细胞信号转导基础课件

1、哈尔滨医科大学药学院生物制药教研室第五章 细胞信号转导基础所经历三个阶段第一阶段：50、60年代，从研究物质代谢的调节过程起步，重点在于酶的作用机制及调节机制。第二阶段：70、80年代早期，全面探索细胞信号转导的机制，初步绘制了信号转导的基本框架。第三阶段：80年代后期、90年代至今，对不同信号通路的综合，形成全面的信号通路网络。1、1971年美国的萨瑟兰因发现了环腺苷酸（cAMP），提出第二信使假说而获诺贝尔生理与医学奖。2、1991年德国的内尔和塞克曼因发现了细胞膜单离子通道的功能（当膜电位迅速改变时，如对动作电位的反应，离子通道每次只释放一个离子）而获诺贝尔生理与医学奖。3、1992年美

2、国的费希尔和克雷布斯因发现可逆磷酸化是一种重要的物质代谢调节机制（如糖原合成过程中）而获诺贝尔生理与医学奖。4、1994年美国的吉尔曼和罗德贝尔因发现G蛋白及其在细胞内信号转导中的作用而获诺贝尔生理与医学奖。5、1998年美国的弗吉戈特、伊格纳罗、穆拉德三人因发现了NO信号分子，并研究它的信号转导而获诺贝尔生理与医学奖。6、1999年美国的布洛贝尔因提出了信号肽假说而获诺贝尔生理与医学奖。7、2000年瑞典的卡尔森、美国的格林加德和坎德尔三人因发现了神经系统中的信号传递而获诺贝尔生理与医学奖。8、2001年美国的哈特韦尔、英国的亨特和纳斯三人因发现了控制细胞周期的关键物质而获诺贝尔生理与医学奖

3、。（哈特韦尔发现了一种名为“start”的基因对于控制每个细胞循环的开始具有重要作用，纳斯确认、克隆并了解了控制细胞循环的基因及分子方法，亨特发现了控制细胞周期蛋白依赖性激酶功能的细胞周期蛋白和其他蛋白质）9、2002年英国的布雷内和苏尔斯顿、美国的霍维茨三人因发现了器官发育和细胞程序性死亡的遗传调节机制（即细胞凋亡）而获诺贝尔生理与医学奖。10、2004年美国的阿克塞尔和巴克因发现了气味受体和嗅觉系统的信号转导而获诺贝尔生理与医学奖。Nobel prizes awarded for research in signal transduction什么是细胞信号转导呢？细胞信号转导（cellul

4、ar signal transduction, cell signaling）:针对外源性信号所发生的细胞内各种分子活性的变化，以及将这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过程。General process for transmembrane signal transductionCellular effectGene transcriptionCell proliferationCell survivalCell deathCell differentiationCell functionCell motility细胞间信号转导的作用方式：（根据分子作用的距离）内分泌(endocri

5、ne)型：以激素为主，它们是由内分泌器官分泌的化学信号，并随血流作用于全身靶器官。旁分泌(endocrine)型：以细胞因子为主，它们主要作用于局部的细胞，作用距离以毫米计算。自分泌(endocrine)型：神经介质为主，其作用局限于突触内，作用距离在100nm以内。 第一节 信号转导概述（The General of Signal Transduction ）一、信号分子与受体（一）信号分子具有调节细胞生命活动的化学物质定义特点特异性、高效性、可被灭活、可与靶细胞的受体结合，转变为细胞内信号分类按化学本质分类蛋白质和肽类氨基酸及其衍生物类固醇激素脂肪酸衍生物维生素类气体分子按细胞分泌信号分子

6、的方式神经递质内分泌激素局部化学介质自分泌信号（二）受体一类存在于靶细胞膜或细胞内的可特异识别并结合外界信号分子（配体），进而引起靶细胞内产生相应的生物效应的分子。定义分类膜受体（细胞表面受体）胞内受体（核受体）受体在细胞的位置膜受体（membrane receptor）存在于细胞膜上的受体，绝大部分是镶嵌蛋白。根据其结构和转换信号的方式分为三大类：离子通道型受体G蛋白偶联受体酶偶联受体离子通道型受体（ion channel-linked receptor）指具有离子通道作用的细胞膜受体G蛋白偶联受体（G protein-coupled/linked receptor,GPCR）1、此型受体通

7、常由单一的多肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为细胞外区、跨膜区、细胞内区三部分；2、受体的跨膜区由7个螺旋结构组成；多肽链的N-端位于细胞外区，而C-端位于细胞内区；在第五及第六跨膜螺旋结构之间的细胞内环部分（第三内环区），是与G蛋白偶联的区域；3、大多数常见的激素受体和慢反应神经递质受体是属于G蛋白偶联型受体；酶偶联受体（enzyme-linked receptor）1、酶偶联受体指那些自身具有酶活性，或者自身没有酶活性，但与酶分子结合存在的受体；2、这些受体大多为只有1个跨膜区段的糖蛋白，也称为单次跨膜糖蛋白；3、可分为酪氨酸蛋白激酶受体（TPKR）和非酪氨酸蛋白激酶受体；酪氨酸蛋白激酶受

