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1、复习复习o下列哪种蛋白质不是在粗面内质网上合成的下列哪种蛋白质不是在粗面内质网上合成的（ ）oA 抗体抗体oB 溶酶体膜蛋白溶酶体膜蛋白oC 胶原蛋白胶原蛋白oD 核糖体蛋白核糖体蛋白oD复习复习o下列小泡中，属于网格蛋白有被小泡的是（下列小泡中，属于网格蛋白有被小泡的是（ ）oA 吞噬泡吞噬泡oB 内质网出芽小泡内质网出芽小泡oC 高尔基体顺面出芽小泡高尔基体顺面出芽小泡oD 高尔基体反面出芽小泡高尔基体反面出芽小泡oD复习复习o一种溶酶体贮存病是由于病人缺损一种溶酶体贮存病是由于病人缺损N-乙酰乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶，而不能产生葡萄糖胺磷酸转移酶，而不能产生 ，因而溶酶体酶在转运时，不能被
2、受体识别，因而溶酶体酶在转运时，不能被受体识别进入溶酶体中，溶酶体中的生物大分子不能进入溶酶体中，溶酶体中的生物大分子不能被降解。被降解。o6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖复习复习o判断判断n信号斑是一种特殊的信号信号斑是一种特殊的信号“肽肽”，它通过形成，它通过形成二维结构来引导蛋白质的运输。（二维结构来引导蛋白质的运输。（ )o错误错误o信号斑（信号斑（signal patch）：蛋白质合成后）：蛋白质合成后折叠时，在其表面由一定氨基酸序列排列形折叠时，在其表面由一定氨基酸序列排列形成的特定的三维结构。是蛋白质的分拣信号，成的特定的三维结构。是蛋白质的分拣信号，可引导蛋白质抵达细胞特定部位。可引导
3、蛋白质抵达细胞特定部位。o信号斑也是溶酶体酶的特征性信号。信号斑也是溶酶体酶的特征性信号。 第八章第八章 细胞信号细胞信号 直到直到20世纪世纪70年代中期，人们才开始真正意识年代中期，人们才开始真正意识到生物体要想保证细胞间的相互作用和协调一致，到生物体要想保证细胞间的相互作用和协调一致，同样需要有信号的传输或信息的交流。同样需要有信号的传输或信息的交流。o对于多细胞生命个体对于多细胞生命个体n细胞通讯是组织构建、协调生长和应激反应的基础细胞通讯是组织构建、协调生长和应激反应的基础Cell communicationo一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个一个细胞发出的信息通过介质传递到另一
4、个细胞产生相应的反应细胞产生相应的反应oSignaling pathways are the information superhighways of the cell.细胞通讯的方式细胞通讯的方式I.分泌化学信号分泌化学信号细胞通讯的方式细胞通讯的方式I.分泌化学信号分泌化学信号o旁分泌旁分泌n对创伤或感染组织刺激细胞增殖以恢复功能具有对创伤或感染组织刺激细胞增殖以恢复功能具有重要意义重要意义o内分泌内分泌n激素分泌到血液激素分泌到血液o自分泌自分泌n常见于肿瘤细胞常见于肿瘤细胞o神经信号神经信号n实现电信号化学信号电信号的转化和传导实现电信号化学信号电信号的转化和传导细胞通讯的方式细胞通讯
5、的方式II.接触依赖接触依赖o多见于胚胎发育过程多见于胚胎发育过程n例：神经元细胞的分化例：神经元细胞的分化总结细胞细胞通讯通讯通过化学信号通过化学信号接触性依赖接触性依赖间隙连接间隙连接内分泌内分泌旁分泌旁分泌自分泌自分泌神经传导神经传导细胞内存在着多种信细胞内存在着多种信号转导方式和途径，号转导方式和途径，各种方式和途径间又各种方式和途径间又有多个层次的交叉调有多个层次的交叉调控，是一个十分复杂控，是一个十分复杂的网络系统。的网络系统。通过物理信号通过物理信号细胞的信号分子细胞的信号分子o信号分子信号分子/胞外信使胞外信使n疏水性的，如亲脂性信号、气体信号疏水性的，如亲脂性信号、气体信号o
6、直接跨膜进入胞质，通过细胞内受体传递信号直接跨膜进入胞质，通过细胞内受体传递信号n亲水性的，如亲水性信号亲水性的，如亲水性信号o经过跨膜的信号转换过程，将信号传递至胞内经过跨膜的信号转换过程，将信号传递至胞内胞外信使的种类胞外信使的种类n小分子神经递质或激素，如氨基酸或氨基酸衍小分子神经递质或激素，如氨基酸或氨基酸衍生物，如谷氨酸盐，甘氨酸，乙酰胆碱，肾上生物，如谷氨酸盐，甘氨酸，乙酰胆碱，肾上腺素，多巴宁（一种治脑神经病的药物），甲腺素，多巴宁（一种治脑神经病的药物），甲状腺激素等。状腺激素等。n甾类化合物甾类化合物/类固醇激素，调控性别分化，妊娠，类固醇激素，调控性别分化，妊娠，碳水化合物
7、代谢，钠钾离子的分泌碳水化合物代谢，钠钾离子的分泌nEicosanoids（花生烯酸类物质），调控疼痛，（花生烯酸类物质），调控疼痛，血压和凝血。血压和凝血。n各种多肽和蛋白质。尤其是跨膜蛋白。有些和各种多肽和蛋白质。尤其是跨膜蛋白。有些和胞外基质连通或是胞外基质的一部分，调控细胞外基质连通或是胞外基质的一部分，调控细胞分裂，分化，免疫应答，细胞凋亡等。胞分裂，分化，免疫应答，细胞凋亡等。Receptoro受体：受体：n识别和选择性结合信号分子的大分子（多为糖识别和选择性结合信号分子的大分子（多为糖蛋白），能进行信号转导，启动一系列生物学蛋白），能进行信号转导，启动一系列生物学反应。反应。n胞
