211細胞信號轉導

1、細胞信號轉導細胞信號轉導 細胞信號轉導（細胞信號轉導（signal transducgtionsignal transducgtion）主要研）主要研究細胞感受、轉導環(huán)境刺激的分子途徑及其對代謝究細胞感受、轉導環(huán)境刺激的分子途徑及其對代謝生理反應和基因表達的調控，及外界刺激和胞間信生理反應和基因表達的調控，及外界刺激和胞間信號怎樣作用于質膜（或胞內）受體，然后如何跨膜號怎樣作用于質膜（或胞內）受體，然后如何跨膜形成信號，以及其后信息分子級聯(lián)傳遞，生物信號形成信號，以及其后信息分子級聯(lián)傳遞，生物信號逐漸放大，引起基因表達和代謝反應變化等內容。逐漸放大，引起基因表達和代謝反應變化等內容。 鑒于細胞

2、信號轉導與代謝和基因表達調控、細胞鑒于細胞信號轉導與代謝和基因表達調控、細胞免疫、生長發(fā)育、細胞的分裂、分化、轉化、增殖免疫、生長發(fā)育、細胞的分裂、分化、轉化、增殖等重要的生命活動有著十分密切的聯(lián)系，已成為解等重要的生命活動有著十分密切的聯(lián)系，已成為解決許多重大理論和實際問題最重要的依據(jù)。決許多重大理論和實際問題最重要的依據(jù)。目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié) 細胞信號轉導概述細胞信號轉導概述第二節(jié)第二節(jié) 受體及跨膜信號轉換受體及跨膜信號轉換第三節(jié)第三節(jié) g-蛋白蛋白 與跨膜信號轉導與跨膜信號轉導第四節(jié)第四節(jié) 幾種重要的胞內信使及其信號傳遞途徑幾種重要的胞內信使及其信號傳遞途徑第五節(jié)第五節(jié) 具有酶活性的細

3、胞表面受體的跨膜信號轉導具有酶活性的細胞表面受體的跨膜信號轉導第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質的磷酸化與脫磷酸化蛋白質的磷酸化與脫磷酸化 第七節(jié)第七節(jié) 細胞信號轉導途徑的細胞信號轉導途徑的多樣性和相互作用多樣性和相互作用第一節(jié)第一節(jié) 細胞信號轉導概述細胞信號轉導概述一、細胞信號主要種類一、細胞信號主要種類二、細胞信號轉導途徑的特點二、細胞信號轉導途徑的特點三、參與信號分子相互作用的特殊結構域三、參與信號分子相互作用的特殊結構域細胞信號主要種類細胞信號主要種類(1)生物大分子的結構信號生物大分子的結構信號:蛋白質、核酸、蛋白質、核酸、 多糖及糖蛋白、糖脂類多糖及糖蛋白、糖脂類 (2)物理信號：光、電、磁場、

4、輻射物理信號：光、電、磁場、輻射 (3)化學信號：化學信號： 細胞間信號分子（第一信使）的類別和特點細胞間信號分子（第一信使）的類別和特點 細胞內信號分子（第二信使）的類別和特點細胞內信號分子（第二信使）的類別和特點生物大分子的結構信息生物大分子的結構信息弱健在分子識別中的作用弱健在分子識別中的作用 蛋白質的結構信息在分子識別中起重要作用，它主要表蛋白質的結構信息在分子識別中起重要作用，它主要表現(xiàn)為形狀和構象，而形狀、構象決定于蛋白質氨基酸序列本現(xiàn)為形狀和構象，而形狀、構象決定于蛋白質氨基酸序列本身，形狀、構象的信息是由非共價弱鍵表達的。身，形狀、構象的信息是由非共價弱鍵表達的。1.1.分子分

5、子a a和和b b的表面匹的表面匹配的不好，只能形成配的不好，只能形成少數(shù)幾個弱鍵，熱運少數(shù)幾個弱鍵，熱運動使它們很快分離。動使它們很快分離。2.2.分子分子a a和和c c的表面匹配的表面匹配的很好，所以能形成足的很好，所以能形成足夠的弱鍵，足以忍受熱夠的弱鍵，足以忍受熱運動的沖擊，相互結合運動的沖擊，相互結合在一起。在一起。細胞信號轉導途徑的特點細胞信號轉導途徑的特點 細胞信號傳遞途徑是一個復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，一細胞信號傳遞途徑是一個復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，一種胞間信號被靶細胞質膜或胞內的受體接收，通過種胞間信號被靶細胞質膜或胞內的受體接收，通過跨膜信號轉導系統(tǒng)傳入胞內，然后由一系列蛋白質跨膜信號轉導

6、系統(tǒng)傳入胞內，然后由一系列蛋白質傳遞于效應分子，產生預定的生物學效應。這樣的傳遞于效應分子，產生預定的生物學效應。這樣的信號傳遞途徑實際上是一個把原初信號逐級放大的信號傳遞途徑實際上是一個把原初信號逐級放大的級聯(lián)系統(tǒng)，使得一種胞間信號的級聯(lián)系統(tǒng)，使得一種胞間信號的微弱刺激可以引發(fā)微弱刺激可以引發(fā)下游千百種酶和轉錄因子的活性改變，導致生物體下游千百種酶和轉錄因子的活性改變，導致生物體內明顯的生理變化。內明顯的生理變化。細胞信號轉導主要途徑模式圖細胞信號轉導主要途徑模式圖水溶水溶性激性激素等素等生長因生長因子等子等脂溶性脂溶性激素激素酪氨酸蛋酪氨酸蛋白激酶白激酶胞間信號胞間信號第一信使第一信使跨膜

