211细胞信号转导

1、细胞信号转导细胞信号转导 细胞信号转导（细胞信号转导（signal transducgtionsignal transducgtion）主要研）主要研究细胞感受、转导环境刺激的分子途径及其对代谢究细胞感受、转导环境刺激的分子途径及其对代谢生理反应和基因表达的调控，及外界刺激和胞间信生理反应和基因表达的调控，及外界刺激和胞间信号怎样作用于质膜（或胞内）受体，然后如何跨膜号怎样作用于质膜（或胞内）受体，然后如何跨膜形成信号，以及其后信息分子级联传递，生物信号形成信号，以及其后信息分子级联传递，生物信号逐渐放大，引起基因表达和代谢反应变化等内容。逐渐放大，引起基因表达和代谢反应变化等内容。 鉴于细胞

2、信号转导与代谢和基因表达调控、细胞鉴于细胞信号转导与代谢和基因表达调控、细胞免疫、生长发育、细胞的分裂、分化、转化、增殖免疫、生长发育、细胞的分裂、分化、转化、增殖等重要的生命活动有着十分密切的联系，已成为解等重要的生命活动有着十分密切的联系，已成为解决许多重大理论和实际问题最重要的依据。决许多重大理论和实际问题最重要的依据。目目 录录第一节第一节 细胞信号转导概述细胞信号转导概述第二节第二节 受体及跨膜信号转换受体及跨膜信号转换第三节第三节 g-蛋白蛋白 与跨膜信号转导与跨膜信号转导第四节第四节 几种重要的胞内信使及其信号传递途径几种重要的胞内信使及其信号传递途径第五节第五节 具有酶活性的细

3、胞表面受体的跨膜信号转导具有酶活性的细胞表面受体的跨膜信号转导第六节第六节 蛋白质的磷酸化与脱磷酸化蛋白质的磷酸化与脱磷酸化 第七节第七节 细胞信号转导途径的细胞信号转导途径的多样性和相互作用多样性和相互作用第一节第一节 细胞信号转导概述细胞信号转导概述一、细胞信号主要种类一、细胞信号主要种类二、细胞信号转导途径的特点二、细胞信号转导途径的特点三、参与信号分子相互作用的特殊结构域三、参与信号分子相互作用的特殊结构域细胞信号主要种类细胞信号主要种类(1)生物大分子的结构信号生物大分子的结构信号:蛋白质、核酸、蛋白质、核酸、 多糖及糖蛋白、糖脂类多糖及糖蛋白、糖脂类 (2)物理信号：光、电、磁场、

4、辐射物理信号：光、电、磁场、辐射 (3)化学信号：化学信号： 细胞间信号分子（第一信使）的类别和特点细胞间信号分子（第一信使）的类别和特点 细胞内信号分子（第二信使）的类别和特点细胞内信号分子（第二信使）的类别和特点生物大分子的结构信息生物大分子的结构信息弱健在分子识别中的作用弱健在分子识别中的作用 蛋白质的结构信息在分子识别中起重要作用，它主要表蛋白质的结构信息在分子识别中起重要作用，它主要表现为形状和构象，而形状、构象决定于蛋白质氨基酸序列本现为形状和构象，而形状、构象决定于蛋白质氨基酸序列本身，形状、构象的信息是由非共价弱键表达的。身，形状、构象的信息是由非共价弱键表达的。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，只能形成少数几个弱键，热运少数几个弱键，热运动使它们很快分离。动使它们很快分离。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，所以能形成足够的弱键，足以忍受热够的弱键，足以忍受热运动的冲击，相互结合运动的冲击，相互结合在一起。在一起。细胞信号转导途径的特点细胞信号转导途径的特点 细胞信号传递途径是一个复杂的网络系统，一细胞信号传递途径是一个复杂的网络系统，一种胞间信号被靶细胞质膜或胞内的受体接收，通过种胞间信号被靶细胞质膜或胞内的受体接收，通过跨膜信号转导系统传入胞内，然后由一系列蛋白质跨膜信号转导

6、系统传入胞内，然后由一系列蛋白质传递于效应分子，产生预定的生物学效应。这样的传递于效应分子，产生预定的生物学效应。这样的信号传递途径实际上是一个把原初信号逐级放大的信号传递途径实际上是一个把原初信号逐级放大的级联系统，使得一种胞间信号的级联系统，使得一种胞间信号的微弱刺激可以引发微弱刺激可以引发下游千百种酶和转录因子的活性改变，导致生物体下游千百种酶和转录因子的活性改变，导致生物体内明显的生理变化。内明显的生理变化。细胞信号转导主要途径模式图细胞信号转导主要途径模式图水溶水溶性激性激素等素等生长因生长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间信号胞间信号第一信使第一信使跨膜

