细胞生物学翟中和编细胞信号转导省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第第9章章细胞信号转导细胞信号转导CellSignalTransduction翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学(第细胞生物学(第4版)版)第1页本章主要内容本章主要内容细胞信号转导概述细胞信号转导概述细胞内受体介导信号传递细胞内受体介导信号传递细胞表面受体介导信号传递细胞表面受体介导信号传递G蛋白偶联受体介导信号转导蛋白偶联受体介导信号转导酶联受体介导信号转导酶联受体介导信号转导其它细胞表面受体介导信号通路其它细胞表面受体介导信号通路细胞信号转导整合与控制细胞信号转导整合与控制第2页细胞通讯细胞通讯(cell communication):一个细胞发出信息经过介一个细胞发出信息经过介质
2、质传递传递到另一个细胞产生对应反应。细胞间通讯对于多细胞到另一个细胞产生对应反应。细胞间通讯对于多细胞生物体发生和组织构建,协调细胞功效,控制细胞生长和分生物体发生和组织构建,协调细胞功效,控制细胞生长和分裂是必需。裂是必需。细胞识别(细胞识别(cell recognition):):细胞经过表面受体与胞外信细胞经过表面受体与胞外信号物质分子(配体)选择性相互作用,造成细胞内一系列生号物质分子(配体)选择性相互作用,造成细胞内一系列生理生化改变,最终表现为细胞整体生物学效应过程理生化改变,最终表现为细胞整体生物学效应过程细胞信号细胞信号通路通路(signaling pathway):指细胞接收
3、外界信号,指细胞接收外界信号,经过一整套特定机制,将胞外信号转导为胞内信号,最终调经过一整套特定机制,将胞外信号转导为胞内信号,最终调整特定基因表示,引发细胞应答反应。整特定基因表示,引发细胞应答反应。第一节第一节细胞信号转导概述细胞信号转导概述第3页一、细胞通讯一、细胞通讯1 1.方式方式化学信号通讯化学信号通讯(chemical signaling)接触依赖性通讯接触依赖性通讯(contact-dependent signaling)间隙连接间隙连接(gap junction)胞间连丝胞间连丝(plasmodesma)第4页化学信号通讯作用方式化学信号通讯作用方式A.内分泌内分泌B.旁分泌
4、旁分泌C.化学突触化学突触D.自分泌自分泌第5页细胞分泌化学信号作用方式细胞分泌化学信号作用方式内分泌内分泌(endocrine):):低浓度;低浓度;全身性;全身性;长时效。长时效。旁分泌旁分泌(paracrine):细胞分泌信号分子经过扩散作用):细胞分泌信号分子经过扩散作用于邻近细胞。包含各类细胞因子和气体信号分子。于邻近细胞。包含各类细胞因子和气体信号分子。自分泌自分泌(autocrine):信号发放细胞和靶细胞为同类或同):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。化学突触化学突触(chemicalsynapse):神经递质由突触前膜释):神经递质
5、由突触前膜释放,经突触间隙扩散到突触后膜,作用于特定靶细胞。放,经突触间隙扩散到突触后膜,作用于特定靶细胞。第6页一、细胞通讯一、细胞通讯2 2.步骤步骤与功效与功效存活存活生长生长+分裂分裂分化分化死亡死亡第7页信号转导影响细胞结构和功效各方面信号转导影响细胞结构和功效各方面信号转导信号转导 发育发育 生长生长 凋亡凋亡 免疫免疫 代谢代谢酶活性;酶活性;细胞骨架;细胞骨架;离子通透性;离子通透性;DNADNA合成起始;合成起始;基因表示激活或抑制基因表示激活或抑制第8页二、几个基本概念二、几个基本概念信号分子信号分子受体受体第二信使第二信使分子开关分子开关第9页10(一)信号分子(配体)(
6、一)信号分子(配体)Signalmolecule(Ligand):细胞信息载体,细胞信息载体,能与靶细胞受体结能与靶细胞受体结合并传递信息合并传递信息。物理信号:声、光、电、温度物理信号:声、光、电、温度 化学信号:激素、局部介质、神经递质化学信号:激素、局部介质、神经递质第10页化学信号分子化学信号分子气体性信号分子气体性信号分子:NO、CO 特点特点:可自由扩散进入细胞激活效应酶。:可自由扩散进入细胞激活效应酶。疏水疏水性信号分子性信号分子:主要是甾类激素和甲状腺素主要是甾类激素和甲状腺素 特点特点:分子小、疏水性强,可穿过细胞膜与细胞质:分子小、疏水性强,可穿过细胞膜与细胞质或细胞核中受