7、信跨膜信號轉導號轉導 蛋白質蛋白質 可可逆磷酸化逆磷酸化胞質受體胞質受體(tf)(細胞外細胞外)(質膜質膜)(細胞質細胞質)光光(細胞核細胞核)ca2+結結合蛋白合蛋白生理功生理功能調節(jié)能調節(jié)酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白核受體核受體ras途徑途徑mapkdgip3ca2+camppkacdpkcam.pkpkcmrna(tf)tf受體受體g- 蛋白蛋白靶蛋白靶蛋白（酶）（酶）環(huán)環(huán)境境刺刺激激胞內信號胞內信號第二信使第二信使dnaip3 :三磷酸肌醇三磷酸肌醇; dg:二酰甘油二酰甘油; pka:依賴依賴camp的蛋白激酶的蛋白激酶; pkc:依賴依賴ca2+的與磷脂的蛋白激酶的與磷脂的蛋白激酶;

8、cam.pk:依賴依賴ca2+.cam的蛋白激酶的蛋白激酶; cdpk:依賴依賴ca2+的蛋白激酶的蛋白激酶; mapk:有絲分裂原蛋白激酶有絲分裂原蛋白激酶; tf:轉錄因轉錄因子子電波電波改變膜電改變膜電位或釋放位或釋放神經遞質神經遞質生理功生理功能調節(jié)能調節(jié)胞胞間間信信號號參與信號分子相互作用的特殊結構域參與信號分子相互作用的特殊結構域 細胞信號傳遞中涉細胞信號傳遞中涉及的信號分子間的相及的信號分子間的相互作用，有些是酶互作用，有些是酶-底底物間的特異作用，還物間的特異作用，還有許多則是由蛋白質有許多則是由蛋白質特殊結構域介導的相特殊結構域介導的相對特異作用。這些結對特異作用。這些結構域

9、一般由構域一般由50-100個個氨基酸組成具有特殊氨基酸組成具有特殊的空間構象，可識別的空間構象，可識別并結合特定的信號分并結合特定的信號分子或氨基酸序列。子或氨基酸序列。接頭蛋白與錨定蛋白接頭蛋白與錨定蛋白 細胞信號轉導中，為了專一、高效地實現(xiàn)有關蛋白之間的相互細胞信號轉導中，為了專一、高效地實現(xiàn)有關蛋白之間的相互作用，進化出一類特殊的支架蛋白作用，進化出一類特殊的支架蛋白(scaffold protein)，它們不具備，它們不具備酶活性和轉錄因子活性，其功能就是把上游和下游的信號傳遞分酶活性和轉錄因子活性，其功能就是把上游和下游的信號傳遞分子聯(lián)系起來，為信號傳遞提供空間上的保證。接頭蛋白子

10、聯(lián)系起來，為信號傳遞提供空間上的保證。接頭蛋白(adaptor protein)和錨定蛋白和錨定蛋白(docking protein)即是其中重要的兩類。即是其中重要的兩類。細細胞胞間間通通訊訊的的三三種種不不同同類類型型通過分泌化學介質間接聯(lián)系型通過分泌化學介質間接聯(lián)系型通過間隙置換直接聯(lián)系型通過間隙置換直接聯(lián)系型通過質膜結合分子直接接觸型通過質膜結合分子直接接觸型胞間通訊信號分子的類別胞間通訊信號分子的類別 內分泌激素（氨基酸衍生物、寡肽內分泌激素（氨基酸衍生物、寡肽和蛋白質類、類固醇類）和蛋白質類、類固醇類） 分泌因子或細胞因子（單胺類、脂分泌因子或細胞因子（單胺類、脂肪酸衍生物、肽和蛋

11、白質類）肪酸衍生物、肽和蛋白質類） 神經遞質（膽堿類、氨基酸類、單神經遞質（膽堿類、氨基酸類、單胺類、小肽類）胺類、小肽類） 氣體信號分子，如氣體信號分子，如nono、coco胞間通訊信號分子的特點胞間通訊信號分子的特點 特異性特異性 復雜性復雜性 時效性時效性 水溶性與脂溶性水溶性與脂溶性分泌細胞分泌細胞內分泌激素內分泌激素受體受體靶細靶細胞胞靶細胞靶細胞分泌細胞分泌細胞靶細胞靶細胞神經細胞神經細胞突觸突觸胞內信號分子類別胞內信號分子類別 camp camp與與cgmpcgmp 肌醇三磷酸（肌醇三磷酸（ipip3 3）和甘油二酯（）和甘油二酯（dgdg） ca ca2+2+ 其它其它 胞內信

12、號分子特點胞內信號分子特點 胞內信號分子是在胞間信號胞內信號分子是在胞間信號被細胞表面受體接受后，激活同被細胞表面受體接受后，激活同樣處于膜上的酶或離子通道而產生的樣處于膜上的酶或離子通道而產生的，這樣才能完成跨膜的信，這樣才能完成跨膜的信號轉換，最后導致細胞反應。如果我們將胞間信號分子看作第號轉換，最后導致細胞反應。如果我們將胞間信號分子看作第一信使，則胞內信號分子正是充當了第二信使的作用。一信使，則胞內信號分子正是充當了第二信使的作用。第一信使和第二信使圖解第一信使和第二信使圖解 各種刺激各種刺激 胞間信號胞間信號（第一信使）（第一信使） 失活的信號失活的信號分子分子 效應器效應器 cam

