14用级生化幻灯片

1、李文哲生物化学教研室407第一节第一节 概述概述主要内容第二节第二节 细胞信号转导体系细胞信号转导体系 第三节第三节 细胞信号转导通路细胞信号转导通路生物体的生长发育生物体的生长发育遗传信息遗传信息和和环境变化信息环境变化信息个体发育个体发育遗传密码转录及翻译遗传密码转录及翻译调节调节第一节第一节 概概 述述基因组测序的成功标志着生命科学研究进入了新的时期基因组测序的成功标志着生命科学研究进入了新的时期人类基因组计划人类基因组计划2020世纪科学史三大里程碑之一世纪科学史三大里程碑之一后基因组时代后基因组时代决定生物复杂性的根本原因在于，决定生物复杂性的根本原因在于，基因是如何表达和被管理的。

2、例基因是如何表达和被管理的。例如黑猩猩的基因只与人类的基因如黑猩猩的基因只与人类的基因有不到的差别，但两者的差有不到的差别，但两者的差距却是天壤之别，关键就在于基距却是天壤之别，关键就在于基因的表达和管理。因的表达和管理。从从dna dna rna rna 蛋白质的问题远比想象复杂蛋白质的问题远比想象复杂后基因组时代生命科学的研究焦点是对后基因组时代生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释。多细胞生物的高层次生命现象的解释。在生物体内参与细胞识别过程中的信号在生物体内参与细胞识别过程中的信号分子和受体的种类繁多，形成细胞信号分子和受体的种类繁多，形成细胞信号网络系统（网络系统（n

3、etworknetwork），因此，细胞信号），因此，细胞信号转导的研究是必不可少的。转导的研究是必不可少的。细胞细胞(signal transduction): 细胞通过相应的受体接受外界的信息（激素、神经递质、细胞因子、药物等），经细胞内信息传递、放大而引起生物学效应 生命生命我们如何知道自己的位置？我们如何从一个地方去到另一个地方？为何当我们在下次重复同样的路线时能够迅速查找到这些信息，在大脑中是如何对它们进行存储的？2014诺贝尔生理学与医学奖诺贝尔生理学与医学奖 “发现了大脑中形成定位系统的细胞”揭示了高等认知能力的细胞层面机制1971年，约翰奥基夫(john okeefe)发现了构

4、成这一体系的第一个组成部分。他在大脑一个名叫“海马体”的区域发现一种特殊的神经细胞，当实验小鼠在房间内的某一特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。而当小鼠在房间内的其他位置时，另外一些细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“位置细胞”，它们构成了小鼠对所在房间的地图。 莫瑟尔夫妇(may-britt 和edvard moser)更进一步，他们在临近海马体的大脑另一个名叫“内嗅皮层”的区域有了意外发现。他们注意到，当小鼠经过排列为六边形的多个地点时，其大脑中的部分神经细胞发生激活。这些细胞都会对特定的空间模式做出反应，它们整体上构成所谓“网格细胞网格细胞”。这些细胞与位于海马体内的位置细

5、胞位置细胞相互协调，组成一个复杂而精细的定位坐标系统，从而让空间导航成为可能。它是我们大脑的“内置gps” 1. 生物大分子的结构信号生物大分子的结构信号2. 物理信号物理信号3. 化学信号化学信号形状与构象主要靠非共价弱键维持相对稳定靠强大的共价键保持长期稳定（1）蛋白质的）蛋白质的结构信号结构信号1. 生物大分子的结构信号生物大分子的结构信号主要表现为形状与构象，在分子识别过程中发挥重要作用主要表现为形状与构象，在分子识别过程中发挥重要作用（2 2）糖复合物的）糖复合物的结构信号结构信号分散生长接触抑制接触抑制接触抑制消失糖被asn唾液酸-2,3半乳糖唾液酸-2,6半乳糖禽流感病毒人流感病

6、毒ha: 红细胞凝集素na: 神经氨酸酶asnh1n1、h2n2、h3n2h5n1 h7n7、h9n2第一个可抑制流感病毒na的抑制剂是2-脱氧-2,3-脱氢-n-乙酰神经氨酸(dana）神经氨酸酶抑制剂神经氨酸酶抑制剂 500倍100万倍扎那他韦奥司他韦（3 3）核酸的结构信号）核酸的结构信号细胞生物体糖复合物遗传信号传递系统：控制调节生物体生长发育，新陈代谢的最基本的信息流2. 2. 物理信号物理信号3. 3. 化学信号化学信号细胞间通讯的信号分子细胞内通讯的信号分子间隙连接结构间隙连接结构连接蛋白效应细胞靶细胞胚胎发育早期，细胞间主要依靠直接接触方式进行通讯。免疫反应，炎症反应及癌细胞转

7、移过程中，免疫细胞活化，白细胞迁移等。体外细胞培养，细胞浓度依赖性生长，细胞聚团生长等。旁分泌旁分泌自分泌自分泌间接联系型细胞间通讯类型间接联系型细胞间通讯类型自分泌途径内分泌途径神经传导途径旁分泌途径转导体转导体信号分子信号分子受体受体效应体效应体第二节第二节 细胞信号转导体系细胞信号转导体系 一、信号分子一、信号分子 signal moleculessignal molecules m细胞外信号分子细胞外信号分子m细胞内信号分子细胞内信号分子l凡是由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理凡是由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理活动的化学物质都称为细胞外信号分子活动的化学物质都称为细胞外信号分子

