細胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo) 第 十 五 章ppt課件

1、目目 錄錄細胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)第第 十十 五五 章章Cellular Signal Transduction目目 錄錄cell communication細胞通訊是細胞通訊是體內(nèi)一部分細胞發(fā)出信號，另一部分細體內(nèi)一部分細胞發(fā)出信號，另一部分細胞胞target cell接納信號并將其轉(zhuǎn)變接納信號并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榧毎δ茏兓倪^程。為細胞功能變化的過程。 signal transduction信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞針對外源信息所發(fā)生的細胞內(nèi)生物化胞針對外源信息所發(fā)生的細胞內(nèi)生物化學(xué)變化及效應(yīng)的全過程稱為。學(xué)變化及效應(yīng)的全過程稱為。 目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié)細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述The Ge

2、neral Information of Signal Transduction目目 錄錄概概 述述單細胞生物單細胞生物 直接作出反響直接作出反響多細胞生物多細胞生物 經(jīng)過細胞間復(fù)雜的信號傳送經(jīng)過細胞間復(fù)雜的信號傳送系統(tǒng)來傳送信息，從而調(diào)控機體活動。系統(tǒng)來傳送信息，從而調(diào)控機體活動。外界環(huán)境變化時外界環(huán)境變化時目目 錄錄跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的普通步驟跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的普通步驟特定的細胞釋放信息物質(zhì)特定的細胞釋放信息物質(zhì)信息物質(zhì)經(jīng)分散或血循環(huán)到達靶細胞信息物質(zhì)經(jīng)分散或血循環(huán)到達靶細胞與靶細胞的受體特異性結(jié)合與靶細胞的受體特異性結(jié)合受體對信號進展轉(zhuǎn)換并啟動細胞內(nèi)信使系統(tǒng)受體對信號進展轉(zhuǎn)換并啟動細胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶

3、細胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)靶細胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)信信 息息 物物 質(zhì)質(zhì)受受 體體信息的傳送途徑信息的傳送途徑目目 錄錄 細胞外化學(xué)信號細胞間化學(xué)信號細胞外化學(xué)信號細胞間化學(xué)信號由細胞分泌的調(diào)理靶細胞生命活動的化學(xué)物質(zhì)由細胞分泌的調(diào)理靶細胞生命活動的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。細胞內(nèi)化學(xué)信號細胞內(nèi)化學(xué)信號在細胞內(nèi)傳送細胞調(diào)控信號的化學(xué)物質(zhì)。在細胞內(nèi)傳送細胞調(diào)控信號的化學(xué)物質(zhì)。由第一信使刺激靶細胞內(nèi)產(chǎn)生的。由第一信使刺激靶細胞內(nèi)產(chǎn)生的。信信 息息 物物 質(zhì)質(zhì)目目 錄錄 根據(jù)作用間隔的遠近，將細胞間信息分子分為三類：根據(jù)作用間隔的遠近，將細胞間信息分子分為三類：1.內(nèi)分泌信號，內(nèi)分

4、泌信號，endocrine signal2.旁分泌信號，旁分泌信號，paracrine signal3.自分泌信號，自分泌信號，autocrine signalP368目目 錄錄內(nèi)分泌信號，內(nèi)分泌信號，endocrine signal 特點特點由特殊分化的內(nèi)分泌細胞分泌由特殊分化的內(nèi)分泌細胞分泌 ；經(jīng)過血液循環(huán)到達靶細胞經(jīng)過血液循環(huán)到達靶細胞 ；大多數(shù)作用時間較長。大多數(shù)作用時間較長。 例如例如胰島素、胰島素、甲狀腺素、甲狀腺素、腎上腺素等腎上腺素等目目 錄錄旁分泌信號旁分泌信號, paracrine signal特點特點由體內(nèi)某些普通細胞分泌；由體內(nèi)某些普通細胞分泌； 不進入血循環(huán)，經(jīng)過分散

