第8章细胞信号转导课件.ppt

1、 细胞通讯细胞通讯信号转导系统及其特点信号转导系统及其特点 细胞内核受体及其对基因表达的调节细胞内核受体及其对基因表达的调节 一氧化氮介导的信号通路一氧化氮介导的信号通路 细胞通讯与细胞识别细胞通讯与细胞识别 细胞的信号分子与受体细胞的信号分子与受体 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 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 由细胞表面整合蛋白介导的信号传递由细胞表面整合蛋白介导的信号传递 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息信息 信号转导系统的基本组成与信号蛋白信号转导系统的基本组成与信号

2、蛋白细胞内信号蛋白的相互作用细胞内信号蛋白的相互作用信号转导系统的主要特性信号转导系统的主要特性 细胞内信号蛋白之细胞内信号蛋白之间的相互作用是靠蛋间的相互作用是靠蛋白质模式结合域的特白质模式结合域的特异性介导。异性介导。通过细胞表面受体介导的信号途通过细胞表面受体介导的信号途径由径由4个步骤组成：个步骤组成： 细胞通过特异性受体识别胞外细胞通过特异性受体识别胞外信号分子；信号分子； 信号跨膜转导；信号跨膜转导； 通过胞内级联反应实现信号放通过胞内级联反应实现信号放大作用，并最终导致细胞活性大作用，并最终导致细胞活性改变；改变； 由于信号分子失活，细胞反应由于信号分子失活，细胞反应终止或下调。

3、终止或下调。信号途径所需的信号蛋白：信号途径所需的信号蛋白：转承蛋白：简单地将信息下传；转承蛋白：简单地将信息下传；信使蛋白：携带信号传递其靶位；信使蛋白：携带信号传递其靶位；接头蛋白：连接信号蛋白；接头蛋白：连接信号蛋白；放大和转导蛋白：由酶或通道蛋白组放大和转导蛋白：由酶或通道蛋白组成，介导产生信号级联反应；成，介导产生信号级联反应；传感蛋白：信号不同形式的转换；传感蛋白：信号不同形式的转换；分歧蛋白：将信号从一条途径传播到分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径；另外途径；整合蛋白：多条途径接受信号并整合整合蛋白：多条途径接受信号并整合下传；下传；潜在基因调控蛋白：本身被受体激活，潜在基

4、因调控蛋白：本身被受体激活，迁移到细胞核刺激基因转录。迁移到细胞核刺激基因转录。1、特异性、特异性2、放大作用、放大作用3、对信号的终止或下调、对信号的终止或下调4、对信号的整合、对信号的整合细胞的命运取决于对胞外信号的特殊组细胞的命运取决于对胞外信号的特殊组合进行程序性反应，表现不同的行为，合进行程序性反应，表现不同的行为，或者存活、分裂、分化和死亡。或者存活、分裂、分化和死亡。 几个容易混淆的概念几个容易混淆的概念 细胞通讯方式细胞通讯方式 信号分子与受体信号分子与受体u 细胞信号发放细胞信号发放(cell signaling，信号传导，信号传导 )：细胞释放信号分：细胞释放信号分子，将信

5、息传递给其它细胞。子，将信息传递给其它细胞。u细胞通讯细胞通讯(cell communication）：指一个细胞发出的信息通）：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。过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。u细胞识别细胞识别(cell recognition)：指细胞与细胞之间通过细胞表面：指细胞与细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。u信号转导信号转导(signal transduction)： 指外界信号指外界信号(如光、电、化如光、电、化学分子学分子)引起细胞表面受体构象改变，改变细胞内信使的浓引

6、起细胞表面受体构象改变，改变细胞内信使的浓度，进而引起细胞应答反应的一系列过程。度，进而引起细胞应答反应的一系列过程。两种信号转导途两种信号转导途径径 。l一种是通过一种是通过G蛋白偶联方式，蛋白偶联方式，即信号分子同表面受体结合后即信号分子同表面受体结合后激活激活G蛋白，再由蛋白，再由G蛋白激活蛋白激活效应物，效应物产生细胞内信效应物，效应物产生细胞内信号；号；l第二种转导途径是结合的配体第二种转导途径是结合的配体激活受体的酶活性，然后由激激活受体的酶活性，然后由激活的酶去激活产生细胞内信号活的酶去激活产生细胞内信号的效应物的效应物 uu分泌化学信号进行通讯分泌化学信号进行通讯 内分泌（内分

