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细胞生物学 第八章 细胞信号转导
分子开关: 分子开关:①磷酸化和去磷酸化
②GTP和GDP的交替结合 GTP和GDP的交替结合
二、通过细胞内受体介导的信号传递
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 在细胞内,受体与抑制性蛋白结合形成复合物, 在细胞内,受体与抑制性蛋白结合形成复合物,导 致基因处于非活化状态,配体与受体结合后, 致基因处于非活化状态,配体与受体结合后,导致 抑制性蛋白从复合物上解离下来,受体的DNA结合 抑制性蛋白从复合物上解离下来,受体的 结合 位点被激活。 位点被激活。
受体结构域为: 位于C端激素结合位点 受体结构域为: 位于 端激素结合位点
位于中部的DNA结合位点 结合位点 位于中部的 转录激活结构域
● 甾类激素介导的信号通路 ●一氧化氮介导的信号通路
(A)细胞内受体蛋白作用模型 )细胞内受体蛋白作用模型; (B)几种胞内受体蛋白超家族成员 )
● 甾类激素介导的信号通路
三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合, 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合,
细胞表面受体分为: 细胞表面受体分为: (ion-channel离子通道偶联的受体(ion-channel-linked receptor) proteinG蛋白偶联受体(G protein-linked receptor) 酶偶联受体(enzyme-linked receptor) (enzyme-
反应链:激素
→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 蛋白偶联受体→ 蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→ 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录 A→基因调控蛋白
(1)Rs和Ri、 Gs和Gi Rs和Ri、 Gs和 Rs是与Gs的相互作用是激活型激素受体; Rs是与Gs的相互作用是激活型激素受体; 是与Gs的相互作用是激活型激素受体 Ri与Gi相互作用的抑制型受体 相互作用的抑制型受体。 Ri与Gi相互作用的抑制型受体。两者都具七次 跨膜运输,但与之相应的胞外信号不同。 跨膜运输,但与之相应的胞外信号不同。 Gs调节作用:见下图 Gs调节作用: 调节作用 Gi调节作用: Gi对腺苷酸环化酶的抑制作 Gi调节作用: Gi对腺苷酸环化酶的抑制作 调节作用 用有两个途径( Gi与GTP结合 Gi的 结合, 用有两个途径(1)当Gi与GTP结合,Gi的α亚 基与腺苷酸环化酶结合,直接抑制酶的活性; 基与腺苷酸环化酶结合,直接抑制酶的活性; 通过βr 亚基复合物与游离的Gsα (2)通过 亚基复合物与游离的 α亚基结 阻断Gs的 亚基对腺苷酸环化酶的活化。 合,阻断 的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。
在Mg2+或Mn2+的存在下,腺苷酸环化酶催化ATP生 Mg2+或Mn2+的存在下,腺苷酸环化酶催化ATP生 的存在下 ATP cAMP。 成cAMP。 环腺苷酸磷酸二酯酶可降解cAMP生成5′--AMP。 环腺苷酸磷酸二酯酶可降解cAMP生成5′--AMP。 cAMP生成5′--AMP cAMP信号途径为:激素→ 蛋白偶联受体→ 蛋白→ cAMP信号途径为:激素→G蛋白偶联受体→G蛋白→ 信号途径为 腺苷酸环化酶→ 依赖的蛋白激酶A→ A→基因调 腺苷酸环化酶→ cAMP 依赖的蛋白激酶A→基因调 控蛋白→ 控蛋白→基因转录
细胞间直接接触,不需 细胞间直接接触, 要分泌化学信号的释放
(二)细胞识别与信号通路 细胞识别(cell 细胞识别(cell recognition)
指细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子 选择性相互作用,引起生理生化变化, 选择性相互作用,引起生理生化变化,最终表现为 细胞整体生物效应的过程。 细胞整体生物效应的过程。 信号通路(signaling 信号通路(signaling pathway) 细胞接受外界信号,通过一整套特定的机制, 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, 胞外信号转导为胞内信号,最终调节特定基因的表 引起细胞的应答反应的过程称为细胞信号通路。 达,引起细胞的应答反应的过程称为细胞信号通路。
(三)信号分子与受体 1 、信号分子(signal
根据其溶解性分类: 根据其溶解性分类: 亲水性信号分子——神经递质、生长因子、细胞因子、 神经递质、生长因子、细胞因子、 亲水性信号分子 神经递质 局部化学递质、大多数肽类激素,介导短暂的反应, 局部化学递质、大多数肽类激素,介导短暂的反应, 与细胞表面受体结合, 与细胞表面受体结合,产生第二信使以引起细胞的应 答。 *前列腺素为脂溶性,但不能穿过质膜,与表面受体 前列腺素为脂溶性,但不能穿过质膜, 结合。 结合。 molecule)的类型
1、cAMP信号通路 cAMP信号通路
细胞外信号和相应的受体结合, 概念:细胞外信号和相应的受体结合,导致胞内第二信使 cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。 的水平变化而引起细胞反应的信号通路。 的水平变化而引起细胞反应的信号通路
