细胞生物学信号传导.ppt

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1、信号转导信号转导 Signal Transduction学习重点：学习重点：v掌握信号转导相关名词的概念；掌握信号转导相关名词的概念；v掌握经典信号转导途径；掌握经典信号转导途径；v掌握经典第二信使分子的产生途径和作用方式掌握经典第二信使分子的产生途径和作用方式Signal Transduction细胞的社会性细胞的社会性v细胞核内的基因社会细胞核内的基因社会 （ the society of genes）是指细胞在其生存环境中与其它细胞是指细胞在其生存环境中与其它细胞相互作用相互作用、相互相互依存依存和和相互制约相互制约的动态与网络化的关系。的动态与网络化的关系。 v机体内的细胞社会机体内的

2、细胞社会 （the society of cells）v细胞内的生物分子社会细胞内的生物分子社会 （the society of biomolecules）Signal Transduction个体的多样性个体的多样性 （Diversity） ：分工与分化。：分工与分化。个体的共性个体的共性 （Unity）：共同语言。）：共同语言。N 构成社会的两个要素：构成社会的两个要素：Signal Transduction信号转导（信号转导（signal transduction）：通过化学信号分）：通过化学信号分子而实现对细胞的生命活动进行调节的现象。子而实现对细胞的生命活动进行调节的现象。信号转导信

3、号转导Signal Transduction(1) synthesis of the signaling molecule by the signaling cell(2) release of the signaling molecule by the signaling cell(3) transport of the signal to the target cell(4) detection of the signal by a specific receptor protein(5) a change in cellular metabolism, function, or deve

4、lopment triggered by the receptor-signal complex(6) removal of the signal, which usually terminates the cellular responseSignal TransductionSignal Transduction一、信号分子与受体一、信号分子与受体Signal Transduction（一）信号分子的种类（一）信号分子的种类激素激素神经递质神经递质局部介质局部介质Signal Transduction 亲脂性信号分子亲脂性信号分子 亲水性信号分子亲水性信号分子 气体性信号分子气体性信号分子

5、(NO) （二）什么是受体？（二）什么是受体？一种能够识别和选择性结合某种配体（信一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导号转导（signal transduction）作为将胞外信作为将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。列过程，最终表现为生物学效应。 Signal Transduction A) 与配体结合的特异性与配体结合的特异性B) 饱和性饱和性C) 高亲和性高亲和性D) 可逆性与可竞争性可逆性与可竞争性E) 有有特定的组织细

6、胞定位，与配体结合后能特定的组织细胞定位，与配体结合后能引发特定的生物效应。引发特定的生物效应。受体必须具备的特性：受体必须具备的特性：Signal TransductionSignal Transductionv介导物质跨膜运输（受体介导的内吞作用）介导物质跨膜运输（受体介导的内吞作用）v信号转导：信号转导：受体的激活（受体的激活（activation） 级联反应；级联反应；受体失敏（受体失敏（desensitization） 关闭反应；关闭反应；减量调节（减量调节（down-regulation） 降低反应。降低反应。受体的功能：受体的功能：Signal TransductionSigna

7、l Transduction受体的类型：受体的类型：细胞表面受体细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活。为胞外亲水性信号分子所激活。 1. 离子通道偶联的受体（离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） 2. G-蛋白偶联的受体（蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 3. 酶偶联的受体（酶偶联的受体（enzyme-linked receptor） 细胞内受体细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活为胞外亲脂性信号分子所激活激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）Signal Trans

8、ductionThe nuclear receptor superfamily二、信号转导中的蛋白质二、信号转导中的蛋白质Signal TransductionSignal TransductionRelay：传播：传播Transduce and amplify：转换：转换和扩增和扩增Scaffold and anchor：支架和：支架和锚定锚定modulate：调节：调节（一）信号开关（一）信号开关（signaling switches）分子开关（分子开关（molecular switch）指处于信号转导途径关键部位的一类蛋白指处于信号转导途径关键部位的一类蛋白质，它们可以接受上游信号而被活

9、化（即进入质，它们可以接受上游信号而被活化（即进入到到开启开启状态），进而将信号传递给下游的靶分状态），进而将信号传递给下游的靶分子；又以一定的方式失活（即进入到子；又以一定的方式失活（即进入到关闭关闭状状态），从而终止信号的传导。（态），从而终止信号的传导。（磷酸化和磷酸化和GTP结合结合）Signal TransductionSignal Transduction包括两大类：包括两大类：A，单体，单体G蛋白蛋白（Monomeric guanine nucleotide binding proteins），又称为小），又称为小GTP酶（酶（Small GTPase）或小或小G蛋白蛋白。如：如

10、：Ras, Ran, Rho, Rac, Cdc42, Arf, EFTu. B，三聚体，三聚体G蛋白蛋白（Trimeric guanine nucleotide binding proteins）。或称为大）。或称为大G蛋白（蛋白（Large G proteins）。）。如：如：Gs, Gi, Gq. 与与G蛋白受体偶联发挥蛋白受体偶联发挥作用。作用。G蛋白（蛋白（Guanine nucleotide binding proteins, or GTPbinding proteins, or G proteins）Signal TransductionSignal TransductionSi

