分子生物学英文课件：signal transduction
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第十二章细胞的信号转导ppt课件
医学细胞生物学
细胞的信号转导
Ligand
Receptor
Ion channel
Receptor
Kinase
Second messenger
Transcription factor
Gene Transcription
医学细胞生物学
第一节 细胞外信号
医学细胞生物学
化 学 信 号 分 子 的 类 型
Gs：刺激性G蛋白； Rs Gi：抑制性G蛋白；Ri Gt：与激活磷酯酶C的受体偶联； Go：与控制Ca2+通道的受体偶联； Gp：与激活磷酸二酯酶的受体偶联；
医学细胞生物学
第二节 受体
• G蛋白：
Ligand GTP
ab
PLC
g
GDP
AC
医学细胞生物学
第二节 受体
医学细胞生物学
第二节 受体
• 3.酪氨酸蛋白激酶受体： • 一条单次跨膜的多肽链 • 配体结合区域为胞外区 • 胞内区具有酪氨酸激酶
后作用于 Ras蛋白、AC和多种磷脂酶等。 • 2. 非受体型PTK： • 1）具有SH2/SH3结构域，游离于胞质中 • 2）与非催化型的受体耦联 • 3）与受体结合后被激活，进一步激活下游蛋白，
如STAT转录因子家族。
医学细胞生物学
第四节 信号转导与蛋白激酶
• 三、丝氨酸/苏氨酸激酶（STK） • 通过变构激活丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化 • 磷酸化调节有放大级联效应，可逆性 • 作用底物：PKA(protein kinase A)、PKC、
神经传导、激素作用过程和感觉细胞中广 泛发挥作用
医学细胞生物学
G-protein
（Gliman和Rodbell，1994对G蛋白研究获诺贝尔奖）。
分子生物学课件-信号转导
單體型受體
效應部位
聚合型受體
受體的分子結構
二、膜受體的特性
1. 特異性及其非絕對性
特異性：分子間立體構象互補 非絕對性：一種化學信號可以與一種以
上受體結合，引起不同生物學效應。
腎上腺素：α受體：平滑肌收縮 β受體：平滑肌鬆弛
二、膜受體的特性
1. 特異性及其非絕對性 2. 可飽和性：受體數目有限
二、膜受體的特性
4244kd
效應蛋白 啟動腺苷酸環化酶、Ca2+通道、抑制Na+通道 啟動腺苷酸環化酶、Ca2+通道、抑制Na+通道 啟動腺苷酸環化酶、Ca2+通道、抑制Na+通道 抑制腺苷酸環化酶 抑制Ca2＋通道、激活K＋通道 啟動磷脂酶C，激活(?)/抑制(?)磷脂酶A2 抑制Ca2＋通道 啟動磷脂酶C，激活(?)/抑制(?)磷脂酶A2 啟動視細胞磷酸二脂酶 啟動視細胞磷酸二脂酶 啟動味覺上皮細胞磷酸二脂酶 抑制腺苷酸環化酶 啟動磷脂酶C
的
啟動劑
（需）鈣蛋白酶 蛋白酶
PI特異的PLC IP3和DAG的 生成劑
α-輔基蛋白 肌動蛋白結合蛋
白 鈣調磷酸酶B 磷酸酶
膜連蛋白
涉及胞吞胞吐
蛋白
蛋白的功能
凝溶膠蛋白
肌動蛋白切斷蛋白
Ca2+逆向轉運蛋白 Ca2+與單價離子
交換蛋白
鈣調結合蛋白 調節肌肉收縮
絨毛蛋白
肌動蛋白的組織者
Ca2+ -ATP酶 Ca2+跨膜運輸泵
G蛋白異三聚體的分子結構
G蛋白的作用機制
1. 靜息狀態下，G蛋白以異三聚體形式存在於細胞膜上，亞 基與GDP相結合，並與受體呈分離狀態；
2. 配體與受體結合，使亞單位與受體 結合，G蛋白構象改變， 亞基轉而 與GTP結合；
效應部位
聚合型受體
受體的分子結構
二、膜受體的特性
1. 特異性及其非絕對性
特異性：分子間立體構象互補 非絕對性：一種化學信號可以與一種以
上受體結合，引起不同生物學效應。
腎上腺素：α受體：平滑肌收縮 β受體：平滑肌鬆弛
二、膜受體的特性
1. 特異性及其非絕對性 2. 可飽和性：受體數目有限
二、膜受體的特性
4244kd
效應蛋白 啟動腺苷酸環化酶、Ca2+通道、抑制Na+通道 啟動腺苷酸環化酶、Ca2+通道、抑制Na+通道 啟動腺苷酸環化酶、Ca2+通道、抑制Na+通道 抑制腺苷酸環化酶 抑制Ca2＋通道、激活K＋通道 啟動磷脂酶C，激活(?)/抑制(?)磷脂酶A2 抑制Ca2＋通道 啟動磷脂酶C，激活(?)/抑制(?)磷脂酶A2 啟動視細胞磷酸二脂酶 啟動視細胞磷酸二脂酶 啟動味覺上皮細胞磷酸二脂酶 抑制腺苷酸環化酶 啟動磷脂酶C
的
啟動劑
（需）鈣蛋白酶 蛋白酶
PI特異的PLC IP3和DAG的 生成劑
α-輔基蛋白 肌動蛋白結合蛋
白 鈣調磷酸酶B 磷酸酶
膜連蛋白
涉及胞吞胞吐
蛋白
蛋白的功能
凝溶膠蛋白
肌動蛋白切斷蛋白
Ca2+逆向轉運蛋白 Ca2+與單價離子
交換蛋白
鈣調結合蛋白 調節肌肉收縮
絨毛蛋白
肌動蛋白的組織者
Ca2+ -ATP酶 Ca2+跨膜運輸泵
G蛋白異三聚體的分子結構
G蛋白的作用機制
1. 靜息狀態下，G蛋白以異三聚體形式存在於細胞膜上，亞 基與GDP相結合，並與受體呈分離狀態；
2. 配體與受體結合，使亞單位與受體 結合，G蛋白構象改變， 亞基轉而 與GTP結合；
信号传递网络课件
信号传递网络
Reaction H: MAPK Cascade
信号传递网络
