细胞通讯与信号转导-细胞生物学-课件2-11

上世纪90年代以来信号转导研究领域 获诺贝尔奖的科学家
• 1991，Nelzer和sokmann：离子通道
• 1992，Krebs和Fisher：
糖原代谢中蛋白质的可逆磷酸化
• 1994，Gilman和Rodbell： G蛋白信号传导
• 1998, Palmer，NO的信号传导
第一节 细胞通讯与信号转导的基本知识 第二节 受体及其信号转导途径
第三节 细胞信号转导的调节
第四节 细胞信号转导途径之间的 相互作用
第一节 细胞通讯与信号转导的基本知识
一、细胞通讯的分类 二、细胞通讯与信号转导系统的构成 三、细胞通讯与信号转导的一些特点
一、细胞通讯的分类 1. 2. 3. 4. 5. 6. 接触依赖型 旁分泌型 突触型 内分泌型 自分泌型 间隙连接型
生长因子和细胞因子的受体。其胞内结构域本 身具有酶活性或与酶偶联。
膜受体分类
1. G蛋白偶联受体(G protein coupled receptor, GPCR) 2. 离子通道偶联受体(Ion-coupled receptor) 3. 酶活性相关受体 1) 酪氨酸激酶偶联受体 (Tyrosine kinase coupled receptor) 2) 酪氨酸激酶活性受体(受体酪氨酸激酶, Receptor tyrosine protein, RTK) 3) 其他酶活性受体
1. 接触依赖型
2. 旁分泌型
AUTOCRINE
3. 突触型
GAP JUNCTION
4. 内分泌型
5. 自分泌型
6. 间隙连接型
细胞通讯的分类
(信号发放细胞-靶细胞)
1. 接触依赖型 锚着于质膜上的信号分子直接接触靶细胞质膜 上受体。如膜抗原递呈分子被免疫细胞识别。 2. 旁分泌型 信号释放至附近基质，作用于局部。如生长因子。 3. 突触型 信号为神经递质，释放至突触间隙，作用于突触后 膜（另一个神经元）。如乙酰胆碱与其受体。 4. 内分泌型 信号为激素，经血液作用于全身靶细胞。如性激 素与其受体。 5. 自分泌型 信号释放至周围基质，作用于自身。如细胞因子。 6. 间隙连接型 信号经缝隙连接作用于相邻细胞。如cAMP。
二、细胞通讯与信号转导系统的构成 信号转导的基本模式:
细胞外信号分子被细胞的信号接收装置(受体) 所感知,然后细胞内的信号转导装置(一系列信号转 导蛋白)被依次激活,信号借此逐步传递下去,最后, 特定的靶蛋白(参与代谢的酶、基因调节蛋白、细胞 骨架蛋白等)被激活，由此引起细胞的各种反应。
二、细胞通讯与信号转导系统的构成
医学问题:
霍乱毒素如何引起腹泻?
第十一章
细胞通讯与信号转导
Cell Communication & Signaling
细胞生活在社会中
单细胞：细胞与环境 多细胞：细胞与细胞、与环境
• 细胞生存要求它们能感知环境中信号， 并对之作出反应。多细胞生物的不同 细胞之间需要协调互相关系，共同应 对环境信号。这些需求通过细胞通讯 和信号转导实现。
“饥肠辘辘”“狼吞虎咽” 生理学问题:
什么信号触发胰腺腺泡细胞的 分泌颗粒释放 (胰腺消化酶分泌)?
胰腺
小肠
生物合成分泌途径
胞吞途径
生物合成－分泌途径 3.高尔基体到细胞表面 Biosynthetic-secretory pathway
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1974
信号接收位于细胞膜表面或细胞内部的一类特 殊蛋白质,能特异地识别信号分子(配体),并 以很高的亲和力与之结合,从而启动细胞内信 号转导通路。 1. 细胞表面受体(膜受体) 2. 细胞内受体（核受体）
信号接收装置-受体 receptors
1. 细胞表面受体 (膜受体membrane receptors) －其配体为水溶性
问题：为什么细胞进化出肌质网这样的“ 钙库 ” ？
思考： Ca2+启动哪些生物学效应？
信号从转导蛋白经细胞内信使向下游扩散：
G蛋白激活后激活腺苷酸环化酶(AC),导致cAMP大量产生
AC
ATP
cAMP
大量信使分子cAMP迅速扩散,作用于细 胞内各部分的其他转导蛋白或靶蛋白.
