第五節(jié) 第二信使.ppt

1、細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì) 在細(xì)胞內(nèi)傳遞細(xì)胞調(diào)控信號(hào)的化學(xué)物質(zhì)稱為細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì)。 細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì)的組成: 無(wú)機(jī)離子，如Ca2+； 脂類衍生物，如甘油二酯（DG）、N-脂酰鞘氨醇（Cer）； 糖類衍生物，如1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）； 核苷酸。如cAMP、cGMP； 信號(hào)蛋白分子-多數(shù)為癌基因的產(chǎn)物，如Ras和底物酶。底物酶主要為酪氨酸或絲蘇氨酸蛋白激酶，但它們本身又是其他酶的底物，如JAK。Raf等。,第五節(jié) 第二信使,通常將階Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP等這類在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子化合物稱為第二信使（second messager）。 第二信使至少有兩個(gè)基本特性: 是第

2、一信使同其膜受體結(jié)合后最早在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)或胞漿中出現(xiàn)、僅在細(xì)胞內(nèi)部起作用的信號(hào)分子； 能啟動(dòng)或調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)稍晚出現(xiàn)的反應(yīng)信號(hào)應(yīng)答。 第二信使學(xué)說(shuō)是 E.W.Sutherland于1965年首先提出。他認(rèn)為人體內(nèi)各種含氮激素（蛋白質(zhì)、多肽和氨基酸衍生物）都是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷(cAMP)而發(fā)揮作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等作用于細(xì)胞膜的信號(hào)分子為第一信使。,ATP cAMP,第二信使的作用是對(duì)胞外信號(hào)起轉(zhuǎn)換和放大的作用，可激活蛋白激酶起生理作用或作用于細(xì)胞內(nèi)配體門控性通道使膜電位改變。,cAMP生理作用的特點(diǎn)為： 傳遞不同的細(xì)胞外信息，表達(dá)不同的生理效應(yīng)。如下丘腦的生長(zhǎng)激素(GH)的

3、釋放。而垂體后葉的抗利尿激素 (ADH)，則通過(guò)cAMP促進(jìn)腎臟對(duì)水的回吸收。 介導(dǎo)不同的激素發(fā)揮相似的作用。如腎上腺素和胰高血糖素，都能通過(guò)cAMP增加糖原分解，抑制糖原合成。 介導(dǎo)一種激素發(fā)揮不同的作用。如促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)作用于腎上腺皮質(zhì),使cAMP增加,促進(jìn)類固醇激素合成。但ACTH還可以通過(guò)cAMP促進(jìn)脂肪分解。,作為第二信使，cAMP不單是對(duì)細(xì)胞外信息起轉(zhuǎn)遞作用，而且能使信息量得到顯著放大。 如cAMP介導(dǎo)的下丘腦垂體甲狀腺系統(tǒng)，從下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素(TRH)開始，經(jīng)過(guò)刺激垂體分泌促甲狀腺素(TSH)，到甲狀腺分泌甲狀腺素 (thyroxine /T4)，經(jīng)過(guò)

4、3級(jí)連續(xù)反應(yīng)，信息量擴(kuò)大近1000萬(wàn)倍。,細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 來(lái)源于細(xì)胞外液,分為兩部分： 細(xì)胞漿Ca2+ ； 亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體）中Ca2+ ，這一部分組成細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 庫(kù)。 Ca2+ 在細(xì)胞內(nèi)的主要生物功能是起第二信使作用。Ca2+ 在細(xì)胞漿中的濃度為10-7 mol/L,在細(xì)胞外液和某些細(xì)胞器(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體)內(nèi)的濃度則高達(dá)10-3mol/L。在正常情況下,細(xì)胞必須維持Ca2+ 這樣一種高濃度差，以發(fā)揮正常生理作用。,GTP 鳥嘌呤核苷酸,cGMP,鳥苷環(huán)化酶,cGMP是第二信使，但它在細(xì)胞內(nèi)的確切作用并不十分清楚。 催化 GTP變成cGMP的鳥苷酸環(huán)化酶，通常不與受體相聯(lián)。而cG