5、作用到達附近的靶細不進入血循環(huán)，經(jīng)過分散作用到達附近的靶細胞；胞；普通作用時間較短。普通作用時間較短。例如例如生長因子、生長因子、前列腺素等。前列腺素等。目目 錄錄自分泌信號自分泌信號(autocrine signal) 有些細胞間信息物質(zhì)能對同種細胞或分有些細胞間信息物質(zhì)能對同種細胞或分泌細胞本身起調(diào)理作用，稱為自分泌信號泌細胞本身起調(diào)理作用，稱為自分泌信號(autocrine signal)例如例如生長因子生長因子腫瘤的構(gòu)成腫瘤的構(gòu)成目目 錄錄 受體受體 Receptor ReceptorLigand 配體配體膜受體膜受體 胞內(nèi)受體胞內(nèi)受體P369目目 錄錄配體配體 ：能與受體呈特異性結(jié)合

6、的生：能與受體呈特異性結(jié)合的生物活性分子。物活性分子。 細胞間化學(xué)信號是一類細胞間化學(xué)信號是一類最常見的配體。最常見的配體。 受體：是細胞膜上或細胞內(nèi)能特異識受體：是細胞膜上或細胞內(nèi)能特異識別生物活性分子并與之結(jié)合的成分，其別生物活性分子并與之結(jié)合的成分，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，個別是糖脂?；瘜W(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，個別是糖脂。 受體的作用：受體的作用：一是識別外源信號分子，即配體；一是識別外源信號分子，即配體；二是轉(zhuǎn)換配體信號，使之成為細二是轉(zhuǎn)換配體信號，使之成為細胞內(nèi)分子可識別的信號，并傳送至其胞內(nèi)分子可識別的信號，并傳送至其他分子引起細胞應(yīng)對。他分子引起細胞應(yīng)對。目目 錄錄目目 錄錄第二節(jié)第二節(jié)細胞

7、內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)分子細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)分子Intracellular Signal Molecules目目 錄錄第三信使第三信使(third messenger) 擔(dān)任細胞核內(nèi)外信息傳送的物質(zhì)，又稱為擔(dān)任細胞核內(nèi)外信息傳送的物質(zhì)，又稱為DNA結(jié)合蛋白，是一類可與靶基因特異序列結(jié)合的核蛋白，結(jié)合蛋白，是一類可與靶基因特異序列結(jié)合的核蛋白，能調(diào)理基因的轉(zhuǎn)錄。如立早基因能調(diào)理基因的轉(zhuǎn)錄。如立早基因(immediate-early gene)的編碼蛋白質(zhì)的編碼蛋白質(zhì) 。在細胞內(nèi)傳送信息的小分子物質(zhì)，如：在細胞內(nèi)傳送信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、cAMP、cGMP、 DAG、IP3等。等。第二信使第二信

8、使(secondary messenger)細胞內(nèi)化學(xué)信號細胞內(nèi)化學(xué)信號在細胞內(nèi)傳送細胞調(diào)控信號的化學(xué)物質(zhì)。在細胞內(nèi)傳送細胞調(diào)控信號的化學(xué)物質(zhì)。由第一信使刺激靶細胞內(nèi)產(chǎn)生的。由第一信使刺激靶細胞內(nèi)產(chǎn)生的。目目 錄錄NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATPACPPiNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHAMPPDEH2O磷酸二酯酶磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase,AC)1. cAMP 的合成與分解的合成與分解目目 錄錄cAMP的作

9、用機理的作用機理cAMP-dependent protein kinaseR： 調(diào)理亞基調(diào)理亞基C： 催化亞基催化亞基蛋白激酶蛋白激酶A PKAPKA的激活的激活RRRRCCCC目目 錄錄-OHThrSer酶蛋白酶蛋白 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSer-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白調(diào)理細胞的物質(zhì)代謝和基因表達調(diào)理細胞的物質(zhì)代謝和基因表達.PKA的作用的作用目目 錄錄目目 錄錄2. cGMP的合成的合成目目 錄錄Protein Kinase G 蛋白激酶蛋白激酶G (PKG)鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶2.1 cGMP激活PKG表示圖目目 錄錄 硝酸甘油治療心絞痛具有百年硝酸甘