7、泌（endocrine） 旁分泌（旁分泌（paracrine） 自分泌（自分泌（autocrine） 化学突触（化学突触（chemical synapse） uu接触性依赖的通讯接触性依赖的通讯: 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白 uu细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通：动物细胞间细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通：动物细胞间 隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分子实现代谢偶联或隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。电偶联的通讯方式。概念：概念： 细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）细

8、胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，而导致胞内一系列生理生化变化，最选择性地相互作用，而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 细胞识别的种类细胞识别的种类细胞之间识别的作用方式细胞之间识别的作用方式信号通路（信号通路（signaling pathway） 细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细信号转导为胞内信号，最终调节

9、特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。可分为四类：可分为四类：同种同类细胞之间的识别。如：胚胎发育与分化中的细同种同类细胞之间的识别。如：胚胎发育与分化中的细胞聚集；凝血过程中的血小板聚集。胞聚集；凝血过程中的血小板聚集。同种异类细胞之间的识别。如：受精过程中精子与卵子同种异类细胞之间的识别。如：受精过程中精子与卵子的识别；免疫细胞之间的相互作用。的识别；免疫细胞之间的相互作用。异种异类细胞之间的识别。如：细菌对动物的感染；寄异种异类细胞之间的识别。如：细菌对动物的感染；寄生虫对宿主的寄生。生虫对宿主的寄生。异种（异体

10、）同类细胞之间异种（异体）同类细胞之间的识别。如：输血、器官移器官移植等。植等。 两细胞通过其表面特定分子结构而直接相互作用两细胞通过其表面特定分子结构而直接相互作用 受精过程是细胞间一个很重要的识别过程。生物界受精的受精过程是细胞间一个很重要的识别过程。生物界受精的成功，只有同种的精子和卵子才能实现。这是因为精子表成功，只有同种的精子和卵子才能实现。这是因为精子表面有一种称为结合素的蛋白质，而卵子透明带则有与之结面有一种称为结合素的蛋白质，而卵子透明带则有与之结合的受体，两者均为糖蛋白，透明带表面有合的受体，两者均为糖蛋白，透明带表面有N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖胺及半乳糖残基，精子表面有唾液酸

11、转移酶。同种精子、胺及半乳糖残基，精子表面有唾液酸转移酶。同种精子、卵子相遇时，精子表面的糖基转移酶可将精子表面的唾液卵子相遇时，精子表面的糖基转移酶可将精子表面的唾液酸转移到卵的透明带表面的酸转移到卵的透明带表面的N-乙酰葡萄糖胺残基上，使透乙酰葡萄糖胺残基上，使透明带表面的精子结合素受体构型发生改变，精子才得以互明带表面的精子结合素受体构型发生改变，精子才得以互相识别而发生受精作用。相识别而发生受精作用。 两细胞通过凝集因子相互作用两细胞通过凝集因子相互作用 如：将胚胎小脑和视网膜的细胞混合，培养一段时如：将胚胎小脑和视网膜的细胞混合，培养一段时间后能重新形成具有原来结构的小脑和视网膜，不

12、出现混间后能重新形成具有原来结构的小脑和视网膜，不出现混杂的畸形组织。这是因为，这种混合细胞分别被两种特异杂的畸形组织。这是因为，这种混合细胞分别被两种特异性不同的凝集因子所凝集，小脑组织中的凝集因子特异地性不同的凝集因子所凝集，小脑组织中的凝集因子特异地与甘露糖结合，而视网膜组织中的凝集因子特异地与与甘露糖结合，而视网膜组织中的凝集因子特异地与N-乙乙酰氨基半乳糖特异结合。从这个例子中可以发现，不同细酰氨基半乳糖特异结合。从这个例子中可以发现，不同细胞之间聚合因子氨基酸组成相似，但糖的组成则不同。只胞之间聚合因子氨基酸组成相似，但糖的组成则不同。只有同种的组织表面的受体和聚合因子间才能聚合。

13、有同种的组织表面的受体和聚合因子间才能聚合。 信号分子（信号分子（signal molecule） uu亲脂性信号分子亲脂性信号分子 uu亲水性信号分子亲水性信号分子 uu气体性信号分子气体性信号分子(NO) 第二信使第二信使 受体（受体（receptor）多为糖蛋白）多为糖蛋白 分子开关（分子开关（molecular switches）l概念：信号分子是细胞的信息载体，包括化学信号：概念：信号分子是细胞的信息载体，包括化学信号：如各类激素、局部介质和神经递质等；物理信号：如如各类激素、局部介质和神经递质等；物理信号：如声、光、电、温度变化等。声、光、电、温度变化等。l根据信号分子的溶解性分类

