第十六章细胞信号转导

第十六章细胞信号转导CellularSignalTransduction信号转导的一般步骤特定的细胞释放信息物质信息物质到达靶细胞(targetcell)与特异受体(receptor)结合信号转换靶细胞产生效应(effect)*具有调节细胞生命活动的化学物质称为信息物质。信息物质SignalMolecule细胞间信息物质(extracellularsignalmolecule)细胞内信息物质(intracellularsignalmolecule)第一节信息物质

一、细胞间信息物质细胞间信息物质

是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使(firstmessenger)。

激素(Hormone)含氮化合物激素固醇类激素局部化学介质：如细胞因子(Cytokine)神经递质(Neurotransmitter)一、细胞间信息物质Extracellularsignalmolecule

气体信号(Gaseoussignal

)：NOCO(Localchemicalmediators)

细胞间信息物质

内分泌信号

endocrinesignal

激素

旁分泌信号

paracrinesignal

细胞因子,生长因子,NO,CO,前列腺素

突触分泌信号

synapticsignal

神经递质

二、细胞内信息物质(intracellularsignalmolecule)

在细胞内传递细胞调控信号的化学物质。二、细胞内信息物质第二信使（secondmessenger）环腺苷酸脂类无机离子信号蛋白G蛋白(G-protein)连接蛋白信号酶：各种蛋白激酶(proteinkinase)(ligandin)等细胞内信息物质的组成及对细胞功能的影响第二节受体(receptor)一、受体的概念位于细胞膜或细胞内的能特异识别和结合信息分子，并引起生物学效应的一类生物大分子。化学本质：蛋白质，糖脂.配体（ligand）:特异识别并结合受体，引起细胞反应的信息分子。二、受体分类细胞膜受体(membranereceptor)：

细胞内受体(intracellularreceptor)：多为糖蛋白(glycoprotein)DNA结合蛋白

(DNAbindingprotein)三、受体的一般结构及功能

（一）膜受体G-proteincoupledreceptors（GPCRs）

Ligand-gatedionchannelreceptorsSingletransmembraneα-helixreceptorsguanylatecyclase

(GC)

activereceptorsG蛋白偶联受体

配体门控离子通道受体

单个跨膜α螺旋受体

鸟苷酸环化酶活性受体

*蛇形受体(serpentinereceptor)*7个α-螺旋

(α-helix)1．G蛋白偶联受体鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）

guanylatebindingprotein,G-proteinG蛋白是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白质，为具有信号传导功能蛋白的总称。亚基:α，β，γ

G蛋白有两种构象：活化型——

-GTP（催化亚基）

+（调节亚基）非活化型——-GDP

※G-protein*类型:激动型G蛋白（stimulatoryGprotein，Gs）抑制型G蛋白（inhibitoryGprotein，Gi）

磷脂酶C型G蛋白（PI-PLCGprotein，Gq）

受体GDPGGGTP效应蛋白GGTP效应蛋白GGDPG蛋白循环GDPGGDPGTPGTPGDP科学出版社案例式教材《生物化学》课件20

此类受体的信号传导归纳

激素

受体Ｇ蛋白

酶

第二信使蛋白激酶酶或其他功能蛋白

生物学效应

又称环状受体2.配体门控离子通道型受体(自学）

ligand-gatedionchannelreceptor*分类:

电压门控件离子通道配体门控件离子通道机械门控件离子通道

3.单跨膜α螺旋型受体*催化型受体（catalyticreceptor）与配体结合即具有酪氨酸蛋白激酶(tyrosineproteinkinase,TPK

)活性,可催化自身或其他底物蛋白磷酸化（phosphorylation）。胰岛素受体，表皮生长因子受体3.单跨膜α螺旋型受体*非催化型受体（non-catalyticreceptor）无催化活性糖蛋白与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性。如生长激素受体、干扰素受体。4.鸟苷酸环化酶活性受体（自学）

（1）膜受体(membranereceptor)

*三聚体或四聚体*心钠肽（ANP）和鸟苷蛋白等通过此起作用

（2）胞浆受体(cytosolreceptor)

*由α、β亚基组成的异源二聚体

*大部分为可溶性受体

*配体：NO、CO等（二）细胞内受体

1.功能：多为转录因子，与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。

位于细胞浆和细胞核中的受体，全部为DNA结合蛋白。2.配体：类固醇激素、甲状腺素、维甲酸、维生素D3.

受体的结构高度可变区位于N端，具有转录活性DNA结合区含有锌指结构铰链区常含有与SV40大T抗原核定位信号（NLS）相似的氨基酸序列激素结合区位于C端，结合激素、热激蛋白，使受体二聚化，核定位信号（NLS），激活转录核受体结构示意图目录核受体结构及作用机制示意图三、受体作用的特点(自学）

*高度特异性*高度亲和力*可饱和性*可逆性*特定的作用模式四、受体活性的调节（receptorregulation）受体活性调节的常见机制(自学）*

upregulation

*

downregulation一、膜受体介导的信息转导跨膜信号转导（transmembranesignaltransduction）第二信使(Secondmessenger)：激素作用于膜受体后，在胞内传递信息的信号分子。第三节信息的转导途径

一、膜受体介导的信息转导（一）cAMP-蛋白激酶途径

cAMP-proteinkinasepathway（1）第一信使（2）受体（3）G蛋白：

激动型G蛋白(Gs)

抑制型G蛋白(Gi)（4）腺苷酸环化酶(AC）（5）cAMP（6）proteinkinaseA(PKA）

1.