8、(extracellular signal molecules(extracellular signal molecules），或称为），或称为第一信使（第一信使（first messengerfirst messenger）。）。 一、细胞外信号分子一、细胞外信号分子 类固醇激素：如皮质醇、醛固酮，性激素等类固醇激素：如皮质醇、醛固酮，性激素等 含氮类激素：含氮类激素：1. 1. 氨基酸衍生物：甲状腺素，肾上腺素氨基酸衍生物：甲状腺素，肾上腺素 2. 2. 小肽类：胰高血糖素，促乳素小肽类：胰高血糖素，促乳素 3. 3. 蛋白质：胰岛素，生长因子蛋白质：胰岛素，生长因子 4. 4. 糖蛋白类

9、：促甲状腺素，促黄体素糖蛋白类：促甲状腺素，促黄体素 5. 5. 脂类衍生物：如前列腺素脂类衍生物：如前列腺素 气体分子：如气体分子：如nono，coco等等细胞外信号分子的分类细胞外信号分子的分类1. 1. 按照化学本质不同分为：按照化学本质不同分为：神经递质内分泌激素局部化学介质气体信号分子等2. 2. 根据细胞分泌方式的不同分为根据细胞分泌方式的不同分为1 1神经递质：神经递质： 由神经元突触前膜释放的信息物质，可作用于突触后膜上的受体，传递神经冲动信号。 作用时间较短l是由特殊分化细胞合成并分泌的一类化学信号分子是由特殊分化细胞合成并分泌的一类化学信号分子，这些物质通过血液进行转运，作

10、用于特定的靶细，这些物质通过血液进行转运，作用于特定的靶细胞，调节细胞的生理活动。胞，调节细胞的生理活动。2 2内分泌激素（内分泌激素（hormonehormone）作用时间较长作用时间较长内分泌（内分泌（endocrineendocrine）旁分泌（旁分泌（paracrineparacrine）自分泌（自分泌（autocrineautocrine）激素的作用方式激素的作用方式内分泌旁分泌自分泌l局部化学介质又称为旁分泌信号局部化学介质又称为旁分泌信号l细胞分泌的信息分子通过扩散而作用于邻近的靶细胞细胞分泌的信息分子通过扩散而作用于邻近的靶细胞l组胺、花生四烯酸（组胺、花生四烯酸（aaaa）等

11、。）等。l作用时间较短作用时间较短3 3局部化学介质局部化学介质旁分泌4. 4. 气体信号：气体信号： 在心血管系统中有调节血管平滑肌张力,抑制血管平滑肌增殖等作用,对动脉粥样硬化病理形成和发展具有阻抑作用。 胱硫醚-r-裂解酶(ces) 1. no合酶（nos）通过氧化l-精氨酸的胍基而产生no2. 血红素单加氧酶(ho)氧化血红素产生co3. h2s是继no和co之后人们认识的第三个内源性气体信使 抗氧化系统 旁分泌自分泌6.6.转化生长因子转化生长因子白细胞介素白细胞介素干扰素干扰素肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子趋化因子趋化因子（2 2）肿瘤坏死因子（）肿瘤坏死因子（tumor necrosi

12、s factor)tumor necrosis factor)c-x-cc-x-c ag呈递细胞辅助性t细胞细胞细胞骨格形成骨格形成细胞细胞移動移動细胞细胞増殖分化増殖分化细胞细胞生存生存纽蛋白距蛋白 桩蛋白 局部粘附激酶 纤连蛋白a3b1，a5b1二、细胞内信号分子二、细胞内信号分子 l在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为细胞内信号分子。细胞内信号分子。l第二信使、第三信使、信号转导蛋白或酶等第二信使、第三信使、信号转导蛋白或酶等（intracellular signal moleculesintracellular signal molecules）

13、1 1第二信使（第二信使（secondary messengersecondary messenger）l在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二信使。在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二信使。环核苷酸类：如环核苷酸类：如campcamp和和cgmpcgmp脂类衍生物：如脂类衍生物：如dagdag；神经酰胺，花生四烯酸；神经酰胺，花生四烯酸无机物：如无机物：如caca2+2+、nono糖类衍生物：糖类衍生物： 1,4,5-1,4,5-三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（ipip3 3）第二信使第二信使生成方式生成方式信号作用信号作用campcamp腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶激活蛋白激酶激活蛋白激酶a a

14、（pkapka）cgmpcgmp鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶激活蛋白激酶激活蛋白激酶g g（pkgpkg）caca2 2内质网、质膜通道内质网、质膜通道开放开放激活钙调节蛋白、蛋白激酶激活钙调节蛋白、蛋白激酶ipip3 3plcplc分解分解pippip2 2活化通道活化通道dagdagplcplc分解分解pippip2 2激活蛋白激酶激活蛋白激酶c c（pkcpkc）神经酰胺神经酰胺plcplc分解鞘磷脂分解鞘磷脂激活蛋白激酶激活蛋白激酶nononono合酶合酶激活鸟苷酸环化酶，松弛平滑肌激活鸟苷酸环化酶，松弛平滑肌细胞内重要的第二信使细胞内重要的第二信使l细胞内能够传递特定信号的蛋白质或酶分子

15、，细胞内能够传递特定信号的蛋白质或酶分子，常与其他蛋白质或酶构成复合体传递信息。常与其他蛋白质或酶构成复合体传递信息。小分子小分子g g蛋白及其调节蛋白，如蛋白及其调节蛋白，如gefgef、gapgap等等信号连接蛋白，如信号连接蛋白，如sossos，grb2grb2等等各种蛋白激酶和蛋白磷酸酶各种蛋白激酶和蛋白磷酸酶2 2信号转导蛋白或酶：信号转导蛋白或酶：3. 3. 第三信使（第三信使（third messengerthird messenger）l负责细胞核内、外信号转导的物质称为第三信使，负责细胞核内、外信号转导的物质称为第三信使， 又称为又称为dnadna结合蛋白。结合蛋白。l第三信

