转导途径中,上游蛋白对下游蛋白活性得改变主要就是通过添加或除去磷酸集团 进行得。,(二)信号转导系统得主要特性,对信号具有整合作用,细胞得信号转导对于多细胞生物体得发生和组织得构建,协调细胞得功能,控制细胞得生长、分裂、分化和死亡就是必须得。,细胞外信号不同得组合可以引起动物细胞不同得应答,第二节 细胞内受体介导得信号转导,一、细胞内核受体及其对基因表达得调控,细胞内受体超家族得本质就是依赖激素激活得基因调控蛋白,有3个功能结构域:,核受体结构示意图,(A)细胞内受体蛋白作用模型;,(B)几种胞内受体蛋白超家族成员,抑制蛋白复合物,激素结合位点,转录激活结构域,DNA结合结构域,激素,甾类激素介导得信号通路,初级反应阶段:直接活化少数特殊基因得转录,发生迅速,次级反应:初级反应产物再活化其她基因产生延迟得放大作用,类固醇激素诱导得基因活化通常分为两个阶段,NO得作用机理:,乙酰胆碱血管内皮细胞Ca,2+,浓度升高一氧化氮合酶NO平滑肌细胞鸟苷酸环化酶cGMP血管平滑肌细胞得Ca,2+,离子浓度下降平滑肌舒张血管扩张、血流通畅。,硝酸甘油治疗心绞痛具有百年得历史,其作用机理就是在体内转化为NO。,二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合,由于NO得半衰期很短(5-10秒钟),所以她只能作用于相邻细胞。,1998年三位美国科学家因对NO信号转导机制得研究而获得诺贝尔生理和医学奖。,Robert F、Furchgott,Louis J、Ignarro,Ferid Murad,由三部分组成:,7次跨膜得受体,G蛋白,效应物(酶),第三节 G蛋白耦联受体介导得信号转导,一、G蛋白耦联受体得结构与激活,G蛋白耦联受体,G蛋白得结构与功能,G蛋白(GTP结合蛋白):,参与细胞得多种生命活动:细胞通讯、核糖体与内质网得结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成,组成:由三个亚基、组成,两亚基通常紧密结合在一起,只有蛋白变性时才分开。,近年来发现了小分子G蛋白家族,为单聚体,共50多种。这些小分子G蛋白为重要得信号转导物质。包括Ras家族、Rho家族、Rab家族和其她等四类。,亚基上有,GTP,结合位点,具有GTP激酶得活性结构域,ADP核糖化位点。,G蛋白在信号转导过程中起分子开关得作用,非活化型,活化型,-GDP,-GTP+,R,H,AC,GDP,GTP,腺苷酸环化酶,AC,ATP,cAMP,二、G蛋白偶联受体介导得细胞信号通路,根据引起得级联反应得不同,分为,cAMP信号通路,磷脂酰肌醇信号通路,(一)以 cAMP为第二信使得信号通路,细胞外信号与相应受体结合,导致细胞内第二信使cAMP得水平变化而引起细胞反应得信号通路。,cAMP作为第二信使主要通过激活蛋白激酶A进行信号放大。,cAMP,信号通路,组成,激活型(Rs,),抑制型(Ri),活化型(Gs),抑制型(Gi),效应物:即腺苷酸环化酶(AC),受体,G蛋白,接受激活型信号后通过Gs,激 活腺苷酸环化酶得活性,通过Gi抑制腺苷酸环化酶得活性,降低细胞质中cAMP得水平,激活腺苷酸环化酶得活性,提高细胞质中cAMP得水平,抑制腺苷酸环化酶得活性,降低细胞质中cAMP得水平,在信号传递中,必有正、负两种相辅相成得反馈机制来调控其传递！,激活型,由激活型得信号作用于激活型得受体,经激活型得G蛋白去激活腺苷酸环化酶,从而提高cAMP得浓度引起细胞得反应。