细胞生物学第08章--物质的跨膜运输与信号传递市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,第八章 细胞信号转导,Cell Communication and,Signal Transduction,1/73,古人说，“南橘北枳”,酸甜橘子,苦涩枳子,2/73,中药,“,道地,”,性,所谓“道地药材”是指特定地域,所产药材含有独特药效。如长白山人参、宁夏枸杞、四川黄连、云南昭通天麻，还有石牌藿香等等,3/73,NATURE|Vol 446|NEWS&VIEWS 8 March,4/73,第八章 细胞信号转导,细胞通讯与细胞识别,细胞信号分子与受体,经过细胞内受体介导信号传递,经过细胞表面受体介导信号跨膜传递,由细胞表面整合蛋白介导信号传递,细胞信号传递基本特征与蛋白激酶,网络整合信息,5/73,第一节 概 述,一、细胞通讯,（,cell communication,）,一个细胞发出信息经过介质传递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、分裂、分化和凋亡是必须。,分泌化学信号进行通讯,内分泌（endocrine）,旁分泌（paracrine）,自分泌（autocrine）,化学突触（chemical synapse）,接触性依赖通讯,信号分子与受体都是细胞跨膜蛋白,间隙连接实当代谢偶联或电偶联,（一）细胞间通讯方式,6/73,不一样细胞间通讯方式,7/73,调整代谢,，经过对代谢相关酶活性调整，控制细胞物质和能量代谢；,实现细胞功效,，如肌肉收缩和舒张，腺体分泌物释放；,调整细胞周期,，使DNA复制相关基因表示，细胞进入分裂和增殖阶段；,控制细胞分化,，基因选择性地表示，细胞不可逆地分化为特定功效细胞；,影响细胞存活,。,细胞通讯作用,8/73,细胞识别,（,cell recognition,）：,细胞经过其表面受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而造成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。,细胞识别是经过各种不一样,信号通路,实现。,几个相关概念,9/73,信号通路（signaling pathway）,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，最终调整特定基因表示，引发细胞应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。,10/73,指外界信号（如光、电、化学分子）与细胞表面受体作用，经过影响细胞内信使水平改变，进而引发细胞应答反应一系列过程。,信号转导,(signal transduction),11/73,（二）信号分子与受体,1.信号分子（signal molecule）,特点：1、,特异性,；2、,高效性,；3、,可被灭活,。,亲脂性信号分子,亲水性信号分子（第一信使）,第二信使（second messenger）,气体性信号分子(NO),12/73,信号分子化学性质,*蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）,*氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等）,*类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）,*脂酸衍生物（如前列腺素）,*气体（如一氧化氮、一氧化碳）等,13/73,第二信使(secondary messenger),在细胞内传递信息小分子物质，如：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。,第三信使(third messenger),负责细胞核内外信息传递物质，又称为DNA结合蛋白，是一类可与靶基因特异序列结合核蛋白，能调整基因转录。如立早基因(immediate-early gene)编码蛋白质。,14/73,cAMP发觉E.W.Sutherland,第二信使假说E.W.Sutherland,1971年诺贝尔M&PE.W.Sutherland,第二信使：cAMP、cGMP、二酰基甘油（DG）,三磷酸肌醇（IP3）等。,第二信使假说,15/73,2.受体（receptor）,定义：指细胞表面或亚细胞组分中一个天然分子，能够识别并特异性与有生物活性化学信号物质结合，从而激活、开启一系列生化反应，并最终造成细胞生物学效应。普通最少包含两个功效区域。多为,糖蛋白,。,特征：,1.受体与配体结合特异性；,2.高度亲和性；,3.配体与受体结合饱和性。