21细胞信息传递1

1、细 胞 信 息 转 导生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 朱利娜朱利娜cell communication and signal transductionl 信息物质信息物质l 受体受体l 信息的转导途径信息的转导途径l 信息转导途径的交互联系信息转导途径的交互联系l 信息转导与疾病信息转导与疾病细胞间信息物质细胞间信息物质细胞内信息分子细胞内信息分子膜受体介导膜受体介导 胞内受体介导胞内受体介导l 细胞外信息如何传入细胞内并细胞外信息如何传入细胞内并 引起细胞反应引起细胞反应l不同亚群细胞之间的协调配合不同亚群细胞之间的协调配合细胞信息转导方式细胞信息转导方式 通过相邻细胞

2、的直接接触通过相邻细胞的直接接触 通过细胞分泌各种化学物质来调节通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细胞的代谢和功能其他细胞的代谢和功能信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动靶细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应 特定的细胞释放信息物质第一节 信息物质 signal moleculesl 细胞间信息物质细胞间信息物质l 细胞内信息分子细胞内信息分子神经递质神经递质 内分泌激素内分泌激素 局部化学介质局部化学介质气体信号气体信号无机离子无机离子 脂类衍生物脂类衍生物 糖类衍生物糖类衍生物 核苷酸核苷酸 信号蛋白分子信号蛋白分子l信息物质（信息物质（signa

3、l molecules）：）： 调节细胞生命活动的化学物质调节细胞生命活动的化学物质 l细胞间信息物质细胞间信息物质( (extracellular signal molecules)： 由细胞由细胞分泌分泌的调节靶细胞生命活动的化的调节靶细胞生命活动的化学物质，又称为第一信使学物质，又称为第一信使(first messenger)l细胞内信息物质细胞内信息物质(intracellular signal molecules) (intracellular signal molecules) ： 在细胞内传递在细胞内传递细胞调控信号的化学物质，细胞调控信号的化学物质，由由第一信号物质经转导刺激在

4、细胞内产生，第一信号物质经转导刺激在细胞内产生，包括第二信使及第三信使包括第二信使及第三信使 l神经递质神经递质l内分泌激素内分泌激素l局部化学介质局部化学介质l气体信号气体信号l其他其他l蛋白质及肽类蛋白质及肽类l氨基酸及其衍生物氨基酸及其衍生物l类固醇激素类固醇激素l脂酸衍生物脂酸衍生物l气体气体化学本质化学本质作用方式作用方式（一）神经递质（一）神经递质 又称突触分泌信号又称突触分泌信号(synaptic signal)，在神经系统，在神经系统细胞间传递信息，由细胞间传递信息，由神经元突触前膜释放神经元突触前膜释放，作用时间作用时间较短较短。（二）内分泌激素（二）内分泌激素 又称内分泌信

5、号又称内分泌信号(endocrine signal)，由，由特殊分化特殊分化的内分泌细胞释放的内分泌细胞释放，通过血液循环通过血液循环到达靶细胞，大多到达靶细胞，大多数对靶细胞的数对靶细胞的作用时间较长作用时间较长。含氮激素含氮激素类固醇激素类固醇激素氨基酸衍生物氨基酸衍生物小肽类小肽类 蛋白质类蛋白质类 糖蛋白类糖蛋白类（三）局部化学介质（三）局部化学介质 又称旁分泌信号又称旁分泌信号(paracrine signal)，不进入血循，不进入血循环，通过环，通过扩散作用扩散作用到达附近的靶细胞，到达附近的靶细胞，作用时间一般作用时间一般较短较短。（四）气体信号（四）气体信号 如如no ，由，由

6、no合酶（合酶（nos）通过氧化）通过氧化l-精氨酸的精氨酸的胍基而产生。在心血管系统中的可能作用机制是提高胍基而产生。在心血管系统中的可能作用机制是提高gc的活性，从而使细胞内的活性，从而使细胞内cgmp含量升高。在免疫含量升高。在免疫系统中，经激活的巨噬细胞释放的系统中，经激活的巨噬细胞释放的no可以通过抑制可以通过抑制靶细胞线粒体中三羧酸循环、电子传递和细胞靶细胞线粒体中三羧酸循环、电子传递和细胞dna合成等途径，发挥杀伤靶细胞的效应。另外血红素单合成等途径，发挥杀伤靶细胞的效应。另外血红素单加氧酶氧化血红素产生的加氧酶氧化血红素产生的co 具有与具有与no相似的功能。相似的功能。l其他

7、其他 自分泌信号（自分泌信号（autocrine signal）:对同种对同种细胞或分泌细胞本身起调节作用。细胞或分泌细胞本身起调节作用。 有些细胞间信息物质可在不同的个体间有些细胞间信息物质可在不同的个体间传递信息传递信息l无机离子：如无机离子：如ca2+l脂类衍生物：如脂类衍生物：如dag，花生四烯酸及其代谢产物，花生四烯酸及其代谢产物， cer（神经酰胺）（神经酰胺）l糖类衍生物：如糖类衍生物：如ip3l核苷酸：如核苷酸：如camp，cgmpl信号蛋白分子：如信号蛋白分子：如ras和底物酶和底物酶化学本质化学本质l 第二信使第二信使(secondary messenger) ca2+、