10、油治療心絞痛具有百年的歷史，其作用機理是在體內(nèi)的歷史，其作用機理是在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為NONO，可舒張血管，減輕，可舒張血管，減輕心臟負荷和心肌的需氧量心臟負荷和心肌的需氧量 。 NO, 可活化可溶性可活化可溶性GC，并，并抑制磷酸二酯酶活性，從而使抑制磷酸二酯酶活性，從而使細胞內(nèi)細胞內(nèi)cGMP濃度升高。再經(jīng)濃度升高。再經(jīng)過過cGMP依賴的蛋白激酶依賴的蛋白激酶GPKG發(fā)揚生理功能發(fā)揚生理功能NO relaxes vascular smooth muscle目目 錄錄3. DAG，IP3的合成的合成 PLC PLCDAG磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇4,5-二磷酸二磷酸二脂酰甘油二脂酰甘油三磷酸肌醇三磷酸

11、肌醇IP3PIP2磷脂酶磷脂酶C PLC )目目 錄錄3.2 DAG，IP3的功能的功能DAG：在磷脂酰絲氨酸和：在磷脂酰絲氨酸和Ca2+協(xié)同下激活協(xié)同下激活PKCIP3 ：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結(jié)合，促使細胞內(nèi)：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結(jié)合，促使細胞內(nèi) Ca2+釋釋放放(Protein Kinase C 蛋白激酶蛋白激酶C )P384目目 錄錄目目 錄錄反式作用因子磷酸化反式作用因子磷酸化第三信使第三信使 PKC 對基因的早期活化和晚期活化對基因的早期活化和晚期活化目目 錄錄CaM+ Ca2+ Ca2+ -CaM dependent protein kinase (Ca2+ /CaM-PK

12、) 4. Ca2+ 鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白calmodulin，CaM可看作是細胞內(nèi)可看作是細胞內(nèi)Ca2+的受體。的受體。目目 錄錄小結(jié)小結(jié)Secondary messenger cAMP、 cGMP 、 DAG、 IP3、 Ca2+PKAPKGCaMCa2+ /CaM-PKCa2+PKC底物底物(酶酶)Ser/Thr殘基磷酸化殘基磷酸化 調(diào)理底物調(diào)理底物(酶酶) 的活性。的活性。 目目 錄錄二、蛋白質(zhì)作為細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子二、蛋白質(zhì)作為細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子一蛋白激酶一蛋白激酶/ /蛋白磷酸酶是信號通路開關(guān)分子蛋白磷酸酶是信號通路開關(guān)分子二二G蛋白的蛋白的GTP/GDP結(jié)合形狀決議信號通路的開關(guān)結(jié)合形

13、狀決議信號通路的開關(guān)蛋白絲氨酸蛋白絲氨酸/ /蘇氨酸激酶蘇氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶異源三聚體異源三聚體G蛋白蛋白低分子質(zhì)量低分子質(zhì)量G蛋白蛋白PKA PKG PKC MAPKP377目目 錄錄第三節(jié)第三節(jié)各種受體介導(dǎo)的根本信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路各種受體介導(dǎo)的根本信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 Signal Pathways Mediated Signal Pathways Mediated by Different Receptors by Different Receptors 目目 錄錄 一、胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信息傳送 二、膜受體介導(dǎo)的信息傳送目目 錄錄1. 胞內(nèi)受體胞內(nèi)受體相關(guān)配體：相關(guān)配體：Steroid