,16/73,细胞内受体,:为胞外亲脂性信号分子所激活,激素激活基因调控蛋白（胞内受体超家族）,细胞表面受体,:为胞外亲水性信号分子所激活,细胞表面受体分属,三大家族,：,离子通道偶联受体,（ion-channel-linked receptor）,G-蛋白偶联受体,（G-protein-linked receptor）,酶偶连受体,（enzyme-linked receptor）,受体功效：,介导物质跨膜运输(受体介导内吞作用),信号转导,：受体激活（activation）（级联反应）；,受体失敏（desensitization）关闭反应、,减量调整（down-regulation）降低反应。,17/73,细胞表面受体和细胞内受体,18/73,三种类型细胞表面受体,19/73,3.分子开关（molecular switches）,蛋白激酶,：,是一类磷酸转移酶，其作用是将ATP,磷酸基转移到底物特定氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化,1992 Noble Prize M&P,GTPase开关蛋白,：,经过结合GTP和GDP展现活化“开启”状态和失活“关闭”状态。,1994 Noble Prize M&P,20/73,3.分子开关（molecular switches）,21/73,蛋白激酶在信号转导中主要作用：,一、经过磷酸化调整蛋白质活性，,磷酸化和去磷酸化,是绝大多数信号通路组分可逆激活共同机制，有些蛋白质在磷酸化后含有活性，有些则在去磷酸化后含有活性；,二、经过蛋白质逐层磷酸化，使信号逐层放大，引发细胞反应。,激酶 磷酸基团受体,蛋白丝氨酸苏氨酸激酶 丝氨酸苏氨酸羟基,蛋白酪氨酸激酶 酪氨酸酚羟基,蛋白组赖精氨酸激酶 咪唑环，胍基，氨基,蛋白半胱氨酸激酶 巯基,蛋白天冬氨酸谷氨酸 酰基,22/73,蛋白质可逆磷酸化与信号转导,专一应答。大都含有底物特异性，但无绝对特异性；,应答快速。经过可逆磷酸化调整酶活性；,信号放大级联放大作用；,作用广泛，功效多样。,23/73,1、配体（信号）,2、接收信号受体或离子通道、黏附分子,3、信号转导通路,4、靶蛋白,二、信号转导系统及其特征,细胞信号转导系统组成,24/73,信号蛋白相互作用,25/73,信号路径蛋白,26/73,第二节 细胞内受体介导信号转导,（A）细胞内受体蛋白作用模型;（B）几个胞内受体蛋白超家族组员,一、细胞内核受体及其对基因表示调整信号通路,27/73,两步反应阶段,：,初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录，发生快速,；,次级反应阶段：初级反应产物再活化其它基因产生延迟放大作用,。,28/73,二、一氧化氮介导信号通路,29/73,第三节 细胞表面受体介导信号转导,离子通道偶联受体介导信号跨膜传递,G-蛋白偶联受体介导信号跨膜传递,细胞表面其它与酶偶联受体,30/73,1.离子通道偶联受体介导信号转导,信号路径,特点,：,受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白,跨膜信号转导无需中间步骤,主要存在于神经细胞或其它可兴奋细胞间突触信号传递,有选择性：配体特异性选择和运输离子选择性,31/73,.,.,.,.,.,受体,配体,Cell,Cell,通道关闭状态,通道开启,细胞应答,32/73,乙酰胆碱N受体（260KD）,外周型：5个亚基组成（,2,）,调整主要为,亚基改变,通道开启：Na,+,内流，K,+,外流，,膜去极化。,33/73,2.G-蛋白偶联受体介导信号转导,cAMP信号通路,磷脂酰肌醇信号通路,受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路,34/73,G蛋白，又称信号转换蛋白，起分子开关作用；含有结合GTP功效。经过信号转导，产生cAMP(第二信使）,A.G.Gilman和M.Rodbell所以发觉获1994年诺贝尔M&P.,G 蛋 白,35/73,G蛋白藕联受体结构,*,胞内第二和第三个环能与G-蛋白相偶联,受体C-末端和胞内第三环含有多个Thr和Ser残基可被磷酸化，与抑制蛋白视紫红质抑制蛋白结合，使受体不能再活化G蛋白而失活。,36/73,、在膜受体与效应器之间信号转导中起中介作用，由、和亚单位组成异三聚体,介导跨膜信号转导。,G蛋白分类(,Classification),G,GDP,两类,约 150余种：,其中G,亚基有27种，是决定G 蛋白功效,主要亚基,亚基有5种，亚基有13种。,37/73,G,GDP,、小分子G蛋白小肽，介导胞内信号转导,如；Ras，Ras是经过与其共价相连异戊二酰基锚定在膜上一个分子较小、单体鸟氨酸结合蛋白。当RasG与GDP解离而与GTP结合并被激活时，Ras蛋白被活化，介导胞内信号转导。