13、pcamp或或ipip3 3、dgdg （第二信使）（第二信使）酶活性通透性及酶活性通透性及其他生理反應其他生理反應內分泌腺內分泌腺類固醇激素、甲類固醇激素、甲狀腺等激素釋放狀腺等激素釋放細胞膜細胞膜細胞細胞質質胞內受體胞內受體基因表達基因表達調控調控第二節(jié)第二節(jié) 受體受體(receptor)及跨摸信號轉換及跨摸信號轉換一、一、受體的概念、特征及分類受體的概念、特征及分類四、四、受體的研究方法受體的研究方法 標記配體法檢測受體標記配體法檢測受體 親和技術提純受體親和技術提純受體 分子克隆技術獲取微量受體分子克隆技術獲取微量受體三、三、細胞表面受體種類與結構細胞表面受體種類與結構二、二、細胞內受

14、體的作用機制細胞內受體的作用機制受體的概念受體的概念 受體（受體（receptorreceptor）是細胞表面或在細胞組分中的一種天）是細胞表面或在細胞組分中的一種天然分子，可以識別并特異地與有生物活性的化學信號分子（然分子，可以識別并特異地與有生物活性的化學信號分子（配體，配體，ligandligand）結合，從而激活或啟動細胞內一系列生物化）結合，從而激活或啟動細胞內一系列生物化學反應，最后導致該信號物質特定的生物效應。絕大多數(shù)受學反應，最后導致該信號物質特定的生物效應。絕大多數(shù)受體為蛋白質體為蛋白質, ,極少數(shù)為非蛋白受體。極少數(shù)為非蛋白受體。 受體的特點受體的特點 受體與配體結合具有特

15、異性、敏感性、飽和性即可調控性受體與配體結合具有特異性、敏感性、飽和性即可調控性受體的類別受體的類別 細胞內受體細胞內受體 細胞表面受體細胞表面受體細細胞胞表表面面受受體體的的三三種種類類型型離離子子通通道道型型受受體體標記配體法檢測受體標記配體法檢測受體 用化學或酶學方法合成一種標記配體，將其用化學或酶學方法合成一種標記配體，將其加入含有受體的樣品（細胞或細胞膜）中，使標記加入含有受體的樣品（細胞或細胞膜）中，使標記配體和受體結合平衡后再測定結合或游離的標記配配體和受體結合平衡后再測定結合或游離的標記配體數(shù)量，由此得出受體的濃度和解離常數(shù)。體數(shù)量，由此得出受體的濃度和解離常數(shù)。人肝癌細胞胰島

16、素表面特異受體檢測人肝癌細胞胰島素表面特異受體檢測去垢劑溶解的膜蛋白去垢劑溶解的膜蛋白從柱中洗從柱中洗去未結合去未結合的蛋白的蛋白將受體從將受體從固定化的固定化的alprenolol上洗下來上洗下來洗脫下來的受洗脫下來的受體體alprenolol 復合體復合體非特異蛋白非特異蛋白受體與雜蛋白受體與雜蛋白混合物混合物基質顆?；|顆粒alprenololalprenolol加過量的加過量的alprenololalprenolol加洗脫液加洗脫液親和層析法提純親和層析法提純腎上腺素受體腎上腺素受體分子克隆技術獲得微量受體分子克隆技術獲得微量受體 從細胞中提取所有從細胞中提取所有mrna（其中含有能正

17、常（其中含有能正常表達所需受體蛋白的表達所需受體蛋白的mrna），逆轉錄成），逆轉錄成cdna，將其重組入載體質粒，繼而讓其轉染缺乏受體的將其重組入載體質粒，繼而讓其轉染缺乏受體的培養(yǎng)細胞群，其中少數(shù)細胞可能含有能編碼受體培養(yǎng)細胞群，其中少數(shù)細胞可能含有能編碼受體所需的所需的cdna，并表達成表面受體。，并表達成表面受體。制制備備所所需需細細胞胞表表面面受受體體的的表表達達克克隆隆法法a.dnaa.dna重組重組c.c.表達所需受體的細表達所需受體的細胞粘附于培養(yǎng)瓶底胞粘附于培養(yǎng)瓶底d.d.從粘附細胞中提從粘附細胞中提純質粒純質粒dnadna并克隆并克隆 b.b.轉染及表達轉染及表達2、細胞內

18、受體的跨摸信號轉導、細胞內受體的跨摸信號轉導()甾類激素受體信號轉導的基本特征甾類激素受體信號轉導的基本特征 () 甾類激素受體的結構和功能甾類激素受體的結構和功能類類固固醇醇激激素素作作用用原原理理示示意意圖圖 (a)(a)初級反應初級反應脫皮激素脫皮激素 脫皮激素受體脫皮激素受體（b b）次級反應）次級反應次級反應蛋白質次級反應蛋白質活化受體活化受體活化受體激活活化受體激活初級反應基因初級反應基因誘導合成幾誘導合成幾 種種 蛋白質蛋白質 初級合成蛋白質初級合成蛋白質關閉初級反應基因關閉初級反應基因 初級反應蛋白質初級反應蛋白質啟動次初級反應基因啟動次初級反應基因果蠅細胞中脫皮激素誘導基因活