8、内受体胞内受体n细胞表面受体细胞表面受体o多数受体分子带有糖链多数受体分子带有糖链通过通过细胞内受体细胞内受体介导的信号传递介导的信号传递o胞内受体胞内受体o识别并结合能透过质识别并结合能透过质膜进入胞内的信号分膜进入胞内的信号分子，如脂溶性激素子，如脂溶性激素n激素激活的基因调控蛋激素激活的基因调控蛋白，构成细胞内受体超白，构成细胞内受体超家族家族n一般有三个结构域，中一般有三个结构域，中部的部的DNA结合结构域结合结构域均具有高度保守的富含均具有高度保守的富含Cys锌指结构锌指结构n存在于胞质或核内存在于胞质或核内通过通过细胞内受体细胞内受体介导的信号传递介导的信号传递o这类受体所含氨基酸
9、残基数这类受体所含氨基酸残基数400-900不等。不等。o中部结构域是高度保守的富含中部结构域是高度保守的富含Cys的区域，的区域，由由7080个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成2个锌指结构个锌指结构的重复单位。的重复单位。o类固醇激素、视黄酸、维生素类固醇激素、视黄酸、维生素D和甲状腺素和甲状腺素的受体在细胞核内。的受体在细胞核内。o激素反应原件激素反应原件：激素：激素-受体复合物与基因特受体复合物与基因特殊调节区殊调节区通过通过细胞表面受体细胞表面受体介导的信号跨膜传递介导的信号跨膜传递o离子通道偶联的受体离子通道偶联的受体n介导神经冲动的传导介导神经冲动的传导oG蛋白偶联的受体蛋白偶联的受
10、体ncAMP信号通路信号通路n磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路n该信号通路与膜泡与质膜的结合与融合、微管运动、蛋该信号通路与膜泡与质膜的结合与融合、微管运动、蛋白质合成、核质转运相关。白质合成、核质转运相关。o与酶连接的受体（具催化功能）与酶连接的受体（具催化功能）n酪氨酸激酶受体（酪氨酸激酶受体（RTKs）n与细胞增殖、分化的调控有关与细胞增殖、分化的调控有关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o离子通道耦联的受体离子通道耦联的受体n电位门离子通道电位门离子通道oNa+K+Ca2+Cl-n配体门离子通道配体门离子通道o乙酰胆碱受体通道、乙酰胆碱受体通道、单
11、胺类受体通道等单胺类受体通道等n主要存在于神经细胞、主要存在于神经细胞、肌肉细胞或其他可兴奋肌肉细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递细胞间的突触信号传递(特有特有)n信号分子为神经递质，信号分子为神经递质，受体本身也是离子通道受体本身也是离子通道的组成部分的组成部分电兴奋传导波沿神经元质膜传递电兴奋传导波沿神经元质膜传递动作作电位使位使门控离子通道打开（控离子通道打开（钠离子离子/钾离离子等）子等）轴突末梢突末梢细胞膜去极化：胞膜去极化：-60mV30mV电位门控钙离子通道打开，钙离子进入细胞电位门控钙离子通道打开，钙离子进入细胞刺激突触泡与突触前膜融合刺激突触泡与突触前膜融合释放神经递质到突
12、触裂隙，与突触后细胞的释放神经递质到突触裂隙，与突触后细胞的膜受体相互作用（注：仅少数神经元之间的膜受体相互作用（注：仅少数神经元之间的突触为电突触，大多数为化学突触）突触为电突触，大多数为化学突触）突触后细胞感受神经递质的受体一类是配体突触后细胞感受神经递质的受体一类是配体门控离子通道，将化学信号重新转换为电信门控离子通道，将化学信号重新转换为电信号；另一类通过信号转导产生胞内信使。号；另一类通过信号转导产生胞内信使。受体受体o一些受体拥有一个以上的配体结合位点（这一些受体拥有一个以上的配体结合位点（这些蛋白都是寡聚蛋白）些蛋白都是寡聚蛋白）n有时候某一个配体的结合改变了下一个配体结有时候某
13、一个配体的结合改变了下一个配体结合的亲和力合的亲和力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oG蛋白偶联的受体所介导的信号通路蛋白偶联的受体所介导的信号通路ncAMP信号通路信号通路n磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路o存在于所有细胞表面存在于所有细胞表面G蛋白耦联的受体（蛋白耦联的受体（GPCRs）oG蛋白偶联的受体是蛋白偶联的受体是细胞表面一条有细胞表面一条有7次次跨膜跨膜-螺旋的螺旋的多肽多肽o存在于从酵母到高等存在于从酵母到高等植物到动物细胞中植物到动物细胞中o动物基因组编码了一动物基因组编码了一个个GPCRs的超家族的超家族o与其结合的配体包括与其结合的
14、配体包括激素、神经递质、光激素、神经递质、光子等子等G蛋白蛋白oGTP结合蛋白，由结合蛋白，由亚亚基基组组成，成，亚亚基具基具GTP酶酶活性。活性。o具分子开关作用：具分子开关作用：-GDP为为“关关”；-GTP为为“开开”细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白蛋白质磷酸化和去磷酸化以及蛋白质磷酸化和去磷酸化以及G蛋白分子开关的研究，分获蛋白分子开关的研究，分获1992、1994年诺贝尔奖年诺贝尔奖信信号号通通路路中中的的磷磷酸酸化化与与去去磷磷酸酸化化作作用用人人类类基基因因组组编编码码500种种不不同同的的蛋蛋白白激激酶酶和和超超过过100种种不不同同的的