14、根据信号分子的溶解性分类 ：l特点：特点： 特异性特异性 高效性高效性 可被灭活。可被灭活。1）亲脂性化学信号分子：甾类激素和甲状腺素。分子小，直）亲脂性化学信号分子：甾类激素和甲状腺素。分子小，直接跨膜，与细胞内受体结合形成激素接跨膜，与细胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基受体复合物，调节基因表达。因表达。2）亲水性化学信号分子：神经递质、局部介质、肽类激素。）亲水性化学信号分子：神经递质、局部介质、肽类激素。不能透过靶细胞质膜，只能与靶细胞表面受体结合，经信号不能透过靶细胞质膜，只能与靶细胞表面受体结合，经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷转换机制，在细胞内产生

15、第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称酸酶的活性，引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称为第一信使为第一信使(primary messenger)。其转换方式主要有：。其转换方式主要有： 激活膜受体的激酶活性；激活膜受体的激酶活性； 激活配体门通道；激活配体门通道； 引起第二信使的释放。引起第二信使的释放。3）气体信号分子：）气体信号分子：NO，进入细胞直接激活效应酶，参与体内，进入细胞直接激活效应酶，参与体内生理或病理过程，即生理或病理过程，即“明星分子明星分子”。激素激素(hormone)：激素是由内分泌细胞激素是由内分泌细胞(如肾上腺、睾丸、

16、如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体)合成的化学信号分子，一种内分泌细胞合成的化学信号分子，一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素，参与细胞通讯基本上只分泌一种激素，参与细胞通讯的激素有三种类型的激素有三种类型:蛋白与肽类激素、蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物激素。类固醇激素、氨基酸衍生物激素。神经递质神经递质 (neurotransmitters)： 神经递质是由神经末梢释放出来的小分神经递质是由神经末梢释放出来的小分子物质，是神经元与靶细胞之间的化学子物质，是神经元与靶细胞之间的化学信使。由于神经递质是神经细胞分泌的信使。由于神经递质是神

17、经细胞分泌的,所以这种信号又称为神经信号所以这种信号又称为神经信号(neuronal signaling)。 局部介质局部介质(local mediators)局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的细胞。通常将这种信号传导称为旁分泌信号只能作用于周围的细胞。通常将这种信号传导称为旁分泌信号(paracrine signaling)，以便与自分泌信号相区别。，以便与自分泌信号相区别。 l第二信使第二信使(second messengers) 细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信

18、号称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(first messengers)。l第二信使至少有两个基本特性第二信使至少有两个基本特性 l第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重要的第二信使。要的第二信使。l第二信使的作用：信号转换、信号放大。第二信使的作用：信号转换、信号放大。是第一信使同其膜受体结合后最早在细是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、仅在细胞内部起胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子；作用的信号分子；能启动或调

19、节细胞内稍晚出现的反应信能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。号应答。lcAMP: 环腺嘌呤核苷酸环腺嘌呤核苷酸 lcGMP: 环鸟嘌呤核苷酸环鸟嘌呤核苷酸 lDAG: 1,2-二酰甘油二酰甘油(diacylglycerol)lIP3: 1,4,5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇(inosositol 1,4,5-trisphosphate)lCa2+ 等（等（ Ca2+也叫第三信使）。也叫第三信使）。l 第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们能够激活级联系统中酶的第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们能够激活级联系统中酶的活性活性,以及非酶蛋白的活性。以及非酶蛋白的活性。l 第二信使在细胞内的

20、浓度受第一信使的调节第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节,它可以瞬间升高、且能快它可以瞬间升高、且能快速降低速降低,并由此调节细胞内代谢系统的酶活性并由此调节细胞内代谢系统的酶活性,控制细胞的生命活动控制细胞的生命活动,包括包括:葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动以及细胞产物的分泌。葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动以及细胞产物的分泌。l 第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存,并参与基因转录的调节。并参与基因转录的调节。l是一种能够识别和选择性结合某种配体是一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子信号分子)的大分的大分子物质，多为糖蛋白，至少包括