19、化的初級與次級反應模型果蠅細胞中脫皮激素誘導基因活化的初級與次級反應模型dnadna結合位點暴露結合位點暴露絞鏈區(qū)絞鏈區(qū)抑制蛋白抑制蛋白 激素結合部位激素結合部位基因激活區(qū)域基因激活區(qū)域dnadna結合區(qū)域結合區(qū)域甾素激甾素激甾醇類激素受體作用模型甾醇類激素受體作用模型g g蛋白蛋白 g g 蛋白（蛋白（gtp-binding proteingtp-binding protein）一般是指一類與膜受體）一般是指一類與膜受體偶聯(lián)的異三聚體結合蛋白，其具有和偶聯(lián)的異三聚體結合蛋白，其具有和gtpgtp結合并催化結合并催化gtpgtp水解水解成成gdpgdp的能力，由的能力，由、三個亞基組成，可充當

20、細胞膜上三個亞基組成，可充當細胞膜上受體和靶酶之間的信號傳遞體。受體和靶酶之間的信號傳遞體。 另外還發(fā)現(xiàn)一類分子量較小的另外還發(fā)現(xiàn)一類分子量較小的“小小g g蛋白蛋白”（ small gtp-small gtp-binding protein binding protein ），其特點是它們都是單體，存在于不同），其特點是它們都是單體，存在于不同的細胞部位，在細胞信號傳遞中也扮演著重要的角色，的細胞部位，在細胞信號傳遞中也扮演著重要的角色， rasras蛋白是該家族中最重要的成員。蛋白是該家族中最重要的成員。異三聚體異三聚體g g蛋白蛋白的結構的結構胞間信號通過胞間信號通過g蛋白激活靶酶蛋白激

21、活靶酶異三聚體異三聚體g g蛋白的分類蛋白的分類（按結構和進化的相似性分類）（按結構和進化的相似性分類）gsgs：能活化腺苷酸環(huán)化酶：能活化腺苷酸環(huán)化酶(acase)(acase)g gi i、gogo、gtgt系列系列： g gi i：抑制：抑制acaseacase、電位門控通道和磷脂酰肌醇專一的、電位門控通道和磷脂酰肌醇專一的plcplc go go：抑制神經元：抑制神經元caca2+2+通道通道 gtgt：活化：活化cgmpcgmp專一的專一的pdepdeg gq q系列系列：活化磷脂酰肌醇專一的：活化磷脂酰肌醇專一的plcplcg g1212系列系列：可能和：可能和nana+ +/k/

22、k+ +交換系統(tǒng)早基因交換系統(tǒng)早基因 轉錄有關轉錄有關ras( rat sarcoma)ras( rat sarcoma)的結構和功能的結構和功能 gtp 小小g g蛋白蛋白rasras與異三聚體與異三聚體g g蛋白一樣具有蛋白一樣具有內源內源gtpasegtpase活活性性, ,由它完成由它完成gtpgtpgdpgdp的轉的轉換換, ,結束一次信號傳遞過程結束一次信號傳遞過程. . rasras作為作為質膜內側蛋白質膜內側蛋白, ,把把上游受體型酪氨酸蛋白激酶上游受體型酪氨酸蛋白激酶接收的信號傳遞到下游接收的信號傳遞到下游mapkmapk級聯(lián)系統(tǒng)和級聯(lián)系統(tǒng)和pi-3kpi-3k通路。通路。其

23、參與的信號途徑有：成其參與的信號途徑有：成纖維細胞的生長和發(fā)育，造纖維細胞的生長和發(fā)育，造血細胞的增殖和分化，血細胞的增殖和分化，t t細細胞活化胞活化, ,鉻細胞瘤細胞分化鉻細胞瘤細胞分化, ,上皮細胞的生長抑制。上皮細胞的生長抑制。mapkmapk級聯(lián)系統(tǒng)級聯(lián)系統(tǒng)m鳥苷酸釋鳥苷酸釋放因子放因子接頭蛋白接頭蛋白mapk(mapk(級聯(lián)系統(tǒng)級聯(lián)系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 幾種重要的胞內信使及其信號傳遞途徑幾種重要的胞內信使及其信號傳遞途徑一、一、camp信號傳遞途徑信號傳遞途徑二、二、ip3/dg信號傳遞途徑信號傳遞途徑 三、三、ca2+信號系統(tǒng)信號系統(tǒng)四、四、cgmp信號傳遞途徑信號傳遞途徑一、一、c

24、amp信號轉導通路信號轉導通路1、campcamp的發(fā)現(xiàn)和第二信史學說的提出的發(fā)現(xiàn)和第二信史學說的提出2 2、信號分子、信號分子campcamp的產生和滅活的產生和滅活3 3、受體通過、受體通過g g蛋白與蛋白與campcamp環(huán)化酶偶聯(lián)的模型環(huán)化酶偶聯(lián)的模型4 4、campcamp信號的傳遞信號的傳遞5 5、campcamp信號調節(jié)的生理過程信號調節(jié)的生理過程sutherlandsutherland的研究：的研究：campcamp的發(fā)現(xiàn)和第二信使學說的提出的發(fā)現(xiàn)和第二信使學說的提出 sutherland因為對因為對campcamp的研究工作，闡明它的功能并提的研究工作，闡明它的功能并提出第二

