细胞生物学细胞信号转导

1、关于细胞生物学细胞信号转导第一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导一、细胞膜受体的结构和特性 膜受体（membrane receptor）是可选择性地识别和结合外来信号，并引起相应的细胞生物效应的一类膜蛋白。其化学成分多为跨膜糖蛋白，约占膜总蛋白的。不同的受体有不同的结构，一般包括三个部分：、识别部（discriminator）也称调节亚单位，是受体蛋白的胞外部分。依赖其糖链的多样性，识别不同的化学信号。、效应部（effector）或称催化亚单位。是受体的膜内胞质部分，通常具有酶活性。在受体与化学信号结合后被激活，产生相应的生物学效应。、转化部（transducer

2、）亦称之为传导部（inducer），是受体与效应部之间的偶联成分。它可将识别部所接受的信息经过转换传递给效应部。第二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导二、膜受体的特性识别外来信号并通过构象变化引发胞内继发效应是受体的两个基本作用。它一般具有以下特性：、特异性受体与化学信号的专一性结合是依靠分子之间的立体构象互补的非共价键结合。这种特异性结合不是绝对的。、可饱和性一个细胞或一定量组织内受体数目是有限的，各类细胞中不同受体的浓度是相对恒定的。因此，受体与配体的结合有一个饱和度。、高亲和性受体与配体具有很强的亲和力，表现为：当溶液中只有相当低浓度的配体时，就足以使二者结

3、合达到饱和。第三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导、可逆性由于受体与配体之间属于非共价键结合，所以，分子间的识别反应往往是可逆的。当结合引发出生物效应后，受体配体复合物便解离，受体又恢复到原来状态，能再与配体结合。、特定的组织定位受体的分布，无论在种类，还是数量上，均呈现特定的模式，即受体之存在于靶细胞。第四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导三、膜受体类型 根据膜受体蛋白的类型及相应的信号转导机制之不同，可将膜受体归纳为以下三种类型： 离子通道偶联受体 G蛋白偶联受体 酶偶联受体 核受体 第五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月

4、细胞生物学细胞信号转导 离子通道型受体 离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gated channel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。 离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸的受体。第六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 G蛋白耦联型受体 三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称G蛋白，位于质膜胞质侧，由、三个亚基组成， 和亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上，G蛋白在信号

5、转导过程中起着分子开关的作用，当亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态，亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被RGS（regulator of G protein signaling）增强。RGS也属于GAP（GTPase activating protein）。第七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导GEffectorSignal第八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导ExtracellularCytoplasmicCOOH-NH2i1i2i3e1e2e3TM1T

6、M2TM3TM4TM5TM6TM7-S-S-Binding of ligandsLocation of G第九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 4 superfamilies binds GTPThree subunits第十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 cAMP信号通路 cAMP信号通路的组成：膜刺激型受体（stimulatary receptor，Rs）；抑制型受体（inhibitory receptor，Ri）；刺激型调节蛋白（sitimulatary

7、 regulatory protein，Gs）；抑制型调节蛋白（inhibitory regulatory protein，Gi）；腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）；蛋白激酶A（protein Kinase A，PKA）；环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodieste-rase）。第十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导腺苷酸环化酶第十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导蛋白激酶A第十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导环腺苷酸磷酸二酯酶第十五张，PPT共九十一页，创作于

8、2022年6月细胞生物学细胞信号转导 cAMP信号通路的传递过程Gs调节模型 配体（信号分子）受体G蛋白环化酶cAMP（第二信使）蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）基因调控蛋白基因转录。第十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导Effects of PKA Ser/Thr残基磷酸化（1）对代谢的调节作用 肾上腺素调节糖原分解（2）对基因表达

9、的调节作用 cAMP应答元件（CRE）基因调控区 cAMP应答元件结合蛋白（CREB）反式作用因子 PKA的催化亚基进入细胞后使CERB特定的Ser/Thr磷酸化，形成同源二聚体，结合DNA， 激活转录第二十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 cAMP信号通路的传递过程Gi调节模型第二十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 磷脂酰肌醇信号通路 胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，

10、胞外信号转换为胞内信号。第二十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第二十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第二十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第二十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第二十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导Gi/oGsGqG12/13 inhibition of cAMP production inhibition of Ca2+ channelsactivation of GIRK K+ channelsG-prot

11、ein subtypes increased synthesis of cAMPactivation of Ca2+ and K+ channelsactivation of PLC leading toactivation of PKC (DAG)intracellular Ca2+ release (IP3) mediates signalling between GPCRs and RhoA (GTPase) function under investigation第二十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 第二十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月

12、细胞生物学细胞信号转导 第二十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第三十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第

13、三十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导Small GTP-binding proteins includeRas (growth factor signal cascades).Rho (regulation of actin cytoskeleton)Rab (vesicle targeting and fusion).ARF (forming vesicle coatomer coats).Ran (transport of proteins into & out of the nucleus).All GTP-binding proteins differ

