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1、第八章 细胞通讯与信号转导1细胞通讯:生物体内细胞间的联络、识别以及相互作用的过程。信号转导:外源信息传入细胞内 并引起细胞应答反应的过程。2第一节 细胞通讯的分子基础一、细胞通讯的基本方式1.细胞间隙连接通讯3 细胞表面分子接触通讯4 化学信号通讯特定的细细胞释释放信息物质质(化学信号分子)信息物质经扩质经扩 散或血循环环到达靶细细胞与靶细细胞的受体特异性结结合受体对对信号进进行转换转换 并启动细动细 胞内信使系统统靶细细胞产产生生物学效应应5二、信息物质质是指携带带生物信息，调节细调节细 胞生命活动动的化学学物质质(一) 细胞间信息物质由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理活动的化学物质6
2、类固醇衍生物：肾上腺皮质激素、性激素、维生素D等 氨基酸衍生物：甲状腺激素，儿茶酚胺类激 素 多肽及蛋白质：生长因子、细胞因子、胰岛 素、下丘脑激素、垂体激素、甲状旁腺素、胃肠激素 脂类衍生物：前列腺素 气体分子：NO、CO、H2S分类:1.按其化学本质的不同分为五类：72.根据细胞分泌和传递信息物质方式的不同，分为：n 神经递质n 内分泌激素n 局部化学介质n 气体信号n 细胞黏附分子8神经递质 ： 由神经元突触前膜释放的信息物质，可作用于突触后膜上的受体，传递神经冲动信号。如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等。 9 激素(hormone)是由特殊分化细胞合成并分泌的一类生理活性物质，这些物质通过体液
3、进行转运，作用于特定的靶细胞，调节细胞的物质代谢或生理活动。内分泌激素：10内分泌：激素分泌后作用较远的靶细 胞，其传递介质为血液。旁分泌：激素分泌释放后作用于邻近 的靶细胞，其传递介质为细胞间液。自分泌：激素分泌释放后仍作用于自 身细胞，其传递介质为胞液。激素的作用方式：11121314 局部化学介质又称为旁分泌信号，指由细胞分泌的信息分子通过扩散而作用于邻近的靶细胞，调节细胞的生理功能。如:组胺、花生四烯酸、生长因子局部化学介质质：15气体信号： NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸的胍基而产生NO血红素单加氧酶氧化血红素产生CO胱硫醚-裂合酶催化半胱氨酸分解产生 H2S16细胞黏附分子整
4、合素家族免疫球蛋白超家族选择素家族钙黏着素家族黏蛋白样家族17(二) 细胞内信 息物质 在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为细胞内信息物质。包括:第二信使、信号转导蛋白、酶181第二信 使：在细胞内传递信息的小分子化学物质第二信使主要包括：n环核苷酸类：cAMP和cGMPn脂类衍生物：甘油二酯（DAG）、神经酰 胺(Cer)、花生四烯酸（AA ）无机物：Ca2+、NO糖类衍生物： 1,4,5-三磷酸肌醇（IP3 ）1920特点：不位于能量代谢途径的中心在细胞中的浓度或分布可以 迅 速改变常作为变构剂作用于靶分子 ， 特别是作用于一些重要的蛋 白 激酶，如蛋白激酶A。21细胞膜上或细胞内能够传
5、递特定信号的蛋 白质(1) G蛋白 能与GTP/GDP结合的蛋白质称为鸟甘 酸 结合蛋白.简称G蛋白异源三聚体G蛋白:由、三个亚基组成 。小分子单体G蛋白:分子量21kD，小G蛋白，Ras2信号转导蛋白：22（2）接头蛋白（衔接蛋白）：是在信号转导途径中起连接作用的蛋白质。它介导上游信号转导蛋白与下游信号转导蛋白的结合，但自身无酶活性。 2324信号转导号转导 蛋白衔衔接的分子基础础 结构结构 域 SH2结构域：由约100个氨基酸组成，可识别并结合蛋白分子中磷酸化的酪氨酸及其相邻的SH2结合位点如：Grb2通过SH2与RTK的磷酸化酪氨酸残基结合 25 SH3结构域：由5570个氨基酸残基组成