15、蛋蛋白白磷磷酸酸酶酶。细细胞胞中中约约1/3的的蛋蛋白白质质与与磷磷酸酸化化作作用用有有关关G proteinoG 蛋白根据蛋白根据G 亚亚基及其基及其靶靶蛋白的不同蛋白的不同分为分为Gs, Gq, Gi, G12/13 nGs家族成员激活腺苷酸环化酶；家族成员激活腺苷酸环化酶； 而而Gi亚基则抑制腺苷酸亚基则抑制腺苷酸环化酶环化酶nGq家族成员激活家族成员激活PLCnG12/13的靶蛋白可能包括的靶蛋白可能包括Ras的一个的一个GTP酶激活蛋白，酶激活蛋白，蛋白酪氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶BTK和和Src，磷酯酶，磷酯酶D和蛋白激酶和蛋白激酶C。o亚亚基也具有信基也具有信号号功能，他功能，他们们
16、的的靶靶蛋白可能包括蛋白可能包括PLC、钾离子通道、钾离子通道、腺苷酸环化酶和腺苷酸环化酶和IP3 3激酶激酶cAMP信号通路的组成信号通路的组成oGs偶偶联联受受体体激激活活腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶o跨膜跨膜12次的糖蛋白次的糖蛋白o催化催化ATP生成生成cAMP（第二信使，（第二信使，正常为正常为 10-6mol/L ）ocAMP的靶酶是蛋白的靶酶是蛋白激酶激酶A，后者引起磷，后者引起磷酸化级联反应（快速酸化级联反应（快速应答）或转入细胞核应答）或转入细胞核使基因活化（缓慢应使基因活化（缓慢应答）答）cAMP的发现的发现o20世纪世纪50年代，美国，年代，美国，Ve
17、rrderbilt大学，大学，Earl.W.Southerlando狗狗/兔肝脏兔肝脏2mm切片切片在磷酸在磷酸缓冲液中温育冲液中温育肾上腺素上腺素/胰高血糖素刺激胰高血糖素刺激产生葡萄糖生葡萄糖n葡萄糖是不是肝糖原分解葡萄糖是不是肝糖原分解产生的？生的？还是肝是肝细胞胞中原有的葡萄糖中原有的葡萄糖释放放产生的？生的？o分分别测定肝薄片定肝薄片细胞内葡萄糖和孵育液中葡萄糖胞内葡萄糖和孵育液中葡萄糖浓度度n肝糖原可以分解；已存在的葡萄糖也能肝糖原可以分解；已存在的葡萄糖也能释放，放，是以上两种激素的是以上两种激素的综合效果合效果cAMP的发现的发现o32P标记中间产物，确定磷酸化酶为糖元分标记中
18、间产物，确定磷酸化酶为糖元分解的限速酶解的限速酶n肝糖原减少时，葡萄糖浓度相应增加，但是肝糖原减少时，葡萄糖浓度相应增加，但是1-磷酸葡萄糖和磷酸葡萄糖和6-磷酸葡萄糖浓度也增加。磷酸葡萄糖浓度也增加。Southerland认为该酶仅仅催化糖元分解，与认为该酶仅仅催化糖元分解，与糖元的合成无关，不是一个双向的酶。这个见糖元的合成无关，不是一个双向的酶。这个见解直至解直至10年以后，糖元合成酶被鉴定之后，才年以后，糖元合成酶被鉴定之后，才得到认同。得到认同。cAMP的发现的发现o聚丙烯酰胺凝胶电泳，发现两种酶，除了磷酸化酶之外，还有聚丙烯酰胺凝胶电泳，发现两种酶，除了磷酸化酶之外，还有一种能使其
19、失活的酶。两种酶的分子量几乎相等。一种能使其失活的酶。两种酶的分子量几乎相等。n推测磷酸化酶失活只涉及其分子量的微小变化推测磷酸化酶失活只涉及其分子量的微小变化n由于反应体系中无机磷酸的存在，并且在已知的糖生化代谢中由于反应体系中无机磷酸的存在，并且在已知的糖生化代谢中无机磷酸的广泛参与，推测酶蛋白的失活与磷酸有关。无机磷酸的广泛参与，推测酶蛋白的失活与磷酸有关。o将提取出来的抑制磷酸化酶活性的酶，与有活性的磷酸化酶一将提取出来的抑制磷酸化酶活性的酶，与有活性的磷酸化酶一起孵育，发现随着磷酸化酶活性受到抑制，体系中的游离磷酸起孵育，发现随着磷酸化酶活性受到抑制，体系中的游离磷酸量显著上升。于是
20、证明了以上推测，并由此奠定了磷酸化分子量显著上升。于是证明了以上推测，并由此奠定了磷酸化分子开关的反应机理。开关的反应机理。o进一步的进一步的32P标记实验证明了：在以上两种激素刺激肝切片的标记实验证明了：在以上两种激素刺激肝切片的情况下，磷酸的参入量与磷酸化酶活性成正比。情况下，磷酸的参入量与磷酸化酶活性成正比。cAMP的发现的发现o当将肝切片裂解之后，以上反应的结果全部消失：当将肝切片裂解之后，以上反应的结果全部消失：激素不能诱导磷酸化酶的活化。激素不能诱导磷酸化酶的活化。n参照其他课题组的研究方法，加入参照其他课题组的研究方法，加入ATP和和Mg2+在反应在反应体系中，磷酸化酶仍然不能活
21、化体系中，磷酸化酶仍然不能活化n在实验过程中，发现离心后的上清对激素没有反应，加在实验过程中，发现离心后的上清对激素没有反应，加入沉淀残渣之后却能够激活磷酸化酶入沉淀残渣之后却能够激活磷酸化酶o残渣经煮沸、纸层析，分离出一种耐热因子，可以残渣经煮沸、纸层析，分离出一种耐热因子，可以激活磷酸化酶。并且激素可以诱导该物质的含量升激活磷酸化酶。并且激素可以诱导该物质的含量升高。经分析，此物质为单核苷酸。高。经分析，此物质为单核苷酸。oLipkin实验室将实验室将ATP经经Ba（OH）2水解也得到一水解也得到一种热稳定因子。种热稳定因子。cAMP的发现的发现o两个实验室均将提取出的物质寄给生化专家两个
