细胞生物学-细胞信号转导与信号传递系统ppt课件

1、第十三章第十三章 细胞信号转导与信号细胞信号转导与信号传送系统传送系统信号细胞信号细胞(signaling cell)：能产生信号分子的：能产生信号分子的细胞细胞.靶细胞靶细胞(target cell)：遭到信号分子的作用发：遭到信号分子的作用发生反响的细胞生反响的细胞.信号转导信号转导(signal transduction)：靶细胞依托：靶细胞依托受体识别专注的细胞外信号分子，并把细受体识别专注的细胞外信号分子，并把细胞外信号转变为细胞内信号，这一转变过胞外信号转变为细胞内信号，这一转变过程称为信号转导。程称为信号转导。细胞内的信号分子经连锁级联反响，进展细细胞内的信号分子经连锁级联反响，

2、进展细胞内信号传送，引起细胞发生反响。胞内信号传送，引起细胞发生反响。靶细胞的受体蛋白多种多样靶细胞的受体蛋白多种多样: :存在于质膜上，识别的分子是亲水性的；存在于质膜上，识别的分子是亲水性的；存在于胞质溶质中，识别的分子是疏水性的。存在于胞质溶质中，识别的分子是疏水性的。受体蛋白分别与不同的信号分子发生结合各具有专注受体蛋白分别与不同的信号分子发生结合各具有专注性。性。第一节第一节 信号细胞与靶细胞信号细胞与靶细胞一、信号分子与信号细胞一、信号分子与信号细胞信号细胞经过外排分泌和穿膜分散释放出信号细胞经过外排分泌和穿膜分散释放出信号分子。有的信号分子可对远间隔的信号分子。有的信号分子可对远

3、间隔的靶细胞发生作用；有的信号分子在释放靶细胞发生作用；有的信号分子在释放后仍结合在信号细胞外表，只能影响与后仍结合在信号细胞外表，只能影响与之接触的细胞，甚至信号细胞本身。之接触的细胞，甚至信号细胞本身。 信号分子分类：信号分子分类： 1 1、旁分泌信号：信号分子分散不太远，、旁分泌信号：信号分子分散不太远，只能影响周围近邻细胞只能影响周围近邻细胞 2 2、突触信号：神经末梢与神经元或肌、突触信号：神经末梢与神经元或肌肉细胞之间的衔接称突触，神经末梢分肉细胞之间的衔接称突触，神经末梢分泌神经递质，作用于突触后靶细胞，传泌神经递质，作用于突触后靶细胞，传送信号。送信号。3 3、内分泌信号：内分

4、泌细胞分泌的信、内分泌信号：内分泌细胞分泌的信号分子称为激素，可远间隔传播，分布号分子称为激素，可远间隔传播，分布全身。全身。4 4、自分泌信号：细胞分泌的信号分子、自分泌信号：细胞分泌的信号分子只作用于同种细胞，甚至同本身的受体只作用于同种细胞，甚至同本身的受体结合引起反响，分泌信号分子的细胞既结合引起反响，分泌信号分子的细胞既是信号细胞，也是靶细胞。是信号细胞，也是靶细胞。二、靶细胞二、靶细胞一靶细胞反响的特征一靶细胞反响的特征1、专注性地识别信号、专注性地识别信号 细胞按发育细胞按发育编程，在不同的分化阶段分别对专编程，在不同的分化阶段分别对专注的信号分子识别。注的信号分子识别。2、反响

5、的差别性、反响的差别性 一种信号分子对一种信号分子对不同的靶细胞常有不同的效应。这不同的靶细胞常有不同的效应。这是由于是由于1细胞外表受体组合不同，细胞外表受体组合不同，2细胞内的安装对接纳的信息在细细胞内的安装对接纳的信息在细胞内进展不同的整合和译解。胞内进展不同的整合和译解。二靶细胞中的受体种类二靶细胞中的受体种类1、细胞内受体：存在于细胞质基质或核中，如、细胞内受体：存在于细胞质基质或核中，如脂溶性信号分子的受体。脂溶性信号分子的受体。 类固醇、维生素类固醇、维生素D2、细胞外表受体：为跨膜整合蛋白，亲水性信、细胞外表受体：为跨膜整合蛋白，亲水性信号分子的受体。神经递质、蛋白质激素、号分

6、子的受体。神经递质、蛋白质激素、蛋白质生长因子蛋白质生长因子细胞外表受体和细胞内受体细胞外表受体和细胞内受体亲水性亲水性细胞外表受体根据传导机制不同分三类：细胞外表受体根据传导机制不同分三类：1离子通道关联受体离子通道关联受体受体是多次穿膜的蛋白质，与电兴奋细受体是多次穿膜的蛋白质，与电兴奋细胞之间突触信号快速传送有关。受体胞之间突触信号快速传送有关。受体与神经递质结合后构象发生改动，通与神经递质结合后构象发生改动，通道瞬时翻开或封锁，改动了质膜的离道瞬时翻开或封锁，改动了质膜的离子透性，使突触后细胞发生兴奋。子透性，使突触后细胞发生兴奋。2 2G G蛋白关联受体蛋白关联受体可间接调理结合在质