21、两个功能区域：配体结合子物质，多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域。区域和产生效应的区域。l受体与配体的结合具有三个主要的特征：受体与配体的结合具有三个主要的特征：特异性；特异性；饱饱和性；和性；高度的亲和力。高度的亲和力。l受体具有两个功能受体具有两个功能l受体可分为细胞内受体和细胞表面受体，二者通过不同的受体可分为细胞内受体和细胞表面受体，二者通过不同的机制介导不同的信号通路。机制介导不同的信号通路。l受体与配体之间并不是简单的一对一的关系，有四种应答受体与配体之间并不是简单的一对一的关系，有四种应答类型。类型。l一是识别自己特异的信号物质一是识别自己特异的信号物

22、质配体，识别表配体，识别表现在于两者的结合。现在于两者的结合。l二是识别和接受的信号准确无误地放大，并传递二是识别和接受的信号准确无误地放大，并传递到细胞内部，启动一系列胞内生化反应，最后导到细胞内部，启动一系列胞内生化反应，最后导致特定的细胞反应。致特定的细胞反应。 因此要使胞间信号转换为胞内信号，因此要使胞间信号转换为胞内信号， 受体的受体的两个功能缺一不可。两个功能缺一不可。l细胞内受体细胞内受体(intracellular receptor)，与脂溶性信号分子结合，被，与脂溶性信号分子结合，被胞外胞外亲脂性信号分子所激活亲脂性信号分子所激活, , 是激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超是

23、激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）家族）uu细胞表面受体细胞表面受体:后者与后者与水溶性信号分子结合。水溶性信号分子结合。被胞外亲水性信号分子被胞外亲水性信号分子所激活。所激活。细胞表面受体分属三大家族：细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白偶联的受体（蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（酶偶连的受体（enzyme-linked receptor） l受体与配体之间并不是简单的一对一的关系，有四种受体与配体之间并不是简单的一对一的关系，有四种应答

24、类型：应答类型：1.1.不同类型受体以不同的方式应答于相同的配体不同类型受体以不同的方式应答于相同的配体 骨骼肌细胞骨骼肌细胞 引起细胞收缩引起细胞收缩 （N型受体）型受体）乙酰胆碱乙酰胆碱 心肌细胞心肌细胞 降低收缩频率降低收缩频率 (M型受体）型受体）2.2.相同受体（都为相同受体（都为M M型）对同一配体产生不同反应型）对同一配体产生不同反应 心肌、平滑肌心肌、平滑肌 引起收缩频率的变化引起收缩频率的变化乙酰胆碱乙酰胆碱 唾腺细胞唾腺细胞(分泌细胞）分泌细胞） 引起细胞分泌引起细胞分泌 3.3.同一细胞中的不同受体可应答不同的胞外配体，但同一细胞中的不同受体可应答不同的胞外配体，但 可产

25、生相同的反应可产生相同的反应胰高血糖素胰高血糖素 A受体受体 肝细胞肝细胞 糖原分解并释放到血液糖原分解并释放到血液肾上腺素肾上腺素 B受体受体4.4.一种细胞具有多种受体可应答多种配体一种细胞具有多种受体可应答多种配体 存活存活 启动不同生物学效应启动不同生物学效应 分裂分裂多种信号多种信号 多种受体多种受体 分化分化 死亡死亡l概念：概念： 位于胞质溶胶、核基质中的受体称为细胞内受体位于胞质溶胶、核基质中的受体称为细胞内受体(intracellular receptor)。细胞内受体主要是同脂溶性的小信号分子相作用。细胞内受体主要是同脂溶性的小信号分子相作用。l该类受体的有三个结构域。该类

26、受体的有三个结构域。l细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。激素与受体细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。激素与受体结合结合 受体与抑制性蛋白分离受体与抑制性蛋白分离活化的受体与特异活化的受体与特异DNA序列序列结合结合 启动基因的转录和表达启动基因的转录和表达 l受体结合的受体结合的DNA序列是受体依赖的转录增强子。序列是受体依赖的转录增强子。 甾类激素介导的信号通路甾类激素介导的信号通路 lC 端：激素结合部端：激素结合部位。位。l中部：特异中部：特异DNA序序列结合部位。列结合部位。lN端：转录激活结端：转录激活结构域构域 。 在没有与配体结合时在没有与配体结合时,则由抑制蛋白

27、抑制了受体与则由抑制蛋白抑制了受体与DNA的结合的结合,若是若是有相应的配体有相应的配体,则释放出抑制蛋白则释放出抑制蛋白 。 细胞内受体与抑制性蛋白细胞内受体与抑制性蛋白(如如Hsp90)结合形成复合物，处于非活化状结合形成复合物，处于非活化状态。配体态。配体(如皮质醇如皮质醇)与受体结合，导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，与受体结合，导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而受体通过暴露它的从而受体通过暴露它的DNA结合位点而被激活。结合位点而被激活。分子开关分子开关 分子开关是指在细胞内一系列信号传递的级联反应中，分子开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