7、信跨膜信号转导号转导 蛋白质蛋白质 可可逆磷酸化逆磷酸化胞质受体胞质受体(tf)(细胞外细胞外)(质膜质膜)(细胞质细胞质)光光(细胞核细胞核)ca2+结结合蛋白合蛋白生理功生理功能调节能调节酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白核受体核受体ras途径途径mapkdgip3ca2+camppkacdpkcam.pkpkcmrna(tf)tf受体受体g- 蛋白蛋白靶蛋白靶蛋白（酶）（酶）环环境境刺刺激激胞内信号胞内信号第二信使第二信使dnaip3 :三磷酸肌醇三磷酸肌醇; dg:二酰甘油二酰甘油; pka:依赖依赖camp的蛋白激酶的蛋白激酶; pkc:依赖依赖ca2+的与磷脂的蛋白激酶的与磷脂的蛋白激酶;

8、cam.pk:依赖依赖ca2+.cam的蛋白激酶的蛋白激酶; cdpk:依赖依赖ca2+的蛋白激酶的蛋白激酶; mapk:有丝分裂原蛋白激酶有丝分裂原蛋白激酶; tf:转录因转录因子子电波电波改变膜电改变膜电位或释放位或释放神经递质神经递质生理功生理功能调节能调节胞胞间间信信号号参与信号分子相互作用的特殊结构域参与信号分子相互作用的特殊结构域 细胞信号传递中涉细胞信号传递中涉及的信号分子间的相及的信号分子间的相互作用，有些是酶互作用，有些是酶-底底物间的特异作用，还物间的特异作用，还有许多则是由蛋白质有许多则是由蛋白质特殊结构域介导的相特殊结构域介导的相对特异作用。这些结对特异作用。这些结构域

9、一般由构域一般由50-100个个氨基酸组成具有特殊氨基酸组成具有特殊的空间构象，可识别的空间构象，可识别并结合特定的信号分并结合特定的信号分子或氨基酸序列。子或氨基酸序列。接头蛋白与锚定蛋白接头蛋白与锚定蛋白 细胞信号转导中，为了专一、高效地实现有关蛋白之间的相互细胞信号转导中，为了专一、高效地实现有关蛋白之间的相互作用，进化出一类特殊的支架蛋白作用，进化出一类特殊的支架蛋白(scaffold protein)，它们不具备，它们不具备酶活性和转录因子活性，其功能就是把上游和下游的信号传递分酶活性和转录因子活性，其功能就是把上游和下游的信号传递分子联系起来，为信号传递提供空间上的保证。接头蛋白子

10、联系起来，为信号传递提供空间上的保证。接头蛋白(adaptor protein)和锚定蛋白和锚定蛋白(docking protein)即是其中重要的两类。即是其中重要的两类。细细胞胞间间通通讯讯的的三三种种不不同同类类型型通过分泌化学介质间接联系型通过分泌化学介质间接联系型通过间隙置换直接联系型通过间隙置换直接联系型通过质膜结合分子直接接触型通过质膜结合分子直接接触型胞间通讯信号分子的类别胞间通讯信号分子的类别 内分泌激素（氨基酸衍生物、寡肽内分泌激素（氨基酸衍生物、寡肽和蛋白质类、类固醇类）和蛋白质类、类固醇类） 分泌因子或细胞因子（单胺类、脂分泌因子或细胞因子（单胺类、脂肪酸衍生物、肽和蛋

11、白质类）肪酸衍生物、肽和蛋白质类） 神经递质（胆碱类、氨基酸类、单神经递质（胆碱类、氨基酸类、单胺类、小肽类）胺类、小肽类） 气体信号分子，如气体信号分子，如nono、coco胞间通讯信号分子的特点胞间通讯信号分子的特点 特异性特异性 复杂性复杂性 时效性时效性 水溶性与脂溶性水溶性与脂溶性分泌细胞分泌细胞内分泌激素内分泌激素受体受体靶细靶细胞胞靶细胞靶细胞分泌细胞分泌细胞靶细胞靶细胞神经细胞神经细胞突触突触胞内信号分子类别胞内信号分子类别 camp camp与与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 胞内信

