第9章信号传导.ppt

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1、第九章第九章 细胞信号传导细胞信号传导 第一节第一节 概述概述 一、细胞通讯一、细胞通讯 二、细胞信号转导的特征及其转导系统二、细胞信号转导的特征及其转导系统第二节第二节 细胞内受体介导的信号转导细胞内受体介导的信号转导第三节第三节 G-G-蛋白偶联的受体介导的信号转导蛋白偶联的受体介导的信号转导第四节第四节 酶联受体介导的信号转导酶联受体介导的信号转导第五节第五节 信号的整合与控制信号的整合与控制3版，版，P218第一节第一节 概述概述 一、细胞通讯一、细胞通讯(cell communication)（一）（一）细胞通讯方式：细胞通讯方式：（1）分泌化学信号进行通讯）分泌化学信号进行通讯（3

2、）间隙连接或者胞间连丝）间隙连接或者胞间连丝（2）接触依赖性通讯）接触依赖性通讯概念：概念：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞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的反应。产生相应的反应。三种细胞通讯方式三种细胞通讯方式一、细胞通讯一、细胞通讯(cell communication)（1）分泌化学信号进行通讯）分泌化学信号进行通讯（3）间隙连接或者胞间连丝）间隙连接或者胞间连丝（2）接触依赖性通讯）接触依赖性通讯A:垂体、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、性腺、垂体、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、性腺、胰岛、胸腺及松果体胰岛、胸腺及松果体B:胃肠粘膜上皮的内分泌细胞、胰岛胃肠粘膜上皮的

3、内分泌细胞、胰岛D细胞、细胞、分泌前列腺素的细胞分泌前列腺素的细胞1.细胞信号分子细胞信号分子分类分类：1.生物细胞所接受的信号生物细胞所接受的信号 2.化学结构化学结构:短肽、蛋白质、气体分子（短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）以及）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等，氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等，其共同特点是：特异性，只能与特定的受体结合；其共同特点是：特异性，只能与特定的受体结合；细胞间识别细胞间识别-信号分子高效性，几个分子即可发生明显信号分子高效性，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大系统的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大

4、系统可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳物理信号（光、热、物理信号（光、热、电流）电流）化学信号（激素、局部化学信号（激素、局部介质、神经递质）介质、神经递质）（二）（二）细胞通讯元件：细胞通讯元件：3.产生和作用方式产生和作用方式:4.溶解性溶解性 内分泌激素内分泌激素神经递质神经递质局部化学介导因子局部化学介导因子气体分子气体分子脂溶性信号分子，如甾类激素和甲状腺素，可直脂溶性信号分子，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素接穿膜进

5、入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受受体复合物，调节基因表达。体复合物，调节基因表达。水溶性信号分子，如神经递质、细胞因子和水溶性激水溶性信号分子，如神经递质、细胞因子和水溶性激素，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经信号素，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（如转换机制，通过胞内信使（如cAMP）或激活膜受体）或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答反应。反应。2.受体（受体（receptor）细胞膜上或细胞内能够识别和选择性结合细胞膜上或细胞内能够识别和选择性结合某种配体（信号分子），多为糖蛋白

6、，少某种配体（信号分子），多为糖蛋白，少量是糖脂，分子上具有配体结合区域和产量是糖脂，分子上具有配体结合区域和产生效应的区域。生效应的区域。特点：特异性；饱和性；配体与受特点：特异性；饱和性；配体与受体结合高度的亲和力。体结合高度的亲和力。（二）（二）细胞通讯元件：细胞通讯元件：细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与细胞的固有特征有关。相同信号可产生不同效应：如Ach可引起骨骼肌收缩、作用于心肌收缩频率降低，唾腺细胞分泌。不同信号可产生相同效应：如肾上腺素、胰高血糖素，促进肝糖原降解而升高血糖。分类分类：靶细胞上受体存在的部位靶细胞上受体存在的部位 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质

7、中，主要识别和结合小的脂溶细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性信号分子，如胞内的甾体类激素受体。性信号分子，如胞内的甾体类激素受体。细胞表面受体：主要亲水性信号分子的信息传递。细胞表面受体：主要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蛋白耦联型受体和酶耦联型受体。蛋白耦联型受体和酶耦联型受体。有组织特异性，主要存在神经、肌肉等兴奋细胞。有组织特异性，主要存在神经、肌肉等兴奋细胞。和不同组织和不同组织所有类型细胞所有类型细胞 细胞内受体细胞内受体（intracellular receptor）细胞表面受体细胞表面受体（cell sur

8、face receptor）离子通道型受体离子通道型受体 受体本身为离子通道，即配体门通道配体门通道。主要存在于神经神经、肌肉肌肉等可兴奋细胞，信号分子为神经递质神经递质。分为：阳离子通道，如乙酰胆碱受体；阴离子通道，如氨基丁酸受体。Chemical synapse3、第二信使和分子开关、第二信使和分子开关 第二信使第二信使 定义定义：细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使信号称为第二信使,而将细胞外的信号称为第一信使。而将细胞外的信号称为第一信使。第二信使为第一信使作用于靶细胞后在胞浆内产生的信息分第二信使为第一信使作用于靶细