8、体（TPKR）受体本身具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性，如胰岛素样生长因子受体(IGF-R)，表皮生长因子受体(EGF-R)。表皮生长因子受体(EGF-R)非酪氨酸蛋白激酶受体与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶等偶联而表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。酪氨酸激酶偶联受体受体丝氨酸/苏氨酸激酶组氨酸激酶偶联受体受体鸟甘酸环化酶类受体酪氨酸去磷酸酶胞内受体（核受体）主要包括类固醇激素受体，如肾上腺皮质激素；性激素；维生素D3受体(VDR)以及甲状腺激素受体(TR)。此类受体位于细胞质或细胞核内，通常为单纯蛋白质；信号分子进入细胞以后，能与特异性受体结合形成活性复合物，作用于染色体DNA，调节

9、基因表达，从而影响细胞的物质代谢和生理活动；胞内受体通常为单体蛋白，含400-1000个氨基酸残基，分为四个功能区域：1.高度可变区：位于受体N-端，不同受体间无同源性，具有转录激活作用。4. 配体结合区：位于C-端，不同受体有3060%的同源性，其结构与功能最复杂，包括：与配体结合；与HSP结合。2. DNA结合区：含66-68个氨基酸，富含Cys，不同受体此域有较高同源性，含有两个锌指结构，为DNA结合所必需。 3. 绞链区：为DNA结合区与配体结合区之间 的段序列，可能含有与转录因子相互作用和受体向核内移动的信号。 （三）受体与信号分子的结合特点2、高度的亲和力(high affinit

10、y)；1、高度专一性；指一种激素或细胞因子只能选择性与相应的受体结合的性质。其原因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相结合。 通常用其解离常数（Kd）来表示其亲和力的大小，多数配体与受体的解离常数为10-1110-9 mol/L。3、可饱和性；配体浓度受体饱和度（）4、可逆性；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。5、特定的作用模式；在不同细胞中，受体的种类和含量分布均不同，表现为特定的作用模式，即具有组织特异性。二、转导的基本过程（一）信号转导的基本过程特定的细胞释放信息物质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

11、行转换并启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应（二）细胞内信号转导相关分子在细胞信号转导途径中，能够在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为信号转导分子（signal transducer ）或细胞内信号分子。定义分类第二信使酶分子调节蛋白第二信使（second messenger）特点：在细胞中的浓度或分布可迅速改变；不位于能量代谢途径的中心；阻断该分子的变化可以阻断细胞对外源信号的反应；作为变构效应剂作用于细胞内相应的靶分子；分类：环核苷酸，如cAMP；cGMP；脂类衍生物，如甘油二酯（DAG）；神经酰胺；花生四烯酸；无机物，如Ca2+、NO ；酶分子分类：催化小分子信使生成和转化的酶：AC

12、、GC、PLC等？蛋白激酶和蛋白磷酸酶蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶（PTK）蛋白组氨酸/赖氨酸/精氨酸激酶蛋白色氨酸激酶蛋白天冬氨酰基/谷氨酰基激酶调节蛋白分类G蛋白衔接蛋白：如Grb2、SOS等三聚体G蛋白小G蛋白Ras蛋白Rho蛋白Rab蛋白三聚体G蛋白与7次跨膜受体结合，以亚基（G ）和、亚基（G ）三聚体的形式存在于细胞质膜内侧小G蛋白低分子量G蛋白（20-30kDa）,在多种细胞信号转导途径中具有开关作用。Ras Protein衔接蛋白SH2结构域约由100个氨基酸组成，可识别和结合SH2结合位点能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合SH3结构域约由50个氨基酸组成；能识别和结合蛋

13、白分子中富含脯氨酸的序列PTB结构域约由120个氨基酸组成；能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合PH结构域约由120个氨基酸组成；识别具有磷酸化的丝氨酸和苏氨酸的短肽，并能与G蛋白的复合物结合，还能与带电的磷脂结合思考题第二信使的靶分子都有哪些？THANK YOU！哈尔滨医科大学药学院生物制药教研室第五章 细胞信号转导基础第二节 主要信号转导途径（下）二、酶偶联受体信号转导途径酶偶联受体介导的信号转导途径的基本模式：1、结合配体后，受体形成二聚体或寡聚体；2、第一个蛋白激酶被激活；对于具有蛋白激酶活性的受体来说，即激活受体胞内结构域的蛋白激酶活性；对于没有蛋白激酶活性的受体来说，即受体通过蛋白质-