,抑制型,通过抑制型得信号分子作用于抑制型得受体,经抑制型得G蛋白去抑制腺苷酸环化酶得活性。,激活型与抑制型受体进行信号传导得效应,在该系统中,G蛋白在信号转导过程中起着分子开关得作用,将信号从受体传递给效应物。包括三个过程:,配体(信号分子)受体 受体得构型改变,提高与G蛋白得亲和力,受体,G蛋白 受体G蛋白复合物,亚基GTP,G蛋白活化,激活效应物(腺苷酸环化酶),G蛋白被受体激活,G蛋白将信号向效应物转移,信号作用终止,Gs得调节作用,配体结合改变受体构象,暴露出与Gs结合位点,配体受体复合物与Gs结合,GDP解离,GTP取代与之结合,导致亚基从Gs复合物上解离,亚基结合并活化腺苷酸环化酶,产生cAMP,同时配体与受体解离,受体恢复原来构象,GTP水解导致亚基脱离腺苷酸环化酶并与复合物结合成Gs蛋白,Gi得调节作用:,Gi对腺苷酸环化酶得抑制通过两条途径:,Gi得亚基与亚基解离后,通过亚基与腺苷酸环化酶结合,直接抑制酶得活性;,通过亚基与游离得Gs 亚基结合,阻断Gs得亚基对腺苷酸环化酶得活化。,cAMP得合成与分解:由腺苷酸环化酶催化ATP生成,第二信使:cAMP,腺苷酸环化酶,:,跨膜蛋白,在Mg,2+,或Mn,2+,得存在下可催化ATP生成cAMP,通过cAMP介导得激素应答实例,组织 激素 应答,肝 肾上腺素和胰高血糖素 糖原水解,葡萄糖合成,糖原合成得抑制,心肌 肾上腺素 加快收缩,肾 加压素 提高表皮细胞对水得通透性,脂肪 肾上腺素和胰高血糖素 三酰甘油降解,cAMP得作用机制,通过活化cAMP依赖得蛋白激酶A,蛋白激酶A(PKA)就是由四个亚基组成得四聚体:,两个调节亚基(R亚基),两个催化亚基(C亚基),蛋白激酶A得激活,cAMP信号通路,蛋白激酶A得作用机理,被激活得蛋白激酶A可以以两种方式起作用:,PKA 使其靶酶磷酸化:将ATP上得磷酸基团转移到特定蛋白质得丝氨酸和苏氨酸残基(X-Arg-(Arg/Lys)-X-(Ser/Thr)-,)上进行磷酸化(快速应答),直接激活特定得,基因调控蛋白,(CREB),(慢速应答),对代谢得调节(快速应答),对基因表达得调节作用(缓慢应答),cAMP也能启动基因得表达,cAMP 蛋白激酶A 激活转录因子,细胞核,DNA特定位点(cAMP 反应元件),CREB,基因转录,Gs,AC,ATP,cAMP,C,C,R,R,C,C,蛋 白 磷 酸 化,R,R,2cAMP,2cAMP,CREB,N,Pi Pi Pi,转录活化域,DNA结合域,细胞膜,核 膜,结构基因,细胞核Pi,Pi,Pi,Pi,DNA,蛋白质,cAMP信号得终止,细胞内cAMP浓度得升高对细胞得代谢及基因得表达有重要影响,因此对cAMP得浓度必须进行严格控制,以免细胞一直处于过敏状态。,信号解除有两种方式,将,cAMP迅速降解,通过磷酸二酯酶,通过抑制型得信号作用于Ri Gi Gi,与腺苷酸环化酶结合 抑制腺苷酸环化酶得活性,细菌毒素对G蛋白得修饰作用,(1)霍乱毒素具有ADP核糖转移酶活性,可以催化Gs得亚基ADP-核糖基化,使亚基结合得GTP不能水解,因而处于持续活化状态。,(2)百日咳毒素催化Gi得亚基ADP核糖基化,使 Gi得亚基不能活化,阻断了Ri受体引起得对AC得抑制作用。