4细胞信号转导ppt.ppt

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1、英国诗人 John Donne:“No man is an island”Cell:No cell is an island引言 生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。个完整的自然的信息处理系统。一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存；其内外部环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息物质如核酸和蛋白质信息在不同另一方面信息物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。世代间传递维持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命

2、现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进化。生命的进化实质上就是信息系统的进化。单细胞生物通过反馈调节，适应环境的单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。变化。多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除了反馈调节外，更有赖于细胞社会，除了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号转导，以协调不同细胞间的通讯与信号转导，以协调不同细胞的行为，如：的行为，如：调节代谢；实现细胞功能；调节细胞周期；控制细胞分化；影响细胞的存活。Nobel prizes awarded for research in signal transduction

3、Year Recipient Prize Area of Research 2000 A.Carlsson,P.Greengard,E.Kandel M&P Signal transduction in the nervous system 1999 G.Blobel M&P Signal hypothesis of protein translocation 1998 R.Furchgott,L.Ignarro,F.Murad M&P Role of NO as cellular messenger 1994 A.Gilman,M.Rodbell M&P Structure and func

4、tion of GTP-binding(G)proteins 1992 E.Fischer,E.Krebs M&P Alteration of enzyme activity by phosphorylation/dephosphorylation 1971 E.W.Sutherland M&P Mechanism of hormone action and cyclic AMP 2001 L.H.Hartwell,R.T.Hunt,P.M.Nurse M&P key regulators of the cell cycle2002 S.Brenner,H.R.Horvitz,J.E.Suls

5、ton M&P Apoptosis2004 Linda Buck,Richard Axel M&P smell目录 一、细胞信号转导的基本概念和特征 二、G蛋白偶联受体和第二信使 三、受体型酪氨酸激酶 四、胞内受体介导的信号传导 五、细胞信号转导途径之间的关系 六、其它细胞信号转导途径一、细胞信号转导的基本概念和特征 典型的信号系统 概念 相关概念 特征1.1典型的细胞信号转导系统1、通过质膜上的特异受体识别来自细胞外部的各种刺激。2、将信号跨膜传递至胞质表面。3、再将信号传递至位于质膜内表面或胞浆内的特殊效应器分子，从而触发细胞的各种反应。4、外界刺激水平下降后，信号分子失活或解体，导致细胞

6、反应停止。细胞信号转导的几种特殊情况 甾醇类激素作用于靶细胞是以融合扩散的方式通过细甾醇类激素作用于靶细胞是以融合扩散的方式通过细胞膜，然后再与细胞内部的受体蛋白作用，转变成一胞膜，然后再与细胞内部的受体蛋白作用，转变成一个有活性的转录因子。个有活性的转录因子。一氧化氮一氧化氮(NO)(NO)这种细胞信使也是以扩散的方式通过细这种细胞信使也是以扩散的方式通过细胞膜的。胞膜的。还有一种情况，信使分子与细胞表面受体结合直接激还有一种情况，信使分子与细胞表面受体结合直接激发细胞起反应，而不是在细胞内产生一个刺激信号后发细胞起反应，而不是在细胞内产生一个刺激信号后再通过一系列的转导过程触发细胞起反应，

7、如神经递再通过一系列的转导过程触发细胞起反应，如神经递质乙酰胆碱就是这种机制，当它与骨骼肌细胞上的相质乙酰胆碱就是这种机制，当它与骨骼肌细胞上的相应受体结合后，即开启受体自身的离子通道直接促发应受体结合后，即开启受体自身的离子通道直接促发细胞反应。细胞反应。1.2细胞信号转导的概念“细胞信号转导”：细胞通过将信号传递至细胞内部来完成细胞对外界环境刺激所产生的相应反应。Cell signaling Signal transduction1.3几个概念 细胞信号发放（细胞信号发放（cell signalingcell signaling），细胞释放信号分），细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。

8、子，将信息传递给其它细胞。细胞通讯（细胞通讯（cell communicationcell communication）指一个细胞发出的）指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。细胞识别（细胞识别（cell recognitioncell recognition）指细胞与细胞之间通）指细胞与细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，从而引起细胞反应过细胞表面的信息分子相互作用，从而引起细胞反应的现象的现象 信号转导（信号转导（signal transductionsignal transduction）指外界信号（如）指外界