12、号分子特点胞内信号分子特点 胞内信号分子是在胞间信号胞内信号分子是在胞间信号被细胞表面受体接受后，激活同被细胞表面受体接受后，激活同样处于膜上的酶或离子通道而产生的样处于膜上的酶或离子通道而产生的，这样才能完成跨膜的信，这样才能完成跨膜的信号转换，最后导致细胞反应。如果我们将胞间信号分子看作第号转换，最后导致细胞反应。如果我们将胞间信号分子看作第一信使，则胞内信号分子正是充当了第二信使的作用。一信使，则胞内信号分子正是充当了第二信使的作用。第一信使和第二信使图解第一信使和第二信使图解 各种刺激各种刺激 胞间信号胞间信号（第一信使）（第一信使） 失活的信号失活的信号分子分子 效应器效应器 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应其他生理反应内分泌腺内分泌腺类固醇激素、甲类固醇激素、甲状腺等激素释放状腺等激素释放细胞膜细胞膜细胞细胞质质胞内受体胞内受体基因表达基因表达调控调控第二节第二节 受体受体(receptor)及跨摸信号转换及跨摸信号转换一、一、受体的概念、特征及分类受体的概念、特征及分类四、四、受体的研究方法受体的研究方法 标记配体法检测受体标记配体法检测受体 亲和技术提纯受体亲和技术提纯受体 分子克隆技术获取微量受体分子克隆技术获取微量受体三、三、细胞表面受体种类与结构细胞表面受体种类与结构二、二、细胞内受

14、体的作用机制细胞内受体的作用机制受体的概念受体的概念 受体（受体（receptorreceptor）是细胞表面或在细胞组分中的一种天）是细胞表面或在细胞组分中的一种天然分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号分子（然分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号分子（配体，配体，ligandligand）结合，从而激活或启动细胞内一系列生物化）结合，从而激活或启动细胞内一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。绝大多数受学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。绝大多数受体为蛋白质体为蛋白质, ,极少数为非蛋白受体。极少数为非蛋白受体。 受体的特点受体的特点 受体与配体结合具有特

15、异性、敏感性、饱和性即可调控性受体与配体结合具有特异性、敏感性、饱和性即可调控性受体的类别受体的类别 细胞内受体细胞内受体 细胞表面受体细胞表面受体细细胞胞表表面面受受体体的的三三种种类类型型离离子子通通道道型型受受体体标记配体法检测受体标记配体法检测受体 用化学或酶学方法合成一种标记配体，将其用化学或酶学方法合成一种标记配体，将其加入含有受体的样品（细胞或细胞膜）中，使标记加入含有受体的样品（细胞或细胞膜）中，使标记配体和受体结合平衡后再测定结合或游离的标记配配体和受体结合平衡后再测定结合或游离的标记配体数量，由此得出受体的浓度和解离常数。体数量，由此得出受体的浓度和解离常数。人肝癌细胞胰岛

16、素表面特异受体检测人肝癌细胞胰岛素表面特异受体检测去垢剂溶解的膜蛋白去垢剂溶解的膜蛋白从柱中洗从柱中洗去未结合去未结合的蛋白的蛋白将受体从将受体从固定化的固定化的alprenolol上洗下来上洗下来洗脱下来的受洗脱下来的受体体alprenolol 复合体复合体非特异蛋白非特异蛋白受体与杂蛋白受体与杂蛋白混合物混合物基质颗粒基质颗粒alprenololalprenolol加过量的加过量的alprenololalprenolol加洗脱液加洗脱液亲和层析法提纯亲和层析法提纯肾上腺素受体肾上腺素受体分子克隆技术获得微量受体分子克隆技术获得微量受体 从细胞中提取所有从细胞中提取所有mrna（其中含有能正

17、常（其中含有能正常表达所需受体蛋白的表达所需受体蛋白的mrna），逆转录成），逆转录成cdna，将其重组入载体质粒，继而让其转染缺乏受体的将其重组入载体质粒，继而让其转染缺乏受体的培养细胞群，其中少数细胞可能含有能编码受体培养细胞群，其中少数细胞可能含有能编码受体所需的所需的cdna，并表达成表面受体。，并表达成表面受体。制制备备所所需需细细胞胞表表面面受受体体的的表表达达克克隆隆法法a.dnaa.dna重组重组c.c.表达所需受体的细表达所需受体的细胞粘附于培养瓶底胞粘附于培养瓶底d.d.从粘附细胞中提从粘附细胞中提纯质粒纯质粒dnadna并克隆并克隆 b.b.转染及表达转染及表达2、细胞内