7、膜上的靶蛋白的活性，可间接调理结合在质膜上的靶蛋白的活性，靶蛋白是酶或离子通道。受体与靶蛋白之靶蛋白是酶或离子通道。受体与靶蛋白之间有第三种蛋白质：间有第三种蛋白质：G G蛋白蛋白三体三体GTPGTP结合结合调理蛋白。调理蛋白。3 3酶关联受体酶关联受体受体多是一次穿膜的蛋白质，本身具酶的受体多是一次穿膜的蛋白质，本身具酶的性质，或与酶结合在一同。多为蛋白激酶性质，或与酶结合在一同。多为蛋白激酶或与蛋白激酶结合在一同。被激活后，可或与蛋白激酶结合在一同。被激活后，可使靶细胞中专注的一组蛋白质发生磷酸化。使靶细胞中专注的一组蛋白质发生磷酸化。G蛋白耦联型受体为蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白次跨膜蛋

8、白 第二节第二节 细胞内信号传送的根本细胞内信号传送的根本 原理原理一、细胞内信号传送的级联反一、细胞内信号传送的级联反响响信号传送级联反响的概念：信号传送级联反响的概念：p3821、构成信号传送级联反响链的、构成信号传送级联反响链的蛋白种类：蛋白种类：1可被蛋白激酶磷酸化的蛋可被蛋白激酶磷酸化的蛋白；白；2在信号诱导下同在信号诱导下同GTP结结合的蛋白合的蛋白2 2、参与磷酸化级联反响的蛋白激酶的种类：、参与磷酸化级联反响的蛋白激酶的种类：1 1丝氨酸丝氨酸/ /苏氨酸激酶；苏氨酸激酶；2 2酪氨酸激酶酪氨酸激酶 蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将将 AT

9、P ATP 的的 磷酸基转移究竟物特定的氨磷酸基转移究竟物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。基酸残基上，使蛋白质磷酸化。 蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面：蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面： 其一是经过磷酸化调理蛋白质的活性，磷酸化和其一是经过磷酸化调理蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些那么在去磷酸化后具有活性；那么在去磷酸化后具有活性； 其二是经过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放其二是经过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放

10、大，引起细胞反响。大，引起细胞反响。 二、细胞对细胞外的信号有不同的二、细胞对细胞外的信号有不同的 反响速率反响速率1、快速反响：经过磷酸化级联反响、快速反响：经过磷酸化级联反响链进展，不涉及基因表达。链进展，不涉及基因表达。2、慢速反响：涉及基因表达的调理。、慢速反响：涉及基因表达的调理。 激 素激 素 受 体受 体 G 蛋 白蛋 白 AC(adenylate cyclase,AC)cAMP蛋白激酶蛋白激酶A基因调理蛋基因调理蛋白白基因表达。基因表达。第三节第三节 G蛋白关联受体与蛋白关联受体与G蛋白蛋白 一、一、G蛋白的构造和活性变化蛋白的构造和活性变化1、G蛋白的构造蛋白的构造三个亚基组

11、成，不受刺激无活三个亚基组成，不受刺激无活性。性。配体配体+受体受体 受体激活受体激活 G蛋白蛋白+受受体体 G蛋白激活蛋白激活 G蛋白蛋白 +GTP 2、GTP和和GDP对对G蛋白活性的影响蛋白活性的影响结合结合GTP时处于活性形状，结合时处于活性形状，结合GDP时处于失活形状。时处于失活形状。激活，激活，亚基与亚基与复合物分别，沿质复合物分别，沿质膜内外表散开，分别与各自靶蛋白结膜内外表散开，分别与各自靶蛋白结合。合。3、G蛋白激活靶蛋白的作用机制：蛋白激活靶蛋白的作用机制：G蛋白蛋白亚基具有亚基具有GTP酶活性，酶活性，亚基与其亚基与其靶蛋白相互作用后，几秒钟后把靶蛋白相互作用后，几秒钟

12、后把GTP水水解成了解成了GDP，亚基便与亚基便与复合物重新复合物重新结合成无活性的结合成无活性的G蛋白。蛋白。4、信号转导中、信号转导中G蛋白活性变化过程：蛋白活性变化过程：1受体激活；受体激活；2G蛋白激活；蛋白激活；3G蛋白复原失活。蛋白复原失活。5、刺激性、刺激性G蛋白和抑制性蛋白和抑制性G蛋白蛋白Gs和和GiG蛋白激活后有激活酶蛋白的才干蛋白激活后有激活酶蛋白的才干刺激性刺激性G蛋白；蛋白；活化后对腺苷酸环化酶有抑制造用的活化后对腺苷酸环化酶有抑制造用的G蛋白蛋白抑制性抑制性G蛋白。蛋白。 二者二者亚基不同。亚基不同。二、二、 G蛋白在信号转导中的功能蛋白在信号转导中的功能一调理离子