16、使是一类可与靶基因特异序列结合的蛋白，第三信使是一类可与靶基因特异序列结合的蛋白，能调节基因的转录。如立早基因的编码蛋白质。能调节基因的转录。如立早基因的编码蛋白质。细胞信号转导体系细胞信号转导体系 二、受二、受 体体 receptor 与受体结合的各种细胞外信号分子称配体（与受体结合的各种细胞外信号分子称配体（ligand）一，概念一，概念细胞膜上或胞内能特异识别细胞膜上或胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊进而引起生物学效应的特殊蛋白质，或个别糖脂蛋白质，或个别糖脂 衔接衔接 gpi锚定蛋白类受体锚定蛋白类受体 其它类型受体其它类型受体 w

17、nt 受体受体 notch 受体受体核内受体（类固醇激素、甲状腺素、前列腺素）核内受体（类固醇激素、甲状腺素、前列腺素）二，受体类型二，受体类型 存在于神经，肌肉及腺体组织细胞膜上。维持膜内外离子浓度差，在稳定膜电位，神经信号传导，肌肉收缩，腺体分泌及电解质平衡等方面发挥重要作用。根据通道开，关调控机制不同分为:电压门控na+通道电压门控ca2+通道1. 胞外区没有配体结合部位。2. 通道的开放受膜电位调控。3. 结构特点是单个大分子多肽， 每个分子含有四个同源重复序列。（1）电压门控离子通道受体）电压门控离子通道受体乙酰胆碱受体5-羟色胺受体1. 由多个亚基组成2. 含有配体结合部位，配体与

18、通道胞外部分直接结合3. 离子通道的开放，闭合直接受配体的调控，1. 受体胞内区含有与胞内信息分子结合区域。2. 当细胞内信息分子（cgmp，cgmp）水平增高时， 信息分子与受体胞内部分结合，调节离子通道开放。g蛋白偶联受体为7次跨膜蛋白，其n端位于胞外侧，跨膜部分为疏水的螺旋，形成四个胞外环（e1e4）和四个胞内环（c1c4）。胞外环是与胞外信号分子结合部位，胞内环c3和c4是受体与g蛋白的偶联部位。主要参与各种激素激素，化学趋化因子化学趋化因子的信息跨膜转换过程。目前已发现有数百种化学信号分子由g蛋白偶联受体来传递信号。各种胞外信号分子作用于受体后，受体的化学信号由g蛋白进一步向胞内传递

19、。g蛋白通过激活或抑制质膜内侧的能产生第二信使的酶或离子通道产生第二信使，将胞外信号转变为胞内信号。par-2： ： rnnskgrsligrlet/qtiyipalnittchdvlpeevlvg/predicted n-glycosylation site tl: tethered ligand domainnt: n terminusicl: intercellular loop ecl: extracellular loopschematic diagram of proteinase-activated receptor 2trypsin cleavage site ecl-2 (l

20、igand binding domain)g proteinmediated signal transductionnystedt, et al. 1994根据酶的催化性质不同，可将催化性受体分为 酪氨酸蛋白激酶受体 丝/苏氨酸蛋白激酶受体 酪氨酸蛋白磷酸酶受体 鸟苷酸环化酶受体膜（catalycic receptors）是一大类具有酶活性的跨膜蛋白受体，由胞外区，跨膜区和胞内区三部分组成疏水肽段酶的催化活性配体结合的部位（receptor tyrosine protein kinase, rptk）egfr: 表皮生长因子受体家族肝细胞因子受体家族（hgfr）神经生长因子受体家族（ngfr）

21、成纤维细胞生长因子受体家族（fgfr）血小板衍生的生长因子受体家族（pdgfr）血管内皮细胞生长因子受体家族（vegfr）胰岛素和类胰岛素样生长因子受体家（ogfr）盘状结构域受体家族（ddr）upo受体家族eph受体家族血管生成素受体家族ret，boss胞外部分是与生长因子结合部位，胞内部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。受体与配体结合，受体形成二聚体。相互之间自身磷酸化，使效应蛋白酪氨酸残基磷酸化，产生生理效应。c末端磷酸化的酪氨酸残基可与细胞内含有sh2结构的信息分子结合，激活其它信号通路。1234567receptor expressionligand bindinghetero/homo-d

22、imerizationtk activation & tyrosine phosphorylationsignal transductionreceptor internalizationdegradation or reexpressionpppppppppppprasrafmek 1/2mapk/erkgrb2sosjakstat1stat3p13kakt100200300二聚体多聚体单体配体：+ - +（receptor s/t protein kinase, rstpk）配体是转化生长因子超家族，又称tgf受体家族.tgf受体分型和ii型两种。配体必须同时结合两型受体才能使受体

23、活化，有20多个成员，tgf家族的每一个成员都有相对应的两个受体。（rptp）配体多为白细胞和淋巴细胞表面抗原及黏附分子，其配体大多不明。rptp均为单跨膜蛋白，胞内区具有蛋白酪氨酸磷酸酶催化结构域，主要参与细胞间识别，粘连，淋巴细胞活化等。cd45白细胞共同抗原相关受体（leukocyte common antigen-related receptor, lar）双特异性白细胞共同抗原相关受体（dual spicificity lar）双特异性蛋白酪氨酸磷酸酶（dual spicificity tyrosine phosphotase, dptp）hptp和hptp（rgc）三个亚型rgc-