22、实验室均将提取出的物质寄给生化专家Leon Heppel教教授，请他分析其分子结构。并由此确定生成该化合物的酶。授，请他分析其分子结构。并由此确定生成该化合物的酶。oLeon Heppel教授发现两个实验室的物质相同，并且是一种教授发现两个实验室的物质相同，并且是一种很简单的化合物，但是，他仅仅提供了分析方法，而将两个实很简单的化合物，但是，他仅仅提供了分析方法，而将两个实验室的样品交换寄给对方，他期待这些年轻科学家能够获得激验室的样品交换寄给对方，他期待这些年轻科学家能够获得激素代谢上的重大突破，而自己却主动放弃了获得诺贝尔奖的机素代谢上的重大突破，而自己却主动放弃了获得诺贝尔奖的机会。会。
23、o两个实验室均采用两个实验室均采用Leon Heppel教授的方法，证明了该热稳教授的方法，证明了该热稳定因子是定因子是cAMP。o继续通过层析纯化出能够催化继续通过层析纯化出能够催化cAMP生成的酶，并且受到激素生成的酶，并且受到激素诱导该酶活性升高。诱导该酶活性升高。o此酶广泛存在于动物肝脏、心脏、骨骼肌、肾上腺及消化道粘此酶广泛存在于动物肝脏、心脏、骨骼肌、肾上腺及消化道粘膜中。膜中。cAMP的发现的发现oSoutherland并不满足，他认为并不满足，他认为cAMP的量在细的量在细胞中肯定不可能是恒定的，应该还存在降解胞中肯定不可能是恒定的，应该还存在降解cAMP的酶。否则激素的调节作
24、用就不可能均衡。的酶。否则激素的调节作用就不可能均衡。n分离到降解分离到降解cAMP的磷酸二酯酶。的磷酸二酯酶。o1965年，年， Southerland提出：含氮激素作用于提出：含氮激素作用于细胞膜受体，激活细胞膜的腺苷酸环化酶，在细胞细胞膜受体，激活细胞膜的腺苷酸环化酶，在细胞内催化内催化ATP生成生成cAMP，由后者将激素携带的信息，由后者将激素携带的信息传递到细胞内。因其是激素作用的中介物，将激素传递到细胞内。因其是激素作用的中介物，将激素成为成为“第一信使第一信使”， cAMP就成为就成为“第二信使第二信使”。细胞内多种酶的活性是受到磷酸化调节的，因此细胞内多种酶的活性是受到磷酸化调
25、节的，因此cAMP的下游会产生多种生理效应。的下游会产生多种生理效应。cAMP的发现的发现ocAMP的下游产生不同的生理效应又受到了质疑。的下游产生不同的生理效应又受到了质疑。o20世纪世纪60年代以后，年代以后， Southerland提出了确凿提出了确凿的证据，证明不同肽类或蛋白质激素作用的特异性，的证据，证明不同肽类或蛋白质激素作用的特异性，取决于细胞膜的不同受体和取决于细胞膜的不同受体和cAMP引发的不同化学引发的不同化学反应；不同激素、不同靶细胞内，酶反应系统有很反应；不同激素、不同靶细胞内，酶反应系统有很大差别。大差别。o1971年，获得诺贝尔奖。年，获得诺贝尔奖。o现已证明，高等
26、动物几乎所有的组织细胞都装备了现已证明，高等动物几乎所有的组织细胞都装备了cAMP调节系统。粘液菌、海胆、果蝇和蛙类等低调节系统。粘液菌、海胆、果蝇和蛙类等低等动物也存在等动物也存在cAMP调节系统。该系统从原核细胞调节系统。该系统从原核细胞到高等哺乳动物的进化中具有高度保守性。到高等哺乳动物的进化中具有高度保守性。cAMP发现的启示发现的启示o选择什么样的科研课题？选择什么样的科研课题？o试验的思路和实验方案的确定也很试验的思路和实验方案的确定也很关键关键o要知道试验过程中随时会出现意想不到的结要知道试验过程中随时会出现意想不到的结果，此时正确的推理是和反复的验证是必不果，此时正确的推理是和
27、反复的验证是必不可少的。可少的。o善于将个别试验的结果归纳上升为一般性的善于将个别试验的结果归纳上升为一般性的理论理论o对于科学家的要求：对于科学家的要求：实实cAMP发现的启示发现的启示o为什么第二信使学说迅速获得了诺贝尔奖？为什么第二信使学说迅速获得了诺贝尔奖？n严谨的思维和试验不容置疑严谨的思维和试验不容置疑n为相关研究提供了理论平台为相关研究提供了理论平台第二信使学说第二信使学说o亲水性的胞外化学物质（第一信使）不能进亲水性的胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，而导致产入细胞，它作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，从而激发一系列生化反应，生胞内第二信使，
28、从而激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应。第二信使的降解最后产生一定的生理效应。第二信使的降解使其信号作用终止。使其信号作用终止。o目前公认的第二信使目前公认的第二信使(P223,图图8-3)ncAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3第二信使第二信使cAMP在细胞中的浓度变化在细胞中的浓度变化神经细胞接受神经细胞接受5-羟色胺后胞内的羟色胺后胞内的cAMP浓度。蓝色表示低浓度。蓝色表示低浓度；黄色为中浓度；红色为高浓度。注意在浓度；黄色为中浓度；红色为高浓度。注意在109s后，后，神经递质存在并未使神经递质存在并未使cAMP的浓度增加的浓度增加cAMP的靶酶的靶酶PKA不同细胞对不同