25、信使學說而獲得出第二信使學說而獲得19711971年醫(yī)學、生理學諾貝爾獎！年醫(yī)學、生理學諾貝爾獎！受體通過受體通過g g蛋白與蛋白與campcamp環(huán)環(huán)化酶偶聯(lián)的模型化酶偶聯(lián)的模型受體蛋白受體蛋白g g蛋白蛋白腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 a a. . 信號分子結合改變受體信號分子結合改變受體構象暴露出蛋白的結合位點構象暴露出蛋白的結合位點b.b.膜上擴散導致配體膜上擴散導致配體- -受體與受體與gsgs蛋白結蛋白結合從而將其激活并進行合從而將其激活并進行gtp-gdpgtp-gdp交換交換c.c. gdp gdp為為gtpgtp所取代，引起所取代，引起 亞基亞基從從g g蛋白復合體中解離，暴露出

26、蛋白復合體中解離，暴露出 亞亞基上腺苷酸環(huán)化酶的結合位點基上腺苷酸環(huán)化酶的結合位點 d.d. 亞基結合并激活環(huán)亞基結合并激活環(huán)化酶，產生許多化酶，產生許多campcamp分子分子e.e. gtp gtp水解，使水解，使 亞基回到原初亞基回到原初構象，從而與環(huán)化酶脫離，環(huán)化構象，從而與環(huán)化酶脫離，環(huán)化酶失活，酶失活， 亞基與亞基與再結合再結合f.f. 環(huán)化酶重復激活，除非信號分子從環(huán)化酶重復激活，除非信號分子從受體上解離并離開受體回到原初構象受體上解離并離開受體回到原初構象campcamp的合成與分解的合成與分解腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶(acase)(acase)的拓撲結構的拓撲結構pdepde

27、的類別的類別激素通過激素通過camp-camp-蛋白激酶調節(jié)代謝示意圖蛋白激酶調節(jié)代謝示意圖 atp camp+ppi內在蛋白質的磷酸化作用內在蛋白質的磷酸化作用改變細胞的生理過程改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜細胞膜細胞膜cr蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（無活性）c+rcamp蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受體受體環(huán)化酶環(huán)化酶激素激素g蛋白蛋白camp激活蛋白激活蛋白激酶的作用機理激酶的作用機理酶酶級聯(lián)系統(tǒng)級聯(lián)系統(tǒng)調控示意圖調控示意圖 由于由于酶的共價酶的共價修飾反應是酶促修飾反應是酶促反應，只要有少反應，只要有少量信號分子（如量信號分子（如激素）存在，即激素）存在，即可通過加速這種可通過

28、加速這種酶促反應，而使酶促反應，而使大量的另一種酶大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效從而獲得放大效應。這種調節(jié)方應。這種調節(jié)方式快速、效率極式快速、效率極高。高。腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1 1、腺苷酸環(huán)化、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2 2、atpatpcampcampr r?campcamp3 3、蛋白激酶、蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4 4、磷酸化酶激、磷酸化酶激酶（無活性）酶（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5 5、磷酸化酶、磷酸化酶 b b（無活性）（無活

29、性）磷酸化酶磷酸化酶 a a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖atp adpatp adpatp adpatp adp456 campcamp信號傳遞過程信號傳遞過程中的放大作用中的放大作用campcamp信號系統(tǒng)傳遞模型信號系統(tǒng)傳遞模型 二、二、ipip3 3與與dgdg信號途徑信號途徑）1 1、質膜磷脂代謝及其胞內信使的發(fā)現(xiàn)、質膜磷脂代謝及其胞內信使的發(fā)現(xiàn) 2 2、肌醇磷脂、肌醇磷脂ipip3 3與與dg)dg)肌醇磷脂途徑肌醇磷

30、脂途徑 5 5、ip3和和dag信使作用的發(fā)現(xiàn)信使作用的發(fā)現(xiàn) 1953年，年，hokin等發(fā)現(xiàn)外界刺激可加速膜脂代謝，等發(fā)現(xiàn)外界刺激可加速膜脂代謝，32p標記研究表明，外界刺激引起膜中磷脂酸肌標記研究表明，外界刺激引起膜中磷脂酸肌醇（醇（pi）變化。）變化。 1975年，年，michell等用等用3h標記標記pi，與細胞溫育，加，與細胞溫育，加入激動劑，測定被標記的入激動劑，測定被標記的pi及其代謝產物，發(fā)現(xiàn)及其代謝產物，發(fā)現(xiàn)pi減少，而其代謝物增加，從而證明刺激促進質減少，而其代謝物增加，從而證明刺激促進質膜中膜中pi的水解。后發(fā)現(xiàn)其水解產物的水解。后發(fā)現(xiàn)其水解產物ip3可刺激內質可刺激內質

31、網(wǎng)釋放網(wǎng)釋放ca,dg可激活蛋白激酶可激活蛋白激酶c。 pip2 dg ip3 磷脂酶磷脂酶c (plc)質膜磷酸肌醇磷脂的分解質膜磷酸肌醇磷脂的分解 pa:磷脂酸磷脂酸mg:單酰甘油單酰甘油aa:花生四烯酸花生四烯酸磷脂酸肌醇循環(huán)磷脂酸肌醇循環(huán)dg、ip3系統(tǒng)信號轉導模式圖系統(tǒng)信號轉導模式圖磷脂酸肌醇循環(huán)及信號轉導磷脂酸肌醇循環(huán)及信號轉導 刺激刺激 受體受體 ca2+通道通道 ca2+泵泵ipip4 4引起胞外引起胞外caca2+2+的跨膜內流的跨膜內流ipip3 3引起內質引起內質網(wǎng)網(wǎng)caca2+2+釋放釋放ipip3 3引起胞內引起胞內caca2+2+的動員示意圖的動員示意圖激素激素pi