28、机制。控制正、负两种相辅相成的反馈机制。即对每一步反应既要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。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；磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭； 另一类主要开关蛋白由另一类主要开关蛋白由GTPGTP结合蛋白组成，结合结合蛋白组成，结合GTPGTP而活化，而活化，结合结合GDP

29、GDP而失活。而失活。 通过磷酸化传递信号通过磷酸化传递信号 通过结合蛋白传递信号通过结合蛋白传递信号细胞内信号传递过程中两类分子开关蛋白细胞内信号传递过程中两类分子开关蛋白 关关开开蛋白激酶使蛋白激酶使开关蛋白磷开关蛋白磷酸化而开启酸化而开启由蛋白磷酸由蛋白磷酸脂酶使开关脂酶使开关蛋白磷酸化蛋白磷酸化而关闭而关闭结合结合GTP开开关蛋白活化关蛋白活化结合结合GDP开关蛋白开关蛋白失活失活甾类激素经扩散进入胞内甾类激素经扩散进入胞内与受体结合，形成激与受体结合，形成激素受体复合物，受体蛋白构象改变素受体复合物，受体蛋白构象改变穿核孔进入核内穿核孔进入核内受体受体与特异与特异DNA序列结合序列结

30、合调控基因的表达调控基因的表达 l甾类激素分子相对质量为甾类激素分子相对质量为300Da左右，这类激素通常表现为左右，这类激素通常表现为 影响细胞分化等长期的生物学效应。影响细胞分化等长期的生物学效应。l甾类激素诱导的基因活化分为两步反应阶段：甾类激素诱导的基因活化分为两步反应阶段： 直接活化少数基因转录的初级反应阶段，发生迅速。直接活化少数基因转录的初级反应阶段，发生迅速。 初级反应的基因产物再活化其他基因，产生延迟的次级反应，对初级初级反应的基因产物再活化其他基因，产生延迟的次级反应，对初级反应起放大作用。反应起放大作用。l个别的亲脂性小分子，如前列腺素，其受体在细胞膜上。个别的亲脂性小分

31、子，如前列腺素，其受体在细胞膜上。l NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。l血管内皮细胞和神经细胞是血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，的生成细胞，NO的生成由一氧化氮合酶的生成由一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)催化，以催化，以L精氨酸为底物，以精氨酸为底物，以NADPH（还（还原型辅酶原型辅酶II ）作为电子供体，生成）作为电子供体，生成NO和和L瓜氨酸。瓜氨酸。lNO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少直接与的多少直接与NO的的合成有关。合成有关。lNO的作用

32、机理：的作用机理： 乙酰胆碱乙酰胆碱血管内皮血管内皮Ca2+浓度升高浓度升高一氧化氮合酶一氧化氮合酶NO平滑肌平滑肌细胞细胞鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶cGMP血管平滑肌细胞的血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度下降离子浓度下降 平滑肌舒张平滑肌舒张血管扩张、血流通畅。血管扩张、血流通畅。l硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。l1998年年RFurchgott等三位美国科学家因对等三位美国科学家因对NO信号转导机制的研究而信号转导机制的研

33、究而获得诺贝尔生理和医学奖。获得诺贝尔生理和医学奖。 G蛋白偶联的受体的结构与激活蛋白偶联的受体的结构与激活 G蛋白藕联受体所介导的细胞信号通路蛋白藕联受体所介导的细胞信号通路 u G蛋白蛋白uG蛋白偶联受体蛋白偶联受体 配体与受体结合后激活相邻的配体与受体结合后激活相邻的G-蛋白蛋白, 被激活的被激活的G-蛋白又可激活或抑制一种产生特异第二信使的酶或离子蛋白又可激活或抑制一种产生特异第二信使的酶或离子通道通道,引起膜电位的变化。由于这种受体参与的信号转引起膜电位的变化。由于这种受体参与的信号转导作用要与导作用要与GTP结合的调节蛋白相偶联结合的调节蛋白相偶联,因此将它称为因此将它称为G蛋白偶