24、a，rgc-b和rgc-c受体与配体结合后可激活胞内催化区，催化gtp生成cgmp，cgmp活化pkg，使效应蛋白磷酸化产生生理效应衔接衔接胞外区有4个保守的半胱氨酸残基形成两个二硫键，胞外近膜区有wsxws结构，起维持胞外空间结构作用富含脯氨酸的box结构，可与jak作用经过jak-stats途径传递信号胞内区无激酶活性的催化区（ptk-coupled receptors, ptkcr）根据配体及共用亚基不同，分为：共用il-3受体亚基的细胞因子受体共用il-2受体亚基的细胞因子受体共用il-6r亚基（gp130）的细胞因子受体其它酪氨酸蛋白激酶偶联细胞因子受体cd分子类酪氨酸蛋白激酶偶联受

25、体因共用一个亚基，其作用也相同，均作用于造血细胞，促使造血干细胞定向分化il-2r亚基与t细胞发育及功能有关，上述各种细胞因子参与t细胞发育及功能调节。cntfr: 睫状神经营养因子lif：白血病抑制因子osm：抑瘤素除上述三种类型的蛋白酪氨酸激酶偶联受体外，还有一些细胞因子受体有自己相应的亚基。il-1r, il-8r, il-10r, il-12r, tpor, epor, ifnr, ifnr, ifnr等。一些白细胞抗原如cd3, cd4, cd8, cd2, cd28和cd79a/cd79b（ig/ig）也属于蛋白酪氨酸激酶偶联的受体，其配体多为膜结合表面信号分子。主要在白细胞活化过

26、程中参与信号传导。cd79a/cd79bcd3这类受体结构特征是胞内区含有富含酪氨酸残基的保守区，又称免疫受体酪氨酸活化基序（itam）。itam是受体信号传递的重要结构，当受体活化后可与胞浆内蛋白酪氨酸激酶结合。 免疫受体酪氨酸活化基序t 细胞b 细胞1. 蛋白酪氨酸激酶受体 十几个亚家族（见催化型受体）2. 膜结合的蛋白酪氨酸激酶 src, fyn, lyn, lck, yes, blk, fgr, jak3. 胞浆可溶性蛋白激酶 syk, zap-70, fes, abl, itk, btk, csk, flk, bcr, fer, fes, fps多聚体活化衔接衔接（adaptor）单

27、跨膜受体，其结构特点是胞内区没有激酶催化没有激酶催化区区，也没有与酪氨酸蛋白激酶偶联部位。其受体活化后信号向下游的传递依靠胞内一些称做衔接蛋白的信息分子来完成，此类受体以肿瘤以肿瘤坏死因子受体坏死因子受体家族为代表。 tnf-r1 tnf fas(apo-1,cd95) fas-l(apo-1l,cd95l) trundd(dcr2) trail(apo-2l) dr3(wsl-1,apo-3,tramp,lard) tweak(apo-3l) dr4 trail(apo-2l) dr5 trail(apo-2l) dcr1 trail(apo-2l) ltr lt受体配体肿瘤坏死因子受体为单

28、跨膜蛋白，胞内区很短，无催化活性和与酪氨酸蛋白激酶偶联部位。但有与一些衔接蛋白接合部位，可通过衔接蛋白寡集下游信息分子。主要参与对细胞凋亡，增殖，分化的调控及产生细胞毒作用。 sh2结构（src homology domain2）专门识别蛋白肽链酪氨酸磷酸化残基。sh2结构存在于多种信息分子中，包括衔接蛋白，酪氨酸蛋白激酶，蛋白磷酸酶，小分子g蛋白，gtp交换因子，转录因子等。 生长因子结合蛋白(growth factor receptor) 衔接蛋白 包括grb2,grb7,grb10,grb14. 胰岛素受体底物（insulin receptor substrate1, irs) 有irs

29、1和irs2 sch(src homologue and collegen like protein) 酪氨酸蛋白激酶（tpk），大部分胞内tpk均含sh2结构sh2结构信息分子 酪氨酸蛋白磷酸酶（ptp） plc及pi3k（p85亚基） gtp交换因子 转录因子（tf）: statsh3结构（src homology domain3），专门识别肽段中富含脯氨酸的氨基酸残基序列。上述各种含有sh2结构的信息分子也大多数同时含有sh3结构。 ph结构（plecstrin homology, 血小板-白细胞激酶同源结构），专门识别多磷酸肌醇磷脂，尤其是3 3位磷酸化的肌醇磷脂位磷酸化的肌醇磷脂，如

30、pi-3-p, pi-3,4-p2, pi-3,5-p2和pi-3,4,5-p3等。主要作用是将含有ph结构的信息分子固定于细胞质膜内侧，含有ph结构的蛋白有百余种，重要的有plc, ras, pkb, pdk, pkbk等。死亡结构域（death domain, dd）是死亡受体（death receptor, dr）和与dr相结合的一些衔接蛋白所共有的一种衔接结构，含有dd结构的各种分子可借助于死亡结构而聚集成簇，从而参与细胞信号传导。1. 肿瘤坏死因子受体1相关死亡结构域连接蛋白 （tnfr1-associated death domain protein, tradd）2. fas相关

31、死亡结构域连接蛋白 （fas-associated death domain protein, fadd）3. 受体相互作用蛋白 （receptor interacting protein, rip）gpi锚定蛋白类受体锚定蛋白类受体wnt 受体受体 notch 受体受体五、其它类型受体五、其它类型受体l此类受体依靠糖基磷脂酰肌醇锚定于细胞表面，既没有跨膜区，又没有胞内区。因此，受体与配体结合后，信号进一步向胞内传递需一些跨膜蛋白参与。lgpi锚定蛋白类受体主要参于胚胎发育、神经系统发生、免疫细胞活化等活动的调节，其配体多为膜结合型信号分子。n-乙酰葡萄糖胺甘露糖磷脂肌醇rastpkllrrr