29、细胞对PKA的应答底物不同，从而产生不同的效应的应答底物不同，从而产生不同的效应识别氨基酸序列：识别氨基酸序列：X-Arg-(Arg/Thr)-血血糖糖水水平平的的调调控控信号的终止信号的终止o信号转导过程必需被及时终止才能防止不必信号转导过程必需被及时终止才能防止不必要的错误。细胞终止某信号转导过程的方式要的错误。细胞终止某信号转导过程的方式可能包括：可能包括： n细胞分泌胞外酶降解胞外信号分子细胞分泌胞外酶降解胞外信号分子n受体与配体一同降解受体与配体一同降解n靶向降解过程的信号蛋白的激活靶向降解过程的信号蛋白的激活n细胞含有能够逆转信号过程的酶细胞含有能够逆转信号过程的酶oGs偶偶联联受
30、受体体激激活活腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶G蛋白蛋白-cAMP信号的终止信号的终止o激活的激活的GPCR的胞内位点被一种特殊的激酶的胞内位点被一种特殊的激酶G protein-coupled receptor kinase(GRK)所识别并磷酸化所识别并磷酸化o一些称为一些称为arrestins的蛋白质识别并结合磷的蛋白质识别并结合磷酸化的酸化的GPCR，竞争，竞争RPCR与与G蛋白的结合蛋白的结合位点。结果，位点。结果，G蛋白不会被继续激活。蛋白不会被继续激活。oGRKs本身也受磷酸化调节。将本身也受磷酸化调节。将GRKs进行进行磷酸化修饰的酶同样受到各种胞外信号的激磷酸化修饰的酶同样受到各种胞
31、外信号的激活。活。G蛋白蛋白-cAMP信号的终止信号的终止oArrestin分子还与笼形蛋白相互作用，通分子还与笼形蛋白相互作用，通过胞吞作用将磷酸化的过胞吞作用将磷酸化的GPCR摄入胞内。摄入胞内。n细胞可以将磷酸化的细胞可以将磷酸化的GPCR去磷酸化并使其重去磷酸化并使其重新返回质膜新返回质膜n细胞也可以将磷酸化的细胞也可以将磷酸化的GPCR运入溶酶体降解运入溶酶体降解n前一种方式和后一种方式的主要区别在于细胞前一种方式和后一种方式的主要区别在于细胞是否在短时间内需要对配体发生反应是否在短时间内需要对配体发生反应G蛋白蛋白-cAMP信号的终止信号的终止o在细胞内还有环腺苷磷酸二酯酶（在细胞
32、内还有环腺苷磷酸二酯酶（PDE），），可降解可降解cAMPo抑制性激素与相应抑制型受体抑制性激素与相应抑制型受体Ri结合，偶联结合，偶联抑制型三聚体抑制型三聚体G蛋白，抑制腺苷酸环化酶活蛋白，抑制腺苷酸环化酶活性，降低靶细胞性，降低靶细胞cAMP水平水平G蛋白蛋白-cAMP信号的终止信号的终止o激活的激活的G 亚基信基信号号的的终止有一止有一个个完全不同的机制完全不同的机制nG 亚基自身基自身带有微弱的有微弱的GTPaseGTPase活性，可以活性，可以将将其其结合的合的GTPGTP分子分子缓慢降解成慢降解成GDPGDP同同时使自身使自身对信信号脱号脱敏感敏感n于是，信于是，信号号的强度和持的
33、强度和持续性即依性即依赖于于GTPGTP的水解速率的水解速率nregulators of G protein signaling (RGSs)regulators of G protein signaling (RGSs)能加强能加强该信信号号的的终止活性：其止活性：其与与G 亚基基亚基的相互作用可以增强其基的相互作用可以增强其GTPaseGTPase活性活性n一旦一旦GTPGTP被水解被水解称称为GDPGDP， G 亚基即基即与与G G亚基重新基重新结合，回到原初合，回到原初状状态P259o霍乱病患者的症状是严重腹泻，其主要原因霍乱病患者的症状是严重腹泻，其主要原因就是霍乱毒素催化就是霍乱毒
34、素催化Gs亚基亚基ADP-ADP-核糖基化，核糖基化，致使小肠上皮细胞中致使小肠上皮细胞中cAMPcAMP水平水平增加增加100100倍倍以以上，导致细胞大量上，导致细胞大量钠离子钠离子和水分持续外流，和水分持续外流，产生严重腹泻和脱水。产生严重腹泻和脱水。磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇(phosphoinositide)信号转导途径信号转导途径磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路o磷脂酰肌醇循环途径磷脂酰肌醇循环途径钙信使钙信使IP3与钙信使通路与钙信使通路o胞质基态胞质基态Ca2+浓度浓度约约10-7mol/L oIP3是水溶性分子，是水溶性分子，在胞内动员内源在胞内动员内源Ca2+（主要来自内质（
35、主要来自内质网）网）oCa2+CaMCa2+CaM活化靶活化靶酶酶o钙调钙调蛋白激蛋白激酶酶是重要是重要的靶的靶酶酶Ca2+作为胞内信使作为胞内信使oCa2+在细胞生理活动中起到了重要作用。在细胞生理活动中起到了重要作用。o如肌肉收缩，细胞分裂，受精过程，分泌过如肌肉收缩，细胞分裂，受精过程，分泌过程，神经传导程，神经传导,新陈代谢新陈代谢,基因转录基因转录,细胞运细胞运动等。动等。o在细胞特定部位的在细胞特定部位的Ca2+浓度被膜上的浓度被膜上的Ca2+泵或泵或Ca2+通道所调节。胞质的静息通道所调节。胞质的静息Ca2+浓度很低，浓度很低， 一一般为般为10-7 M。 而胞外或而胞外或ER、
