第十六章 细胞信息转导

第十六章细胞信号转导(CellCommunicationandSignalTransduction)跨膜信号转导步骤特定细胞释放信息物质信息物质到达靶细胞与靶细胞的受体特异结合启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应多细胞生物通过细胞间信号传递系统调控机体活动。单细胞生物直接作出反应。外界刺激第一节信号分子与受体(SignalMoleculesandReceptor)(一)信号分子的种类一、信号分子的种类与传递方式1.激素又称内分泌信号(endocrinesignal)。由内分泌细胞分泌。通过血液循环到达靶细胞。大多数作用时间较长。(2)例如：胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等。(1)特点2.神经递质又称突触分泌信号(synapticsignal)由神经元细胞分泌。作用时间较短。(2)例如：乙酰胆碱、神经肽类等。(1)特点3.生长因子由普通细胞分泌，扩散到达靶细胞。作用时间较短。(1)特点(2)例如： 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 皮生长因子(EGF)等。4.细胞因子由普通细胞分泌的多肽或蛋白质。介导或调节免疫功能、刺激造血。(1)特点5.无机物如Ca2+、NO、CO等。(2)例如：白介素(IL)、干扰素(IFN)等。(二)信号分子的传递方式内分泌信号传递2.旁分泌信号传递3.自分泌信号传递通过血液循环到达靶细胞的传递方式。到达临近的靶细胞的传递方式。到达自身作为靶细胞的传递方式。二、受体的种类和作用特点受体(recepter)是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的特殊蛋白质或糖脂等。配体(ligand)是能与受体呈特异性结合的生物活性分子。(一)受体的种类1.细胞膜受体(cellmembranereceptor)分类膜受体胞内受体离子通道受体G蛋白偶联受体单跨膜受体(1)离子通道受体又称环状受体，本身位于细胞膜上的配体门控离子通道，与配体结合，控制离子进出细胞。存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。乙酰胆碱受体(2)G蛋白偶联受体(G-proteincoupledreceptors,GPCRs)又称七个跨膜螺旋受体或蛇型受体。如神经递质受体和激素受体属于此类。G蛋白偶联受体的结构矩型代表-螺旋，N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。(3)单跨膜受体含TPK结构域的受体EGF:表皮生长因子IGF-1:胰岛素样生长因子PDGF:血小板衍生生长因子FGF:成纤维细胞生长因子该型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关。胰岛素受体和生长因子受体等即属于此型。2.细胞内受体(intracellularreceptor)主要分布于细胞核，多为转录因子，故称为转录因子受体或核受体。这类受体与相应的配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。如固醇激素受体、甲状腺激素受体和维生素D受体等。配体浓度受体饱和度（％）配体－受体结合曲线(二)受体作用的特点1.高度专一性2.高度亲和力3.可饱和性4.可逆性5.特定的作用模式第二节细胞信号传导途径(SignalTransductionPathway)一、膜受体介导的信息传递第二信使(secondarymessenger)在细胞内传递信息的小分子物质，如:Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。(一)环核苷酸信号转导途径1.cAMP信号转导途径信号分子→膜受体→G蛋白→AC→cAMP→PKA→效应蛋白(酶)→生物学效应(1)G蛋白及其信号转导途径G蛋白(鸟苷酸结合蛋白)分两类，一类由α、β和γ亚基构成异三聚体；另一类为单体小分子G蛋白，其成员包括Ras、Rap、Rac、Rho等50多种。