32、rr跨膜受体跨膜受体gpi锚定蛋白类受体ras家族g蛋白src家族酪氨酸蛋白激酶gpi锚定蛋白类受体介导的细胞外信号跨膜转导机制r含不饱合脂肪酸磷脂含饱合脂肪酸磷脂胆固醇gpi锚 pnh是造血干细胞良性克隆性疾病，由于x染色体上pig-a基因（xp22.1）突变。导致gpi锚合成障碍，发生在gpi合成的第一步，即n-乙酰葡萄糖胺不能连接到磷脂肌醇（pi）上。其中以补体调节蛋白cd55和cd59最为重要，血细胞表面的cd55可与c3b或c4b结合，以防止补体继续激活的放大，cd59可防止c9的聚合及膜攻击复合物c5b-9的形成。由于血细胞cd55和cd59缺失，最终导致异常血细胞对补体敏感的破溶

33、。阵发性夜间血红蛋白尿（阵发性夜间血红蛋白尿（pnh） wnt信号信号-连锁蛋白卷曲蛋白金属蛋白酶notch 胞浆裂解片段kuznotchnotch受体介导的信号跨膜转导机制受体介导的信号跨膜转导机制六、六、胞内受体胞内受体高度可变区（高度可变区（n端）：与转录激活有关；抗体结合部位端）：与转录激活有关；抗体结合部位dna结合区（中段，含锌指结构）：与激素反应元件结合结合区（中段，含锌指结构）：与激素反应元件结合铰链区（中段）：与转录因子作用；触发受体向核内移动铰链区（中段）：与转录因子作用；触发受体向核内移动激素结合区（激素结合区（c端，含亮氨酸拉链）：与配体结合；与热端，含亮氨酸拉链）：与

34、配体结合；与热激蛋白结合；介导二聚化；激活转录激蛋白结合；介导二聚化；激活转录受体作用的特点受体作用的特点 1高度的亲和力（高度的亲和力（high affinity）：）：激素及细胞因子等配体与其受体的结合具有激素及细胞因子等配体与其受体的结合具有高度亲和力。通常用其解离常数（高度亲和力。通常用其解离常数（kd）来表）来表示其亲和力的大小，多数配体与受体的解离示其亲和力的大小，多数配体与受体的解离常数为常数为10-1110-9 mol/l。2高度的特异性（高度的特异性（high specificity）：）：指一种激素或细胞因子只能选择性与相应的指一种激素或细胞因子只能选择性与相应的受体结合的

35、性质。其原因即在于配体通过具受体结合的性质。其原因即在于配体通过具有特定结构的部位与受体上的特定结合部位有特定结构的部位与受体上的特定结合部位相结合。相结合。 3可逆性（可逆性（reversibility）：）：配体与受体通常通过非共价键而结合，因此配体与受体通常通过非共价键而结合，因此可以采用简单的方法将二者分离开。可以采用简单的方法将二者分离开。4可饱和性（可饱和性（saturability）：）：由于存在于细胞膜上或细胞内的受体数目是由于存在于细胞膜上或细胞内的受体数目是一定的，因此配体与受体的结合也是可以饱一定的，因此配体与受体的结合也是可以饱和的。当全部受体被配体占据后，可使其效和的

36、。当全部受体被配体占据后，可使其效应达到最大。应达到最大。5特定的作用模式：特定的作用模式：在不同细胞中，受体的种类和含量分布不同在不同细胞中，受体的种类和含量分布不同，表现为特定的作用模式。，表现为特定的作用模式。 三、受体活性的调节三、受体活性的调节 l位于细胞膜上或细胞内的受体的数目或与配体位于细胞膜上或细胞内的受体的数目或与配体的结合能力是可以改变的。的结合能力是可以改变的。l如果受体的数目增加或与配体的结合能力提高如果受体的数目增加或与配体的结合能力提高，则称为，则称为向上调节向上调节（up regulationup regulation）；反之）；反之，则称为，则称为向下调节向下调

37、节（down regulationdown regulation）。）。 三、转导体（三、转导体（g蛋白蛋白(g protein)异源三聚体异源三聚体g蛋白蛋白质膜质膜胞内侧胞内侧胞外侧胞外侧g蛋白偶联型受体的结构蛋白偶联型受体的结构gpcr位于细胞膜上胞浆侧，可与位于细胞膜上胞浆侧，可与gtp/gdp结合的一种外周蛋白，结合的一种外周蛋白，它是一种转导体，可将外来的信号转化为传向细胞内的号，它是一种转导体，可将外来的信号转化为传向细胞内的号，其活性与其活性与gtp/gdp密切相关，故而得名密切相关，故而得名。1. g蛋白蛋白g蛋白即鸟苷酸结合蛋白，与受体偶联的g蛋白属于异源三聚体，由， 和

38、三个亚基组成。g 亚基：含有gdp/gtp结合位点 及 gtp水解酶催化位点。g亚基：g和g亚基n端半胱氨酸残基常脂酰化（法尼基化或异戊二烯化），将g固定于质膜内侧。 （1 1）gsgs（刺激型）：（刺激型）： 激活腺苷酸环化酶。激活腺苷酸环化酶。 （2 2）gigi（抑制型）：抑制腺苷酸环化酶。（抑制型）：抑制腺苷酸环化酶。 （3 3）gpgp（磷脂酶（磷脂酶c c型）：激活磷脂酶型）：激活磷脂酶c c （4 4）gogo：大脑中主要的：大脑中主要的g g蛋白，调节离子通道蛋白，调节离子通道 （5 5）g gt t( (传导素传导素) )：激活视觉：激活视觉 1）-gdp状态关闭信号。2）h