36、液泡中的、液泡中的Ca2+浓度则达其浓度则达其10,000 倍。倍。 受精引起的海星卵受精引起的海星卵Ca2+变化变化o以以10sec间隔拍摄的海星卵受精后的间隔拍摄的海星卵受精后的Ca2+分布分布o蓝色代表游离蓝色代表游离Ca2+的低浓度，而红色代表高浓度的低浓度，而红色代表高浓度o从图中可见，从图中可见，Ca2+从精子进入位置（箭头处）产生，直从精子进入位置（箭头处）产生，直至遍布整个卵细胞。至遍布整个卵细胞。Ca2+作为胞内信使作为胞内信使o作为第二信使，作为第二信使，Ca2+与与 cAMP的不同点在于：的不同点在于：n后者只被特定的蛋白激酶激活后者只被特定的蛋白激酶激活, Ca2+则可
37、被各种各则可被各种各样的胞内效应物激活，蛋白激酶仅仅为其中的一类样的胞内效应物激活，蛋白激酶仅仅为其中的一类n在不同的细胞类型中在不同的细胞类型中, Ca2+可激活或抑制各种酶或可激活或抑制各种酶或转运体系的作用转运体系的作用,改变膜的离子透性改变膜的离子透性,诱导膜融合诱导膜融合,或或改变骨架的结构和功能。（改变骨架的结构和功能。（240表表8-3）n以上功能并不是由以上功能并不是由Ca2+单独实施的，而是必需依赖单独实施的，而是必需依赖于各种钙结合蛋白。于各种钙结合蛋白。植物细胞对钙浓度的调节植物细胞对钙浓度的调节o在植物细胞中在植物细胞中,钙信使参予植物钙信使参予植物对光照、压力、对光照
38、、压力、重力和植物激素重力和植物激素的感应，如的感应，如ABA等。等。The role of Ca2+ in guard cell chosureo当当ABA水平升高时，质膜水平升高时，质膜Ca2+ 通道打开，通道打开， Ca2+ 进入进入细胞（细胞（step 1），并进一步），并进一步增强了液泡贮存增强了液泡贮存Ca2+ 的释放的释放（step 2）。）。o胞质胞质Ca2+ 的瞬间上升导致内的瞬间上升导致内向向K+ 通道的关闭（通道的关闭（step 3a）和外向）和外向K+ 通道的打开通道的打开（step 3b）。）。Cl-也和也和K+一一起流出细胞。起流出细胞。o离子的输出降低了细胞溶质的
39、离子的输出降低了细胞溶质的浓度，提高了保卫细胞的水势，浓度，提高了保卫细胞的水势，导致水流出细胞，气孔关闭。导致水流出细胞，气孔关闭。Ca2+信号的消除信号的消除DG与与PKCDG与与PKCoPKC是钙离子和磷脂酰丝氨酸依赖性激酶，具有广是钙离子和磷脂酰丝氨酸依赖性激酶，具有广泛的作用底物，参与众多生理作用泛的作用底物，参与众多生理作用n既涉及许多细胞既涉及许多细胞“短期生理效应短期生理效应”如细胞分泌、肌肉收如细胞分泌、肌肉收缩等缩等n又涉及细胞增殖、分化等又涉及细胞增殖、分化等“长期生理效应长期生理效应”oDG除了由除了由PIP2系统生成之外，还可以由质膜上系统生成之外，还可以由质膜上的磷
40、脂酰胆碱断裂生成。后者较的磷脂酰胆碱断裂生成。后者较PIP2系统生成的系统生成的DG寿命长，可维持寿命长，可维持PKC的长期活性。的长期活性。oG蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答答n肽类激素、局部介质、神经递质、氨基酸或脂肽类激素、局部介质、神经递质、氨基酸或脂肪酸衍生物、哺乳类嗅觉、味觉、视觉受体等肪酸衍生物、哺乳类嗅觉、味觉、视觉受体等n线虫基因组线虫基因组19 000个基因中大约编码个基因中大约编码1000种种不同的不同的G蛋白偶联受体蛋白偶联受体G蛋白耦联受体也能够刺激离子通道蛋白耦联受体也能够刺激离子通道oM-型乙酰胆碱受体在心肌细胞质膜上的
41、工型乙酰胆碱受体在心肌细胞质膜上的工作模型作模型nP243，图，图8-23o视杆细胞中视杆细胞中Gt蛋白耦联的光受体（视紫红质）蛋白耦联的光受体（视紫红质）诱导的阳离子通道的关闭诱导的阳离子通道的关闭nP245 ，图，图8-25与酶连接的受体与酶连接的受体o受体本身具酶活性受体本身具酶活性o胞外配体为可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素胞外配体为可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素o包括包括n受体酪氨酸激酶（受体酪氨酸激酶（RTK）n受体丝氨酸受体丝氨酸/苏氨酸激酶苏氨酸激酶o转化生长因子转化生长因子-的受体的受体n受体酪氨酸磷酸酯酶受体酪氨酸磷酸酯酶o作用与作用与RTK相反相反n受体鸟苷酸环化酶受体
42、鸟苷酸环化酶o心房排钠肽（心房排钠肽（ANPs）的受体，导致血管平滑肌松弛和）的受体，导致血管平滑肌松弛和血压下降；也接受血压下降；也接受NO的作用的作用n酪氨酸蛋白激酶联系的受体酪氨酸蛋白激酶联系的受体Steps in the activation of a receptor protein-tyrosine kinase(RTK)受体酪氨酸激酶的二聚化和自磷酸化受体酪氨酸激酶的二聚化和自磷酸化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o与与RTK结合的蛋白均具有结合的蛋白均具有SH2（Src同源区同源区2）结构域，选择性结合不同位点的磷酸酪氨酸残基结构域，选择性