34、联受蛋白偶联受 体。体。 以以cAMP为第二信使的信号通路为第二信使的信号通路 磷脂酰肌醇双信使信号通路磷脂酰肌醇双信使信号通路 G蛋白藕联受体介导离子通道的调控蛋白藕联受体介导离子通道的调控 离子通道偶联受体及其信号转导离子通道偶联受体及其信号转导 G蛋白偶联受体介导的离子通道及其调控蛋白偶联受体介导的离子通道及其调控 Gt蛋白偶联的光受体的活化诱发蛋白偶联的光受体的活化诱发cGMP-门控阳离门控阳离子通道的关闭子通道的关闭l人类每个眼球的视网膜内约有人类每个眼球的视网膜内约有1.2亿个视杆细亿个视杆细胞，其树突呈细杆抓哏内，称为视杆，视杆胞，其树突呈细杆抓哏内，称为视杆，视杆外节的视盘除基

35、部少数视盘仍与胞膜相连，外节的视盘除基部少数视盘仍与胞膜相连，其余大部分均在边缘处与胞膜脱离，成为独其余大部分均在边缘处与胞膜脱离，成为独立的视盘。立的视盘。l视盘的更新是由外节基部不断产生，其顶端视盘的更新是由外节基部不断产生，其顶端不断被色素上皮细胞所吞噬。视盘上镶嵌有不断被色素上皮细胞所吞噬。视盘上镶嵌有感光物质，称视紫红质感光物质，称视紫红质(rhodopsin)，能感受，能感受弱光。视紫红质是由弱光。视紫红质是由11-顺视黄醛顺视黄醛(11-cisretinae)和视蛋白和视蛋白(oposin)组成，前者是维组成，前者是维生素生素A的衍生物，当维生素的衍生物，当维生素A缺乏时，视紫红

36、缺乏时，视紫红质合成不足，则患夜盲症。质合成不足，则患夜盲症。l视杆细胞体较小，核圆形染色较深，其轴突视杆细胞体较小，核圆形染色较深，其轴突末梢不分之呈球型，与双极细胞的树突形成末梢不分之呈球型，与双极细胞的树突形成突触。突触。 视杆细胞中视杆细胞中Gt蛋白偶联的光受体（视紫红质）诱导的阳离子通道的关闭蛋白偶联的光受体（视紫红质）诱导的阳离子通道的关闭l 黑暗条件下视杆细胞中黑暗条件下视杆细胞中cGMP浓度较高，浓度较高，cGMP门控钠离子通道开放，钠门控钠离子通道开放，钠离子内流，引起膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。离子内流，引起膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。l 视紫红质视

37、紫红质(rhodopsin, Rh)为为7次跨膜蛋白，其介导的信号转换可表述为：次跨膜蛋白，其介导的信号转换可表述为： 光信号光信号 Rh激活激活 G蛋白（蛋白（transducin Gt)活化活化 cGMP磷酸二酯酶激活磷酸二酯酶激活(PDE) 胞内胞内cGMP减少减少 Na+离子通道关闭离子通道关闭离子浓度下降离子浓度下降膜超极化膜超极化神经递质释放减少神经递质释放减少视觉反应。视觉反应。神经递质与受体结合引发神经递质与受体结合引发G G蛋白蛋白偶联的离子通道的开放或关偶联的离子通道的开放或关闭，进而导致膜电位的改闭，进而导致膜电位的改: :（a）神经递质乙酰胆碱与心肌）神经递质乙酰胆碱与

38、心肌 细胞的膜受体结合，使得细胞的膜受体结合，使得G蛋蛋白的白的亚基与亚基与、亚基分开；亚基分开；（b）激活的）激活的、亚基复合物同亚基复合物同K+离子通道结合并将离子通道结合并将K+离子离子通道打开；通道打开；（c）亚基中的亚基中的GTP水解，导致水解，导致亚基与亚基与、亚基重新结合，亚基重新结合，使使G蛋白处于非活性状态，使蛋白处于非活性状态，使K+离子通道关闭。离子通道关闭。G G蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的K+K+离子通道打开离子通道打开 uu信号途径信号途径uu特点：特点： 受体受体/离子通道复合体，四次离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白六次跨膜蛋白

39、跨膜信号转导无需中间步骤跨膜信号转导无需中间步骤 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性 细胞质膜上最多，细胞质膜上最多，也是最重要的信号转导也是最重要的信号转导系统是由系统是由G-G-蛋白介导的蛋白介导的信号转导。这种信号转信号转导。这种信号转导系统有两个重要的特导系统有两个重要的特点点: :系统由三个部分组成系统由三个部分组成:7:7次跨膜的受体、次跨膜的受体、G G蛋白蛋白和效应物和效应物( (酶酶); ); 产生第二信使。产生第二信使。

