复旦药学院2007级课件生物化学细胞信息传递v0702

信息传递途径(Signalpathway)

一、膜受体介导的信息传递通过第二信使介导的信号传导G蛋白偶联介导产生的第二信使腺苷酸环化酶系统磷脂酰肌醇系统Ca2+作为第二信使cGMP作为第二信使NO作为第二信使通过相关蛋白激酶的信号转导酪氨酸蛋白激酶Ser/Thr蛋白激酶（TGF-β途径）其他蛋白激酶G蛋白偶联第二信使介导的一般信息传递路径：

激素（第一信使）

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G

GDP

G蛋白(Gprotein)：位于细胞膜上胞浆侧，可与GTP/GDP结合的一种外周蛋白，它是一种转导体，可将外来的信号转化为传向细胞内的信号，其活性与GTP/GDP密切相关，故而得名。分类：α、β和γ亚单位组成的异三聚体小分子G蛋白GGDPG蛋白结构特点：β、γ亚基结合紧密α亚基与βγ的结合松散作用机理两种G蛋白的活性型和非活性型的互变激素配体与受体结合后导致受体构象改变，受体上与G蛋白结合位点暴露，受体与G蛋白形成受体-Gs复合体后，Gα亚基构象改变，排斥GDP，结合了GTP而活化，α亚基从而与βγ亚基解离α亚基激活效应器，产生下游系列生物学反应α亚基上的GTP酶活性使结合的GTP水解为GDP,亚基恢复最初构象，与效应器分离，α亚基重新与βγ亚基复合体结合。Gs（刺激型）：激活腺苷酸环化酶。

-肾上腺素能,胰高血糖素,甲状旁腺素,黄体生成素等

Gi（抑制型）：抑制腺苷酸环化酶。类阿片,生长激素释放抑制因子,血管紧张素II,

-肾上腺素能,乙酰胆碱等Gp（磷脂酶C型）：激活磷脂酶C

加压素,肽类生长因子(PDGF等),促甲状腺素释放激素，乙酰胆碱等Go：大脑中主要的G蛋白，调节离子通道GT(传导素)：激活视觉

G蛋白的类型1、G蛋白偶联介导产生的第二信使（1）cAMP信息传递途径（蛋白激酶A通路）PKAcAMPACGs蛋白配体膜受体生物学效应AC：腺苷环化酶PKA：蛋白激酶A

cAMP（环腺苷酸）

生成：腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP;

代谢：环核苷酸磷酸二酯酶水解cAMP产生5'-AMP

功能：

激活蛋白激酶A

抑制蛋白磷酸酯酶

cAMPcAMP代谢A激酶通路蛋白激酶A，又称依赖于cAMP的蛋白激酶A(cyclic-AMPdependentproteinkinaseA)，简写为PKA，是一种结构最简单、生化特性最清楚的蛋白激酶。PKA全酶分子是由四个亚基组成的四聚体,其中两个是调节亚基(regulatorysubunit,简称R亚基)，另两个是催化亚基(catalyticsubunit,简称C亚基)。蛋白激酶A的功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化,被磷酸化了的蛋白质可以调节靶蛋白的活性。真核细胞内几乎所有的cAMP的作用都是通过活化PKA,从而使其底物蛋白发生磷酸化而实现的。蛋白激酶（Proteinkinase）负责体内蛋白质的磷酸化。蛋白质的磷酸化决定蛋白质的构造和活性，影响细胞内信息传递过程，以对外在刺激作出适当反应。人类基因组内共含有约500个蛋白激酶基因，占真核生物基因的约2%。蛋白激酶A（PKA）激活②调控基因表达

PKA的作用：底物蛋白丝/苏氨酸残基磷酸化①调节代谢----化学修饰:磷酸化抑制糖原合成,促进糖原分解抑制糖原合酶激活磷酸化酶激活脂肪酶…促进脂肪分解如:肾上腺素:PKA的激活及作用举例激素（胰高血糖素、肾上腺素等）腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）ATPcAMP蛋白激酶A(PKA)（无活性）蛋白激酶A(PKA)（有活性）糖原合成酶（有活性）糖原合成酶P（无活性）磷酸化酶b激酶（无活性）磷酸化酶b激酶P（有活性）磷蛋白磷酸酶1磷蛋白磷酸酶1磷蛋白磷酸酶1磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶aP（有活性）磷蛋白磷酸酶抑制剂（无活性）磷蛋白磷酸酶抑制剂P（有活性）++++---肾上腺素调节脂代谢CREB：CRE结合蛋白CRE：cAMP应答元件，是

DNA上的基因转录调控区域CREB结合在CRE上后，可以促进转录的进行调控基因表达Gi调节模型①α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性②βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化百日咳毒素抑制Gi的活性。6、胞内效应酶：蛋白激酶A(A激酶，PKA)