(+)信号分子A信号分子B激动型受体抑制型受体(+)(+)γβγβγβαsGDP-αi-GDPαsGTP-αi-GTP(-)ACATPcAMP(+)PKA生物学效应RＲACγαβGDPαGTPβγ腺苷酸环化酶ACATPcAMP(2)AC与cAMP的生成(3)依赖cAMP的蛋白激酶A(PKA)RRR：调节亚基C：催化亚基cAMPＣＣH2.cGMP信号转导途径(1)GC与cGMP的生成GTPGＣPPicGMP(2)PKG的作用使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化。NOGCPKG蛋白质磷酸化GCG蛋白GTPcGMP激素R胞膜信号分子→膜受体/GC→cGMP→PKG→底物蛋白(酶)→生物学效应(二)脂类衍生物信号转导途径1.DAG/IP3信号转导途径甘油二酯(DAG):在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活PKC。三磷酸肌醇(IP3):与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内Ca2+释放。(1)PI-PLC与DAG/IP3的生成信号分子→膜受体→Gq蛋白或TPK→PI-PLC→DAG/IP3→PKC→底物蛋白(酶)→生物学效应(PI-PLC)(PI-P2)DAG+IP3磷脂酰肌醇双磷酸磷脂酰肌醇磷脂酶C①信号转导受体或酶，如胰岛素受体、肾上腺素能受体等；②膜蛋白和核蛋白，如组蛋白、钙泵等；③细胞收缩或骨架蛋白，如肌球蛋白、肌钙蛋白等；④代谢酶或其他蛋白，如糖原合酶、磷酸化酶等。(2)蛋白激酶C(PKC)的作用可催化多种底物蛋白或酶的磷酸化，包括：2.PI3K信号转导途径信号分子→膜受体→Gq蛋白或TPK→PI3K→PI-3，4-P2(PI-3，4，5-P3)→PDK1/2→PKB→底物蛋白(酶)→生物学效应(+)生物学效应信号分子A受体(+)γβγβαqGDP-GTP-αq(+)PI-PLCβPI-4,5-P2IP3Ca2+信号途径DAG(+)PSCa2+TPKPKCPyk2(+)信号分子B受体(+)PI3KγPI3KβPI-4-PPI-3,4-P2(PI-3,4,5-P3)PI-PLCγ(+)(+)PDK1/2PKB2.钙调蛋白(calmodulin,CaM)有四个Ca2+结合位点。与Ca2+一起激活CaM激酶，磷酸化多种功能蛋白质(丝、苏氨基酸残基)。1.组成:受体、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、CaM激酶(三)Ca2+信号转导途径电信号或化学信号→钙通道→胞浆[Ca2+]→CaM→CaM-PK→底物蛋白/酶→生物学效应3．CaM-PK主要分布于小脑和前脑组织，作用于某些转录因子，在学习和记忆过程中发挥重要的作用。Ca2+信号转导途径电信号或信号分子A信号分子B钙通道受体(+)(+)(+)胞外Ca2+内流(+)RyR储存Ca2+释放(+)DAG/PI3信号途径PI3R(+)胞浆[Ca2+]↑钙泵胞外及储存Ca2+CaM(+)(+)CaM-PK生物学效应(+)钙调节酶(+)靶酶或靶蛋白(四)酪氨酸蛋白激酶(TPK)途径信号分子→受体型或非受体型TPK→Ras→ERK→底物蛋白/酶→生物学效应1.受体型TPK-Ras-MAPK途径细胞外信号EGF、PDGF等具PTK活性的受体GRB2PSOSRas-GTP调节其他蛋白活性MAPKKMAPK细胞核反式作用因子调控基因表达细胞膜二聚化PRafPPPP(2)干扰素诱导JAK、STAT复合体核内转移及调节基因转录机制2.JAKs-STAT途径(1)由非催化性受体；JAKs(januskinases)；信号转导子和转录激动子(STAT)组成。类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节过程二、胞内受体介导的信息传递胞内受体介导信号分子通常具有脂溶性，包括类固醇激素、甲状腺激素等。调控特异基因的表达以产生效应。(一)细胞信号转导与疾病(二)细胞信号转导与药物治疗三、细胞信号转导与医学许多药物可通过阻断受体或影响胞内第二信使浓度来治疗疾病，如肾上腺素阻断药、氨茶碱等。1.由靶细胞受体缺失、减少或结构异常所引起的疾病称为受体病，如非胰岛素依赖型糖尿病等。2.信号分子功能和结构的改变与肿瘤的发生有关。3.霍乱和百日咳的发病与G蛋白的异常有关。4.狂躁型和抑郁型精神病的发生可能与脑中信号分子的浓度改变有关。