7、体结合形成激素受体复合物或细胞核中受体结合形成激素受体复合物,调整基调整基因表示。因表示。亲水性信号分子亲水性信号分子:神经递质、局部介质和多数蛋白类神经递质、局部介质和多数蛋白类激素激素 特点特点:不能穿过脂双层,只能与靶细胞表面受体结:不能穿过脂双层,只能与靶细胞表面受体结合,再经信号转导,在细胞内产生第二信使引发细胞合,再经信号转导,在细胞内产生第二信使引发细胞应答反应。应答反应。第11页 受体受体(receptor):是一个能够识别和选择性结合是一个能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)大分子,多为糖蛋白。某种配体(信号分子)大分子,多为糖蛋白。受受体结合特异性配体后被激活,经过信号
8、转导路径体结合特异性配体后被激活,经过信号转导路径将胞外信号转换为胞内化学或物理信号,以开启将胞外信号转换为胞内化学或物理信号,以开启一系列过程,最终表现为细胞生物学效应。一系列过程,最终表现为细胞生物学效应。(二)受体(二)受体 普通最少包含两个功效区域,与普通最少包含两个功效区域,与配体结合配体结合区域和产生效应区域区域和产生效应区域 ,分别含有,分别含有结合特异性结合特异性和和效应特异性效应特异性。第12页细胞内受体细胞内受体细胞表面受体细胞表面受体受体类型受体类型亲水性信号分子亲水性信号分子小亲脂性信小亲脂性信号分子号分子第13页细胞内受体特点细胞内受体特点位于细胞质基质或核基质中;位
9、于细胞质基质或核基质中;识别并结合小识别并结合小脂溶性分子脂溶性分子;通常是通常是基因调控蛋白基因调控蛋白或或酶酶,与信号分子结合后,与信号分子结合后被激活。被激活。第14页细胞表面受体类型细胞表面受体类型A.离子通道偶联受体离子通道偶联受体(ion channel-coupled receptor)B.G蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptor,GPCR)C.酶联受体酶联受体(enzyme-linked receptor)第15页同一信号分子作用于不一样靶细胞受体后,产生同一信号分子作用于不一样靶细胞受体后,产生不一样生物学效应。如:不一样生物学效应。如
10、:乙酰胆碱乙酰胆碱同一靶细胞上不一样受体应答不一样胞外信号,同一靶细胞上不一样受体应答不一样胞外信号,产生相同效应。产生相同效应。每种细胞都有一套各种类型受体,应答各种不一每种细胞都有一套各种类型受体,应答各种不一样胞外信号从而开启细胞不一样生物学效应,如:样胞外信号从而开启细胞不一样生物学效应,如:生长、分裂、分化或调亡。生长、分裂、分化或调亡。(二)受体(二)受体第16页受体转导胞外信号引发快反应和慢反应受体转导胞外信号引发快反应和慢反应第17页(三)第二信使(三)第二信使第一信使第一信使-细胞外信号分子细胞外信号分子第二信使第二信使(second messenger):指在胞内产生非蛋白
11、类小指在胞内产生非蛋白类小分子,其浓度改变应答于胞外信号与细胞表面受体结合,分子,其浓度改变应答于胞外信号与细胞表面受体结合,在细胞信号转导路径中行使携带和放大信号功效在细胞信号转导路径中行使携带和放大信号功效。第18页(三)第二信使(三)第二信使当前公认第二信使当前公认第二信使:cAMP(环腺苷酸)、(环腺苷酸)、cGMP(环鸟甘酸)、(环鸟甘酸)、Ca2+、DAG(二酰甘油)、(二酰甘油)、IP3(1,4,5-三磷酸肌醇)三磷酸肌醇)、PIP3(3,4,5-三磷酸三磷酸磷脂磷脂酰肌醇)酰肌醇)等。等。第19页cAMP是第一个被发觉第二信使。是第一个被发觉第二信使。1971年获诺贝尔年获诺贝
12、尔生理学或医学奖生理学或医学奖萨瑟兰(萨瑟兰(EarlW.Sutherland,Jr)19151974(三)第二信使(三)第二信使第20页 分子开关分子开关(molecular switch):经过活化:经过活化(开启)(开启)和失活(关闭)和失活(关闭)2种状态转换来控种状态转换来控制下游靶蛋白活性调控蛋白。制下游靶蛋白活性调控蛋白。(四)分子开关(四)分子开关GTPase超家族超家族蛋白质磷酸化和去磷酸化蛋白质磷酸化和去磷酸化Ca2+结合或解离结合或解离第21页GTPase超家族超家族GTPase 超家族:三聚体三聚体GTP结合蛋白结合蛋白单体单体GTP结合蛋白结合蛋白第22页GTPase