并最终激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase,MAPK）后者磷酸化细胞核转录因子,调整细胞增殖所需基因打开与关闭。,38/73,受体,G,GDP,G,GTP,效应蛋白,G,GTP,效应蛋白,G,GDP,G蛋白活性调整,39/73,Gs调整模型,40/73,（1）cAMP信号通路,反应链,激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMP,cAMP依赖蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录,组分及其分析,G-蛋白,G-蛋白偶联受体,效应酶腺苷酸环化酶,蛋白激酶A,环腺苷酸磷酸二酯酶,41/73,亚基-被异戊酰化（isoprenylated）修饰连在膜上；,亚基-被豆蔻酸化（myristoylated）修饰连在膜上。,42/73,cAMP,PKA,靶蛋白 磷酸化,靶基因 转录,腺苷酸环化酶,受体,2,受体,M,受体,Gs,Gi,43/73,腺苷酸环化酶,44/73,蛋白激酶A,45/73,环腺苷酸磷酸二酯酶,46/73,霍乱毒素干扰细胞内信号转导过程,47/73,编码Gs 基因,(,GNAS1,),突变,肢端肥大症和巨人症,3040垂体腺瘤,GTP酶抑制，Gs 连续激活,AC活性，cAMP,GH分泌,48/73,GPLR失敏,：,例：,肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不到1min内反应速降，以至消失。,受体活性快速丧失（速发相）-失敏（desensitization）；,机制：受体磷酸化 受体与Gs解偶联，cAMP反应停顿并被PDE降解。,两种Ser/Thr磷酸化激酶：,PKA 和,肾上腺素受体激酶（ARK），负责受体磷酸化；,胞内协作因子扑获蛋白（arrestin）-结合磷酸化受体，抑制其功效活性（arrestin 已克隆、定位11q13）。,反应减弱（迟发相）-减量调整（down-regulation）,机制：受体-配体复合物内吞，造成表面受体数量降低，发觉,arrestin可直接与Clathrin结合，在内吞中起adeptors作用；,受体,减量调整与内吞后受体分选相关。,49/73,（2）磷脂酰肌醇信号通路,“双信使系统”,反应链,：,胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白,IP,3,胞内Ca,2+,浓度升高Ca,2+,结合蛋白(CaM)细胞反应,磷脂酶C(PLC),DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na,+,/H,+,交换使胞内pH,Ca,2+,离子信号消除,50/73,磷,脂,酰,肌,醇,途,径,51/73,Ca,2+,信号消除,52/73,53/73,第四节 酶连受体介导信号转导,受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）,包含,6个亚族,信号转导,：,配体受体受体二聚化受体自磷酸化,激活RTK胞内信号蛋白开启信号传导,RTK-Ras,信号通路,：,配体RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）磷酸化修钸。,G蛋白偶联受体介导MAPK激活,RTKs,失敏,（desensitization）,一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路,54/73,55/73,56/73,57/73,靶蛋白 磷酸化,受体,TPK,P,GDP,GTP,MEK,ERK,Raf,靶基因 转录,(extracellular signal regulated kinase，ERK),生长因子,Grb2,Sos,Ras,Tyrosine protein kinase-mediated signal transduction pathway,58/73,G蛋白偶联受体介导MAPK激活,MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又称ERK（extracelular signal-regulated kinase）-真核细胞广泛存在,Ser/Thr蛋白激酶,。,MAPK底物：,膜蛋白（受体、酶）、胞浆蛋白、核骨架蛋白、及各种核内或胞浆内转录调控因子,-在细胞增殖和分化中含有主要调控作用。,PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）,亚基依赖于Ras激活,MAPK，详细机制还有待深入研究；,PKC、PLC与G蛋白偶联受体介导MAPK激活,PKC和PLC 参加G蛋白偶联受体激活MAPK：,G蛋白偶联受体激活G蛋白；,G蛋白,亚基或 亚基,激活PLC，促进膜,磷脂代谢；,磷脂代谢产物（DAG+IP3）激活PKC；,PKC,经过,Ras,或 Raf,激活MAPK,；,因为,PKC对钙依赖性不一样，所以,G蛋白偶联受体 MAPK路径对钙要 求不一样；,PKA对G蛋白偶联受体 MAPK路径负调控,迄今未发觉和制备出,MAPK组成型突变（dominant negative mutant），提醒细胞难于忍受MAPK连续激活（MAPK去活是细胞维持正常生长代谢所必须）。主要机制：特异性Tyr/Thr磷脂酶可选择性地使MAPK去磷酸化，关闭MAPK信号。,cAMP,，,MAPK,；,cAMP直接激活cAMP依赖PKA；PKA可能经过RTK或经过抑制Raf-Ras相互作用起,负调控作用。,59/73,二、,细胞表面其它与酶偶联受体,受体丝氨酸/苏氨酸激酶,受体,酪氨酸磷酸酯酶,受体鸟苷酸环化酶,（ANPs-signals）,酪氨酸蛋白激酶联络受体,两大家族：,一是与Src蛋白家族相联络受体；,二是与Janus激酶家族联络受体。,信号转导子和转录激活子,（,signal transducer and actvator of transcription，STAT,）,与JAK-STAT路径。,60/73,61/73,62/73,RTKs失敏,：,催化性受体效应器位于受体本身，所以失敏即酶活性速发抑制。,机制：受体磷酸化修饰。EGF受体Thr654磷酸化造成RTK活性,抑制，假如该位点产生Ala突变，则阻止活性抑制，后又发觉C,端Ser1046/7也是磷酸化位点。磷酸化位点所在C端恰好是,SH2蛋白结合部位。,引发受体磷酸化激酶：,PKC-作用于Thr654；,CaMK2（Ca,2+,和CaM依赖激酶2）-作用于Ser1046/7,还发觉：EGF受体是CDK靶蛋白，提醒和周期调控相关。,RTK晶体结构研究表明，RTK激活后形成稳定非抑制性构象；磷酸化修饰后，形成抑制性构象，引发失敏。,RTK失敏对细胞正常功效所必须，RTK 连续激活将造成细胞生长失控。,63/73,三、细胞表面整联蛋白介导信号转导,整合蛋白与粘着斑,造成粘着斑装配,信号通路,有两条,粘着斑,功效,：,一是机械结构功效；,二是信号传递功效,经过粘着斑由整合蛋白介导信号传递通路,：,由细胞表面到细胞核信号通路,由细胞表面到细胞质核糖体信号通路,64/73,第五节 信号整合与控制,细胞信号传递基本特征,：,含有,收敛,（convergence）或,发散,（divergence）特点,细胞信号传导既含有专一性又有作用机制相同性,信号,放大作用,和信号所开启作用终止并存,细胞以不一样方式产生对信号适应(失敏与减量调整),蛋白激酶,网络整合信息,与,信号网络系统,中,cross talk,65/73,细胞内信号级联放大作用,66/73,Converge,on Ras,67/73,68/73,RTK,GLR,Ligand,Ligand,PLC,Ras,AC,GP,Raf,DAG,IP3,cAMP,MAPKK,MAPK,Transcription Factors,PKC,Ca,2+,CaMK,PKA,PM,69/73,Signals transmitted from the EGF receptor can,diverge,along several distinct pathways.,An example of,crosstalk,between two major signaling pathways,70/73,分类,累及受体,主要临床特征,遗传性受体病,家族性高胆固醇血症,LDL受体,血浆LDL升高，动脉粥样硬化,家族性肾性尿崩症,ADH V2型受体,男性发病，多尿、口渴和多饮,视网膜色素变性,视紫质,进行性视力减退,遗传性色盲,视锥细胞视蛋白,色觉异常,严重联合免疫缺点症,IL-2受体链,T细胞降低或缺失，重复感染,II型糖尿病,胰岛素受体,高血糖,血浆胰岛素正常或升高,核受体异常,雄激素抵抗综合征,雄激素受体,不育症，睾丸女性化,维生素D抵抗性佝偻病,维生素D受体,佝偻病性骨损害，秃发，继发性甲状旁腺素增高,甲状腺素抵抗综合征,甲状腺素受体,甲状腺功效减退，生长迟缓,雌激素抵抗综合征,雌激素受体,骨质疏松，不孕症,糖皮质激素抵抗综合征,糖皮质激素受体,多毛症,性早熟,低肾素性高血压,本身免疫性受体病,重症肌无力,Ach受体,活动后肌无力,本身免疫性甲状腺病,刺激性TSH受体,甲亢和甲状腺肿大,抑制性TSH受体,甲状腺功效减退,II型糖尿病,胰岛素受体,高血糖，血浆胰岛素正常或升高,艾迪生病,ACTH受体,色素从容，乏力，血压低,继发性受体异常,心力衰竭,肾上腺素能受体,心肌收缩力降低,帕金森病,多巴胺受体,肌张力增高或强直僵硬,肥胖,胰岛素受体,血糖升高,肿瘤,生长因子受体,细胞过分增殖,受体信号转导障碍相关性疾病,71/73,生长激素分泌调整,72/73,73/73,