18、受体的跨摸信号转导、细胞内受体的跨摸信号转导()甾类激素受体信号转导的基本特征甾类激素受体信号转导的基本特征 () 甾类激素受体的结构和功能甾类激素受体的结构和功能类类固固醇醇激激素素作作用用原原理理示示意意图图 (a)(a)初级反应初级反应脱皮激素脱皮激素 脱皮激素受体脱皮激素受体（b b）次级反应）次级反应次级反应蛋白质次级反应蛋白质活化受体活化受体活化受体激活活化受体激活初级反应基因初级反应基因诱导合成几诱导合成几 种种 蛋白质蛋白质 初级合成蛋白质初级合成蛋白质关闭初级反应基因关闭初级反应基因 初级反应蛋白质初级反应蛋白质启动次初级反应基因启动次初级反应基因果蝇细胞中脱皮激素诱导基因活

19、化的初级与次级反应模型果蝇细胞中脱皮激素诱导基因活化的初级与次级反应模型dnadna结合位点暴露结合位点暴露绞链区绞链区抑制蛋白抑制蛋白 激素结合部位激素结合部位基因激活区域基因激活区域dnadna结合区域结合区域甾素激甾素激甾醇类激素受体作用模型甾醇类激素受体作用模型g g蛋白蛋白 g g 蛋白（蛋白（gtp-binding proteingtp-binding protein）一般是指一类与膜受体）一般是指一类与膜受体偶联的异三聚体结合蛋白，其具有和偶联的异三聚体结合蛋白，其具有和gtpgtp结合并催化结合并催化gtpgtp水解水解成成gdpgdp的能力，由的能力，由、三个亚基组成，可充当

20、细胞膜上三个亚基组成，可充当细胞膜上受体和靶酶之间的信号传递体。受体和靶酶之间的信号传递体。 另外还发现一类分子量较小的另外还发现一类分子量较小的“小小g g蛋白蛋白”（ small gtp-small gtp-binding protein binding protein ），其特点是它们都是单体，存在于不同），其特点是它们都是单体，存在于不同的细胞部位，在细胞信号传递中也扮演着重要的角色，的细胞部位，在细胞信号传递中也扮演着重要的角色， rasras蛋白是该家族中最重要的成员。蛋白是该家族中最重要的成员。异三聚体异三聚体g g蛋白蛋白的结构的结构胞间信号通过胞间信号通过g蛋白激活靶酶蛋白激

21、活靶酶异三聚体异三聚体g g蛋白的分类蛋白的分类（按结构和进化的相似性分类）（按结构和进化的相似性分类）gsgs：能活化腺苷酸环化酶：能活化腺苷酸环化酶(acase)(acase)g gi i、gogo、gtgt系列系列： g gi i：抑制：抑制acaseacase、电位门控通道和磷脂酰肌醇专一的、电位门控通道和磷脂酰肌醇专一的plcplc go go：抑制神经元：抑制神经元caca2+2+通道通道 gtgt：活化：活化cgmpcgmp专一的专一的pdepdeg gq q系列系列：活化磷脂酰肌醇专一的：活化磷脂酰肌醇专一的plcplcg g1212系列系列：可能和：可能和nana+ +/k/

22、k+ +交换系统早基因交换系统早基因 转录有关转录有关ras( rat sarcoma)ras( rat sarcoma)的结构和功能的结构和功能 gtp 小小g g蛋白蛋白rasras与异三聚体与异三聚体g g蛋白一样具有蛋白一样具有内源内源gtpasegtpase活活性性, ,由它完成由它完成gtpgtpgdpgdp的转的转换换, ,结束一次信号传递过程结束一次信号传递过程. . rasras作为作为质膜内侧蛋白质膜内侧蛋白, ,把把上游受体型酪氨酸蛋白激酶上游受体型酪氨酸蛋白激酶接收的信号传递到下游接收的信号传递到下游mapkmapk级联系统和级联系统和pi-3kpi-3k通路。通路。其

23、参与的信号途径有：成其参与的信号途径有：成纤维细胞的生长和发育，造纤维细胞的生长和发育，造血细胞的增殖和分化，血细胞的增殖和分化，t t细细胞活化胞活化, ,鉻细胞瘤细胞分化鉻细胞瘤细胞分化, ,上皮细胞的生长抑制。上皮细胞的生长抑制。mapkmapk级联系统级联系统m鸟苷酸释鸟苷酸释放因子放因子接头蛋白接头蛋白mapk(mapk(级联系统级联系统第四节第四节 几种重要的胞内信使及其信号传递途径几种重要的胞内信使及其信号传递途径一、一、camp信号传递途径信号传递途径二、二、ip3/dg信号传递途径信号传递途径 三、三、ca2+信号系统信号系统四、四、cgmp信号传递途径信号传递途径一、一、c