14、s 類固醇激素類固醇激素 Thyroid hormone 甲狀腺素等甲狀腺素等功功 能能 ：多為反式作用因子，：多為反式作用因子，當與相應(yīng)配體結(jié)合后，能與當與相應(yīng)配體結(jié)合后，能與DNA的順式作用元件結(jié)合，的順式作用元件結(jié)合，調(diào)理基因轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生細胞應(yīng)對調(diào)理基因轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生細胞應(yīng)對效應(yīng)。效應(yīng)。位于細胞漿和細胞核中的受體，全部為位于細胞漿和細胞核中的受體，全部為DNA結(jié)合蛋白。結(jié)合蛋白。目目 錄錄核受體構(gòu)造及作用機制表示圖核受體構(gòu)造及作用機制表示圖目目 錄錄 二、膜受體介導(dǎo)的信息傳送二、膜受體介導(dǎo)的信息傳送 cAMP- 蛋白激酶途徑蛋白激酶途徑 Ca2+- 依賴性蛋白激酶途徑 RTK-Ras-MAPK

15、途徑途徑 NF- 途徑途徑 (自學(xué)自學(xué)) JAKs-STAT途徑途徑(自學(xué)自學(xué))目目 錄錄離子通道受體離子通道受體七個跨膜七個跨膜螺旋受體螺旋受體 (G 蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體)單個跨膜單個跨膜螺旋受體螺旋受體 (酶蛋白偶聯(lián)受體酶蛋白偶聯(lián)受體) 膜受體膜受體(membrane receptor) 存在于細胞質(zhì)膜上的受體，絕大部分是鑲嵌糖存在于細胞質(zhì)膜上的受體，絕大部分是鑲嵌糖蛋白。蛋白。目目 錄錄1. 離子通道受體離子通道受體主要受神經(jīng)遞質(zhì)等信息物質(zhì)調(diào)理主要受神經(jīng)遞質(zhì)等信息物質(zhì)調(diào)理乙酰膽堿受體乙酰膽堿受體2. G 蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體(G-protein coupled receptor

16、s, GPCRs)七個跨膜七個跨膜螺旋受螺旋受體體/蛇型受體蛇型受體(serpentine receptor)目目 錄錄受體構(gòu)造的特點受體構(gòu)造的特點* * 受體的受體的N N端可有不同的糖基化。端可有不同的糖基化。* * 胞內(nèi)的第二和第三個環(huán)能與胞內(nèi)的第二和第三個環(huán)能與G-G-蛋白相偶聯(lián)。蛋白相偶聯(lián)。目目 錄錄 G蛋白蛋白(guanylate binding protein)位于細胞膜上的鳥苷酸結(jié)合蛋白，由位于細胞膜上的鳥苷酸結(jié)合蛋白，由、 三三個亞基組成。個亞基組成。有兩種構(gòu)象：有兩種構(gòu)象： 非活化型：非活化型： 三聚三聚體體 與與GDPGDP結(jié)合結(jié)合 活化型：活化型： 亞基亞基 與與GTP

17、GTP結(jié)合，結(jié)合， 二聚體零落二聚體零落 目目 錄錄不同的不同的G蛋白能特異性地將受體和與之相順應(yīng)的效應(yīng)酶偶聯(lián)起來蛋白能特異性地將受體和與之相順應(yīng)的效應(yīng)酶偶聯(lián)起來激動型激動型G蛋白蛋白磷脂酶磷脂酶C型型G蛋白蛋白P382目目 錄錄血管緊張素血管緊張素II 受體經(jīng)過受體經(jīng)過 PLC-IP3/DAG-PKC通路通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)胰高血糖素受體經(jīng)過胰高血糖素受體經(jīng)過AC-cAMP-PKA通路轉(zhuǎn)導(dǎo)信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)信號 目目 錄錄胰高血糖素受體經(jīng)過胰高血糖素受體經(jīng)過AC-cAMP-PKA通路轉(zhuǎn)導(dǎo)信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)信號 P383PDE目目 錄錄信息傳導(dǎo)過程可歸納為信息傳導(dǎo)過程可歸納為細胞外信息分子細胞外信