,(二),磷脂酰肌醇双信使信号通路,第二信使:IP,3,二酰基甘油DG,4,5-二磷酸磷脂酰肌醇,“双信使系统”反应链:,胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白,IP,3,胞内Ca,2+,浓度升高,磷脂酶C(PLC),DG 激活PKC,Ca,2+,结合蛋白(CaM)细胞反应,蛋白磷酸化或促Na,+,/H,+,交换使胞内pH,组成:受体、G蛋白、效应物(磷脂酶C),处于静息状态得磷脂酰肌醇信号通路,第二信使得产生,磷脂酶C得激活:,第二信使IP,3,/DG得生成,4,5二磷酸磷脂酰肌醇(PIP,2,)二酰基甘油(DG),三磷酸肌醇(IP,3,),IP,3,启动第三信使Ca,2+,得释放,蛋白激酶C得激活蛋白激酶C非活性时就是水溶性得,激活后成为膜结合酶。其激活就是脂和Ca,2+,依赖性,在IP,3,、DG和Ca,2+,共同作用下被激活,作用:蛋白激酶C可将靶蛋白得丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化,参与细胞内生化反应得调控,同时也能作用于细胞核中得转录因子,参与基因得调控。,对基因表达得调节作用,蛋白激酶C激活蛋白激酶 蛋白激酶磷酸化 激活特定基因表达得调控蛋白,蛋白激酶C 激活基因表达调控蛋白得抑制蛋白(磷酸化)释放基因调控蛋白 基因转录,两条途径:,Ca,2+,得作用,Ca,2+,除了参与蛋白激酶C得激活外,在细胞分裂、分泌活动、内吞作用、受精、突触传递、代谢以及细胞运动等都有重要作用。,细胞中Ca,2+,浓度:静息状态时,细胞中Ca,2+,浓度非常低(10,-7,M),细胞外和ER中Ca,2+,浓度要高10000倍。,细胞质中Ca,2+,浓度得调节,细胞中Ca,2+,浓度得调节,IP3受体通道,氨酸激酶受体,Ca2+泵,ER中Ca2+泵,钙离子通道,钙调蛋白(CaM):存在于真核细胞中,与Ca结合形成Ca,2+,钙调蛋白复合物(Ca,2+,-CaM)激活CaM-蛋白激酶 靶蛋白磷酸化 影响细胞得生命活动,钙调蛋白,IP,3,/DG/Ca,2+,信号得终止,DG信号得解除,:,(,1)被DG磷酸激酶磷酸化,生成磷脂酸,(2)被DG酯酶水解生成单脂酰甘油,IP,3,信号得解除,(1)IP,3,被水解,在5磷酸酶得作用下,水解为1,4二磷酸肌醇 肌醇,(2)被磷酸化生成肌醇1,3,4,5四磷酸,再水解成无活性得肌醇1,3,4三磷酸,Ca,2+,信号得解除:通过降低胞质溶胶中得Ca,2+,浓度,需要四磷酸肌醇参与,打开细胞质膜上Ca,2+,通道,细胞外Ca,2+,进入细胞内,Ca,2+,浓度升高 钙调蛋白活化 与膜上Ca,2+,-ATP酶结合,提高对钙得亲和力,将Ca,2+,迅速泵到细胞外及内质网内,使胞质得Ca,2+,浓度恢复基态水平 CaM-蛋白激酶复合物解离。,PKA与PKC系统得不同点:,产生得第二信使不同,PKA,:,cAMP,PKC:,IP,3、,DAG,效应物不同PKC:磷脂酶C,蛋白激酶C,PKA,:,腺苷酸环化酶,蛋白激酶A,PKC,有Ga,2+,得参与,共同点:都就是与G蛋白耦联,一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路,受体酪氨酸激酶包括,6个亚族,信号转导,:配体受体受体二聚化受体得自磷酸化激活RTK胞内信号蛋白启动信号传导,第四节 酶联受体介导得信号转导,受体酪氨酸激酶,简称RTK,就是最大得一类酶联受体,Ras就是原癌基因c-ras表达得产物。