组成cAMP的合成与分解

PPiATPACMg2+cAMP5´-AMP

磷酸二酯酶

（PDE）H2OMg2+茶碱,咖啡因（-）cAMP的作用机理——PKA的激活cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependentproteinkinase，cAPK），即蛋白激酶A（proteinkinaseA，PKA）。PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态。2．cAMP的作用机理——PKA的激活R调节亚基C催化亚基cAMP-dependentproteinkinase，PKAATPcAMP蛋白激酶A蛋白质或酶磷酸化酶活性改变膜通透性改变基因转录加快蛋白质合成加速信息效应AMP磷酸二酯酶cAMP-蛋白激酶途径总结RGAC腺苷酸环化酶ATPcAMP（第二信使）

无活性PKA

有活性PKAATPMg2+

无活性的磷酸化酶b激酶

有活性的磷酸化酶b激酶-P

无活性的磷酸化酶b

有活性的磷酸化酶a-PATPMg2+糖原磷酸化酶的激活与失活胰高血糖素×102×104×106

糖原

葡萄糖×108胰高血糖素促进肝糖原分解级联放大效应G-Pr受体（二）Ca2+－依赖性蛋白激酶途径1.Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径组成:胞外信息分子，G蛋白蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)磷脂酶C(phospholipaseC,PLC)二酰甘油(diacylglycerol,DAG)三磷酸肌醇(inositol1,4,5triphosphate,IP3

)Ca2+(1)DAG，IP3的生物合成和功能PIP2(磷脂酰肌醇4,5-二磷酸)PLCDAG+IP３

DAG、IP3的功能DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活蛋白激酶CIP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内Ca2+释放

②调节基因表达PKC对基因的活化分为早期反应和晚期反应。PKC的生理功能①调节代谢活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基磷酸化。靶蛋白包括：质膜受体、膜蛋白和多种酶。PKC对基因的早期活化和晚期活化2.Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径组成：受体、G蛋白、Ca2+、钙调蛋白、Ca2+/CaM依赖蛋白激酶钙调蛋白(calmodulin,CaM)分子中含有四个结构域，都可结合Ca2+(每个CaM实际可结合4个Ca2+)，CaM构象发生变化，由无活性变为有活性，激活CaM-PK依赖蛋白激酶，磷酸化多种功能蛋白质。

受体

Gq磷脂酶CDAG内质网钙调蛋白（CaM）Ca2+-CaMPKCDAG-PKC特异性钙调蛋白激酶多功能钙调蛋白激酶蛋白质磷酸蛋白质生理效应IP3和DAG介导的信息传递途径代谢变化IP3Ca2+Ca2+PIP2质膜胞浆胞外血管紧张素II（三）cGMP-蛋白激酶途径

受体,配体,G-protein鸟苷酸环化酶(guanylatecyclase,GC)cGMP(secondmessenger)蛋白激酶G(proteinkinaseG，PKG)※组成※cGMP的合成和降解

GTPGＣMg2+PPicGMP

PDEH2OCa2+或Mg2+5´-GMPGC膜结合型GC（膜受体）-membranereceptor：*心钠肽胞浆型GC（可溶性受体）-solublerecepter：*α,β异源二聚体*Activator:NONO合酶(nitricoxidesynthase,NOS)

2NADPH2NADP+NOSynthesis

NOsignaltransductionpathwayPhosphorylationofproteinsNObindstoGCsolublereceptorcGMP↑PKG

activationeffectsForexample:Nitroglycerol

（三）酪氨酸蛋白激酶途径(tyrosineproteinkinase,TPK)酪氨酸蛋白激酶分类：受体型TPK（位于细胞质膜上）如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基因（erb-B、kit、fins等）编码的受体非受体型TPK（位于胞浆）如底物酶JAK和原癌基因（src、yes、ber-abl等）编码的TPK1.受体型TPK-Ras-MAPK途径GRB2(growthfactorreceptorboundprotein2）SH2域

(srchomology2domain)

细胞内某些连接物蛋白共有的氨基酸序列，与原癌基因src编码的酪氨酸蛋白激酶区同源，该区域能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。

组成：催化性受体，GRB2,SOS,Ras蛋白,Raf蛋白，MAPK系统SH2SH3

SOS(sonofsevenless)富含脯氨酸，可与SH3结合，促使Ras的GDP换成GTP。Ras蛋白：原癌基因产物，类似与G蛋白的G亚基Raf蛋白：具有丝／苏氨酸蛋白激酶活性MAPK系统(mitogen-activatedproteinkinase)包括MAPK、MAPK激酶（MAPKK）、MAPKK激酶（MAPKKK），是一组酶兼底物的蛋白分子。

细胞外信号EGF、PDGF等具TPK活性的受体GRB2

PSOS

PRas-GTP

PRaf调节其他蛋白活性MAPKKMAPK

P

P

P细胞核反式作用因子调控基因表达细胞膜二聚化EGFR介导的信号转导过程

二、胞内受体介导的信息传递胞内受体

核内受体胞浆内受体配体类固醇激素甲状腺激素类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程第四节信息转导途径的相互交互联系

☆信号途径成员参与多条信号途径。☆两条信号途径可共同作用于同一种效应蛋白或基因调控区。☆一个信息分子可作用于多条信号转导途径

G蛋白通过某