32、p2ip3ip3受體受體內質網(wǎng)內質網(wǎng)ca2+g蛋白蛋白ip3/ca2+的和的和dg/pkc信號轉導途徑信號轉導途徑1蛋白蛋白adpdgdgca2+ca2+ /cam鈣調蛋白鈣調蛋白(cam)蛋白激酶蛋白激酶（無活）（無活） 蛋白激酶蛋白激酶（有活性（有活性）蛋白質蛋白質蛋白質蛋白質蛋白蛋白從磷脂酶從磷脂酶c的激活到胞質鈣增加的轉化順序的激活到胞質鈣增加的轉化順序植物細胞信號轉導過程中磷脂酶植物細胞信號轉導過程中磷脂酶a2(pla2)的可能作用的可能作用植物信號系統(tǒng)中磷脂酶植物信號系統(tǒng)中磷脂酶c和磷脂酶和磷脂酶d之間的之間的相互關系相互關系dg/pkc的激活機制圖解的激活機制圖解激素激素pip2

33、ip3ip3受體受體內質網(wǎng)內質網(wǎng)ca2+g蛋白蛋白ip3/ca2+的和的和dg/pkc信號轉導途徑信號轉導途徑11蛋白蛋白蛋白蛋白adpdgdgpsca2+ca2+ /cam鈣調蛋白鈣調蛋白(cam)蛋白激酶蛋白激酶（無活）（無活）蛋白激酶蛋白激酶（有活）（有活）蛋白蛋白蛋白蛋白ip3/ca2+和和dg/pkc途徑之間的相互作用途徑之間的相互作用三、胞內信使三、胞內信使ca2+1、細胞、細胞ca2+ 轉運系統(tǒng)轉運系統(tǒng)2、 ca2+信號的產生和終止信號的產生和終止3、鈣信使的信號傳遞、鈣信使的信號傳遞鈣結合蛋白的結構與功能鈣結合蛋白的結構與功能4、 ca2+ -cam依賴性蛋白激酶（依賴性蛋白激

34、酶（cam-pk）的結構和）的結構和 作用機理作用機理5、 cam-pk的生物學效應的生物學效應 動物肌細胞中的動物肌細胞中的ca2+轉運系統(tǒng)轉運系統(tǒng)質質 膜膜線粒體線粒體肌質網(wǎng)肌質網(wǎng)。兩兩種種類類型型閘閘門門離離子子通通道道植物細胞鈣離子轉運體系植物細胞鈣離子轉運體系 ca2+ef鈣鈣調調素素的的結結構構caca2+2+caca2+2+caca2+2+caca2+2+ca2+ cam復合體對靶酶的活化作用復合體對靶酶的活化作用酶酶xx蛋白激酶、磷酸酯酶、核苷酸環(huán)化蛋白激酶、磷酸酯酶、核苷酸環(huán)化酶、酶、 離子通道蛋白、肌肉收縮蛋白離子通道蛋白、肌肉收縮蛋白ca2+camca2+ cam酶酶x

35、(有活性有活性)酶酶x (無活性無活性)鈣調素依賴蛋白激酶（鈣調素依賴蛋白激酶（cam-pkcam-pk）作用機制示意圖）作用機制示意圖鈣調素依賴蛋白激酶（鈣調素依賴蛋白激酶（cam-pkcam-pk）作用機制示意圖）作用機制示意圖cam-pk的底物及其功能的底物及其功能cgmp信號轉導通路模式圖信號轉導通路模式圖 gc結構示意圖及與酪氨酸蛋白激酶的比較結構示意圖及與酪氨酸蛋白激酶的比較 cgmp信號在血管平滑肌松弛中的作用信號在血管平滑肌松弛中的作用第五節(jié)第五節(jié) 具有酶活性的表面受體信號轉換系統(tǒng)具有酶活性的表面受體信號轉換系統(tǒng) 一、一、受體受體tyr蛋白激酶蛋白激酶 (receptor pr

36、otein tyrosine kinase, rptk)基本結構基本結構二、二、rptk的活化與跨膜信號轉導的活化與跨膜信號轉導 三、三、rptk受體的胞內信號轉導通路受體的胞內信號轉導通路 四、四、h2o2-nox系統(tǒng)系統(tǒng):一種植物體內重要的發(fā)一種植物體內重要的發(fā)育調控與脅迫響應機制育調控與脅迫響應機制具有募集胞質酶蛋白能力接頭蛋白與錨定蛋白具有募集胞質酶蛋白能力接頭蛋白與錨定蛋白 細胞信號轉導中，為了專一、高效地實現(xiàn)有關蛋白之間的相互細胞信號轉導中，為了專一、高效地實現(xiàn)有關蛋白之間的相互作用，進化出一類特殊的支架蛋白作用，進化出一類特殊的支架蛋白(scaffold protein)，它們不