信号接收装置
信号转导蛋白
"for their discoveries concerning the structural and functional organization of the cell"
Albert Claude
Christian de Duve
George E. Palade
In the early 1950’s, …The choice of the pancreatic exocrine cell, a very efficient protein producer, as the object for our studies reflected in part our training, and in part our environment. I was coming from a medical school ... Philip Siekevitz was coming from a graduate school with a Ph.D. in Biochemistry ... Our environment was the Rockefeller Institute for Medical Research. But perhaps the most important factor in this selection was the appeal of the amazing organization of the pancreatic acinar cell whose cytoplasm is packed with stacked endoplasmic reticulum cirsternae studded with ribosomes. Its pictures had for me the effect of the song of a mermaid: irresistible and half transparent.
动画
•不同细胞对同一信号 如乙酰胆碱有不同反应
2. 信号转导蛋白的“ 分子开关”特性
•信号转导蛋白收到上游信号后迅速活化 ，在活化状态下完成信号向下游传递， 然后自身失活，恢复非活化状态，以接 收新一次的上游信号。 •信号转导蛋白每经历一次 活化－非活化 变换， 就传导一次信号。 •具有这种特征的信号转导蛋白叫作 分子 开关 molecular swicth 。
2. 信号转导蛋白的“ 分子开关”特性
GTP结合蛋白 (GTP binding protein)
G蛋白就是GTP结合蛋白， 能与GTP结合并能水解GTP G蛋白与GTP结合时为活化状态， 将信号向下游传递。 GTP被水解成GDP后G蛋白失活。
二、细胞通讯与信号转导系统的构成 信号转导系统的构成：
1. 信号接收装置 2. 信号转导装置 3. 第二信使
信号接收装置: 入室线座(电信号) -膜受体 信号转导装置: 座机 -转导蛋白 信号传出装置: 听筒(声音) -第二信使
细 胞 信 号 转 导 模 式 图
信号：黄体生成素 细胞：睾丸间质细胞 反应：雄激素生成增多
细胞内信使 (第二信使)
靶蛋白
信号转导系统
信号
黄体生成素 LH •信号接收装置：膜受体LHR •信号转导装置：G蛋白、cAMP依赖的蛋白激酶 •第二信使：cAMP •靶蛋白：类固醇合成酶系SGEs、 cAMP反应元件结合蛋白CREB
反应
雄激素 生成增多
三、细胞通讯与信号转导的一些特点 1. 2. 性 3. 4. 信号组合及其效应 信号转导蛋白的“ 分子开关”特 信号蛋白通过特定结构域相互作用 信号转导复合体的形成
信 号 接 收 装 置 : 膜 受 体
G蛋白偶联受体
离子通道偶联受体
酶偶联受体
信号转导装置 -转导蛋白 transduction proteins
1、一系列蛋白质 2、依次经历活化-失活,构成从膜受体到细 胞核之间的信号传导链。
信 号 转 导 装 置 : 转 导 蛋 白
1.接力蛋白-将信号传至相邻下游分子 2.信使蛋白-将信号传至细胞内另一亚区 3.接合蛋白-通过特定结构域偶联其上下分子 4.信号放大蛋白-生成大量调节性小分子即第二信使 5.信号转换蛋白-将信号转换成另一种形式 6.切分蛋白-接收一条线路输出至多条
信号分子 信号接收装置
信号转导装置
靶蛋白
效应
细胞信号转导系统的构成
• 信号接收装置：受体 (膜、胞内) • 信号转导装置：G蛋白、蛋白激酶、 接合蛋白 • 细胞内信使： cAMP, cGMP, IP3, DG, Ca2+
• 效应分子：
•
转导蛋白或信使的靶分子
代谢酶、 基因调控蛋白（转录因子）等
靶蛋白：
信号：
•
物理性－光、温度、压力、辐射等
化学性－激素、生长因子、细胞因子、
神经递质、气体等 • 细胞信号转导是细胞对环境做出反应及细胞 之间相互通讯、调控的手段。
细胞对信号的反应:
1.细胞质：蛋白质活性改变 2.细胞核： 基因表达改变转录出新的或更多的蛋白质
细胞信号转导的研究内容
• 对环境作出反应： • 皮肤黑素细胞在紫外线照射下黑色素生成增多 • 视网膜视杆细胞的感光作用 • • • • • 细胞之间的通讯： 心肌细胞的同步跳动 运动神经末梢对肌肉的支配 雄激素对靶细胞的作用 白细胞的趋化运动
•分子开关有两大类型：
1、磷酸化-去磷酸化 phosphorylation-dephosphorylation 2、G蛋白 (proteine G )上GTP-GDP