14、 in conformation depending on whether GDP or GTP is present at their nucleotide binding site. Generally, GTP binding induces the active state.第三十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导Most GTP-binding proteins depend on helper proteins GAPsGTPase Activating Proteins, promote GTP hydrolysis.第三十九张，PPT共九十一页，

15、创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导GEFs, Guanine Nucleotide Exchange Factors, promote GDP/GTP exchange.The activated receptor (GPCR) serves as GEF for a heterotrimeric G protein. 第四十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导鸟苷酸环化酶（GC）GC的激活间接地依靠Ca2+效应蛋白磷酸化NO作用机理：肌肉细胞中激活GC蛋白激酶G HRGCGTPcGMPcGMP-依赖性蛋白激酶蛋白激酶G （一个cGMP结合位点）cGMP-蛋

16、白激酶途径第四十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导Cyclic Nucleotide Metabolism - cGMP 第四十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 酶偶联受体及其介导的信号转导通路 酶偶联受体的一般特征 酶偶联受体（enzyme-linked receptor），又称催化性受体（catalytic receptor）。是一大类重要的膜受体家族。其共同的特点是： 该类受体均为一次跨膜肽链，胞外区是配体结合位点；胞内区是蛋白激酶催化部位。 无需G蛋白的介导作用，仅由受体自身酶蛋白的激活来直接完成信号的跨膜转导。 受体的

17、二聚化（dimerization）是该类受体激活的普遍机制。第四十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导类型 受体酪氨酸激酶 酪氨酸激酶连接的受体 受体酪氨酸磷脂酶 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 受体鸟苷酸环化酶 组氨酸激酶连接的受体第四十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导酪氨酸激酶 第四十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导信号转导过程 配体（主要是各种生长因子）与受体结合； 受体胞外区构象变化，聚合成二聚体； 受体胞内区酪氨酸残基自磷酸化（受体激活）； 活化的受体结合，并与胞质中带有蛋白SH（Src hom

18、olog region）或PH结构域（Pleckstrin Homology）的信号转导分子结合，形成受体胞内信号蛋白复合体； 传递信号并引发细胞相应的生物效应。第四十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 SH2结构域（Src Homology 2 结构域）：约100个氨基酸组成，介导信号分子与含磷酸酪氨酸的蛋白分子结合。 SH3结构域（Src Homology 3 结构域）：约50-100个氨基酸组成，介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子结合。 PH结构域（Pleckstrin Homology 结构域）：约100-120个氨基酸组成，可以与膜上磷脂类分子PIP2

19、、PIP3、IP3等结合，使含PH结构域蛋白由细胞质中转位到细胞膜上。第四十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月 Ligand binds receptor PTK第四十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月 Ligand binds receptor PTK Autophosphorylation on tyrosine PPPP第四十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月 Ligand binds receptor PTK Autophosphorylation on tyrosine GRB2 (a SH2- and SH3-containing protein) b

20、inds to the receptor phosphotyrosine motif Y-V/L-N-X via its SH2 domainPPPPSH2SH3GRB2SOS第五十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月 Ligand binds receptor PTK Autophosphorylation on tyrosine GRB2 (a SH2- and SH3-containing protein) binds to the receptor phosphotyrosine motif Y-V/L-N-X via its SH2 domain The SH3 of GRB2

21、 binds constitutively to the proline-rich sequence in the C-terminus of SOS (a guanine nucleotide exchange factor for RAS). PPPPSH2SH3GRB2SOS第五十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月PPPPSH2SH3GRB2SOSGRB2 24 kDa adaptor molecule. Only contains an SH2 domain between two SH3 domains第五十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月PPPPSH2SH3G

22、RB2SOSRASGTPRAS Oncogenic forms of RAS often have point mutations that lock RAS in the active GTP-bound form.Evidence: Cells were induced to proliferate by + PDGF and EGF. Microinjection of anti-RAS antibodies into the cells blocked the cell proliferation. Microinjection of a constitutively active m

23、utant of RAS caused cells to proliferate in the absence of PDGF and EGF.第五十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月 The RAS-GTP effector domain interacts with the N-terminal regulatory region of the RAF (serine/threonine protein kinase), hence recruiting RAF to the membranePPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAF第五十四张，PPT共九十一页，创作于

24、2022年6月PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFRAF RAF is a serine/ threonine protein kinase RAF is a MAPK kinase kinase (MAPKKK). Can transform cells when constitutively active or when overexpressed.第五十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFRAF The 14-3-3 family of scaffold proteins interacts cons

25、titutively with RAF via the phosphorylated Ser621 in RAF Both 14-3-3 and RAS may be required for activation of RAF.第五十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFRAF RAS recruits RAF to the membrane. Membrane targeting of RAF is necessary to fully activate RAF. (Expression of mutant RAF th

26、at cannot bind RAS no stimulation of cell proliferation by a constitutively active RAS).第五十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activation of RAF (most likely by phosphorylation of RAF and binding to the scaffold protein 14-3-3)PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAF第五十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated RAF in turn