39、-r复合体引起gtp交换gdp。3） 分离， -gtp为g蛋白活性形式，活化ac。4) gtp酶水解gtp成为gdp。结合，恢复-gdp状态4. g蛋白循环蛋白循环(g protein cycle)5 5、作用机理、作用机理两种两种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l当配体与受体结合后，受体的构象发生变化，当配体与受体结合后，受体的构象发生变化，与与a a亚基的亚基的c-端相互作用，促使端相互作用，促使gdp从从a a亚基亚基上脱落而与上脱落而与gtp结合，结合，g蛋白被激活。蛋白被激活。l此时，此时，a a亚基与亚基与bb亚基分离，可分别与效应蛋亚基分离，可分别与效应

40、蛋白（酶）发生作用。白（酶）发生作用。l接着，接着，a a亚基的亚基的gtpase将将gtp水解为水解为gdp，a a亚基重新与亚基重新与bb亚基结合而失活。亚基结合而失活。 四、效应体（四、效应体（） 1 1、蛋白激酶：使细胞内蛋白质磷酸化、蛋白激酶：使细胞内蛋白质磷酸化 2 2、蛋白磷酸酶：催化脱磷酸化反应、蛋白磷酸酶：催化脱磷酸化反应 调节细胞内信息传递和生理效应的重要方式调节细胞内信息传递和生理效应的重要方式主要方式：蛋白质磷酸化与去磷酸化主要方式：蛋白质磷酸化与去磷酸化ser/thrser/thr蛋白激酶：催化蛋白激酶：催化ser/thrser/thr磷酸化磷酸化tyrtyr蛋白激酶

41、：催化蛋白激酶：催化tyrtyr磷酸化磷酸化酪氨酸磷酯酶酪氨酸磷酯酶ser/thr磷酯酶磷酯酶cell signaling pathwaycell signaling pathway第三节第三节 信号转导通路信号转导通路camp-蛋白激酶蛋白激酶a信息转导途径信息转导途径ip3dagpi3k/pkb/akt 激素激素 受体受体蛋白蛋白酶酶 第二信使第二信使蛋白激酶蛋白激酶酶或其他功能蛋白酶或其他功能蛋白 生物学效应生物学效应介导胞外化学信号分子的质膜受体。此类受体与下游信息分子之间的信号转导需借助于g蛋白的偶联作用。其偶联的下游分子常是能催化产生小分子信息分子的酶。g蛋白偶联激活的下游分子包括

42、腺苷酸环化酶（ac）、磷脂酶c(plc)、磷脂酶a 2 ( p l a 2 ) 、 鸟 苷 酸 环 化 酶 以 及k+na+ca+离子通道等。其效应亚基多是亚基，也可是亚基，或者二者协同作用的结果。二二. camp-. camp-蛋白激酶蛋白激酶a a信息转导途径信息转导途径两个跨膜结构域，每个跨膜结构域含六个跨膜肽段。在胞质区有两个催化结构域。腺苷酸环化酶noch2oohonnnnh2poohcampnoch2oohohnnnnh2poohopoohopoohohatpacppinoch2oohohnnnnh2poohohamppdeh2o磷酸二酯酶磷酸二酯酶(phosphodiestera

43、se, pde)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,ac)campcamp的产生与分解的产生与分解 是一种由四个亚基构成的寡聚体。是一种由四个亚基构成的寡聚体。 其中有两个亚基为催化亚基，另两个亚基为调节亚基。其中有两个亚基为催化亚基，另两个亚基为调节亚基。当调节亚基与当调节亚基与camp结合后发生变构（每一调节亚基可结合后发生变构（每一调节亚基可结合两分子结合两分子camp），与催化亚基解聚，从而激活催化），与催化亚基解聚，从而激活催化亚基。亚基。l使多种酶或蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化，从而使多种酶或蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化，从而调节酶的催化活性或蛋白

44、质的生理功能。调节酶的催化活性或蛋白质的生理功能。 蛋白激酶蛋白激酶a（pka）rrcamp蛋白激酶蛋白激酶a a的激活机制（演示）的激活机制（演示）gsacatpcampccrrcc 底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化rr 2camp2campcrebnpi pi pi 转录活化域转录活化域dna结合域结合域细胞膜细胞膜核核 膜膜camp-camp-蛋白激酶蛋白激酶a a的信息转导过程的信息转导过程cre(camp response element) camp反应元件反应元件creb (cre binding protein) cre结合蛋白结合蛋白细细胞胞核核pipipipi结构基因结构基因dn

45、a蛋白质蛋白质pkapka对基因表达的调节作用（演示）对基因表达的调节作用（演示）camp-camp-蛋白激酶蛋白激酶a a信息转导途径及其调节作用信息转导途径及其调节作用（ip3）(dag)ip3dag信号转导通路是g蛋白偶联受体所参与的另一条重要的信号通路，其在受体与效应酶之间发挥偶联作用的是gq家族的异质三聚体g蛋白。该信号通路以产生两个第二信使,即ip3和dag,以蛋白激酶c活化为主要特征。ip3dag双信号通路参与多种细胞活动的调节。 l通过通过gq蛋白介导，存在于细胞膜上的蛋白介导，存在于细胞膜上的plcb b可被激活；可被激活；而而plc 含有sh2结构则在受体的酪氨酸蛋白激酶催