8、dag、 ip3、 cer、camp、cgmp、花、花生四烯酸及其代谢产物等这类在细胞内传递信息的小生四烯酸及其代谢产物等这类在细胞内传递信息的小分子化合物分子化合物l 第三信使第三信使(third messenger) 负责细胞核内外信息传递的物质，负责细胞核内外信息传递的物质，又称为又称为dna结合蛋白，是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，结合蛋白，是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，能调节基因的转录。能调节基因的转录。l 作用方式：酶促级联反应作用方式：酶促级联反应l 生物学效应：生物学效应： 改变酶活性改变酶活性 开启或关闭细胞膜离子通道开启或关闭细胞膜离子通道 开启或关闭细胞核内

9、基因转录开启或关闭细胞核内基因转录l 灭活：酶促降解、代谢转化或细胞摄取灭活：酶促降解、代谢转化或细胞摄取种类种类信息物质信息物质受体受体 引起细胞内的变化引起细胞内的变化神经神经递质递质乙酰胆碱、谷氨酸、乙酰胆碱、谷氨酸、 氨基丁酸氨基丁酸质膜质膜受体受体影响离子通道关闭影响离子通道关闭生长生长因子因子类胰岛素样生长因类胰岛素样生长因 -1、表皮生长因子、表皮生长因子、 血小板血小板衍生生长因子衍生生长因子质膜质膜受体受体引起酶蛋白和功能蛋白引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，的磷酸化和去磷酸化，改变细胞的代谢和基因改变细胞的代谢和基因表达表达激素激素蛋白质、多肽及氨基酸蛋白质、多肽及氨

10、基酸衍生物类激素衍生物类激素类固醇激素、甲状腺素类固醇激素、甲状腺素质膜质膜受体受体胞内胞内受体受体同上同上调节调节转录转录维生素维生素 维生素维生素a、维生素、维生素d 胞内胞内受体受体 同上同上 第二节 受 体(receptor)l 受体的受体的概念概念l 受体的受体的分类分类、一般结构一般结构及功能及功能 （一）膜受体（一）膜受体 （二）胞内受体（二）胞内受体l 受体作用的特点受体作用的特点l 受体活性的调节受体活性的调节 受体（受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，然后将识特异识别生物活性分子并与之结合，然后将识别和接受的信号正

11、确无误地放大并传递到细胞别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。别是糖脂。 能与受体特异性结合的生物活性分子称为能与受体特异性结合的生物活性分子称为配体（配体（ligand） l 膜受体膜受体(membrane receptor) 1. 环状受体：即配体依赖性离子通道环状受体：即配体依赖性离子通道 2. g蛋白偶联受体：又称七个跨膜蛋白偶联受体：又称七个跨膜螺旋受体螺旋受体 3. 单个跨膜单个跨膜螺旋受体螺旋受体 4. 具有鸟苷酸环化酶（具有鸟苷酸环化酶（gc）活性的受体）活性的受体 1. 环状受体环状受

12、体 受神经递质受神经递质等信息物质调节。等信息物质调节。当神经递质与他当神经递质与他们结合后，可使们结合后，可使细胞膜上的离子细胞膜上的离子通道打开或关闭，通道打开或关闭，从而改变膜的通从而改变膜的通透性。透性。2. g 蛋白偶联受体蛋白偶联受体(g-protein coupled receptors, gpcrs)gpcrgpcr的结构特点的结构特点l受体的受体的n n端可端可有不同的有不同的糖基化糖基化l胞内的第二和第三个环能与胞内的第二和第三个环能与g-g-蛋白相偶联蛋白相偶联l受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，对维持受体的结构起到关键作用对维持受体

13、的结构起到关键作用gpcrgpcr的结构特点的结构特点lc-末端的高度保守的末端的高度保守的cys残基在肾上腺素能残基在肾上腺素能受体、肾上腺素能受体、肾上腺素能受体和视紫质受体中可被受体和视紫质受体中可被棕榈酰化，使受体的胞内部分锚定于质膜棕榈酰化，使受体的胞内部分锚定于质膜l受体的受体的c-末端和胞内第三环含有多个末端和胞内第三环含有多个thr和和ser残基可被磷酸化，与抑制蛋白残基可被磷酸化，与抑制蛋白-视紫红视紫红质抑制蛋白（质抑制蛋白（arrestin）结合）结合 ，使受体不能再，使受体不能再活化活化g蛋白而失活蛋白而失活g g蛋白蛋白(guanylate binding prote