13、通道，如钾离子通一调理离子通道，如钾离子通道道 乙酰胆碱乙酰胆碱+G蛋白关联受体蛋白关联受体 G蛋白蛋白分解成分解成亚基、亚基、复合物复合物 复合复合物物+ K+通道蛋白通道蛋白 K+进入细胞进入细胞 亚基亚基GDP与与复合物重新结复合物重新结合成无活性的合成无活性的G蛋白蛋白二激活二激活AC腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶Adenylyl cyclase：是：是分子量为分子量为150KD的糖蛋白，跨膜的糖蛋白，跨膜12次。次。在在Mg2+或或Mn2+的存在下，腺苷酸环化的存在下，腺苷酸环化酶催化酶催化ATP生成生成cAMP 。许多细胞外信号分子主要经过改动许多细胞外信号分子主要经过改动AC的的活性来

14、调控活性来调控cAMP的含量程度。的含量程度。P387三激活磷脂酶三激活磷脂酶C三、细胞内信号传送与第二信使三、细胞内信号传送与第二信使一一cAMP信号传送途径信号传送途径1细胞内细胞内cAMP浓度升高所起的浓度升高所起的作用：作用： 糖原降解；糖原降解； 激活特定基因的转录。激活特定基因的转录。2cAMP发生作用的过程机制：发生作用的过程机制：cAMP依赖蛋白质激酶依赖蛋白质激酶A激酶。激酶。cAMPPKA下游蛋白的丝氨酸下游蛋白的丝氨酸/苏氨苏氨酸磷酸化酸磷酸化激活基因调控蛋白激活基因调控蛋白基因基因表达。表达。c A M P信号与信号与基因表基因表达达 二细胞内的钙信号传送途径二细胞内的

15、钙信号传送途径 1钙离子产生调控作用的两种根本钙离子产生调控作用的两种根本过程：过程：1钙离子钙离子钙调素钙调素靶蛋白直接靶蛋白直接作用方式作用方式2钙离子钙离子钙调素钙调素钙离子钙离子/钙调素钙调素依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶使下游蛋白或本身使下游蛋白或本身磷酸化磷酸化产生生理效应间接作用方产生生理效应间接作用方式。式。2、cAMP途径与钙离子途径之间的交互作用途径与钙离子途径之间的交互作用1与与cAMP合成和降解有关的酶可遭到钙离合成和降解有关的酶可遭到钙离子子/钙调素复合物的调理，反过来，钙调素复合物的调理，反过来，PKA也影也影响钙通道和钙泵的活性。响钙通道和钙泵的活性。2直接受钙离子

16、和直接受钙离子和cAMP调理的酶可相互影调理的酶可相互影响。响。3PKA和钙离子和钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶钙调素依赖的蛋白激酶(CaM激酶激酶)可以使同一种蛋白的不同位点发可以使同一种蛋白的不同位点发生磷酸化。生磷酸化。三三 肌醇磷脂信号传送途径肌醇磷脂信号传送途径 1、IP3和和DAGDG第二信使的产生：第二信使的产生：质膜脂双层内层的质膜脂双层内层的PI，有两个衍生物，有两个衍生物， PIP，PIP2 PLC 磷脂酰肌醇专注性磷脂酶磷脂酰肌醇专注性磷脂酶C) PIP2IP3+DAG两者均为第二信使。两者均为第二信使。在磷脂酰肌醇信号通路中，胞外信号分子在磷脂酰肌醇信号通路中，胞外信号分

17、子与细胞外表与细胞外表G G蛋白耦联型受体结合，激活质蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶膜上的磷脂酶C CPLC-PLC-，使质膜上，使质膜上4 4，5-5-二磷酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇PIP2PIP2水解成水解成1 1，4 4，5-5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇IP3IP3和二酰基甘油和二酰基甘油DGDG两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这 一 信 号 系 统 又 称 为这 一 信 号 系 统 又 称 为 “ 双 信 使 系 统 双 信 使 系 统 double messenger systemdouble messenger system。磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径 2、磷脂酶、磷脂酶C激活的信号传送途径：激活的信号传送途径： IP3的作用：提高胞质中的作用：提高胞质中Ca2+浓度浓度 DAG的作用：激活蛋白激酶的作用：激活蛋白激酶C。3、激活的、激活的PKC经过两条途径促进基因转录经过两条途径促进基因转录1MAPK：激活基因调理蛋白：激活基因调理蛋白2NFb：