40、l受体酪氨酸激酶及受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路蛋白信号通路l细胞表面细胞表面其他与酶偶的受体其他与酶偶的受体l细胞表面整联蛋白介导的信号转导细胞表面整联蛋白介导的信号转导l 已知六类：已知六类：受体酪氨酸激酶、受体酪氨酸激酶、受体丝氨酸受体丝氨酸/苏氨酸苏氨酸激酶、激酶、受体酪氨酸磷脂酶、受体酪氨酸磷脂酶、 酪氨酸激酶连接的受酪氨酸激酶连接的受体、体、受体鸟苷酸环化酶、受体鸟苷酸环化酶、组氨酸激酶连接的受体组氨酸激酶连接的受体(与细菌的趋化性有关与细菌的趋化性有关)。l 酶偶联型受体的共同点：酶偶联型受体的共同点： 单次跨膜蛋白；但胰岛素单次跨膜蛋白；但胰岛素和胰岛素样的生长因子

41、和胰岛素样的生长因子-1(IGF-I)受体有受体有a 和和b 两种亚基，两种亚基，组成四聚体型受体。组成四聚体型受体。 接受配体后发生二聚化而激活，接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。起动其下游信号转导。lG蛋白：即三聚体蛋白：即三聚体GTP结合调节蛋白结合调节蛋白(trimeric GTP-binding regulatory protein)l位置：质膜胞质侧。位置：质膜胞质侧。l组成：组成：三个亚基，三个亚基， 二聚体通过共价结合锚于膜上起稳定二聚体通过共价结合锚于膜上起稳定亚基的作亚基的作用。用。lG蛋白可分为三类：即蛋白可分为三类：即Gs家族、家族、Gi家族和家族和Gq家

42、族，这一分类是基于组成家族，这一分类是基于组成G蛋白的蛋白的亚单位的结构与活性，对效应蛋白起激活作用亚单位的结构与活性，对效应蛋白起激活作用亚单位为亚单位为s亚亚单位，由此亚单位构成的单位，由此亚单位构成的G蛋白则为蛋白则为Gs蛋白；对效应蛋白起抑制作用的蛋白；对效应蛋白起抑制作用的亚单位为亚单位为i亚单位，由此构成的亚单位，由此构成的G蛋白则为蛋白则为Gi蛋白。对蛋白。对Gq家族的功能尚家族的功能尚不完全清楚。不完全清楚。l作用：相当于分子开关，作用：相当于分子开关，亚基结合亚基结合GDP处于关闭状态，结合处于关闭状态，结合GTP处于开处于开启状态。启状态。亚基具有亚基具有GTP酶活性，能催

43、化所结合的酶活性，能催化所结合的GTP水解，恢复无活性水解，恢复无活性的三聚体状态，其的三聚体状态，其GTP酶的活性能被酶的活性能被GAP（GTPase activating protein）增强。增强。lG-蛋白活化与调节蛋白活化与调节l组成：组成：三个亚基，三个亚基， 二聚体通过共价结合锚于二聚体通过共价结合锚于膜上起稳定膜上起稳定亚基的作用亚基的作用G蛋白的分子由三条分子链构成：蛋白的分子由三条分子链构成：链链(茶茶色色)、链（蓝色）和链（蓝色）和链（绿色）。红色链（绿色）。红色的部分是在的部分是在链链/亚基表面的对信号传递起亚基表面的对信号传递起重要作用的部分。重要作用的部分。 G蛋白

44、利用蛋白利用GTP作为自己的开关。在活跃作为自己的开关。在活跃的形式里，的形式里，GTP最后的一个磷酸基和蛋白最后的一个磷酸基和蛋白质表面的凹陷结合，非常牢固。质表面的凹陷结合，非常牢固。GTP以球以球体表示，而凹陷则着以红色。当体表示，而凹陷则着以红色。当GTP转化转化成成GDP，由于磷酸基团脱落了，它无法再，由于磷酸基团脱落了，它无法再和这个凹陷结合。这样就形成了一个松散和这个凹陷结合。这样就形成了一个松散结构的不活跃三聚体结构的不活跃三聚体 lG蛋白偶联型受体：蛋白偶联型受体：7次跨膜蛋白，胞外结构次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号分子，胞内域识别信号分子，胞内结构域与结构域与G蛋白耦联，蛋