24、amp信号转导通路信号转导通路1、campcamp的发现和第二信史学说的提出的发现和第二信史学说的提出2 2、信号分子、信号分子campcamp的产生和灭活的产生和灭活3 3、受体通过、受体通过g g蛋白与蛋白与campcamp环化酶偶联的模型环化酶偶联的模型4 4、campcamp信号的传递信号的传递5 5、campcamp信号调节的生理过程信号调节的生理过程sutherlandsutherland的研究：的研究：campcamp的发现和第二信使学说的提出的发现和第二信使学说的提出 sutherland因为对因为对campcamp的研究工作，阐明它的功能并提的研究工作，阐明它的功能并提出第二

25、信使学说而获得出第二信使学说而获得19711971年医学、生理学诺贝尔奖！年医学、生理学诺贝尔奖！受体通过受体通过g g蛋白与蛋白与campcamp环环化酶偶联的模型化酶偶联的模型受体蛋白受体蛋白g g蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 a a. . 信号分子结合改变受体信号分子结合改变受体构象暴露出蛋白的结合位点构象暴露出蛋白的结合位点b.b.膜上扩散导致配体膜上扩散导致配体- -受体与受体与gsgs蛋白结蛋白结合从而将其激活并进行合从而将其激活并进行gtp-gdpgtp-gdp交换交换c.c. gdp gdp为为gtpgtp所取代，引起所取代，引起 亚基亚基从从g g蛋白复合体中解离，暴露出

26、蛋白复合体中解离，暴露出 亚亚基上腺苷酸环化酶的结合位点基上腺苷酸环化酶的结合位点 d.d. 亚基结合并激活环亚基结合并激活环化酶，产生许多化酶，产生许多campcamp分子分子e.e. gtp gtp水解，使水解，使 亚基回到原初亚基回到原初构象，从而与环化酶脱离，环化构象，从而与环化酶脱离，环化酶失活，酶失活， 亚基与亚基与再结合再结合f.f. 环化酶重复激活，除非信号分子从环化酶重复激活，除非信号分子从受体上解离并离开受体回到原初构象受体上解离并离开受体回到原初构象campcamp的合成与分解的合成与分解腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(acase)(acase)的拓扑结构的拓扑结构pdepde

27、的类别的类别激素通过激素通过camp-camp-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 atp camp+ppi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cr蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+rcamp蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素g蛋白蛋白camp激活蛋白激活蛋白激酶的作用机理激酶的作用机理酶酶级联系统级联系统调控示意图调控示意图 由于由于酶的共价酶的共价修饰反应是酶促修饰反应是酶促反应，只要有少反应，只要有少量信号分子（如量信号分子（如激素）存在，即激素）存在，即可通过加速这种可通过

28、加速这种酶促反应，而使酶促反应，而使大量的另一种酶大量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大效从而获得放大效应。这种调节方应。这种调节方式快速、效率极式快速、效率极高。高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1 1、腺苷酸环化、腺苷酸环化酶（无活性）酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2 2、atpatpcampcampr r?campcamp3 3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）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（无活性）酶（无活性）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（无活性）（无活

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肾上腺素或肾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信号传递过程信号传递过程中的放大作用中的放大作用campcamp信号系统传递模型信号系统传递模型 二、二、ipip3 3与与dgdg信号途径信号途径）1 1、质膜磷脂代谢及其胞内信使的发现、质膜磷脂代谢及其胞内信使的发现 2 2、肌醇磷脂、肌醇磷脂ipip3 3与与dg)dg)肌醇磷脂途径肌醇磷

30、脂途径 5 5、ip3和和dag信使作用的发现信使作用的发现 1953年，年，hokin等发现外界刺激可加速膜脂代谢，等发现外界刺激可加速膜脂代谢，32p标记研究表明，外界刺激引起膜中磷脂酸肌标记研究表明，外界刺激引起膜中磷脂酸肌醇（醇（pi）变化。）变化。 1975年，年，michell等用等用3h标记标记pi，与细胞温育，加，与细胞温育，加入激动剂，测定被标记的入激动剂，测定被标记的pi及其代谢产物，发现及其代谢产物，发现pi减少，而其代谢物增加，从而证明刺激促进质减少，而其代谢物增加，从而证明刺激促进质膜中膜中pi的水解。后发现其水解产物的水解。后发现其水解产物ip3可刺激内质可刺激内质