14、蛋白质相互作用激活与它紧密偶联的蛋白激酶；3、通过蛋白质-蛋白质相互作用或蛋白激酶的磷酸化修饰激活下游信号转导分子，通常是继续活化下游的一些蛋白激酶；4、蛋白激酶通过磷酸化修饰激活代谢途经中的关键酶、反式作用因子等，影响代谢途径、基因表达、细胞运动、细胞增殖等。（一）受体酪氨酸激酶介导的信号转导1、RTK的结构与RTK的活化（1）RTK的结构大多为单次跨膜糖蛋白；胞外区N端一般由500-850个氨基酸残基组成，为配体结合部位；胞内区具有酪氨酸激酶结构域，位于C端，包括ATP结合区和底物结合区。受体酪氨酸蛋白激酶的分子结构（2）RTK的活化1、结合配体后，受体形成二聚体或寡聚体；2、受体膜内部分

15、发生构象变化；3、酪氨酸残基发生自体磷酸化；4、形成SH2结合位点的空间结构，与具有SH2结构域的下一级信号分子结合；5、信号逐级传递；2、RTK信号转导途径（1）Ras-MAPK级联反应信号转导途径组成内容：信号分子：生长因子、细胞因子、淋巴细胞抗原受体和整合素等。RTK：催化型受体Grb-2：衔接蛋白，与RTK的SH2结构域结合SOS：富含脯氨酸，可与Grb-2SH3结合Ras：刺激丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族MAPK激酶系统MAPK激酶系统MAPK激酶激酶(MAPKKK)，如Raf-1激酶；MAPK激酶(MAPKK)，如MEK1/2；MAPK，如ERK1/2，活化部位基序为苏-X-酪。一组

16、酶兼底物的蛋白，通常由三种蛋白激酶的级联反应过程，种类较多，包括：EGFR介导的信号转导过程MAPK家族ERK家族：调控细胞增殖与分化JNK/SAPK家族：应积极激活的蛋白激酶，参与细胞对辐射、渗透压和温度变化的应急反应，促进细胞修复p38MAPK家族：介导炎症和细胞凋亡等应激反应MAPK通路失活机制1、相应蛋白磷酸酶去磷酸化与分化2、Raf-1是PKA的直接底物，PKA可磷酸化c-Raf第43位Ser磷酸化，可抑制RasGTP与Raf的结合，从而阻断ERK的激活；3、磷酸酶PP2A可对MEK和ERK脱磷酸使其失活；4、 ERK 被激活后可磷酸化SOS、Raf及MEK，产生负反馈调节；（2）其

17、他RTK信号转导途径PI3K/PKB途径:（Akt途径）TPKGrb2SOSRasRafMEKERKPI3KAktPLC-PIP2DGIP3Ca2+PKC靶蛋白磷酸化，转录因子磷酸化PIP3细胞分化，增殖，凋亡，基因转录等（二）酪氨酸激酶偶联受体介导的信号转导组成内容：信号分子：多为细胞因子，如干扰素-非受体酪氨酸激酶JAKs（janus kinase）信号转导子/转录活化子（signal transductors and activators of transcription ，STAT）JAK/STAT PathwayJAK/STAT通路失活机制1、细胞因子信号抑制物（SOCSs）;2、含

18、SH2的磷酸酶（SHPs）；3、STATs蛋白抑制子（PIASs）；（三）受体丝氨酸/苏氨酸激酶介导的信号转导TGF-家族： TGF-、激活素、骨形态蛋白等组成内容：受体：为具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性受体Smad家族功能：在发育过程中起重要作用，还可以调节细胞增殖、分化、粘附、移行及细胞凋亡Smad家族近几年发现的一类细胞内信号转导蛋白，是把TGF-与受体结合后产生的信号从胞质传到胞核的中介分子。Smads蛋白可分为3类：受体激活型 smads(R-smads)：smad 1、2、3、5、8共同介质型smads(Co-smads)： smad 4抑制型smads(i-smads)：smad 6、7TGF-Smad信号通路TGF-同时结合2个I型受体和2个II型受体，首先II型受体被激活，进而将I型受体激活；此异源四联复合物结合并激活Smad2/3；结合Smad4，并在细胞核内不断积累；Smad复合物与其他转录因子结合，共同调控基因转录。三、依赖于受调蛋白水解信号转导途径特点：在外来信号分子作用下，会引起某个潜在基因调控蛋白的受调蛋白水解，受调蛋白水解过程能够调节相应靶基因的表达主要包括：Wnt 、NF-B、Notch、Hedgehog等NF-B信号转导途径NF-B为一个转录因子家族，是一种