37、具備，它們不具備酶活性和轉錄因子活性，其功能就是把上游和下游的信號傳遞分酶活性和轉錄因子活性，其功能就是把上游和下游的信號傳遞分子聯(lián)系起來，為信號傳遞提供空間上的保證。接頭蛋白子聯(lián)系起來，為信號傳遞提供空間上的保證。接頭蛋白(adaptor protein)和錨定蛋白和錨定蛋白(docking protein)即是其中重要的兩類。即是其中重要的兩類。半胱氨酸殘基半胱氨酸殘基酪氨酸殘基酪氨酸殘基激酶活激酶活性區(qū)性區(qū)跨膜結跨膜結構區(qū)構區(qū)配體結配體結合區(qū)合區(qū)n-末端末端c-末端末端細胞外細胞外區(qū)域區(qū)域細胞內細胞內區(qū)域區(qū)域質膜質膜rptk結構示意圖結構示意圖atp底物結底物結合區(qū)合區(qū)膜受體酪氨酸蛋白激

38、酶家族：膜受體酪氨酸蛋白激酶家族：胰島素受體家族胰島素受體家族上皮生長因子受體家族上皮生長因子受體家族血小板衍生生長因子受體家族血小板衍生生長因子受體家族成纖維細胞生長因子受體家族成纖維細胞生長因子受體家族血管內皮生長因子受體家族血管內皮生長因子受體家族肝細胞生長因子受體亞家族肝細胞生長因子受體亞家族神經營養(yǎng)因子受體亞家族神經營養(yǎng)因子受體亞家族rptkrptk受體激酶激活機理受體激酶激活機理rptk型受體的細胞內信號轉導通路型受體的細胞內信號轉導通路第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質的磷酸化與脫磷酸化蛋白質的磷酸化與脫磷酸化一、蛋白質的一、蛋白質的可逆磷酸化及其調控機制可逆磷酸化及其調控機制二、二、蛋白激酶

39、蛋白激酶三、三、蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶四、蛋白質可逆磷酸化在信號轉導中的四、蛋白質可逆磷酸化在信號轉導中的特點和意義特點和意義糖原分解和合成的調控糖原分解和合成的調控 糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調控機制進行調控，其糖原的分解和合成都是根據(jù)肌體的需要由一系列的調控機制進行調控，其限速酶分別為限速酶分別為磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調節(jié)及變構效應的調節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其價修飾的調節(jié)及變構效應的調節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。效果相反。糖原合成酶糖原

40、合成酶 a ( 有活性有活性)oh糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b ( 無活性無活性)ohatpadph2opi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 無活性無活性)p糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)p蛋白激酶蛋白激酶蛋白磷酸酯酶蛋白磷酸酯酶 1992年年 krebs和和fisher關于關于 糖元代謝中糖元代謝中蛋白質的可逆磷酸化研究獲諾貝爾化學獎蛋白質的可逆磷酸化研究獲諾貝爾化學獎蛋白激酶蛋白激酶atpadp蛋白質蛋白質-ohp蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶pih2o蛋白質蛋白質-p蛋白激酶蛋白激酶atpadp蛋白質蛋白質-oh蛋白質蛋白質p蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶pihh2 2oo可逆磷酸化作用調節(jié)蛋

41、白質活性的分子機制可逆磷酸化作用調節(jié)蛋白質活性的分子機制 磷酸化導致蛋白質整體構象發(fā)生較大變化；磷酸化導致蛋白質整體構象發(fā)生較大變化； 磷酸化導致蛋白質功能部分區(qū)域構象發(fā)生較大變化；磷酸化導致蛋白質功能部分區(qū)域構象發(fā)生較大變化； 磷酸基的位阻效應導致蛋白質功能喪失；磷酸基的位阻效應導致蛋白質功能喪失； 磷酸化為其它蛋白質提供了識別標志。磷酸化為其它蛋白質提供了識別標志。蛋白激酶蛋白激酶（protein kinase,pk） 1、蛋白激酶催化反應的、蛋白激酶催化反應的一般特征一般特征 2、重要的蛋白激酶家族重要的蛋白激酶家族 pka(campdependent protein kinase) p

42、kc(ca2+ /phospholipid dependent protein kinase) rptk (receptor protein tyrosine kinase) cam-pk(multifunctional calmodulindependent protein kinase) mapk (mitogenactivated protein kinase) ampk (ampactivated protein kinase) 蛋白激酶是能把磷酸基團供體如蛋白激酶是能把磷酸基團供體如atpatp的的 - -磷酸基團轉移到靶磷酸基團轉移到靶蛋白氨基酸受體上的酶類。在已解密的物種基因組中

43、，蛋白激蛋白氨基酸受體上的酶類。在已解密的物種基因組中，蛋白激酶家族都是最大的酶家族都是最大的基因家族基因家族之一，其重要性不言而喻。之一，其重要性不言而喻。不同物種蛋白激酶的數(shù)量排名比較不同物種蛋白激酶的數(shù)量排名比較 物物 種種 基因總數(shù)基因總數(shù) 蛋白激酶基因總數(shù)蛋白激酶基因總數(shù) 排名排名 人人 類類 32000 575 3 果果 蠅蠅 13338 319 2 線線 蟲蟲 18226 437 2 擬南芥擬南芥 25498 1049 1 酵酵 母母 6114 121 1 蛋白質激酶結構示意圖蛋白質激酶結構示意圖催化結構域催化結構域(300(300個左右個左右aa)aa)蛋白激酶磷酸化反應特征蛋