13、超家族超家族第23页 经过经过蛋白激酶蛋白激酶使靶蛋白磷酸使靶蛋白磷酸化,经过化,经过蛋白磷酸水解酶蛋白磷酸水解酶使使靶蛋白去磷酸化,从而调整靶蛋白去磷酸化,从而调整靶蛋白活性。靶蛋白活性。蛋白质磷酸化和去磷酸化蛋白质磷酸化和去磷酸化第24页Ca2+结合或解离结合或解离钙调蛋白(钙调蛋白(calmodulin,CaM)第25页细胞表面受体介导信号通路细胞表面受体介导信号通路5 5个步骤:个步骤:受体特异性识别并结合胞外信号分子,形成受体特异性识别并结合胞外信号分子,形成受体配体复合物,造成受体配体复合物,造成受体激活受体激活受体构象改变,造成信号初级跨膜转导,靶受体构象改变,造成信号初级跨膜转
14、导,靶细胞内产生细胞内产生第二信使或活化信号蛋白第二信使或活化信号蛋白胞内第二信使或胞内信号蛋白复合物装配,胞内第二信使或胞内信号蛋白复合物装配,起始起始胞内信号放大级联反应胞内信号放大级联反应细胞应答细胞应答反应反应受体脱敏或受体下调,受体脱敏或受体下调,终止或降低细胞反应终止或降低细胞反应三、信号转导系统及其特征三、信号转导系统及其特征(一)信号转导系统基本组成及信号蛋白相互作用(一)信号转导系统基本组成及信号蛋白相互作用第26页蛋白质模式结合域(蛋白质模式结合域(modularbindingdomain)SH2 结构域(结构域(Src homology 2 domain)第27页蛋白质模
15、式结合域及其结合基序特异性蛋白质模式结合域及其结合基序特异性第28页Robert J.Lefkowitz Brian K.Kobilka 美国科学家罗伯特莱夫科维茨(Robert J.Lefkowitz)和布莱恩克比尔卡(Brian K.Kobilka)因“G蛋白偶联受体研究”取得诺贝尔化学奖第29页(二)细胞内信号蛋白复合物装配(二)细胞内信号蛋白复合物装配三、信号转导系统及其特征三、信号转导系统及其特征基于支架蛋白基于支架蛋白基于受体活化域基于受体活化域基于肌醇磷脂基于肌醇磷脂第30页(三)信号系统主要特征(三)信号系统主要特征三、信号转导系统及其特征三、信号转导系统及其特征特异性特异性放
16、大效应放大效应脱敏脱敏整合作用整合作用第31页第二节第二节细胞内受体介导信号传递细胞内受体介导信号传递亲脂性小分子亲脂性小分子-类固醇激素、视黄酸、类固醇激素、视黄酸、维生素维生素D和甲状腺素受和甲状腺素受体在细胞核内体在细胞核内脂溶性气体分子脂溶性气体分子NO-受体含有鸟苷酸环化受体含有鸟苷酸环化酶活性酶活性个别亲脂性小分子个别亲脂性小分子 -如前列腺素受体在细如前列腺素受体在细 胞质膜上胞质膜上第32页NO气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合第33页NONO在造成血管平滑肌舒张中作用在造成血管平滑肌舒张中作用乙酰胆碱乙酰胆碱血管内皮血管内皮Ca2+Ca2+浓
17、度升高浓度升高NONO合酶合酶NONO平滑肌细胞平滑肌细胞鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶cGMPPKGcGMPPKG平滑肌舒张平滑肌舒张血管扩张、血流通畅血管扩张、血流通畅第34页“明星分子明星分子”NO”NONO为脂溶性气体,可快速扩散透过细胞膜,作用为脂溶性气体,可快速扩散透过细胞膜,作用于临近靶细胞;于临近靶细胞;血管内皮细胞和神经细胞是血管内皮细胞和神经细胞是NO生成细胞;生成细胞;NO生成以精氨酸为底物由生成以精氨酸为底物由NO合成酶合成酶(NOS)催化,催化,以以NADPH为电子供体,生成为电子供体,生成NO和瓜氨酸;和瓜氨酸;NO效应酶是效应酶是鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶。第35页硝酸甘
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