5、MP的形成常與磷酸肌醇酯通路的活化同時(shí)發(fā)生。 cGMP雖然能使某些蛋白質(zhì)磷酸化，但這些蛋白質(zhì)的功能尚不清楚。 在黑暗中，視網(wǎng)膜細(xì)胞內(nèi)高水平的cGMP能保持細(xì)胞膜Na+通道的開通,心鈉素通過(guò)增加cGMP在細(xì)胞內(nèi)的濃度,使血管平滑肌松弛,借以調(diào)節(jié)血壓。,第二信使的作用方式,直接作用。如Ca2+能直接與骨骼肌的肌鈣蛋白結(jié)合引起肌肉收縮; 間接作用。這是主要的方式，第二信使通過(guò)活化蛋白激酶，誘導(dǎo)一系列蛋白質(zhì)磷酸化，最后引起細(xì)胞效應(yīng)。,由第二信使介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路,主要有兩種： 以cAMP為第二信使的通路 IP3、DG和Ca2+為第二信使的聯(lián)合式通路,以cAMP為第二信使的通路,信息傳遞包括如下步驟:

6、外部信號(hào)（激素等）與細(xì)胞膜上特異受體結(jié)合，在 GTP參與下，通過(guò)激活G-蛋白，影響腺苷環(huán)化酶活化（以上在細(xì)胞膜內(nèi)進(jìn)行）,該酶使ATP轉(zhuǎn)變?yōu)閏AMP，cAMP刺激A-激酶,A-激酶將特異蛋白質(zhì)磷酸化,最后激起細(xì)胞效應(yīng)（以上在胞漿內(nèi)進(jìn)行）。 腎上腺素作用于脂肪細(xì)胞時(shí)，即循上述信號(hào)傳遞路線，最終將脂肪酶磷酸化，促進(jìn)脂肪的分解代謝，釋放出能量。對(duì)于某些組織細(xì)胞，cAMP通路引起的細(xì)胞應(yīng)答,是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平實(shí)現(xiàn)的。如腎上腺素對(duì)心肌的作用即屬于此。,激動(dòng)型G蛋白,IP3、DG和Ca2+ 為第二信使的聯(lián)合式通路,外部信號(hào)與細(xì)胞膜受體結(jié)合，通過(guò)G-蛋白活化PIP2磷酸二酯酶 (PDE)，該酶將PI

7、P2裂解為第二信使IP3和DG。IP3是水溶性，進(jìn)入胞漿后引起胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中貯存的Ca2+釋出,使胞漿Ca2+濃度升高。Ca2+與鈣調(diào)素結(jié)合，激活蛋白激酶。DG則仍留在膜內(nèi)，將C-激酶活化。IP3和DG組成這一通路的兩個(gè)分支,最后都引起有關(guān)蛋白質(zhì)的磷酸化，導(dǎo)致細(xì)胞的應(yīng)答。,G蛋白耦聯(lián)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑1）受體G蛋白cAMPPKA途徑2）受體G蛋白DG/PKC途徑3）受體G蛋白IP3/Ca2+系統(tǒng)4）受體G蛋白離子通道途徑,（腎上腺素，胰高血糖素、垂體激素、下丘腦調(diào)節(jié)激素 ）,兩條主要信息通路的共同點(diǎn) 位于細(xì)胞膜表面的受體蛋白，接受細(xì)胞外的信息，通過(guò)細(xì)胞膜，由一種依賴于GTP的G-蛋白,將位于細(xì)胞膜

8、內(nèi)表面的“放大酶”激活，然后該酶使第二信使的前身物轉(zhuǎn)變成第二信使。 信息在細(xì)胞內(nèi)傳遞，最終都表現(xiàn)為第二信使誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)靶蛋白成為有活性的磷酸化形成，引起細(xì)胞效應(yīng)。,若細(xì)胞外的信息分子發(fā)生異常，細(xì)胞膜上受體出現(xiàn)障礙，或受體后某個(gè)環(huán)節(jié)有缺陷，都將破壞信息的正常傳遞，從而導(dǎo)致第二信使代謝異常。 原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)，腎臟cAMP、血、尿中cAMP明顯。 心律不齊及急性心肌梗死時(shí)，血中cAMP 動(dòng)脈粥樣硬化時(shí)可見(jiàn)cAMP 急性胰腺炎時(shí),胰腺組織中Ca2+堆積。,（腎上腺素受體阻斷劑，緩解心絞痛 治療高血壓）,抑制,胰島素,激活,加壓素 促皮質(zhì)素 促黑細(xì)胞素 甲狀旁腺激素 促甲狀腺素等,cAMP,生物效