31、网释放网释放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)质膜磷酸肌醇磷脂的分解质膜磷酸肌醇磷脂的分解 pa:磷脂酸磷脂酸mg:单酰甘油单酰甘油aa:花生四烯酸花生四烯酸磷脂酸肌醇循环磷脂酸肌醇循环dg、ip3系统信号转导模式图系统信号转导模式图磷脂酸肌醇循环及信号转导磷脂酸肌醇循环及信号转导 刺激刺激 受体受体 ca2+通道通道 ca2+泵泵ipip4 4引起胞外引起胞外caca2+2+的跨膜内流的跨膜内流ipip3 3引起内质引起内质网网caca2+2+释放释放ipip3 3引起胞内引起胞内caca2+2+的动员示意图的动员示意图激素激素pi

32、p2ip3ip3受体受体内质网内质网ca2+g蛋白蛋白ip3/ca2+的和的和dg/pkc信号转导途径信号转导途径1蛋白蛋白adpdgdgca2+ca2+ /cam钙调蛋白钙调蛋白(cam)蛋白激酶蛋白激酶（无活）（无活） 蛋白激酶蛋白激酶（有活性（有活性）蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白蛋白从磷脂酶从磷脂酶c的激活到胞质钙增加的转化顺序的激活到胞质钙增加的转化顺序植物细胞信号转导过程中磷脂酶植物细胞信号转导过程中磷脂酶a2(pla2)的可能作用的可能作用植物信号系统中磷脂酶植物信号系统中磷脂酶c和磷脂酶和磷脂酶d之间的之间的相互关系相互关系dg/pkc的激活机制图解的激活机制图解激素激素pip2

33、ip3ip3受体受体内质网内质网ca2+g蛋白蛋白ip3/ca2+的和的和dg/pkc信号转导途径信号转导途径11蛋白蛋白蛋白蛋白adpdgdgpsca2+ca2+ /cam钙调蛋白钙调蛋白(cam)蛋白激酶蛋白激酶（无活）（无活）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途径之间的相互作用途径之间的相互作用三、胞内信使三、胞内信使ca2+1、细胞、细胞ca2+ 转运系统转运系统2、 ca2+信号的产生和终止信号的产生和终止3、钙信使的信号传递、钙信使的信号传递钙结合蛋白的结构与功能钙结合蛋白的结构与功能4、 ca2+ -cam依赖性蛋白激酶（依赖性蛋白激

34、酶（cam-pk）的结构和）的结构和 作用机理作用机理5、 cam-pk的生物学效应的生物学效应 动物肌细胞中的动物肌细胞中的ca2+转运系统转运系统质质 膜膜线粒体线粒体肌质网肌质网。两两种种类类型型闸闸门门离离子子通通道道植物细胞钙离子转运体系植物细胞钙离子转运体系 ca2+ef钙钙调调素素的的结结构构caca2+2+caca2+2+caca2+2+caca2+2+ca2+ cam复合体对靶酶的活化作用复合体对靶酶的活化作用酶酶xx蛋白激酶、磷酸酯酶、核苷酸环化蛋白激酶、磷酸酯酶、核苷酸环化酶、酶、 离子通道蛋白、肌肉收缩蛋白离子通道蛋白、肌肉收缩蛋白ca2+camca2+ cam酶酶x

35、(有活性有活性)酶酶x (无活性无活性)钙调素依赖蛋白激酶（钙调素依赖蛋白激酶（cam-pkcam-pk）作用机制示意图）作用机制示意图钙调素依赖蛋白激酶（钙调素依赖蛋白激酶（cam-pkcam-pk）作用机制示意图）作用机制示意图cam-pk的底物及其功能的底物及其功能cgmp信号转导通路模式图信号转导通路模式图 gc结构示意图及与酪氨酸蛋白激酶的比较结构示意图及与酪氨酸蛋白激酶的比较 cgmp信号在血管平滑肌松弛中的作用信号在血管平滑肌松弛中的作用第五节第五节 具有酶活性的表面受体信号转换系统具有酶活性的表面受体信号转换系统 一、一、受体受体tyr蛋白激酶蛋白激酶 (receptor pr