9、胞后在胞浆内产生的信息分子，第二信使将获得的信息增强，分化，整合并传递给效应子，第二信使将获得的信息增强，分化，整合并传递给效应器才能发挥特定的生理功能或药理效应。器才能发挥特定的生理功能或药理效应。第二信使包括：环磷腺苷，环磷鸟苷，肌醇磷脂，钙离子，第二信使包括：环磷腺苷，环磷鸟苷，肌醇磷脂，钙离子，廿碳烯酸类，一氧化氮等。廿碳烯酸类，一氧化氮等。（二）（二）细胞通讯元件：细胞通讯元件：作用方式作用方式 直接作用。如直接作用。如Ca能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩肉收缩;间接作用。这是主要的方式，第二信使通过活化蛋白激间接作用。这是主要的方式，第二信

10、使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。基本特性基本特性 第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子；出现、仅在细胞内部起作用的信号分子；能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。分子开关分子开关（molecular switches）：定义定义：通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。分类分类：一类GTPase开关蛋白：结合GTP而活化，结合GDP而失活。二类 蛋白激酶

11、和蛋白磷酸酶调开关蛋白：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，许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是蛋白激酶本身，在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应A.通过磷酸化而活化的开关蛋白通过磷酸化而活化的开关蛋白B.通过结合通过结合GTP而活化的开关蛋白而活化的开关蛋白第二信使与分子开关第二信使与分子开关 A.开关蛋白的活性由激酶开关蛋白的活性由激酶使之磷酸化而开启，由磷酸使之磷酸化而开启，由磷酸酶使之去磷酸化而关闭；酶使之去磷酸化而关闭；B.主要开关蛋白由主要开关蛋白由GTP结结合蛋白组成，结合合蛋白组成，结合GTP而而活化，结合活化，结合GDP而失活。而失活。类型

12、类型：二、细胞信号转导的特征及其转导系统二、细胞信号转导的特征及其转导系统1.信号传导系统的基本组成信号传导系统的基本组成新陈代 谢酶 改变新陈代谢基因调控蛋白细胞支架蛋白 改变细胞形状或运动 改变基因表达1 1）细胞膜上特殊受体识别）细胞膜上特殊受体识别刺激。刺激。2 2）信号跨膜转导。）信号跨膜转导。3 3）信号传递到细胞内效应）信号传递到细胞内效应分子，该分子可引起细分子，该分子可引起细胞活动的改变。胞活动的改变。4 4）信号分子失活，引起细）信号分子失活，引起细胞反应停止。胞反应停止。2.2.信号转导通路的步骤：信号转导通路的步骤：signal magnification3.3.细胞表

13、面到细胞核的信号途径的各类蛋白成分细胞表面到细胞核的信号途径的各类蛋白成分1.1.细胞对外界刺激必须作出细胞对外界刺激必须作出适当的反应，且反应是特异适当的反应，且反应是特异性的。性的。2.2.细胞对外界刺激的反应是细胞对外界刺激的反应是通过信号传导进行的，而转通过信号传导进行的，而转导过程是一个放大过程。导过程是一个放大过程。（三）细胞传递信号的特征：（三）细胞传递信号的特征：3.3.细胞信号具有终止和下调细胞信号具有终止和下调作用。作用。细胞受到多种信号刺激，细细胞受到多种信号刺激，细胞对信号具有整合作用，它胞对信号具有整合作用，它以不同的组合方式调节细胞以不同的组合方式调节细胞的行为。的

14、行为。在生物发育过程中，每个细胞接受特定组合的细胞外信号在生物发育过程中，每个细胞接受特定组合的细胞外信号分子发生特定的反应。分子发生特定的反应。当信号消失之后，细胞能够记忆某些信号的效应。当信号消失之后，细胞能够记忆某些信号的效应。(如如CaCa2+2+)被被CaCa2+2+活化活化蛋白激酶蛋白激酶可可自磷酸化或磷酸化自磷酸化或磷酸化其它蛋白质分子其它蛋白质分子，自，自磷酸化磷酸化在在CaCa2+2+回复细胞内正常水平后很长时间内回复细胞内正常水平后很长时间内保持激酶的活保持激酶的活性，性，从而提供一个最初信号的记忆痕迹。从而提供一个最初信号的记忆痕迹。在多细胞生物发育的过程中，短暂的在多细

15、胞生物发育的过程中，短暂的细胞外信号分子细胞外信号分子经常经常诱导诱导长期的细胞效应长期的细胞效应。这些长期效应通常依赖于。这些长期效应通常依赖于自活化的记忆机制自活化的记忆机制，该机制推动信号通路的下游反应，即在基因转录水平上的反应。该机制推动信号通路的下游反应，即在基因转录水平上的反应。信号通路（信号通路（signaling pathwaysignaling pathway）细胞识别：细胞识别：细胞通过其细胞通过其表面的受体与胞外信号表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细

16、胞变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过整体的生物学效应的过程。程。细胞识别是通过各细胞识别是通过各种不同的种不同的信号通路信号通路实现实现的的。信号通路信号通路 细胞接受外界信号，细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系应答反应，这种反应系列称之为列称之为细胞信号通路细胞信号通路。1.细胞内受体的本质细胞内受体的本质:依赖激素激活的基因调控蛋白，依赖激素激活的基因调控蛋白，构成胞内受体超家族。构成胞内受体超家族。第二节第二节 细胞内受体细胞内受体介导的信号转导介导的信号转导N端端转录激活结构域转录激活结构域；C端端激素结合位点；激素结合位点；中部中部富含富含Cys、具有两个重复的、具有两个重复的锌指结构，可与锌指结构，可与DNA或或Hsp90结合位点结合位点一、细胞内受体及其对基因表达的调节一、细胞内受体及其对基因表达的调节2.结构结构胆固醇激素受体激活胆固醇激素受体激活 目前发现：类固醇激目前发现：类固醇激素、视黄素、维