45、白耦联，调节相关酶活性，在细调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使，将胞内产生第二信使，将胞外信号转为胞内信号。胞外信号转为胞内信号。l类型：类型：多种神经递质、多种神经递质、肽类激素和趋化因子的肽类激素和趋化因子的受体，受体，味觉、视觉和味觉、视觉和嗅觉感受器。嗅觉感受器。uu通过调节第二信使通过调节第二信使cAMP的浓度变化，将细胞外信号转变的浓度变化，将细胞外信号转变 为细胞内信号。为细胞内信号。uu反应链：反应链：激素激素G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体G-蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因调控蛋白基因基因转录转录 uu组分及其分析

46、组分及其分析 uuGs调节模型调节模型uuGi调节模型调节模型uu细菌毒素对细菌毒素对G蛋白的修饰作用蛋白的修饰作用 uu cAMP信号通路对基因转录的激活信号通路对基因转录的激活 uu cAMP信使体系的特性信使体系的特性激活型激素受体激活型激素受体(Rs)或抑制型激或抑制型激素受体素受体(Ri)； Rs 与与Ri是由单条是由单条多肽链经多肽链经7次跨膜所组成。次跨膜所组成。N末末端在细胞外，端在细胞外，C末端在细胞内，末端在细胞内，跨膜的肽链是一条跨膜的肽链是一条 -螺旋构象。螺旋构象。受体胞外区与配体结合，胞内区受体胞外区与配体结合，胞内区与与G蛋白结合。刺激型受体通过蛋白结合。刺激型受

47、体通过Gs刺激腺苷酸环化酶的活性，刺激腺苷酸环化酶的活性，提高胞内的提高胞内的cAMP的水平。的水平。 活化型调节蛋白活化型调节蛋白(Gs)或抑制型调或抑制型调节蛋白节蛋白(Gi)；G-protein linked receptor 腺苷酸环化酶(Adenylyl cyclase) ：跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP 生成cAMP。效应酶效应酶蛋白激酶蛋白激酶A(Protein Kinase A，PKA)：由两个催化亚基和两个调节：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。亚基组成。cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催

48、化亚基释放出催化亚基,激活蛋白激酶激活蛋白激酶A的活性。的活性。Degredation of cAMP 激素配体与激素配体与Rs结合，导致结合，导致Rs构象改变，使激素构象改变，使激素-受体复合物与受体复合物与Gs结合，结合，Gs的的亚基构象改变，排斥亚基构象改变，排斥GDP，结合，结合GTP而活化，而活化，Gs蛋白解离出蛋白解离出亚基和亚基和基复合物。基复合物。 亚基活化腺苷酸环化酶，将亚基活化腺苷酸环化酶，将ATP转化为转化为cAMP。 亚基复合物也可直接激活某些胞内靶分子。亚基复合物也可直接激活某些胞内靶分子。 Gs调节作用图解 在静止状态，细胞没有受到激素的刺在静止状态，细胞没有受到激

49、素的刺激，激素不和受体结合，激，激素不和受体结合，GsGs蛋白的蛋白的和和亚基呈结合状态，亚基呈结合状态，GaGa与与GDPGDP结合，结合，cAMPasecAMPase没有活性。没有活性。腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶cAMPase受体蛋白受体蛋白激素激素配体结合改变受体构象，暴露出与配体结合改变受体构象，暴露出与Gs结合的位点结合的位点通过扩散，导致配体通过扩散，导致配体-受体复合物与受体复合物与Gs结合从而结合从而大大降低了大大降低了Gs对对GDP的亲和性的亲和性GDP解离，解离，GTP取代与之结合，从而导致取代与之结合，从而导致a亚亚基从基从Gs复合物上解离复合物上解离亚基结合并活化亚基结合

50、并活化cAMPase,产生产生cAMP，同时，同时，配体与受体解离，受体恢复原来的构象配体与受体解离，受体恢复原来的构象GTP水解导致水解导致a亚基脱离亚基脱离cAMPase并与并与复复合物结合形成合物结合形成Gs蛋白蛋白 因为因为Gsa-GTP具有具有GTP酶活性，水解酶活性，水解GTP成成GDP，导致，导致Ga和腺苷酸环化酶互和腺苷酸环化酶互相分离，终止了腺苷酸环化酶的活化作相分离，终止了腺苷酸环化酶的活化作用，用，a和和亚基重新组合，使细胞恢复到亚基重新组合，使细胞恢复到静止态。静止态。Gs-GTP与腺苷酸环化酶作用，使之活与腺苷酸环化酶作用，使之活化，使化，使ATP转化成转化成cAMP