9、信号（如光、电、化学分子）与细胞细胞受体作用，通过影响光、电、化学分子）与细胞细胞受体作用，通过影响细胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一细胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一系列过程。系列过程。v细胞信号转导的类型细胞信号转导的类型v1.1.通过细胞内受体介导的信号传递通过细胞内受体介导的信号传递v亲脂性小分子通过与细胞内受体结合传递信号亲脂性小分子通过与细胞内受体结合传递信号v NO NOv2.2.通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递v离子通道偶联的受体离子通道偶联的受体v G蛋白偶联的受体蛋白偶联的受体v与酶连接的受体与酶连接的受体信号分子

10、 生物细胞所接受的信号既可以是物理信号（光、生物细胞所接受的信号既可以是物理信号（光、热、电流），也可以是化学信号。热、电流），也可以是化学信号。从化学结构来看细胞信号分子包括：短肽、蛋从化学结构来看细胞信号分子包括：短肽、蛋白质、气体分子（白质、气体分子（NONO、COCO）以及氨基酸、核苷）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等，其共同特点是：酸、脂类和胆固醇衍生物等等，其共同特点是：特异性特异性；高效性高效性；可被灭活可被灭活。从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和气体分子等四经递质、局部化学介导因子和气体分子等四类

11、类 。从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类。从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类。脂溶性信号分子，如甾类激素和甲状腺素，可脂溶性信号分子，如甾类激素和甲状腺素，可直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素素-受体复合物，调节基因表达。受体复合物，调节基因表达。水溶性信号分子，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受水溶性信号分子，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经信号转换机制，通过胞内信使（如体结合，经信号转换机制，通过胞内信使（如cAMPcAMP）或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答反应。所

12、以这类信号分子又称为引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称为第第一信使（一信使（primary messengerprimary messenger），而，而cAMPcAMP这样的胞这样的胞内信号分子被称为内信号分子被称为第二信使（第二信使（secondary secondary messengermessenger）。目前公认的第二信使有目前公认的第二信使有cAMPcAMP、cGMPcGMP、三磷酸肌醇、三磷酸肌醇（IP3IP3）和二酰基甘油（）和二酰基甘油（DGDG），），CaCa2+2+被称为被称为第三信使第三信使是因为其释放有赖于第二信使。是因为其释放有赖于第二信使。第二信使的作用是

13、对胞外信号起第二信使的作用是对胞外信号起转换和放大转换和放大的作用。的作用。受体 受体（受体（receptorreceptor）是一种能够识别和选择性结）是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，从而合某种配体（信号分子）的大分子物质，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物学效应。多为糖蛋白，一信号物质特定的生物学效应。多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域。和产生效应的区域。受体与配体间的作用具有三个主要特征：受体与配体间的作用具有三个主要

14、特征：特特异性；饱和性；高度的亲和力。异性；饱和性；高度的亲和力。根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体（细胞内受体（intracellular receptorintracellular receptor）和细）和细胞表面受体（胞表面受体（cell surface receptorcell surface receptor）。）。细胞表面受体介导亲水性信号分子的信息传递，细胞表面受体介导亲水性信号分子的信息传递，可分为：离子通道型受体、可分为：离子通道型受体、G G蛋白耦联型蛋白耦联型受体和酶耦联型受体。受体和酶耦联型受体。分子开关 分子开

15、关是指在细胞内一系列信号传递的级联反应中，控制正、负两种相辅相成的反馈机制。即对每一步反应既要求有激活机制又必然要求有相应的失活机制，而且两者对系统的功能同等重要。细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分为两类：一类开关蛋白的活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。蛋白激酶 蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP ATP 的的 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化，可分为酸化，可分为5 5类。类

16、。蛋白激酶在信号转导中主要作用有两个方面：蛋白激酶在信号转导中主要作用有两个方面：其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性；些则在去磷酸化后具有活性；其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。放大，引起细胞反应。1.4细胞信号转导的特征1.在信号转导过程中，通过加上或移去磷酸基团从而改变下游一系列蛋白质的活性是信号转导过程中一个最显著的特征。2.细胞信号转导过程的另外一个显著特征是以GTP结合蛋白(GTP-binding proteins or G proteins)作为“开关”的某种细胞活动与另外一些同样需要GTP结合蛋白参与调控的细胞活动过程相偶联。ATP ADPATP ADPProtein kinase 2Proteinphosphatase 1Proteinphosphatase 3ATP A