9、應(yīng),藥物作用于環(huán)狀核苷酸的環(huán)節(jié) （1）特異性地阻斷激素對(duì)環(huán)化酶的激活作用：心得安，阿托品 （2）干擾環(huán)狀核苷酸的貯存與釋放 （3）干擾核苷酸的作用：咖啡堿、氯甲苯 （4）拮抗環(huán)狀核苷酸的作用,霍亂菌感染足以致命，但事實(shí)上霍亂菌并不侵犯細(xì)胞，僅在腸腔內(nèi)寄生數(shù)日，它們不能滲入細(xì)胞，也不能進(jìn)入淋巴或血流。小腸的主要功能為消化與吸收食物，包括將蛋白、多糖、脂質(zhì)等降解，這代謝作用通過(guò)小腸與胰腺分泌的特異性酶的催化，而這類酶的作用在堿性介質(zhì)中更好。當(dāng)食物從胃轉(zhuǎn)運(yùn)到小腸時(shí)，攜帶信息的化學(xué)介質(zhì)與小腸細(xì)胞的受體作用，興奮腺苷環(huán)化酶，促使抽取約2升的堿性溶液至腸道內(nèi)，食物消化以后，這液體在小腸與結(jié)腸重被吸收，霍亂

10、菌所分泌的毒素也可結(jié)合在小腸的受體部位，同樣可興奮腺苷環(huán)化酶，并且過(guò)度興奮而抽取至小腸的液體達(dá)2030升，小腸與結(jié)腸無(wú)力重吸收這樣多液體，于是產(chǎn)生劇烈嘔吐與腹瀉，導(dǎo)致嚴(yán)重失水而死亡,激素,鳥苷環(huán)化酶,GTP,cGMP,生物效應(yīng),（甾體激素、甲狀腺激素、胰島素 ）,cGMP在每種組織都有存在，但含量?jī)H及cAMP的1/51/10。在cAMP濃度較低的一些組織如腦髓、睪丸、肺等處，cGMP的含量較高。 在cAMP與cGMP兩種核苷酸中，一種濃度偏高就會(huì)阻止另一種產(chǎn)生、代謝或效應(yīng)，因而兩種環(huán)狀核苷酸的效應(yīng)往往相反，如收縮與松馳、糖原的合成與分解、細(xì)胞的增生與接觸抑制等。在異丙腎上腺素促使心肌收縮時(shí)，一

11、方面升高cAMP的濃度，同時(shí)也降低cGMP的濃度。用茶堿類藥物使細(xì)胞內(nèi)cAMP增多，也同時(shí)去除cGMP的效應(yīng)。,cGMP/cAMP 比例升高 cAMP/cGMP 比例升高,高血壓：腺苷環(huán)化酶靈敏性降低，磷酸二酯酶活力增高,哮喘：腺苷環(huán)化酶靈敏性降低,心臟麻痹癥：腺高血糖素不足以激動(dòng)腺苷環(huán)化酶,牛皮癬：磷酸二酯酶活力增高,糖尿?。篶AMP合成加快，破壞減弱,動(dòng)脈粥樣硬化：腺苷活化酶活力增強(qiáng)，鳥苷活化酶活性下降,甲狀腺機(jī)能亢進(jìn): 甲狀腺興奮,過(guò)度激活腺苷環(huán)化酶,5.2 磷酸二酯酶抑制劑（PDEI）,磷酸二酯酶(PDE)是催化水解細(xì)胞內(nèi)第二信使分子cAMP及cGMP的超級(jí)酶家族. 根據(jù)特殊激動(dòng)劑和抑

12、制劑的特異性、敏感性、酶動(dòng)力學(xué)特性及一級(jí)氨基酸序列的不同進(jìn)行分類,目前已認(rèn)定了PDE的11個(gè)家族成員,而且還會(huì)不斷擴(kuò)大。（Fawcett L, et al. Proc Natl Acad Sci U S A, 2000, 97: 702-707 ） 磷酸二酯酶抑制劑是強(qiáng)效的正性肌力藥（強(qiáng)心藥）及血管擴(kuò)張藥，在急性充血性心力衰竭，它們能增加心輸出量，降低總外周血管阻力，改善衰竭的心臟負(fù)荷情況，改善急性心衰癥狀作用強(qiáng)度相當(dāng)于或大于兒茶酚胺或硝普鈉，其作用不受受體阻滯劑所拮抗 。,抑制PDE1 產(chǎn)生血管擴(kuò)張作用 PDE2 興奮心臟 PDE3 治療急性心衰:氨力農(nóng),米力農(nóng) PDE4 舒張支氣管 PDE