27、activates MEK (also called MAPK kinase) by phosphorylation on two conserved serine residues in MEK.PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPP第五十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated RAF in turn activates MEK (also called MAPK kinase) by phosphorylation on two conserved serine residues in MEK.PPPPSH2SH3GRB2SOS

28、RASGTPRAFMEKPP第六十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMEK Also called MAPK kinase (MAPKK). Phosphorylated on Ser218 and Ser222 by activated RAF. Mutation of MEK that leads to constitutive activity (by replacing the two Ser with glutamic acids or aspartic acids - by mimic phospho

29、rylation) MAPK activation, mitogenicity, and cellular transformation.第六十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated MEK activates MAPK (a serine/threonine protein kinase) by phosphorylation of conserved threonine and tyrosine residues.PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMAPKPP第六十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 A

30、ctivated MEK activates MAPK (a serine/threonine protein kinase) by phosphorylation of conserved threonine and tyrosine residues.PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMAPKPP第六十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMAPKPPMAPK Five isoforms of ERK have been identified, but ERK1 and ERK2 h

31、ave been most studied.第六十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMAPKPPMAPK MAPK activation is biphasic: a transient peak within 5-10 min, and a sustained peak lasting several hours. The different activation kinetics different cellular response (EGF induces only the transient resp

32、onse and stimulate cell growth; but NGF (nerve growth factor) induces the sustained response and stimulate differentiation).第六十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMAPKPPMAPK Inactivation of MAPK is achieved by several phosphatases: the serine/threonine phosphatase PP2A第六十六张，PP

33、T共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated MAPK phosphorylates a number of substrates in the cytoplasm PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPMAPKPPSubstratesSubstratesPP第六十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated MAPK phosphorylates a number of substrates in the cytoplasm it also translocated into the nucleus(within

34、min) where it phosphorylates nuclear transcription factors. PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPSubstratesMAPKPPMAPKPP第六十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated MAPK phosphorylates a number of substrates in the cytoplasm it also translocated into the nucleus(within min) where it phosphorylates nuclear tra

35、nscription factors. PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPSubstratesMAPKPPMAPKPP第六十九张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated MAPK phosphorylates a number of substrates in the cytoplasm it also translocated into the nucleus(within min) where it phosphorylates nuclear transcription factors. PPPPSH2SH3GRB2SOSRAS

36、GTPRAFMEKPPSubstratesMAPKPPMAPKPPP第七十张，PPT共九十一页，创作于2022年6月14-3-3 Activated MAPK phosphorylates a number of substrates in the cytoplasm it also translocated into the nucleus(within minutes) where it phosphorylates nuclear transcription factors. Transcription of genes important for cell proliferation.

37、 PPPPSH2SH3GRB2SOSRASGTPRAFMEKPPSubstratesMAPKPPMAPKPPP第七十一张，PPT共九十一页，创作于2022年6月第七十二张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第七十三张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 Transcription Factor Regulation (CREB, Elk-1 and c-Fos)The transcription factor CREB binds to the cAMP response element (CRE) and activates gene tr

38、anscription in response to a wide variety of extracellular signals (including growth factors, hormones, and neurotransmitters). Transcriptional activation of CREB is controlled through phosphorylation at Ser133 by p90Rsk and the p44/42 MAP kinase. The transcriptional activity of the proto-oncogene c

39、-Fos has been implicated in cell growth, differentiation, and development. Fos is induced by many stimuli, ranging from mitogens to pharmacological agents. c-Fos has been shown to be associated with another proto-oncogene, c-Jun, and together they bind to the AP-1 binding site to regulate gene trans

40、cription. Like CREB, c-Fos is regulated by p90Rsk. Elk-1 is a transcription factor that is activated by the MAP kinase-mediated phosphorylation of a Ser/Thr cluster at the carboxyl terminus. Activated Elk-1 binds to the serum response element (SRE) to induce gene transcription in response to serum a

41、nd growth factors. Recent studies have also demonstrated that Elk-1 is a target for the stress-activated kinase SAPK/JNK.第七十四张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导第七十五张，PPT共九十一页，创作于2022年6月JNK pathway JNK translocation into the nucleus phosphorylation of the transcription factor c-JUN at the N-terminal res

42、idues (Ser63 and Ser73) activation of transcription by c-JUNRac1/Cdc42GTPSTRESSPAKMEKK1-3PPMEK4PPJNKPPc-JUNP第七十六张，PPT共九十一页，创作于2022年6月Rac1/Cdc42GTPSTRESSPAKMEKK1-3PP14-3-3PPPPSH2SH3Grb2SosRasGTPRafMEK4PPMEKPPJNKPPMAPKPP第七十七张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导Specificity of MAP kinase pathways When cells

43、are treated with mitogenic agents (e.g. growth factors), MAPK (ERK) become strongly activated but JNK is poorly activated. Conversely, when cells are challenged with stress, JNK is activated but MAPK (ERK) is only weakly activated.第七十八张，PPT共九十一页，创作于2022年6月细胞生物学细胞信号转导 JAK(just another kinase, Janus protein tyrosine kinase)-STAT(signal transducer and activator of transcription)