14、in) 是一类和是一类和gtpgtp或或gdpgdp相结合、位于细胞膜相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由胞浆面的外周蛋白，由 、 、 三个亚基组成。三个亚基组成。g g蛋白通过蛋白通过 、 亚基的异戊二烯化的基团或亚基的异戊二烯化的基团或 亚基的豆蔻酰化的基团锚定于细胞膜。亚基的豆蔻酰化的基团锚定于细胞膜。 有两种构象：有两种构象：非活化型非活化型；活化型活化型两种两种g蛋白的活性型和非活性型的互变蛋白的活性型和非活性型的互变（1 1）种类）种类 酪氨酸蛋白激酶受体型：催化型受体酪氨酸蛋白激酶受体型：催化型受体 非酪氨酸蛋白激酶受体型非酪氨酸蛋白激酶受体型 转化生长因子转化生长因子 受体受

15、体（2 2）结构特点：化学本质为糖蛋白）结构特点：化学本质为糖蛋白 细胞外区：配体结合部位细胞外区：配体结合部位 跨膜区：一个跨膜区：一个螺旋螺旋 细胞内区细胞内区3. 单个跨膜单个跨膜螺旋受体螺旋受体近膜区近膜区功能区功能区v 酪氨酸蛋白激酶受体型和非酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶受体型和非酪氨酸蛋白激酶 受体型的下游常含有受体型的下游常含有 sh2结构域结构域能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合 sh3结构域结构域能与富含脯氨酸的肽段结合能与富含脯氨酸的肽段结合 ph结构域结构域(pleckstrin homology domain) 识别具有磷酸化的丝氨酸和苏氨

16、酸的短识别具有磷酸化的丝氨酸和苏氨酸的短肽，并能与肽，并能与g蛋白的蛋白的复合物结合复合物结合 ,还能还能与带电的磷脂结合与带电的磷脂结合 酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体） 当配体与单跨膜螺旋受体结合后，催化型受体当配体与单跨膜螺旋受体结合后，催化型受体( (catalytic receptor) )大多数发生二聚化，二聚体的酪氨酸大多数发生二聚化，二聚体的酪氨酸蛋白激酶蛋白激酶( (tyrosine protein kinase, tpk) )被激活，既可使被激活，既可使对方的某些酪氨酸残基磷酸化导致受体自身磷酸化，又对方的某些酪氨酸残基磷酸化导致受体自身

17、磷酸化，又可催化底物蛋白的特定酪氨酸残基磷酸化。可催化底物蛋白的特定酪氨酸残基磷酸化。 酪氨酸蛋白激酶功能区酪氨酸蛋白激酶功能区（又称（又称sh1, scr homology 1 domain，与，与src的酪氨酸蛋白激酶区同源）的酪氨酸蛋白激酶区同源）位于受体的位于受体的c c末端，包括末端，包括atpatp结合与底物结合两个功能区。结合与底物结合两个功能区。 含含tpk结构域的受体结构域的受体egf:表皮生长因子表皮生长因子 igf-1:胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子pdgf:血小板衍生生长因子血小板衍生生长因子 fgf:成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子转化生长因子转化生长因子 （t

18、ransformation growth factor ，tgf ）受体受体l分成两个亚家族分成两个亚家族i型受体（型受体（transformation growth factor receptor-i，t r-i）ii型受体（型受体（transformation growth factor receptor-ii，t r-ii）l具有丝氨酸具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域，苏氨酸蛋白激酶结构域， t r-ii能进行能进行自身磷酸化和磷酸化紧接自身磷酸化和磷酸化紧接t r-i激酶结构域激酶结构域n端的端的gs结构域中的丝氨酸、苏氨酸残基，而使结构域中的丝氨酸、苏氨酸残基，而使t r-i活化活化

19、tgf的的型和型和型受体型受体 l分为膜受体和可溶性受体分为膜受体和可溶性受体（1）膜受体）膜受体v配体：包括鸟苷蛋白和心钠素配体：包括鸟苷蛋白和心钠素 （arrionatriuretic peptide，anp）v结构：由同源的三聚体或四聚体组成，每一个结构：由同源的三聚体或四聚体组成，每一个 亚基包括亚基包括n末端的胞外受体结构域、跨膜末端的胞外受体结构域、跨膜 区、膜内的蛋白激酶样结构域和区、膜内的蛋白激酶样结构域和c末端的末端的 鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase，gc） 催化结构域催化结构域4. 具有鸟苷酸环化酶活性的受体具有鸟苷酸环化酶活性的受体 （2）可溶性受体）可溶性受体v配体：配体：no和和cov结构：由结构：由 、 两个亚基组成的杂二两个亚基组成的杂二聚体，聚体， 每个亚基一个每个亚基一个gc催化结构域和催化结构域和 血红素结合结构域血红素结合结构域胞外胞外胞内胞内膜受体膜受体可溶性受体可溶性受体pkh gcgc具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构pkh：激酶样结构