组分及分析:
激活型激素受体(Rs);抑制型激素受体(Ri);与GDP );抑制型激素受体 );与 激活型激素受体( );抑制型激素受体( ); 结合的活化型调节蛋白( ); );与 结合的活化型调节蛋白(Gs);与GDP结合的抑制性调节蛋白 结合的抑制性调节蛋白 );腺苷酸环化酶 (Gi);腺苷酸环化酶 (Adenylyl cyclase );腺苷酸环化酶C
类型:细胞内受体( receptor): 类型:细胞内受体(intracellular receptor):
受胞外亲脂性信号分子激活
细胞表面受体(cell surface receptor) receptor) 细胞表面受体(
受胞外亲水性信号分子激活
同一细胞具有不同受体,受多信号的调控, 同一细胞具有不同受体,受多信号的调控,如心肌 细胞上有乙酰胆碱受体和肾上腺素受体 不同细胞具有相同受体, 不同细胞具有相同受体,但反应各异 如心肌和分泌细胞上的乙酰胆碱受体相同
细胞分泌化学信号的作用方式
内分泌(endocrine):①低浓度; 全身性; 长时效。 内分泌(endocrine):①低浓度;②全身性;③长时效。 ): 旁分泌(paracrine):细胞分泌的信号分子通过扩散作用 旁分泌(paracrine):细胞分泌的信号分子通过扩散作用 ): 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 自分泌(autocrine):信号发放细胞和靶细胞为同类或同 自分泌(autocrine):信号发放细胞和靶细胞为同类或同 ): 一细胞,常见于癌变细胞。 一细胞,常见于癌变细胞。 化学突触( synapse): ):神经递质由突触前膜释 化学突触(chemical synapse):神经递质由突触前膜释 放,经突触间隙扩散到突触后膜,作用于特定的靶细胞。 经突触间隙扩散到突触后膜,作用于特定的靶细胞。
• 亲脂性信号分子 亲脂性信号分子——甾类激素(皮质醇、雌二 甾类激素( 甾类激素 皮质醇、
醇和睾酮)和甲状腺素,分子小,疏水性强, 醇和睾酮)和甲状腺素,分子小,疏水性强, 可穿过细胞膜进入细胞, 可穿过细胞膜进入细胞,介导长时间的持续反 与细胞内受体结合,调节基因表达。 应,与细胞内受体结合,调节基因表达。 •气体信号分子 气体信号分子——NO、CO、H2S等 NO、CO、 气体信号分子 NO 信号分子特点: 特异性; 高效性; 信号分子特点:①特异性;②高效性; 特点
乙酰胆碱N受体(260KD) 乙酰胆碱N受体(260KD) 外周型: 个亚基组成( βγδ) 外周型:5个亚基组成(α2βγδ) 调节主要为α 调节主要为α亚基变化 通道开启: 内流, 外流, 通道开启:Na+ 内流,K+外流, 膜去极化。 膜去极化。
(二) G蛋白偶联受体 G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体是指配体--受体复合物与靶蛋白 蛋白偶联受体是指配体--受体复合物与靶蛋白 -要通过与G蛋白的偶联,在细胞内产生第二信使, 要通过与G蛋白的偶联,在细胞内产生第二信使,从 而将胞外信号转变成胞内信号。三聚体GTP结合调 而将胞外信号转变成胞内信号。三聚体 结合调 节蛋白(trimeric GTP-binding regulatory protein)简称 ) G蛋白。由α、β、γ三个亚基组成,α亚其具有 蛋白。 、 、 三个亚基组成, 亚其具有GTP 蛋白 三个亚基组成 亚其具有 酶活性。 和 亚基通过共价结合于膜上 亚基通过共价结合于膜上。 蛋白在 酶活性。β和γ亚基通过共价结合于膜上。G蛋白在 信号转导过程中起着分子开关的作用, 信号转导过程中起着分子开关的作用,当α亚基与 亚基与 GDP结合时处于关闭状态,与GTP结合时处于开启 结合时处于关闭状态, 结合时处于关闭状态 结合时处于开启 状态。 状态。
激素与膜内受体
●一氧化氮介导的信号通路
血管内皮细胞接受乙酰胆碱,引起胞内Ca2+浓度升高, 激活一氧化氮合酶,细胞释放NO,NO扩散进入平滑肌细胞, 与胞质鸟苷酸环化酶(GTP-cyclase,GC)活性中心的Fe2+ 结合,改变酶的构象,导致酶活性的增强和cGMP合成增多。 cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌 的舒张,血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛,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 。
某些激素通过cAMP 某些激素通过cAMP诱导细胞反应 cAMP诱导细胞反应
信号分子 肾上腺素 肾上腺素 肾上腺素, 肾上腺素,胰 高血糖素, 高血糖素, ACTH ACTH 靶细胞 心脏 肌肉 脂肪 主要反应 增加心率, 增加心率,促进收缩 糖原分解 脂肪分解
肾上腺
皮质醇分泌
( 2)
腺 苷 酸 环 化 酶
(一)离子通道偶联受体
离子通道偶联受体是由多亚基组成的受体- 离子通道偶联受体是由多亚基组成的受体-离 子通道受体,既有信号结合位点,又有离子通道。 子通道受体,既有信号结合位点,又有离子通道。 因此,又是称为配体门离子通道或递质门离子通道。 因此,又是称为配体门离子通道或递质门离子通道。 具有组织分布特异性,主要存在于神经细胞或其他 具有组织分布特异性,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。 可兴奋细胞间的突触信号传递。 N型乙酰胆碱受体、GABA受体、甘氨酸受体等。 型乙酰胆碱受体、GABA受体、甘氨酸受体等。 受体