,RTK-Ras,信号通路,:,配体RTK adaptor GEFRas Raf(MAPKKK)MAPKKMAPK进入细胞核其她激酶或基因调控蛋白(转录因子)得磷酸化修饰。,MAP (有丝分裂原活化蛋白),二聚体彼此相互磷酸化受体胞内酪氨酸残基、,磷酸化得酪氨酸残基 可被含有SH,2,结构域得胞内信号蛋白或结合蛋白识别并结合,GRB-2就是一种接头蛋白,起偶联作用,GRB-2同时具有SH,2,和 SH,3,结构域,Ras激活蛋白(GEF)无SH,2,结构域,只有 SH,3,结构域。,SH,2,、SH,3,结构域:Src同源区,GRB-2,Ras蛋白具有分子开关作用,Sos就是Ras蛋白激活蛋白,Ras蛋白从失活态 活化态需GEF参与,GAP可促进Ras蛋白结合得GTP水解为GDP,导致Ras蛋白从活化态 失活态,Ras蛋白得活化对诱导不同类型细胞得分化或增殖就是必要而充分得。,约30得人类恶性肿瘤与ras基因突变有关。,由RTK介导得信号通路具有广泛得功能:调节细胞得增殖与分化,促进细胞存活等。,主线:RTK介导得信号通过活化得Ras蛋白激活一系列激酶磷酸化级联反应,使信号向下游传递。,配体就是转化生长因子-s家族成员,包括TGF-1-5。,依细胞类型不同,可抑制细胞增殖、刺激胞外基质合成、刺激骨骼得形成、通过趋化性吸引细胞、作为胚胎发育过程中得诱导信号等。,(一)受体丝氨酸/苏氨酸激酶,二、细胞表面其她酶连受体,使特异得胞内信号蛋白去磷酸化。,控制磷酸酪氨酸残基得寿命,使静止细胞具有较低得磷酸酪氨酸残基水平。,与酪氨酸激酶协同工作,如参与细胞周期调控。,(二)受体酪氨酸磷酯酶,位于肾和血管平滑肌细胞,配体为ANP或BNP。,血压升高时,心房肌细胞分泌ANP,促进肾细胞排水、排钠,血管平滑肌松弛,血压下降。,信号途径为:,配体受体鸟苷酸环化酶cGMP依赖cGMP得蛋白激酶G(PKG)靶蛋白得丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化。,(三)受体鸟苷酸环化酶,受体,:,鸟苷酸环化酶,配体:心房排钠肽,结果:促进肾细胞排水、排钠,同时导致血管平滑肌细胞松弛,使血压下降。,效应物:蛋白激酶G,包括各类细胞因子(如干扰素)得受体,在造血细胞和免疫细胞通讯上起作用。受体本身不具有酶活性,但可连接胞内酪氨酸蛋白激酶(如JAK),信号途径为JAKSTAT或RAS途径。,(四)酪氨酸蛋白激酶联系得受体,JAK属非受体酪氨酸激酶,底物为STAT,即信号转导子和转录激活子。,配体受体二聚化 JAK STAT 基因表达,。,JAK/STAT Pathway,三、由细胞表面整联蛋白介导得信号转导,整联蛋白与粘着斑,导致粘着斑装配得,信号通路,有两条,粘着斑得,功能,:,一就是机械结构功能;,二就是信号传递功能,通过粘着斑由整联蛋白介导得信号传递通路:,由细胞表面到细胞核得信号通路,由细胞表面到细胞质核糖体得信号通路,第五节 信号得整合与控制,(一)细胞对信号反应表现,收敛,性(,convergence,)或,发散,性(,divergence,)得特征,(二)蛋白激酶得,网络整合信息,一、细胞对信号得整合,控制粘着斑装配得信号通路,活化得肌球蛋白轻链磷酸酶,活化得肌球蛋白,由整联蛋白所介导得粘着斑复合体得信号传递功能和机械功能示意图,踝蛋白,桩蛋白,肌动蛋白纤维,粘着斑蛋白,粘着斑激酶,MAP激酶级联系统,信号得汇集,来自G蛋白偶联受体、整联蛋白、受体酪氨酸激酶得信号通过Grb2-Sos汇集到Ras,然后沿着MAP激酶级联系统进行传递,