44、白激酶磷酸化反應特征1 1、底物被磷酸化的底物氨基酸殘基有五類：、底物被磷酸化的底物氨基酸殘基有五類： ser/thrser/thr蛋白激酶蛋白激酶(s/t pk) (s/t pk) tyrtyr蛋白激酶蛋白激酶(ptk)(ptk) his/lys/arghis/lys/arg蛋白激酶蛋白激酶(h/l/a pk)(h/l/a pk) cyscys蛋白激酶蛋白激酶(c pk)(c pk) asp/gluasp/glu蛋白激酶蛋白激酶(a/g pk)(a/g pk) 目前研究得多的是前兩類，后三類研究較少。目前研究得多的是前兩類，后三類研究較少。2 2、多數(shù)蛋白激酶表現(xiàn)出一定底物特異性，但很少、多

45、數(shù)蛋白激酶表現(xiàn)出一定底物特異性，但很少具有絕對特異性；具有絕對特異性；3 3、幾乎所有的蛋白激酶都可以進行自身磷酸化。、幾乎所有的蛋白激酶都可以進行自身磷酸化。激素通過激素通過camp-蛋白激酶調節(jié)代謝示意圖蛋白激酶調節(jié)代謝示意圖 atp camp+ppi內在蛋白質的磷酸化作用內在蛋白質的磷酸化作用改變細胞的生理過程改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜細胞膜細胞膜cr蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（無活性）c+rcamp蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受體受體環(huán)化酶環(huán)化酶激素激素g蛋白蛋白dg/pkc的激活機制圖解的激活機制圖解半胱氨酸殘基半胱氨酸殘基酪氨酸殘基酪氨酸殘基激酶活激酶活性區(qū)性區(qū)跨膜結跨

46、膜結構區(qū)構區(qū)配體結配體結合區(qū)合區(qū)n-末端末端c-末端末端細胞外細胞外區(qū)域區(qū)域細胞內細胞內區(qū)域區(qū)域質膜質膜rptk結構示意圖結構示意圖atp底物結底物結合區(qū)合區(qū)膜受體酪氨酸蛋白激酶家族：膜受體酪氨酸蛋白激酶家族：胰島素受體家族胰島素受體家族上皮生長因子受體家族上皮生長因子受體家族血小板衍生生長因子受體家族血小板衍生生長因子受體家族成纖維細胞生長因子受體家族成纖維細胞生長因子受體家族血管內皮生長因子受體家族血管內皮生長因子受體家族肝細胞生長因子受體亞家族肝細胞生長因子受體亞家族神經營養(yǎng)因子受體亞家族神經營養(yǎng)因子受體亞家族鈣調素依賴蛋白激酶（鈣調素依賴蛋白激酶（cam-pkcam-pk）作用機制示意

47、圖）作用機制示意圖mapkmapk信號通路中三級信號流中的亞家族信號通路中三級信號流中的亞家族ampkampk激活作用模式圖激活作用模式圖蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶（protein phosphatase） ser/thrser/thr蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 tyrtyr蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 雙重底物專一性蛋白磷酸酶雙重底物專一性蛋白磷酸酶 蛋白磷酸酶和蛋白激酶對蛋白質可逆磷酸化同等重要，二著蛋白磷酸酶和蛋白激酶對蛋白質可逆磷酸化同等重要，二著缺一不可，在已解密的真核生物基因組中，編碼蛋白磷酸酶基因缺一不可，在已解密的真核生物基因組中，編碼蛋白磷酸酶基因數(shù)一般只有蛋白激酶基因數(shù)的數(shù)一般只有蛋白激酶基因

48、數(shù)的1/3-1/41/3-1/4。這一方面與蛋白磷酸酶。這一方面與蛋白磷酸酶的專一性比較低有關，另一方面蛋白磷酸酶一般都是由多個亞基的專一性比較低有關，另一方面蛋白磷酸酶一般都是由多個亞基組成的寡聚體，全酶的數(shù)目遠比編碼亞基的基因數(shù)目多。蛋白磷組成的寡聚體，全酶的數(shù)目遠比編碼亞基的基因數(shù)目多。蛋白磷酸酶可分成三類：酸酶可分成三類：pp-2bpp-2b在在t t細胞細胞il-2il-2基因基因轉錄因子轉錄因子(nf-atc)(nf-atc)進出進出核中的調節(jié)作用核中的調節(jié)作用 pp-2bpp-2b亦為鈣調神經亦為鈣調神經磷酸酶磷酸酶(calcineurin, cn(calcineurin, cn

49、或或can)can)，參與了包括淋巴，參與了包括淋巴細胞活化、神經和肌肉發(fā)細胞活化、神經和肌肉發(fā)育、心臟形態(tài)建成、程序育、心臟形態(tài)建成、程序性細胞死亡等依賴性細胞死亡等依賴caca2+2+的的細胞生理活動細胞生理活動. . pp-2b pp-2b是由一個是由一個575771kd71kd的催化亞基的催化亞基(caa(caa，鈣調素，鈣調素結合亞基結合亞基) )和一個和一個19kd19kd的的調節(jié)亞基調節(jié)亞基(cnb(cnb，caca2+2+和和cam cam 結合亞基結合亞基) )緊密結合而成緊密結合而成的二聚體。的二聚體。cnacna蛋白激酶與蛋白磷酸酶在作用上的時空調節(jié)蛋白激酶與蛋白磷酸酶在作用上的時空調節(jié) 細胞信號轉導最