13、5 治療陽(yáng)痿 PDE6 對(duì)視覺(jué)產(chǎn)生作用,本類藥物為吡啶、聯(lián)吡啶酮類化合物，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定 。 本類藥物通過(guò)抑制磷酸二酯酶，阻礙心肌細(xì)胞內(nèi)的cAMP降解，高濃度的cAMP激活多種蛋白酶，使心肌膜上的鈣信道開放，Ca2+內(nèi)流，達(dá)到正性肌力作用,氨力農(nóng)、米力農(nóng)的作用機(jī)理,扎普司特(抗過(guò)敏) 吡唑并嘧啶酮類 Seldennafil,Udenafil,Udenafil Zydena Dong-A Pharm 2005年12月 Korea,Udenafil 1.01.5 1113,PDE4 inhibitors - respiratory disease Jeon YH, Heo YS, Kim CM, H

14、yun YL, Lee TG, Ro S, Cho JM. Phosphodiesterase: overview of protein structures, potential therapeutic applications and recent progress in drug development. Cell Mol Life Sci. 2005 ,62(11):1198-220.,PG升高： (1)前列腺素A2升高：甲亢早期高血壓和肝硬化明顯升高，期高血壓和甲亢患者輕度升高。 (2)前列腺素E1升高：肺心病、癲間病和動(dòng)脈硬化明顯升高，甲狀腺功能低下和腦血管病輕度升高 (3)6-酮

15、前列腺素F1在Bartter綜合征（低鉀、高腎素、高醛固酮血癥）患者升高。 (4)前列腺素F2升高：甲亢和癲癇病子宮內(nèi)膜異位癥。,5.3 前列腺素,PG降低： (1)前列腺素A2降低：甲狀腺功能減退癥、癲間病 (2)前列腺素E1降低：早期高血壓和期高血壓。 (3)6-酮前列腺素F1降低：糖尿病、Bartter綜合征、低血鉀、高血壓及系統(tǒng)性紅斑狼瘡。 (4)前列腺素F2降低：甲狀腺功能減低、腦血管病、冠心病、肺心病、早期高血壓和期高血壓。,I2,cyclooxygenase,花生四烯酸,Cox enzyme,前列腺素的產(chǎn)生受到抑制,胃粘膜粘膜損傷，胃或十二指腸潰瘍、流血或穿孔 腎水、鈉排泄不正常

16、，可產(chǎn)生急性腎衰竭 血液系統(tǒng)血小板產(chǎn)生的血栓素減少，凝血受抑制，易出血。婦女產(chǎn)前服用NSAIDs可延長(zhǎng)分娩過(guò)程,非甾體抗炎藥NSAIDs(Nonsteroidal Antiinflammatory Drugs),柳樹治病的歷史-2300年前 1838年從柳樹皮中提取水楊酸 1860年化學(xué)合成 1875年發(fā)現(xiàn)水楊酸鈉有解熱鎮(zhèn)痛和抗風(fēng)濕作用用于臨床 1898年Bayer藥廠的Hoffman合成了Aspirin 1997年，人類紀(jì)念百年神奇藥物阿斯匹林。,在阿斯匹林攻擊環(huán)氧合酶-乙?；鶊F(tuán)（圖中用白色和紅色表示）與絲氨酸（圖中用亮綠色表示）相連，水楊酸（用大球表示）被束縛在近處。蛋白質(zhì)骨架用深綠色表示。,人類機(jī)體實(shí)際上可合成兩種不同的環(huán)加氧酶（COX-1和COX-2），它們的功能不同。 COX-1可由許多不同的細(xì)胞合成，并用來(lái)催化合成一些負(fù)責(zé)機(jī)體正常時(shí)候基本信號(hào)傳遞的前列腺素。 COX-2僅帷幄一些專門的細(xì)胞合成并用于催化合成專門傳遞痛疼信號(hào)并導(dǎo)致發(fā)炎的前列腺素。 阿斯匹林對(duì)這兩種酶都有抑制作用。當(dāng)阿斯匹林抑制了酶COX-1時(shí)就會(huì)導(dǎo)致一些不良癥狀，如胃出血。于是人們尋找只抑制COX-2，而不作用于COX-1的藥物，可讓COX-1正常發(fā)揮它那不可缺少的功能。這些新