1、简述G蛋白偶联受体所介导得信号通路得异同G蛋白偶联受体所介导信号通路分为三类:①激活离子通道;②激活或抑制腺苷酸环化酶,以cAMP为第二信使;③激活磷脂酶C ,以IP3 与DAG 作为双信使激活离子通道:当受体与配体结合被激活后,通过偶联G蛋白得分子开关作用,调控跨膜离子通道得开启与关闭,进而调节靶细胞得活性。
激活或抑制腺苷酸环化酸得cAMP信号通路:细胞外信号(激素,第一信使)与相应G蛋白偶联得受体结合,导致细胞内第二信使cAMP得水平变化而引起细胞反应得信号通路。
腺苷环化酶调节胞内cAMP得水平,cAMP被环腺苷酸磷酸二酯酶降解清除。
cAMP信号通路主要就是通过活化cAMP依赖性蛋白激酶A (PKA) ,激活靶酶开启基因表达,从而表现出不同得效应. 蛋白激酶A 由2个催化亚基与2个调节亚基组成,cAM P得结合可改变调节亚基得构象,释放催化亚基产生活性。
蛋白激酶A被激活后,一方面通过对底物蛋白得磷酸化,引起细胞对胞外信号得快速反应;另一方面,其催化亚基可进入细胞核,磷酸化cAMP应答元件结合蛋白(CREB)得丝氨酸残基.磷酸化得CREB蛋白被激活,它作为基因转录得调节蛋白识别并结合到靶细胞得cA MP应答元件(CRE) 启动靶基因得转录,引起细胞缓慢得应答反应。
cAMP信号通路中得缓慢反应过程:激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→ cAMP依赖得蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。
cAMP就是由腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC)催化合成得,腺苷酸环化酶为跨膜12次得糖蛋白,在Mg2+或Mn2+存在下能催化ATP生成cAMP;细胞内得环腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)可降解cAMP生成5'-AMP,导致细胞内cAMP水平下降。
因此,细胞内cAMP得浓度受控于腺苷酸环化酶与PDE得共同作用).cAMP信号调控系统由质膜上得5种成分组成:刺激型激素受体(Rs)、抑制型激素受体(Ri)、刺激型G蛋白(Gs)、抑制型G蛋白(Gi)、腺苷酸环化酶(E).Gs与Gi得β、γ亚基相同,而α亚基不同决定了对激素对腺苷酸环化酶得作用不同。
Gs得调节作用:当细胞没有受到激素刺激时,Gs处于非活化状态,G蛋白得亚基与GDP结合,此时腺苷酸环化酶没有活性;当激素配体与Rs受体结合后,导致受体构象改变,暴露出与Gs结合得位点,配体-受体复合物与Gs结合,Gs得亚基构象改变,排斥GDP结合GTP,使G蛋白三聚体解离,暴露出得亚基与腺苷酸环化酶结合,使酶活化,催化ATP环化为cAMP。
随着GTP水解使亚基恢复原来得构象并导致与腺苷酸环化酶解离,终止腺苷酸环化酶得活化作用。
α亚基与βγ亚基重新组合,使细胞回复到静止状态。
Gi得调节作用:Gi对腺苷酸环化酶得抑制作用可通过两个途径:当Gi与GTP结合,Gi得α亚基与βγ亚基解离后,一就是通过与腺苷酸环化酶结合,直接抑制酶得活性;二就是通过βγ亚基复合物与游离得Gsα亚基结合,阻断Gs得α亚基对腺苷酸环化酶得活化。
磷脂酰肌醇双信使信号通路:胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合,通过G蛋白(Gq)激活质膜上得磷脂酶C-β(PLC-β),使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解为1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)与二酰基甘油(DAG)两个第二信使,使细胞外信号转换为胞内信号。