使效应蛋白丝/苏氨酸磷酸化

调节代谢或影响基因表达5、胞内第二信使：cAMP

1、胞外信息：肾上腺素、胰高血糖素等

2、膜受体的特点：蛇型受体

3、G蛋白转导信息

4、G蛋白效应酶：腺苷酸环化酶

（AC）小结G蛋白异常与疾病：霍乱：霍乱弧菌产生的外毒素使GTP失活，因此Gα处于不可逆激活状态，不断刺激AC（腺苷酸环化酶）产生cAMP，导致小肠上皮细胞膜蛋白构型改变，大量氯离子和水转运入肠腔，引起严重的腹泻。（2）磷脂酰肌醇系统（蛋白激酶C信号通路）配体膜受体Gp蛋白PLC生物学效应PIP2IP3DAGCa2+PKCPLC：磷脂酶CIP3：三磷酸肌醇——第二信使DAG：甘油二脂——第二信使PKC：蛋白激酶C

CaM：钙调蛋白Ca2+-CaMCaM激酶蛋白激酶C通路促甲状腺释放激素、去甲肾上腺素和抗利尿激素等作用于靶细胞膜上特异性受体（G蛋白偶联受体）后，通过特定的G蛋白（Gp）激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C(PI-PLC)，PI-PLC则分解膜成分-磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）而生成DAG和IP3

。receptorhormoneβγαPGDPβγGTPαPGTPPI-PLCPIPLC+PIP2DAG+IP3PI-PLCPIPLC无活性PI-PLC有活性PI-PLCPI-PLCPIP2IP3DAGDAG生成后仍留在质膜上，在磷脂酰丝氨酸和Ca2+的配合下激活蛋白激酶C。IP3生成后，从膜上扩散到胞浆中与内质网和肌浆网上的受体结合，促进这些钙储库内的Ca2+迅速释放，使胞浆内的Ca2+浓度升高。蛋白激酶C在非活性状态下是水溶性的，游离存在于胞质中，激活后成为膜结合的酶蛋白激酶C的激活是脂依赖性的，需要膜脂DAG的存在，同时又是Ca2+依赖性的，需要胞质中Ca2+浓度的升高。当DAG在质膜中出现时，胞质溶胶中的蛋白激酶C被结合到质膜上，然后在Ca2+的作用下被激活。蛋白激酶C属于丝氨酸和苏氨酸激酶，能激活细胞质中的靶酶参与生化反应的调控,同时也能作用于细胞核中的转录因子,参与基因表达的调控。PKC的组成:一条肽链C端具有激酶活性N端含DAG、Ca2+结合位点PKC的功能①对代谢的调节作用

PKC被激活后可引起一系列靶蛋白的丝氨酸和（或）苏氨酸残基发生磷酸化反应。靶蛋白包括质膜受体、膜蛋白和多种酶。从而启动一系列生理、生化反应。如：PKC能催化质膜的Ca2+通道磷酸化，促进Ca2+流入胞内；PKC也能催化肌浆网的Ca2+-ATP酶磷酸化，促进钙进入肌浆网。这样，在胞浆内的Ca2+浓度处于动态平衡。调节基因表达早期反应：磷酸化立早基因（c-fos、AP1/c-jun等）编码的反式作用因子，加速表达晚期反应：立早基因产物可作为第三信使，跨越核膜传递信息，最终活化晚期反应基因，导致细胞增生或核型变化。如：佛波酯的致癌作用2、Ca2+作为第二信使

——Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径钙调蛋白（CaM）为钙结合蛋白，当胞浆的Ca2+浓度≧10-2mmol/L时，Ca2+与CaM结合，其构象改变而激活Ca2+-CaM激酶（或其他酶，如NO合酶）。Ca2+-CaM激酶的底物谱非常广，可以磷酸化许多蛋白质的丝氨酸和（或）苏氨酸残基，使之激活或失活。如：Ca2+-CaM激酶既能激活腺苷酸环化酶，又能激活磷酸二酯酶，从而调节细胞内cAMP的浓度。Ca2+-CaM激酶也可以激活胰岛素受体的酪氨酸蛋白激酶活性。还可以调节PKA活性。Ca2++Ca2+CaMCa2+-CaMCa2+-CaM激酶无活性Ca2+-CaM激酶有活性NO合酶无活性NO合酶有活性P精氨酸NO瓜氨酸+Ca2+-CaM的作用PKA,PKC,PKG,Ca2+-CaM激酶使底物蛋白上丝氨酸或苏氨酸残基的–OH基磷酸化3、cGMP作为第二信使——cGMP蛋白激酶途径cGMP由鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase,GC)催化GTP环化而生成，经磷酸二酯酶催化而降解。GC的激活间接地依赖Ca2+。Ca2+通过激活磷脂酶C和磷脂酶A2使膜磷脂水解生成花生四烯酸，花生四烯酸经氧化生成前列腺素而激活GC。Ca2+也可以通过Ca2+-钙调蛋白激活NO合酶，生成NO后激活GC。cGMP能激活cGMP依赖性蛋白激酶（cGMP蛋白激酶，蛋白激酶G)，PKG催化有关蛋白质或有关酶类的丝/苏氨酸残基磷酸化，产生生物学效应。PKG的结构与蛋白激酶A完全不同，它为一单体酶，分子中有一个cGMP结合位点。受体本身就具有GC酶活性Ca2+磷脂酶C磷脂酶A2活化花生四烯酸氧化前列腺素激活可溶性GCCa2+-CaM活化NO合酶精氨酸NO激活鸟苷酸环化酶（GC）的激活过程GTPGCcGMP蛋白激酶G蛋白激酶GcGMP无活性有活性底物蛋白底物蛋白PPKA,PKC,PKG,Ca2+-CaM激酶使底物蛋白上丝氨酸或苏氨酸残基的–OH基磷酸化PKG的激活及作用4、一氧化氮(NO)作为第二信使NO合成酶催化L-精氨酸生成NO和胍氨酸NO功能：激活乌苷酸环化酶，刺激cGMP合成。NO的生理病理作用：NO作为信号分子所调节的生理功能包括血管舒张、血小板凝集，在中枢神经系统中介导兴奋性神经传导等。血管内皮细胞受化学物质如乙酰胆碱等的刺激，导致细胞膜上Ca2+通道的开放，胞内Ca2+浓度升高，通过CaM激活NOS（NO合成酶）,由精氨酸产生NO，NO穿过内皮细胞膜可扩散到周围的血管平滑肌细胞中，NO激活鸟苷酸环化酶(GC)，产生cGMP,后者引起相应的生理学效应。生物学效应受体鸟苷酸环化酶活化心钠素膜受体cGMPPKG效应蛋白磷酸化NO可溶性受体通过相关激酶的信号转导1、酪氨酸蛋白激酶（proteintyrosinekinase，PTK）受体酪氨酸蛋白激酶：位于膜上，本身是受体非受体酪氨酸蛋白激酶：游离在胞浆内，被受体激活2、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶3、有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）PPPPPPPPPPPP酶Adaptorprotein效应蛋白与受体的偶联细胞内存在一些连接物蛋白（adaptorprotein)，它们具有SH2结构域。（srchomology2domain)，这些结构域与原癌基因src编码的酪氨酸蛋白激酶区同源。SH2结构域能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。磷酸化的受体通过连接物蛋白可偶联其他效应蛋白。这些效应蛋白本身具有酶活性，故可逐级传递信息并将效应级联放大。受体型TPK的信息传递途径-----受体型TPK-Ras-MAPK途径催化型受体与配体结合后，发生自身磷酸化并磷酸化中介分子-----Grb2和SOS，使其活化，进而激活Ras蛋白。由于Ras蛋白为多种生长因子信息传递过程所共有，因此又称为Ras通路。活化的Ras蛋白可进一步活化Raf蛋白。Raf蛋白具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，它可激活有丝分裂原激活蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)系统，发挥生理活性。受体型TPK活化后还可通过激活腺苷酸环化酶、多种磷脂酶（如PI-PLC、磷脂酶A和鞘磷脂酶）等发挥调控基因表达的作用。Ras蛋白受体二聚体化生长因子膜受体受体的TPK活化调控基因表达MAPKKMAPKRaf蛋白受体二聚化PPPPPP细胞外信号EGF,PDGF等Grb2SOSGrb2SOSPPRasGDPRasGTPrafPrafMAPKKKMAPKKKPMAPKKMAPKKPMAPKMAPKP反式作用因子反式作用因子P激活转录……..Ras蛋白是由一条多肽链组成的单体蛋白，由原 癌基因ras编码而得名。它的活性与其结合 GTP或GDP有关。Ras结合GDP时没有活 性，但磷酸化的SOS可促进GDP从Ras脱 落，使ras变成GTP结合状态而活化。Ras蛋白的分子量为21kD，故又名p21蛋白。因 其分子量小于与七个跨膜螺旋受体偶联的G蛋 白，也被称作为小G蛋白。Raf：一条肽链，N端调节区,C端催化区，与 Ras-GTP结合后其丝/苏蛋白激酶活性被激活 可磷酸化丝/苏氨酸残基MAPKK(mitogenactivatedproteinkinasekinase):有丝分裂原活化蛋白激酶的激酶双重特异性：磷酸化Tyr或Ser/ThrMAPK(mitogenactivatedproteinkinase):有丝分裂原活化蛋白激酶：磷酸化Ser/Thr胰岛素信号通路MAPK系统的作用MAPK系统包括MAPK，MAPKK，MAPKKK。MAPK具有广泛的催化活性，它除调节花生四烯酸的代谢和细胞微管形成以外，更重要的是可催化细胞核内许多反式作用因子（如转录因子）的Ser/Thr残基磷酸化，导致基因转录或关闭。PPPPPP腺苷酸环化酶AC激活磷脂酶C激活PIP2IP3+DAGcAMPPKA活化Ca2+-CaM依赖性蛋白激酶活化PKC活化修饰转录因子和调节因子快速反应原癌基因激活细胞核受体型TPK激活基因表达的途径——受体型TPK-各种酶激活途径非受体型TPK的信息传递途径-------JAKs-STAT途径一部分生长因子、大部分细胞因子和激素等的受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它们能借助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白JAKs(janusKinase)完成信息转导。JAKs家族成员包括JAK1、JAK2、TYK2和JAK3，分子内均有SH2结构域。配体与非催化型受体结合后，能活化各自的JAKs.JAKs再通过激活信号转导