18、息分子受受 體體G 蛋蛋 白白A C 第二信使第二信使cAMP 蛋白激酶蛋白激酶A激酶激酶酶或功能性蛋白質(zhì)酶或功能性蛋白質(zhì)生生 物物 學(xué)學(xué) 效效 應(yīng)應(yīng)AC-cAMP-PKA通路通路胰高血糖素、腎上腺素、促腎上腺皮質(zhì)激素胰高血糖素、腎上腺素、促腎上腺皮質(zhì)激素目目 錄錄血管緊張素血管緊張素II 受體經(jīng)過受體經(jīng)過PLC-IP3-Ca2+/CaM-PK通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)PLC-IP3-Ca2+/CaM-PK pathway P384細胞外信息物質(zhì)細胞外信息物質(zhì)受受 體體G 蛋蛋 白白磷脂酶磷脂酶 C DAG Ca2+酶或功能性蛋白質(zhì)酶或功能性蛋白質(zhì)生生 物物 學(xué)學(xué) 效效 應(yīng)應(yīng)PIP2DA

19、G + IP3膜磷脂膜磷脂第二信使第二信使 Ca2+- CaM激酶激酶血管緊張素血管緊張素II 受體經(jīng)過受體經(jīng)過PLC-IP3-Ca2+/CaM-PK通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)目目 錄錄PLC-IP3/DAG-PKC通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)DAG：在磷脂酰絲氨酸和：在磷脂酰絲氨酸和Ca2+協(xié)同下激活協(xié)同下激活PKCIP3 ：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結(jié)合，促使細胞內(nèi)：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結(jié)合，促使細胞內(nèi) Ca2+釋釋放放(Protein Kinase C 蛋白激酶蛋白激酶C )P384目目 錄錄細胞外信息分子細胞外信息分子受受 體體G 蛋蛋 白白磷脂酶磷脂酶 C DAG Ca2

20、+ 蛋白激酶蛋白激酶C激酶激酶酶或功能性蛋白質(zhì)酶或功能性蛋白質(zhì)生生 物物 學(xué)學(xué) 效效 應(yīng)應(yīng)PIP2DAG + IP3膜磷脂膜磷脂第二信使第二信使 PLC-IP3/DAG-PKC pathway 目目 錄錄 受體酪氨酸蛋白激酶受體酪氨酸蛋白激酶結(jié)合酪氨酸蛋白激酶的受體結(jié)合酪氨酸蛋白激酶的受體3、單個跨膜、單個跨膜 螺旋受體螺旋受體 (酶蛋白偶聯(lián)受體酶蛋白偶聯(lián)受體)(tyrosine protein kinase, TPK)紅細胞生成素紅細胞生成素目目 錄錄 RTK-Ras-MAPK途徑途徑 JAKs-STAT途徑途徑(自學(xué)自學(xué)) NF- 途徑途徑 (自學(xué)自學(xué))目目 錄錄二二RasMAPK途徑是途

21、徑是EGFR的主要信號通路的主要信號通路表皮生長因子受體表皮生長因子受體epidermal growth factor receptor, EGFR是一個典型的是一個典型的受體型受體型PTK。RasMAPK途徑是途徑是EGFR的主要信號通的主要信號通路之一。路之一。 目目 錄錄EGFR介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程目目 錄錄 胰島素、胰島素樣生長因子等 受體型TPK 受體型TPK中介蛋白GRB2、SOS等 Ras p21蛋白或小G蛋白 Raf (MAPKKK) MEK( MAPKK) ERK (MAPK)受體型受體型TPK-Ras-MAPK途徑途徑有絲分裂原激活蛋白系統(tǒng)有絲分裂原激活蛋白系統(tǒng)生物學(xué)效應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)信息分子信息分子配體配體受體受體反式作用因子反式作用因子胞間胞間胞