【细胞生物学】细胞通讯1

1、1,2,钙粘着蛋白,免疫球蛋白超家族,整联蛋白,选择蛋白,3,黏着连接,紧密连接,间隙连接,桥粒,4,CHAPTER 5 细胞通讯,5,OUTLINE,5.1 细胞通讯的基本特点 5.2 信号分子 5.3 受体 5.4 cAMP 信号转导途径 5.5 磷脂酰肌醇信号转导途径 5.6 酶连受体信号转导 5.7 信号的整合与终止,6,Cell Communication,7,细胞通讯的途径与方式,酶活性的变化 基因表达的变化 细胞骨架构型 通透性的变化 DNA合成活性的变化 细胞死亡程序的变化等。,胞外配体,细胞骨架,细胞连接,胞外基质,8,5.1 细胞通讯的基本特点,细胞通讯的一般过程和所引起的

2、反应 一般过程 识别 信号分子 受体蛋白 信号传导：强调信号的产生和细胞间传送。 信号转导：强调接受、转换的方式和结果。,信号发出细胞,信号分子,受体,靶细胞,9,细胞通讯的两种方式,通讯连接：间隙连接和胞间连丝 分泌的信号 细胞表面的信号,10,细胞信号转导的基本特点 信号转换 逐级放大 通过构像的改变 在信号转导途径中，上游蛋白对下游蛋白活性的改变主要是通过添加或除去磷酸基团进行的。,胞内的保守蛋白,GTPase： 三体G蛋白， 单体G蛋白（Ras） 激酶和磷酸酶,11,12,细胞通讯的作用,13,细胞的两种效应,14,5.2 信号分子,信号分子及类型 概念 化学分子 非营养物 非能源物质

3、 非结构物质 不是酶 是用来在细胞间和细胞内传递信息的分子 蛋白质、多肽、核苷酸、脂类衍生物、类固醇和气体分子,15,信号分子的类型及传导方式,激素 内分泌细胞（如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体）合成的化学信号分子，经血液循环运送到体内各部位的靶细胞。 主要有3种：蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物。,16,局部化学介质与旁分泌(paracrine) 细胞分泌化学介质(local chemical mediator)到细胞外液中作用于邻近靶细胞。 蛋白质和肽类（生长因子）、氨基酸和脂肪酸衍生物（前列腺素）。,17,自分泌(autocrine) 是指细胞对自身产生的物质发

4、生反应, 常见于病理条件下, 如肝细胞合成的释放生长因子, 可以刺激自身, 导致肿瘤细胞增生, 失去控制。这种信号中最主要的一类是前列腺素(PG)。,18,神经递质 神经递质是由神经末梢分泌到触突(synapses)中的信号分子（乙酰胆碱）； 它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很近很近； 为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。神经递质仅作用于相连接的靶细胞。,肾上腺素兼有神经递质和旁分泌的功能,19,20,5.3 受体,一般特性 概念： 与配体结合并产生特定效应的蛋白质 统称为受体。 存在部位： 膜表面受体 胞内受体 膜受体的主要功能是: 接受信号，传导信号,21,胞内受体的结构

5、,22,三种类型的细胞表面受体,离子通道偶联受体(ion-channel linked receptor),G-蛋白偶联受体(G-protein linked receptor),酶联受体(enzyme-linked receptor),23,Ion-channel linked receptor,见于可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种电效应。 受体本身就是形成通道的跨膜蛋白，如乙酰胆碱受体就是离子通道偶联受体。 它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白, 除有配体结合部位外, 本身就是离子通道的一部分, 并籍此将信号传递至细胞内。,24,乙酰胆碱受体与信号传递,25,乙酰胆碱受体,银环蛇毒素,26

6、,G-蛋白偶联受体 G-蛋白偶联受体是最大的一类细胞表面受体，超过1000种。 它们介导许多细胞外信号的转导，包括激素、局部介质和神经递质。 G蛋白偶联受体主要参与味道、气味和光的感受。,27,7次跨膜的 螺旋 信号分子诱导构型变化，激活细胞膜内侧的G-蛋白。 G-蛋白激活后，与G-蛋白偶联受体分离，进一步作用于靶酶或离子通道。 进化保守。,28,G-蛋白: 组成: 一般由三个亚基组成, 分别叫、, 、两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白变性时才分开。 功能位点: 亚基具有三个功能位点：GTP结合位点; 鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性; ADP-核糖化位点。,29,G蛋白偶联受体与信号