IP3通过动员细胞内源钙到细胞质基质中,使胞质中游离Ca2+浓度升高;DAG激活蛋白激酶C (PKC),活化得PKC使底物蛋白磷酸引起细胞反应。
因此该途径又称为“双信使系统”。
IP3-Ca2+信号通路IP3就是一种水溶性小分子,通过与内质网膜上IP3控制得Ca2+释放通道相结合,将Ca2+释放到细胞质基质中,Ca2+可活化各种Ca2+结合蛋白引起细胞反应。
胞质中高浓度得游离Ca2+由质膜与内质网膜上得钙泵转移到细胞外或内质网中。
DAG-PKC信号通路二酰基甘油(DAG)可活化与质膜结合得蛋白激酶C(PKC)。
PKC有两个功能区,一个就是亲水得催化活性中心,另一个就是疏水得膜结合区.在未受到刺激得细胞中,PKC 主要分布在细胞溶质中,呈非活性构象。
细胞受到刺激时,PIP2水解,质膜上DAG积累,细胞溶质中Ca2+浓度升高,使细胞溶质中PKC转位到质膜内表面,在质膜上PKC受Ca2+、DAG 与磷脂酰丝氨酸(PS)共同作用而激活,磷酸化底物蛋白得Ser/Thr。
PKC可通过至少两条通路增强基因得转录:一就是PKC活化一条蛋白激酶得级联反应,导致与DNA特异序列结合得基因调控蛋白得磷酸化与激活,进而增强特殊基因得转录;二就是PKC磷酸化与基因调节蛋白结合得抑制蛋白,使细胞质中得基因调节蛋白从抑制状态下释放出来,进入细胞核,刺激特定基因转录。
2、胞质中动力蛋白、驱动蛋白在结构与功能上得异同驱动蛋白(kinesins):结构:驱动蛋白就是由两条相同得重链与两条相同得轻链构成得四聚体;有一对球形得头,与微管结合并具有水解ATP为驱动蛋白移动提供能量;有一个扇形得尾,就是货物结合部位;头部通过颈部、螺旋状得α螺旋杆部与扇形尾部相连。
功能:大多数驱动蛋白得马达结构域位于N端,驱动物质沿微管从微管(—)端向微管(+)端运行;细胞中负责GC→PM得膜泡运输;神经细胞中负责向神经轴突末梢得正向运输;部分驱动蛋白得马达结构域位于重链得C端,驱动物质从微管(+) 端向(—)端运行,如ER→GC ;每一步长度大约为8nm,正好就是一个αβ微管二聚体得长度;移动得速度与ATP 得浓度有关,速度高时,可达到每秒900nm.动力蛋白(dyneins):结构:含2条或3条重链构成得球形头部(含有马达结构域),多条轻链构成得尾部,还有一些中间链介于重链与轻链间。
动力蛋白得马达结构域位于重链得C端,轴丝动力蛋白具有3个头部马达结构域,胞质动力蛋白具有2个头部马达结构域。
与胞质动力蛋白相结合得动力蛋白激活复合体,介导胞质动力蛋白与“货物"间得结合。
功能:动力蛋白沿微管从微管(+)端向微管(—)端运行;运输小泡与膜结合细胞器向细胞中心运输(PM →GC,ER →GC);与染色体着丝点上动粒与有丝分裂纺锤体得共定位密切相关,也就是细胞分裂后期染色体分离动力得来源.两种马达蛋白都就是单方向运输物质,驱动蛋白:从(—)端向(+)端得运输,动力蛋白:从(+)端向(—)端运输;运输方式为逐步行进,驱动力就是ATP,每消耗一分子ATP行进一步。
3、试述caspase在细胞凋亡中外源途径及内源途径得异同Caspase依赖性得细胞凋亡主要通过两条途径引发:细胞表面死亡受体起始得外源途径与线粒体起始得内源途径。
细胞表面死亡受体介导得外源性细胞凋亡:死亡受体介导得细胞凋亡起始于死亡配体与受体得结合。
死亡配体主要就是肿瘤坏死因子(TNF)超家族成员;死亡受体为跨膜蛋白,TNF—R1与Fas(Apo—1,CD95)就是死亡受体家族得代表成员,其胞外具有半胱氨酸富集得重复区,胞内具有死亡结构域(death domain,DD)。
配体与受体结合,受体构象改变发生聚合,聚合得Fas受体通过胞内死亡结构域(DD)招募同样具有死亡结构域得接头蛋白FADD与Caspase-8酶原,形成死亡诱导信号复合物DISC(death inducing signalingplex)。