43、结合不同位点的磷酸酪氨酸残基SH2 结构域结构域oSH2 结构域由大约结构域由大约 100 个氨基酸组成个氨基酸组成o由由2个个螺旋和夹在螺旋和夹在其中的一个反向平行其中的一个反向平行的的片层组成疏水核片层组成疏水核心心o 象一个口袋象一个口袋/一个扁一个扁平的半球，识别并结平的半球，识别并结合合TRY的磷酸化位的磷酸化位点点 RTK-Ras蛋白信号通路蛋白信号通路oRas蛋白为蛋白为ras基因的产物，为一种基因的产物，为一种190个个氨基酸组成的氨基酸组成的GTP结合蛋白结合蛋白o在许多真核细胞中，在许多真核细胞中，Ras蛋白是蛋白是RTK信号通信号通路的关键组分路的关键组分oRas蛋白具分
44、子开关作用，其活化需结合蛋白具分子开关作用，其活化需结合GTP和和GRF（鸟苷酸释放因子）的参与；（鸟苷酸释放因子）的参与；其钝化需结合其钝化需结合GDP和和GAP（GTP酶活化蛋酶活化蛋白）的参与白）的参与例：例：RTK-Ras蛋白信号转导途径蛋白信号转导途径oRas蛋白为蛋白为ras基因的产物，基因的产物，为一种为一种190个氨基酸组成个氨基酸组成的的GTP结合蛋白结合蛋白o在许多真核细胞中，在许多真核细胞中，Ras蛋白是蛋白是RTK信号通路的关信号通路的关键组分键组分oRas蛋白具分子开关作用，蛋白具分子开关作用，其活化需结合其活化需结合GTP（红色）（红色）其钝化需结合其钝化需结合GD
45、P（蓝色）（蓝色）The G Protein CycleoRas 水解水解GTP的能力比的能力比G 至少慢至少慢100100倍。倍。o GAPGTPase-activating protein/GTP酶酶活化蛋白，增强活化蛋白，增强Ras 水解水解GTP的能力因而钝化了的能力因而钝化了Ras。oGEFGEF（guanine nucleotide-exchange factorguanine nucleotide-exchange factor）活）活化化RasRasoRas-GTPRas-GTP存在存在时间不超不超过1sec1sec，可，可见其向下游的其向下游的信信号号传递是脉冲式的。是脉冲式
46、的。o在在25%-30%25%-30%的人的人肿瘤中瘤中发现异异常的常的RasRas蛋白，其蛋白，其1212位或位或6161位的位的valval由由glygly取代，致使取代，致使GAPGAP无法无法结合，合，向其下游不停向其下游不停顿地地发送信送信号号，引起，引起过度增殖。度增殖。RAS途途径径Ras激活的激酶磷酸化级联反应激活的激酶磷酸化级联反应oThe Steps of a Generalized MAP Kinase CascadeoMAPmitogen-activated protein(有丝分裂活有丝分裂活化原蛋白化原蛋白)oERKextracellular-signal-regu
47、lated kinases（胞外信号（胞外信号调节）调节）A Diversity of Signaling Proteinso(a)Grb2为含为含SH2结构域的接头蛋白，结构域的接头蛋白，连接激活的生长因子连接激活的生长因子RTK和和SOS,后后者激活其下游的者激活其下游的Ras蛋白蛋白o(b)IRS为含有为含有PTB结构域的停泊蛋白，结构域的停泊蛋白，识别并与激活的受体结合后，受体将识别并与激活的受体结合后，受体将其磷酸化，以便为其他蛋白的结合进其磷酸化，以便为其他蛋白的结合进一步提供磷酸化位点一步提供磷酸化位点o(c)STAT为转录因子家族的成员，它们为转录因子家族的成员，它们在免疫应答
48、中起重要作用。在免疫应答中起重要作用。STAT蛋白蛋白含有含有SH2结构域和结构域和Tyr磷酸化位点，磷酸化位点，后者允许其他后者允许其他STAT蛋白与之结合。被蛋白与之结合。被募集的募集的STAT蛋白磷酸化后形成二聚体蛋白磷酸化后形成二聚体o(d)一系列含一系列含SH2结构域的信号酶的结结构域的信号酶的结合合通通过过细细胞胞表表面面受受体体介介导导的的信信号号传传递递结结合合并并识识别别不不能能跨跨膜膜的的信信号号物物质质P226体会亲水性信号相关的信号转导通路体会亲水性信号相关的信号转导通路o受体受体n胞外侧与配体产生应答胞外侧与配体产生应答胞内侧构象改变胞内侧构象改变激活细胞内激活细胞内
49、的某些能感应该受体构象变化的蛋白的某些能感应该受体构象变化的蛋白o分子开关的响应分子开关的响应o第二信使的参与第二信使的参与o信号的级联放大信号的级联放大o信号的熄灭信号的熄灭o整个信号转导过程大多依赖于蛋白整个信号转导过程大多依赖于蛋白-蛋白的相互识蛋白的相互识别与作用，这种相互作用是靠蛋白质模式结合域所别与作用，这种相互作用是靠蛋白质模式结合域所特异性介导的。特异性介导的。蛋白质模式结合域蛋白质模式结合域参与信号转导的蛋白具有某参与信号转导的蛋白具有某种特征结构域，该结构域被种特征结构域，该结构域被上游信号或蛋白激活后，其上游信号或蛋白激活后，其构象被下游蛋白所识别，与构象被下游蛋白所识别
50、，与下游蛋白相匹配的特征结构下游蛋白相匹配的特征结构域进一步结合，如此级联进域进一步结合，如此级联进行，形成信号转导通路中的行，形成信号转导通路中的特征蛋白质复合体，成为某特征蛋白质复合体，成为某些信号转导过程的结构基础。些信号转导过程的结构基础。NO作为气体信号分子进入靶细胞作为气体信号分子进入靶细胞oNO是一种自由基性质的气体，具脂溶性是一种自由基性质的气体，具脂溶性oNO极不稳定，半衰期只有极不稳定，半衰期只有2-30s，只能在，只能在组织中局部扩散组织中局部扩散NO作为气体信号分子进入靶细胞作为气体信号分子进入靶细胞o血管内皮细胞和神经元是血管内皮细胞和神经元是NO的生成细胞的生成细胞