7、转导,30,G蛋白与信号传递,31,酶联受体(enzyme linked receptor) 受体蛋白既是受体又是酶，一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大，又称催化受体(catalytic receptor)。 这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关。,32,酶联受体,心房肽,表皮生长因子,第二信使(second messenger) 信号分子与受体结合后向胞内进行信号转导，通常把细胞外的信号称为第一信使，而把细胞内产生的非蛋白信号物质称为第二信使。 目前公认的第二信使有cAMP、DAG、IP3、cGMP 和Ca2+。,34,效应物(effector) 接收信息后能够直接引起反应效应的物

8、质，通常是酶； 如腺苷酸环化酶在信号转导中能够将ATP转变成cAMP引起细胞内的反应。,35,cAMP的产生,36,NO气体分子介导的信号转导,一氧化氮是有毒、可溶性的气体，产自精氨酸，在一些组织中作为局部介质起作用。NO能够引起血管壁的平滑肌细胞松弛，血液流通顺畅。 旁分泌信号，存在于神经、免疫和循环系统。 扩散进入细胞，不必通过跨膜受体转运，不同于类固醇分子。,37,一氧化氮的信号作用,38,夜宁新Niteworks,是目前为止只有这个产品是全世界唯一的能预防心脑血管疾病的食品.,39,5.4 cAMP 信号途径,cAMP信号途径又称PKA系统，是蛋白激酶A系统的简称(protein ki

9、nase A system, PKA)； 该系统属G蛋白偶联受体信号传导； 在该系统中, 细胞外信号要被转换成第二信使cAMP引起细胞反应。,40,激活型 激活型的信号激活型的受体激活型的G蛋白腺苷酸环化酶活性;从而提高cAMP的浓度引起细胞的反应。 抑制型 抑制型的信号抑制型的受体抑制型的G蛋白腺苷酸环化酶活性；从而降低cAMP的浓度引起细胞的反应。,41,5.4.1 系统组成,激活型的系统组成 激活型受体(Stimulate Receptor, Rs) 肾上腺素(型)受体, 胰高血糖素受体等 此类受体都是7次跨膜的膜整合蛋白。 激活型的G-蛋白 将受体接收的信号传递给腺苷酸环化酶，使该酶激

10、活。 效应物 腺苷酸环化酶,42,受体、G蛋白和效应物,43,该系统中三个成员存在的实验证据 通过细胞融合实验证明受体与腺苷酸环化酶是两种不同的蛋白质； 高效信号转导需要G蛋白的存在； GTP可增强激素对腺苷酸环化酶的激发,44,证明G蛋白作用的实验,45,抑制型的系统组成 抑制型受体(Inhibite Receptor, Ri) 抑制型的受体(Ri)通过Gi抑制腺苷酸环化酶的活性,降低膜内cAMP的水平。 抑制型G蛋白(Gi-proteins) 抑制型的GTP结合蛋白传递抑制性信号,降低腺苷酸环化酶的活性。 效应物腺苷酸环化酶。,46,激活型与抑制型受体进行信号传导的效应,47,5.4.2

11、cAMP信号途径,cAMP的产生与信号放大 cAMP的产生 cAMP的信号放大,48,G-蛋白偶联受体与cAMP的产生,49,信号放大: 蛋白激酶A的激活 结构： PKA: 2个调节亚基和2个催化亚基。 激活: cAMP 连接2个调节亚基，导致2个调节亚基和2个催化亚基分离，2个分离的催化亚基具有酶活性，可使靶酶的丝氨酸残基磷酸化，糖原分解。,50,蛋白激酶A的激活,51,蛋白激酶A的作用机理,被激活的蛋白激酶A可以以两种方式起作用: 2个分离的催化亚基具有酶活性，可使靶酶的丝氨酸残基磷酸化，激活糖原分解的酶。 PKA还可以转移到细胞核中磷酸化某些重要的核蛋白，其中主要是CREB（cAMP r

12、esponse element）, 激活糖异生有关的酶。,52,PKA的胞质和核功能,?,53,The free catalytic subunit of protein kinase A translocates to the nucleus and phosphorylates the transcription factor CREB (CRE-binding protein), leading to expression of cAMP-inducible genes.,54,5.4.3 cAMP途径的信号 解除和抑制,信号解除 通过磷酸二酯酶将cAMP降解,形成5-AMP； 通过抑制型的信号作用于Ri, 然后通过Gi起作用。,55,cAMP的合成与分解,56,cAMP信号的抑制,57,毒素对cAMP信号途径的影响 霍乱毒素(cholera toxin) 能把NAD+上的NAD-核糖转移到Gs蛋