11、gnal Transduction（二）第二信使（二）第二信使（second messenger）第二信使：配体受体结合触发的胞内释放的信号分子。第二信使：配体受体结合触发的胞内释放的信号分子。包括包括cAMP、Ca2+、二酰基甘油（、二酰基甘油（diacylglycerol, DAG）、三磷酸肌醇（）、三磷酸肌醇（inositol 1, 4, 5-triphosphate, IP3）等。等。其他的：其他的：PI(3, 4, 5)P3 , IP4 , IP6 , sphingosine/ceramide, cADP-ribose, polyamines, polyphosphates, dou

12、ble-stranded RNA (dsRNA), etc.Signal Transduction1、环磷酸腺苷（、环磷酸腺苷（cyclic AMP, cAMP）2、DAG和和IP3Signal TransductionSignal TransductionSignal Transduction质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸（质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）通过代谢产生两个第二信）通过代谢产生两个第二信使：使：1，4，5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇 （IP3）和二酰基甘油）和二酰基甘油 （DAG）。）。IP3 动员细胞内质网中的内源钙到胞浆，提高了胞内钙浓度动员细胞内质网中的内源钙到胞浆，提高了胞内钙

13、浓度 。DAG 可活化与质膜结合的蛋白激酶可活化与质膜结合的蛋白激酶 C (PKC)。PKC是钙和磷是钙和磷脂酰丝氨酸依赖性丝苏氨酸蛋白激酶。脂酰丝氨酸依赖性丝苏氨酸蛋白激酶。PKC是包括许多成员的是包括许多成员的分子家族，主要有分子家族，主要有PKC , PKC , PKC , PKC , , , , , 等等。PKC 主要分布在胞浆中，呈非活性构象。当细胞受到刺激时，主要分布在胞浆中，呈非活性构象。当细胞受到刺激时，PIP2 水解产生的水解产生的 IP3 使胞浆中钙离子浓度升高，导致胞浆中的使胞浆中钙离子浓度升高，导致胞浆中的 PKC 转位到质膜内表面。转位到质膜内表面。 另一方面，另一方

14、面，PIP2 水解引起质膜上水解引起质膜上 DAG 瞬间积累，瞬间积累， DAG 使使 PKC 跃迁为活性构象，磷酸化特殊蛋跃迁为活性构象，磷酸化特殊蛋白上的白上的 丝苏氨酸残基。丝苏氨酸残基。 Signal TransductionSignal Transduction3、Ca2+The fertilization of an egg by a sperm triggers an increase in cytosolic Ca2+.Ca2+ 活化各种钙结合蛋白，其中一种称为钙调素活化各种钙结合蛋白，其中一种称为钙调素（Calmodulin，CaM）。钙调素有）。钙调素有4个结构域，每个结构

15、域个结构域，每个结构域可结合一个钙离子。钙调素本身无活性，当它与可结合一个钙离子。钙调素本身无活性，当它与 Ca2+ 结合结合后，引起钙调素构象改变，使之与靶酶结合形成活化的钙后，引起钙调素构象改变，使之与靶酶结合形成活化的钙调素酶复合物，进而调节酶的活性。调素酶复合物，进而调节酶的活性。 与与Ca2+/Calmodulin 结合的靶酶包括钙调素激酶（结合的靶酶包括钙调素激酶（CaMK）家族。）家族。长时间维持胞浆中高浓度的长时间维持胞浆中高浓度的 Ca2+ 会使细胞中毒，质膜和会使细胞中毒，质膜和内质网上的钙泵可将胞浆中的内质网上的钙泵可将胞浆中的 Ca2+ 泵到细胞外和内质网腔泵到细胞外和

16、内质网腔中，使胞浆中的中，使胞浆中的 Ca2+ 浓度恢复到基态浓度恢复到基态( 10-7 M )水平。水平。Signal Transduction3、Ca2+Signal TransductionSignal Transduction4、NO信号信号Signal TransductionSignal Transduction（三）衔接体蛋白（三）衔接体蛋白 在描述信号通路时，有几种氨基酸顺序在不同在描述信号通路时，有几种氨基酸顺序在不同的蛋白中重复出现，这些顺序参与许多种蛋白质的的蛋白中重复出现，这些顺序参与许多种蛋白质的紧密折叠域的形成，是蛋白与蛋白之间、蛋白和膜紧密折叠域的形成，是蛋白与蛋白之间、蛋白和膜油脂之间互相作用的媒介，将蛋白装配成能执行一油脂之间互相作用的媒介，将蛋白装配成能执行一系列反应的多分子功能元件，使受体到效应子的转系列反应的多分子功能元件，使受体到效应子的转导更为可靠，如导更为可靠，如 Scr homology（SH2）。）。三、信号通路三、信号通路Signal Transduction通过细胞表面受体介导的通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递信号跨膜传递v G-