36、otein tyrosine kinase, rptk)基本结构基本结构二、二、rptk的活化与跨膜信号转导的活化与跨膜信号转导 三、三、rptk受体的胞内信号转导通路受体的胞内信号转导通路 四、四、h2o2-nox系统系统:一种植物体内重要的发一种植物体内重要的发育调控与胁迫响应机制育调控与胁迫响应机制具有募集胞质酶蛋白能力接头蛋白与锚定蛋白具有募集胞质酶蛋白能力接头蛋白与锚定蛋白 细胞信号转导中，为了专一、高效地实现有关蛋白之间的相互细胞信号转导中，为了专一、高效地实现有关蛋白之间的相互作用，进化出一类特殊的支架蛋白作用，进化出一类特殊的支架蛋白(scaffold protein)，它们不

37、具备，它们不具备酶活性和转录因子活性，其功能就是把上游和下游的信号传递分酶活性和转录因子活性，其功能就是把上游和下游的信号传递分子联系起来，为信号传递提供空间上的保证。接头蛋白子联系起来，为信号传递提供空间上的保证。接头蛋白(adaptor protein)和锚定蛋白和锚定蛋白(docking protein)即是其中重要的两类。即是其中重要的两类。半胱氨酸残基半胱氨酸残基酪氨酸残基酪氨酸残基激酶活激酶活性区性区跨膜结跨膜结构区构区配体结配体结合区合区n-末端末端c-末端末端细胞外细胞外区域区域细胞内细胞内区域区域质膜质膜rptk结构示意图结构示意图atp底物结底物结合区合区膜受体酪氨酸蛋白激

38、酶家族：膜受体酪氨酸蛋白激酶家族：胰岛素受体家族胰岛素受体家族上皮生长因子受体家族上皮生长因子受体家族血小板衍生生长因子受体家族血小板衍生生长因子受体家族成纤维细胞生长因子受体家族成纤维细胞生长因子受体家族血管内皮生长因子受体家族血管内皮生长因子受体家族肝细胞生长因子受体亚家族肝细胞生长因子受体亚家族神经营养因子受体亚家族神经营养因子受体亚家族rptkrptk受体激酶激活机理受体激酶激活机理rptk型受体的细胞内信号转导通路型受体的细胞内信号转导通路第六节第六节 蛋白质的磷酸化与脱磷酸化蛋白质的磷酸化与脱磷酸化一、蛋白质的一、蛋白质的可逆磷酸化及其调控机制可逆磷酸化及其调控机制二、二、蛋白激酶

39、蛋白激酶三、三、蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶四、蛋白质可逆磷酸化在信号转导中的四、蛋白质可逆磷酸化在信号转导中的特点和意义特点和意义糖原分解和合成的调控糖原分解和合成的调控 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为限速酶分别为磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其价修饰的调节及变构效应的调节。二种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 ( 无活性无活性)ohatpadph2opi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 无活性无活性)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关于关于 糖元代谢中糖元代谢中蛋白质的可逆磷酸化研究获诺贝尔化学奖蛋白质的可逆磷酸化研究获诺贝尔化学奖蛋白激酶蛋白激酶atpadp蛋白质蛋白质-ohp蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶pih2o蛋白质蛋白质-p蛋白激酶蛋白激酶atpadp蛋白质蛋白质-oh蛋白质蛋白质p蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶pihh2 2oo可逆磷酸化作用调节蛋

41、白质活性的分子机制可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的分子机制 磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化；磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化； 磷酸化导致蛋白质功能部分区域构象发生较大变化；磷酸化导致蛋白质功能部分区域构象发生较大变化； 磷酸基的位阻效应导致蛋白质功能丧失；磷酸基的位阻效应导致蛋白质功能丧失； 磷酸化为其它蛋白质提供了识别标志。磷酸化为其它蛋白质提供了识别标志。蛋白激酶蛋白激酶（protein kinase,pk） 1、蛋白激酶催化反应的、蛋白激酶催化反应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团供体如蛋白激酶是能把磷酸基团供体如atpatp的的 - -磷酸基团转移到靶磷酸基团转移到靶蛋白氨基酸受体上的酶类。在已解密的物种基因组中

43、，蛋白激蛋白氨基酸受体上的酶类。在已解密的物种基因组中，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。不同物种蛋白激酶的数量排名比较不同物种蛋白激酶的数量排名比较 物物 种种 基因总数基因总数 蛋白激酶基因总数蛋白激酶基因总数 排名排名 人人 类类 32000 575 3 果果 蝇蝇 13338 319 2 线线 虫虫 18226 437 2 拟南芥拟南芥 25498 1049 1 酵酵 母母 6114 121 1 蛋白质激酶结构示意图蛋白质激酶结构示意图催化结构域催化结构域(300(300个左右个左右aa)aa)蛋白激酶磷酸化反应特征蛋