Caspase—8酶原在复合物中通过自身切割而被激活,进而切割执行者Caspase—3酶原,产生有活性得Caspase—3,导致细胞凋亡.Caspase—8还通过切割Bcl—2家族成员Bid将凋亡信号传递给线粒体,引发凋亡得内源途径,使凋亡信号进一步扩大。
线粒体起始得内源性细胞凋亡:当细胞受到内部或外部得死亡信号刺激时,细胞色素c从线粒体释放到胞质作为通路得起始,释放得细胞色素c与胞质中得Apaf-1(apoptosisproteaseactivating factor)结合。
Apaf—1得N端具有Caspase募集结构域(CARD),它与细胞色素c结合后发生自身聚合,并进一步通过CARD结构域招募细胞质中得Caspase-9酶原,形成大得凋亡复合体(apoptosome)。
Caspase-9酶原在凋亡复合体中发生自身切割而活化,活化得Caspase-9再进一步激活执行者Caspase-3与Caspase—7酶原,引起细胞凋亡。
线粒体外膜释放通透性得改变主要受到Bcl-2(B—cell lymphoma gene 2)家族得调控.Bcl—2家族成员可分为3个亚族:Bcl-2亚族,包括bcl-2、bcl-xl、Bcl—w等可通过抑制线粒体释放Cytc,进而抑制细胞凋亡;Bax亚族,包括Bax、Bak等通过改变线粒体膜透性促使Cyt c得释放,促进细胞凋亡;BH3亚族,包括Bad、Bid、Bik等充当细胞内凋亡信号得“感受器",促进细胞凋亡.细胞接受凋亡信号后,促凋亡因子Bax与Bak发生寡聚化,从细胞质中转移到线粒体外膜上,并与膜上得电压依赖性阴离子通道相互作用,促进cyt c释放从而引起细胞凋亡。
凋亡抑制因子Bcl-2与Bcl-xl 能与Bax/Bak形成异二聚体,通过抑制Bax与Bak得寡聚化来抑制线粒体膜通道得开启.4、溶酶体得发生初级溶酶体就是在高尔基体得反面以出芽得形式形成,形成过程如下:rER合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N—连接得糖基化修饰→进入高尔基体顺面膜囊→磷酸转移酶识别溶酶体水解酶得信号斑→ 在N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶与N—乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶作用下溶酶体水解酶形成M6P→与反面膜囊上得M6P受体结合→通过网格蛋白包装成有被囊泡出芽→脱去网格蛋白后与晚期胞内体融合→胞内体pH降低使水解酶与M6P受体脱离并去磷酸后形成转运泡,经成熟后形成成熟得溶酶体。
溶酶体得形成可能存在多条途径。
依赖于M6P得分选途径得效率不高,部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外.在细胞质膜上也存在依赖钙离子得M6P受体,同样可与胞外得溶酶体酶结合,通过受体介导得内吞作用,将酶送至前溶酶体中,M6P受体返回细胞质膜,反复使用。
还存在不依赖于M6P得分选途径(如酸性磷酸酶、分泌溶酶体得perforin与granzyme)。
5、举例说明CDK激酶在细胞周期就是如何实现调控得在细胞周期得后期逐渐合成、至周期得中间阶段突然消失得周期性存在蛋白,成为细胞周期蛋白。
细胞周期蛋白可分为3类:S期周期蛋白,M期周期蛋白,G1期周期蛋白.S期周期蛋白为cyclinA,在S期开始表达,到中期时开始消失;M期周期蛋白为cyclinB,在S期开始表达,在G2/M期到达峰值,中期到后期转换时消失。
G1期周期蛋白在脊椎动物中位cyclin C、D、E,在酵母中为Cln1、Cln2、Cln3,她们在G1期开始表达,进入S期后消失。