46、化则在受体的酪氨酸蛋白激酶催化下，其酪氨酸残基被磷酸化修饰而激活。下，其酪氨酸残基被磷酸化修饰而激活。lplc激活后，可催化质膜上的磷脂酰肌醇激活后，可催化质膜上的磷脂酰肌醇-4,5-二二磷酸（磷酸（pip2）水解产生两种第二信使，即）水解产生两种第二信使，即dag和和ip3。磷脂酶磷脂酶c c（plcplc）plcplc催化催化dagdag和和ipip3 3的生成的生成磷脂酰肌醇二磷酸第二信使第二信使ip3和和dag介导的信号转导途径介导的信号转导途径 cam： ca2+/钙调蛋白钙调蛋白ca2+/钙调蛋白依赖蛋白激酶钙调蛋白依赖蛋白激酶（二）蛋白激酶（二）蛋白激酶c （pkc） 典型pkc

47、 (classical pkc) 1 ps, dag, ca2+ 激活 pkc 新型pkc (new pkc) ps, dag 激活 非典型pkc (atypical pkc) ps 激活 属s/t蛋白激酶，12种同工酶，分布及激活方式不同。蛋白激酶c有膜结合型和存在于胞质的两种形式，只有与质膜结合后pkc才能被活化。pkc从胞质向质膜上的重新分布是pkc激活的前提条件，细胞内ca2+升高有助于pkc向膜上定位。pkc的激活需ca2+、磷脂酰丝氨酸（ps）和dag的同时作用，活化的pkc是“pkc ps4 dag ca2+”的复合体。第二信使第二信使ip3和和dag介导的信号转导途径介导的信号

48、转导途径 cam： ca2+/钙调蛋白钙调蛋白ca2+/钙调蛋白依赖蛋白激酶钙调蛋白依赖蛋白激酶代谢调节：糖代谢的多种酶，如糖原合成酶、糖原磷酸化酶激酶和6-磷酸果糖激酶都受pkc的磷酸化调节。对离子转运功能的调节：对离子通道或ca2+泵磷酸化调节。l对膜受体功能的调节：使受体磷酸化，降低受体与配体的亲和力，调节信号跨膜转导。l调控细胞生长分裂调控细胞生长分裂l促进立早基因促进立早基因（immediate early genes）表达。表达。pkc磷酸化血清反应因子磷酸化血清反应因子(srf)，结合血清反应元件，结合血清反应元件(sre)，增加转录因子，增加转录因子fos、myc、jun等立早

49、基因的等立早基因的表达。表达。l磷酸化磷酸化jun和和fos组合形成二聚体的转录激活因子（如组合形成二聚体的转录激活因子（如ap-1）。促进相关基）。促进相关基因的转录与表达。因的转录与表达。lpkc磷酸化抑制蛋白磷酸化抑制蛋白ib脱离脱离nfb，nfb活化进入胞核中促进相应基因活化进入胞核中促进相应基因的转录。的转录。pkc（和（和mapk等）对基因表达的调控机制等）对基因表达的调控机制佛波酯(pma或tpa)酪氨酸蛋白激酶受体s/t蛋白激酶受体鸟苷酸环化酶受体酪氨酸蛋白磷酸酶受体此类信号通路的典型代表是有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitoge activated protein k i n

50、a s e , m a p k ） 信 号 途 径 ， 又 称mapkinase信号通路该信息通路主要参与胞外生长因子类化学信号及辐射、紫外线、过氧化物，热休克、脂多糖、渗透压等物理变化信号的传导.该途径主要作用是对细胞增殖分化的调节mapkinase信号通路是体内最复杂的细胞信号通路之一，参与的信息分子众多，并 且 细 胞 内 存 在 着 数 条 平 行 的mapkinase途径，在哺乳动物细胞中起码存在着三条以上的mapk途径，各条途径之间相互交叉，关系错综复杂。是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，该激酶家族所有成员的一个共同结构特征是一级结构中第185和187个氨基酸残基分别是可磷酸化的苏氨酸

51、和酪氨酸 erk（extracellarly-responsive kinase） 亚家族，含有tey模体、有erk1 erk3几个成员。mapk jnk/sapk（c-jun n末端激酶/应激活化的蛋白 激酶，stress activated protein kinase）亚家族， 含tpy模体，有jnk1jnk3 p38亚家族：含tgy模体各型mapkinase活化的首要条件是185苏氨酸残基和187酪氨酸残基的磷酸化，催化其磷酸化的激酶不是单一的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶或酪氨酸蛋白激酶，而是一类双特异性蛋白激酶. mek家族：mek1、mek2mapkk jnkk家族：jnkk（c-jun

52、 n末端激酶的激酶） mkk家族：mkk3、mkk6mapkk活化需另一类蛋白激酶将其肽链中丝氨酸残基磷酸化。这一类激酶称mapkkk。raf亚家族：raf a、b、cmekk亚家族：（mek激酶）ask亚家族：(apoptosis signal regulating kinase)mapkinase的活化是由三级蛋白激酶组成的磷酸化级联反应，常将其称为激酶瀑布（kinase cascade）。在哺乳动物细胞中最少存在三条以上的激酶瀑布，在酵母细胞可有5条甚至更多的激酶瀑布。生长因子受体结合蛋白（growth fator receptor binding protein, grb），grb也是