6、，可以识别并结合另一种信号转导蛋白中的富含脯氨酸域。如：衔接蛋白Grb2通过SH3与衔接蛋白Sos结合2627 PH结构域：由100120个氨基酸残基组成，可以与PIP2、蛋白激酶C或三聚体G蛋白的G等结合，常与SH2、SH3同时存在。28 PTB结构域：由约160个氨基酸残基组成，介导信号转导蛋白与含磷酸化酪氨酸残基的基序结合。 293.蛋白激酶与蛋白磷酸酶信号转导途径中最重要的调控方式是蛋 白质的磷酸化与去磷酸化 蛋白激酶:催化底物蛋白氨基酸残基的磷酸 化 由ATP提供磷酸基团。 蛋白磷酸酶：催化磷酸蛋白去磷酸化 两种激酶共同作用，使信号转导蛋白在两种 构象之间转换，实现信号转导 3031
7、32细胞间信息物质影响细胞功能的途径33第二节 受 体概念：受体(receptor)是指存在于靶细胞膜上或细胞内能特异识别并结合信号分子，进而引起靶细胞生物学效应的物质。化学本质：蛋白质，少数为糖脂。能与受体特异性结合的信号分子称为配体34功能： 1.特异识别并结合细胞外信号分子（配体）2.将细胞外信号转换成为能够被细胞内分子识别的信号，传递给其他分子引起细胞应答。35一、受体的分类、结构与 功能 （一）膜受体 位于细胞膜上，一般是糖蛋白、脂蛋白 配体：多肽及蛋白质类激素、儿茶酚胺类激素、 前列腺素以及细胞因子。 当配体与受体结合后，引起膜受体结构改变，导致细胞内某种化学物质的浓度改变，由此触
8、发一系列的化学和生理变化。36根据受体的分子结构可将膜受体 分为： 即配体依赖性离子通道，主要在神经冲动的快速传递中起作用。 配体：神经递质1. 环环状受体：37烟碱样乙酰胆碱受体的分子结构3839 结构：由一条多肽链组成， N-端位于细胞外区，而C-端位于细胞内区，分为细胞外区、跨膜区、细胞内区。跨膜区由7 个 螺旋结构组成，胞内第三环与G蛋白偶联。 配体：激素2. G蛋白偶联联受体（蛇型受体，GPCRs）：4041G蛋白偶联受体的分子结构42G蛋白(鸟苷酸结合蛋白) 概念： 结构：无活性：GDP- 形式有活性：GTP- G蛋白循环： 种类： 功能:作用于下游酶分子，影响其活 性。43G蛋白
9、异三聚体的分子结构44两种G蛋白的活性型和非活性型的互变45信息传递过程中的蛋白463. 单个跨膜 螺旋 受体： 结构：单体或寡聚体。胞外区 与配体结合跨膜区 -螺旋胞内区 近膜区和酪氨酸蛋白激酶区47含TPK结构域的受体48 配体：生长因子 功能：与细胞生长及有丝分裂的调控有关49非酪氨酸蛋白激酶受体型（非催化型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）与配体结合后，可与胞质中酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。受体本身具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性，如胰岛素样生长因子受体(IGF-R)，表皮生长因子受体(EGF-R)。分类：504. 具有鸟苷酸环化酶活性的 受体：
10、胞外 胞内膜受体可溶性受体PKHGCGC具有鸟鸟苷酸环环化酶活性的受体结结构PKH：激酶样结样结 构域GC： 鸟鸟苷酸环环化酶结结构域51 位于细胞质或细胞核内，通常为单纯蛋白质。 配体：类固醇激素维生素D3甲状腺激素 功能：与DNA结合，调节基因转录（二）胞内受体52雌激素受体的分子结构53 结构：为单体蛋白，含400-1000个氨基酸残基，分为四个功能区域：541.高度可变区：位于受体N-端，具有转录激活作用。2.DNA结合区：含66-68个氨基酸，富含Cys，不同受体此域有较高同源性，含有两个锌指结构，为DNA结合所必需。553. 绞链区：为DNA结合区与配体结合区之间的一段序列，可能含
11、有与转录因子相互作用和受体向核内移动的信号。4. 配体结合区：位于C-端，其结构与 功能最复杂，包括：与配体结合；使受体二聚化和激活转录。56二、受体作用的特点 1高度的亲和力：2高度的特异性：3可逆性：4可饱和性：5. 特定的作用方式：57第三节 信息的转导途径58一、膜受体介导的信息转导（一）G蛋白偶联受体介导的信号转导基本过程：配体与受体结合 活化G蛋白 活化或抑制效应分子 改变第二信使的含量和分布 激活蛋白激酶 激活效应蛋白 改变细胞代谢过程和调节基因表达59 信号转导途径的组成：胞外信息分子：儿茶酚胺类激素、胰高血糖素、腺垂 体的激素、下丘脑激素、甲状旁腺素、 降钙素、前列腺素等。