44、白激酶磷酸化反应特征1 1、底物被磷酸化的底物氨基酸残基有五类：、底物被磷酸化的底物氨基酸残基有五类： 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两类，后三类研究较少。目前研究得多的是前两类，后三类研究较少。2 2、多数蛋白激酶表现出一定底物特异性，但很少、多

45、数蛋白激酶表现出一定底物特异性，但很少具有绝对特异性；具有绝对特异性；3 3、几乎所有的蛋白激酶都可以进行自身磷酸化。、几乎所有的蛋白激酶都可以进行自身磷酸化。激素通过激素通过camp-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 atp camp+ppi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cr蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+rcamp蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素g蛋白蛋白dg/pkc的激活机制图解的激活机制图解半胱氨酸残基半胱氨酸残基酪氨酸残基酪氨酸残基激酶活激酶活性区性区跨膜结跨

46、膜结构区构区配体结配体结合区合区n-末端末端c-末端末端细胞外细胞外区域区域细胞内细胞内区域区域质膜质膜rptk结构示意图结构示意图atp底物结底物结合区合区膜受体酪氨酸蛋白激酶家族：膜受体酪氨酸蛋白激酶家族：胰岛素受体家族胰岛素受体家族上皮生长因子受体家族上皮生长因子受体家族血小板衍生生长因子受体家族血小板衍生生长因子受体家族成纤维细胞生长因子受体家族成纤维细胞生长因子受体家族血管内皮生长因子受体家族血管内皮生长因子受体家族肝细胞生长因子受体亚家族肝细胞生长因子受体亚家族神经营养因子受体亚家族神经营养因子受体亚家族钙调素依赖蛋白激酶（钙调素依赖蛋白激酶（cam-pkcam-pk）作用机制示意

47、图）作用机制示意图mapkmapk信号通路中三级信号流中的亚家族信号通路中三级信号流中的亚家族ampkampk激活作用模式图激活作用模式图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 双重底物专一性蛋白磷酸酶双重底物专一性蛋白磷酸酶 蛋白磷酸酶和蛋白激酶对蛋白质可逆磷酸化同等重要，二着蛋白磷酸酶和蛋白激酶对蛋白质可逆磷酸化同等重要，二着缺一不可，在已解密的真核生物基因组中，编码蛋白磷酸酶基因缺一不可，在已解密的真核生物基因组中，编码蛋白磷酸酶基因数一般只有蛋白激酶基因数的数一般只有蛋白激酶基因

48、数的1/3-1/41/3-1/4。这一方面与蛋白磷酸酶。这一方面与蛋白磷酸酶的专一性比较低有关，另一方面蛋白磷酸酶一般都是由多个亚基的专一性比较低有关，另一方面蛋白磷酸酶一般都是由多个亚基组成的寡聚体，全酶的数目远比编码亚基的基因数目多。蛋白磷组成的寡聚体，全酶的数目远比编码亚基的基因数目多。蛋白磷酸酶可分成三类：酸酶可分成三类：pp-2bpp-2b在在t t细胞细胞il-2il-2基因基因转录因子转录因子(nf-atc)(nf-atc)进出进出核中的调节作用核中的调节作用 pp-2bpp-2b亦为钙调神经亦为钙调神经磷酸酶磷酸酶(calcineurin, cn(calcineurin, cn

49、或或can)can)，参与了包括淋巴，参与了包括淋巴细胞活化、神经和肌肉发细胞活化、神经和肌肉发育、心脏形态建成、程序育、心脏形态建成、程序性细胞死亡等依赖性细胞死亡等依赖caca2+2+的的细胞生理活动细胞生理活动. . pp-2b pp-2b是由一个是由一个575771kd71kd的催化亚基的催化亚基(caa(caa，钙调素，钙调素结合亚基结合亚基) )和一个和一个19kd19kd的的调节亚基调节亚基(cnb(cnb，caca2+2+和和cam cam 结合亚基结合亚基) )紧密结合而成紧密结合而成的二聚体。的二聚体。cnacna蛋白激酶与蛋白磷酸酶在作用上的时空调节蛋白激酶与蛋白磷酸酶在作用上的时空调节 细胞信号转导最