53、一个蛋白质家族，包括多个成员，重要的是grb2。胰岛素受体底物（insulin receptor subst，irs）。包括irs1和irs2。鸟苷酸结合蛋白ras参与mapkinase信号途径信号传递的另一类重要信息分子是小分子g蛋白。与参与g蛋白偶联受体组成的异质三聚体g蛋白不同，小分子g蛋白为单体，分子量2030kd。目前发现的小分子g蛋白近数百个，均为ras基因超家族编码的ras超家族蛋白.ras家族：参与细胞信号转导，为膜结合型 rho家族（ras homology, rho） 参与信号传导， 可溶性rassf arf家族（adp-ribosylation, arf）： 可溶性，参与

54、内、分泌 aab家族：参与内分泌、腔饮、可溶性 ran家族：可溶性、参与核一腔质物质转运，在腔质 为dp结合非活性胞核为gtp结合性。 gdpgtpgggtpgdpgefpigap非活性型非活性型活性型活性型活性与非活性型小分子活性与非活性型小分子g蛋白的相互转变蛋白的相互转变gtp交换因子gtp酶活化蛋白的作用是促进小分子g蛋白结合的gdp与gtp交换，活化小分子g蛋白。的作用是激活小分子g蛋白的gtp水解酶，使小分子g蛋白由gtp结合型转变为gdp结合型，与下游效应分子分离，终止调节过程。不同的小分子g蛋白有相应的gef和gap。 sos：sos1、sos2 vav：vav1、vav2、v

55、av3 rhogef： gef tiam：tiam1 ras-grf：ras-grf1、ras-grf2 ras-grp： fgd3：fgd1、fgd2、fgd3 rcc1、c3g、lfc、lsc、lbc、 dbl、ost、 ect2、frabin、brxrho-gap、ran-gap1、ral-bp1、rac-gap、cdc42-gap1、gbp1gbp2、olgophrenin-1、rap1gap1、2、rap-dexras1mapkinase信号转导途经信号转导途经sh3sh3sh2sosrasrafrafmekmekmapkpmapkppmapkpp活性活性非活性非活性非活性非活性活性

56、活性非活性非活性活性活性elk-1elk-1pelk-1psrfpsrfpsrf核内核内胞液胞液胞外胞外rtpkpprtpkrtpkl lgrb2顺式元件顺式元件转化生长因子受体（tgf）家族启动的胞内信号通路称smad信号通路，smad信号通路的作用与前述的mapkinase信号作用相反，其功能是抑制细胞增殖，促进细胞分化。smad是一个转录因子家族，果蝇中的同源物 称 m a d （ m o t h e r a g a i n s t decapentapleqic），在线虫中为sma，哺乳动物根据sma和mad命名为smad。 受体活化型smad（receptor activated s

57、mad r-sad）: smad1、2、3、5、8，9，能与受体结合，并磷酸化。smad 通用型smad（commone smad, c- smad）： 仅有smad4一个成员，不能与受体结合， 但可与磷酸化的r-smad形成二聚体。 拮抗型smad（against smad, a-smad）: 包括smad6、7，能与受体结合，但不能被 磷酸化激活，为tgf信号通路抑制剂。 r-smad 必须与c-smad4形成二聚体才能具有活性c-smad mh2区没有与受体结合部位及被磷酸化的丝氨酸残基位点.a-smad 能与受体结合，没有被磷酸化位点，故不能被磷酸化激活。 （1）信号的跨膜转导：tgf

58、受体有型和型两类，二型受体均为单跨膜蛋白，型与型形成二聚体才有活性。型受体负责与配体结合，型受体参与向胞内传递信息，配体与型受体结合后形成型、型受体二聚体，由型受体胞内激酶区催化型受体胞内近膜区gs序列的丝氨酸残基磷酸化，激活型受体的丝氨酸激酶活性。 型型smad23smad4smad4smad23gs序列激酶区dna基因转录/抑制smad15gs序列激酶区smad23tgfbmpppsmad23psmad15psmad4smad4smad15psmad23psmad4smad15smad15（2）smad 活化：r-smad 有受体结合位点，与受体结合后丝氨酸残基可被受体激酶磷酸化。磷酸化后

59、的r-smad 与c-smad （smad4）结合形成活性的smad2、3，smad4或smad1、5、smad4二聚体。（3）活化的smad 二聚体由胞质向核内转位，作用于基因上游调控序列，与其它转录因子一起，促进或抑制基因表达，活化的smad 可促进拮抗型smad （smad6、7）表达，对smad 信号通路起反馈调节作用。sbe ：smad-binding element（smad结合元件）sbe受体型鸟苷酸环化酶的配体为一些排钠肽类，包括心脏分泌的anp、bnp和脑细胞的cnp、大肠杆菌肉毒素等.受体为单跨膜蛋白，配体与受体结合后形成二聚体gc配体为一些排钠肽类，包括心脏分泌的anp、

60、bnp和脑细胞的cnp、大肠杆菌肉毒素等.受体为单跨膜蛋白，配体与受体结合后形成二聚体4.4.酪氨酸蛋白磷酸酶受体酪氨酸蛋白磷酸酶受体其与蛋白酪氨酸激酶（ptk）共同维持着酪氨酸蛋白磷酸化的平衡，参与细胞的信号转导，调节细胞的生长、分化、代谢、基因转录和免疫应答等。 蛋白酪氨酸磷酸酶1b（ptp-1b） itim: 免疫受体酪氨酸为基础的抑制基序itam: 免疫受体酪氨酸为基础的激活基序shp-1：酪氨酸磷酸酶配体与细胞因子受体结合受体胞内区偶联的酪氨酸蛋白激酶催化受体酪氨酸磷酸化sh2结构的信息分子结合活化不同的细胞内信号通路jak-stat信号通路是各种细胞因子的胞内信息传递途径，该信号通路由酪氨