12、膜受体G蛋白腺苷酸环化酶 (AC)第二信使cAMP蛋白激酶A (PKA)1.cAMP-蛋白激酶A途径60PPiATPACMg2+cAMP5-AMP磷酸二酯酯酶H2OMg2+61cAMPATPACPPiAMPPD EH2O磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase,AC)cAMP的产生与分解62RRcAM P蛋白激酶A的激活机制63cAMP与与蛋白激酶A介导导的信号转号转 导导64GsACATPcAMPC CRRCC底物蛋白磷酸化,调节调节 物质质代 谢谢RR2cAMP2cAMPCREBNPi Pi Pi转录转录 活化域DNA结结
13、合域细细胞膜核 膜 cAMP-蛋白激酶A的信息转导过程：65 细细 胞 核PiPi Pi Pi结构基因DNA蛋白质PKA对基因表达的调节作用66磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶ATP磷酸化酶磷酸化酶ATPPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPi PKA抑制物a抑制物b ATP磷蛋白磷酸酶PiPKA对代谢的调节作用肾肾上腺素 受体肾肾上腺素 受体复合物激活蛋白 激活ACATPcAMPPKA67cAMP-蛋白激酶A信息转导途径及其调节作用682.Ca2+依赖性信息转导途径 信息转导途径的组成： 胞外信息分子激素：儿茶酚胺、血管紧张素、抗利尿 激素、生长激素等。生长因子：血小板衍生生长因子（PDGF） 、表
14、皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生 长因子（FGF）、集落刺激因子（CSF）、 胰岛素样生长因子（IGF）等。神经递质：乙酰胆碱、5-羟色胺等。69G蛋白（Gp） 磷脂酶 (PLC) 甘油二酯 (DAG)和三磷酸肌醇 (IP3) IP3受体 Ca2+ 钙调蛋白(CaM） CaM依赖性蛋白激酶(CaMPK) 蛋白激酶C (PKC )70PLC催化DAG和 IP3的生成71DAG和IP3 ：DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活PKC。IP3 ：与内质网和肌浆网上的IP3受体结合，促使细胞内 Ca2+释放。7273钙调蛋白的分子结构74a、IP3/DAG-PKC途径配体+受体 GP PLC 磷
15、脂酰肌醇4,5-二磷酸 DAG+IP3磷脂酰丝氨酸 Ca2+ 肌浆网内质网PKC 调节细胞生理活动调节基因表达 Ca2+依赖性信息转导过程：75Ca2+与与蛋白激酶C介导导的信号转导号转导76PKC对细胞代谢的调节参与代谢调节参与Ca2+ 稳态调节参与膜受体活性的调节77调节细胞内cAMP浓度调节肌肉收缩与松弛调节血管平滑肌松弛 Ca2+CaM Ca2+-CaM 调节神经系统功能 调节细胞形态活动钙调蛋白依赖性蛋白激酶CREB磷酸化调节基因表达b.Ca2+-CaM途径78Ca2+依赖性信息转导过程：酶蛋白磷酸化物质质代谢谢改变变离子通道蛋白磷酸化膜通透性改变变信息转导转导 蛋白磷酸化信息传递传
16、递 改变变转录转录 因子磷酸化基因表达改变变H + RGpPLCPIP2DAGIP3PKC内质质网 IP3受体胞液Ca2+CaMCaMPK靶酶/蛋白质质磷酸化生理效应应79 此信号传递途径与cAMP-蛋白激酶A途径类似，即通过激活鸟苷酸环化酶（GC），催化生成第二信使cGMP，再通过激活蛋白激酶G（PKG）而传递信息。 心房肽（心房利钠因子）与膜受体结合 NO可结合可溶性受体（二）cGMP-蛋白激酶G途径80cGMP的合成和降解GTPGMg2+ PPicGMP磷酸二酯酯酶H2OCa2+ 或 Mg2+5- GMP81使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化。PKG的功能NOGCPKG蛋白质质磷酸 化GCG蛋白GTP