51、oNO可产生于人体多种细胞：巨噬细胞；白细胞可产生于人体多种细胞：巨噬细胞；白细胞oNO生成后快速透过脂双层到达生成后快速透过脂双层到达临近靶细胞临近靶细胞发挥作发挥作用用oNO受体：鸟苷酸环化酶；催化形成受体：鸟苷酸环化酶；催化形成cGMPocGMP作为第二信使，激活其靶酶：蛋白激酶作为第二信使，激活其靶酶：蛋白激酶GPKGo下游生理效应：血管平滑肌舒张；调节血压；参与下游生理效应：血管平滑肌舒张；调节血压；参与大脑学习、记忆的长时程增强效应的信号转导；参大脑学习、记忆的长时程增强效应的信号转导；参与痛觉、感觉传递；参与神经元对泌尿生殖系统的与痛觉、感觉传递；参与神经元对泌尿生殖系统的控制；
52、抗击侵入人体的微生物；阻止癌细胞扩散控制；抗击侵入人体的微生物；阻止癌细胞扩散o硝酸甘油能用于硝酸甘油能用于治疗心绞痛患者治疗心绞痛患者n硝酸甘油在体内硝酸甘油在体内转化成为转化成为NO，可舒张血管，从可舒张血管，从而减轻心脏负荷而减轻心脏负荷和心肌的需氧量。和心肌的需氧量。Convergence, Divergence and Crosstalk 信号的整合与控制信号的整合与控制 oSignals can be passed back and forth between different pathways, a phenomenon known as crosstalk.o信号通路之间的调
53、控是复杂的，组成一个贯信号通路之间的调控是复杂的，组成一个贯通的网络。细胞对这个网络具有自我修复和通的网络。细胞对这个网络具有自我修复和补偿的能力。补偿的能力。Convergence, Divergence and Crosstalk 信号的整合与控制信号的整合与控制同一细胞上不同同一细胞上不同的受体应答于不的受体应答于不同的胞外信号产同的胞外信号产生相同的效应；生相同的效应；不同信号结合于不同信号结合于各自的受体，可各自的受体，可能激活相通的胞能激活相通的胞内反应，如内反应，如 Ras 或或 Raf.Convergence, Divergence and Crosstalk 信号的整合与控制
54、信号的整合与控制不同细胞对不同细胞对同一种化学信号分子同一种化学信号分子可能具有可能具有不同的受体，不同的受体，因此不同细胞对同一信号产生不同的反应因此不同细胞对同一信号产生不同的反应同一个信号，如同一个信号，如 EGF or 胰岛素，能够激活一系列不同的效应器，导致不同的胞内应答。胰岛素，能够激活一系列不同的效应器，导致不同的胞内应答。convergencedivergenceo例：肾上腺素，在肝例：肾上腺素，在肝脏细胞，脂肪细胞，脏细胞，脂肪细胞，肠平滑肌细胞有相同肠平滑肌细胞有相同的受体，并在以上三的受体，并在以上三种细胞中均能产生种细胞中均能产生cAMP，但分别引起，但分别引起不同的反
55、应：肝脏细不同的反应：肝脏细胞的糖元降解；脂肪胞的糖元降解；脂肪细胞三酸甘油酯的降细胞三酸甘油酯的降解和平滑肌细胞的松解和平滑肌细胞的松弛。弛。P255o信号的强度或持续的时间不同从而控制反应信号的强度或持续的时间不同从而控制反应的性质。的性质。nPC12细胞系细胞系nNGF（神经生长因子）促进神经元形成（神经生长因子）促进神经元形成nEGF（上皮生长因子）促进脂肪细胞形成；延（上皮生长因子）促进脂肪细胞形成；延长刺激时间则引起神经元分化长刺激时间则引起神经元分化n二者的受体相同，但二者的受体相同，但NGF则是该通路更强的激则是该通路更强的激活子活子o在不同的细胞中，因为有不同的转录因子组在不
56、同的细胞中，因为有不同的转录因子组分，所以即使同样受体而其下游通路也是不分，所以即使同样受体而其下游通路也是不同的。同的。n线虫线虫nEGF信号在不同细胞类型中诱发信号在不同细胞类型中诱发5种不同的反应种不同的反应 crosstalkoPKA可阻止可阻止RasRef的信号传递，使的信号传递，使MAP级联作用不能启级联作用不能启动动o同时，同时，PKA和和MAP级级联作用产生的激酶联作用产生的激酶（RSK-2）都可以激）都可以激活活CREB的同一个磷的同一个磷酸化位点：酸化位点：Ser133，从而使基因转录，从而使基因转录复习复习o1.细胞通讯的概念及方式细胞通讯的概念及方式o2.细胞信号转导的
57、基本途径。细胞信号转导的基本途径。o3.膜受体分哪几种？图示与其相关的各信号膜受体分哪几种？图示与其相关的各信号转导途径的基本过程。并举例说明其生物学转导途径的基本过程。并举例说明其生物学意义。意义。o4.已知的第二信使有哪些？它们如何起作用已知的第二信使有哪些？它们如何起作用的？的？o5.理解信号转导的复杂性和调控的精密性。理解信号转导的复杂性和调控的精密性。思考思考o1. 如何理解受体与配体结合的特异性？如何理解受体与配体结合的特异性？o2. 如何理解细胞信号转导的灵活性？如何理解细胞信号转导的灵活性？o3. 你认为细胞是如何整合外界信息的，又你认为细胞是如何整合外界信息的，又是如何对外界信息产生反应的？是如何对外界信息产生反应的？