The various phosphorylation states of CaMKII have different enzyme kinetics, and each of these were explicitly modeled. For simplicity the autophosphorylation steps are represented by a single enzyme arrow in this figure, with CaMKII_a as the combined activity of the various phosphorylation states. The individual kinetic terms used in the model are indicated by the multiple rate references on the arrows.
信号传递网络
1）tomato systemin: 由食草动物损伤后引起的系统 损伤反应( a systemic wounding response) 在悬浮培养细胞中可以激活促细胞分裂蛋白激酶 [mitogen-activated protein(MAP) kinase] 并诱导培养基地碱化(alkalinization) 诱导蛋白酶抑制蛋白编码基因的表达(induce expression of proteinase-inhibitor protein-encoding genes)
信号传递网络
From the followings support the idea that peptide and nonpeptide hormone-activated signaling cascades are linked in plants as they are in animals: 植物生长素类似5－羟色胺，乙烯类似一氧化碳， 油菜素类固醇是类固醇，茉莉酮酸与前列腺素相关； Systemin-induced wound response is regulated through the octadecanoid pathway, involving jasmonic acid;
Reaction H: MAPK Cascade
信号传递网络
The various phosphorylation states of CaMKII have different enzyme kinetics, and each of these were explicitly modeled. For simplicity the autophosphorylation steps are represented by a single enzyme arrow in this figure, with CaMKII_a as the combined activity of the various phosphorylation states. The individual kinetic terms used in the model are indicated by the multiple rate references on the arrows.
信号传递网络
1）tomato systemin: 由食草动物损伤后引起的系统 损伤反应( a systemic wounding response) 在悬浮培养细胞中可以激活促细胞分裂蛋白激酶 [mitogen-activated protein(MAP) kinase] 并诱导培养基地碱化(alkalinization) 诱导蛋白酶抑制蛋白编码基因的表达(induce expression of proteinase-inhibitor protein-encoding genes)
信号传递网络
From the followings support the idea that peptide and nonpeptide hormone-activated signaling cascades are linked in plants as they are in animals: 植物生长素类似5－羟色胺，乙烯类似一氧化碳， 油菜素类固醇是类固醇，茉莉酮酸与前列腺素相关； Systemin-induced wound response is regulated through the octadecanoid pathway, involving jasmonic acid;
分子生物学-信号转导
G蛋白的种类及功能
Ｇ蛋白的类型 Ｇs Ｇi Ｇp Ｇo* ＧT * * 亚基 s i p o Ｔ 功 能 激活腺苷酸环化酶 抑制腺苷酸环化酶 激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶Ｃ 大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道 激活视觉
*o表示另一种(other) ＊＊T：传导素 (transductin)
GC
IP3和DAG的生成
磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)
磷脂酰肌醇特异的 磷脂酶C (PI-PLC)
二脂酰甘油(DAG)+三磷酸肌醇(IP3)
第三信使
指负责细胞核内外信息传递的物质，是 一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白， 如立早基因编码蛋白。
c-fos
c-jun
AP1
第二节 受 体
受体 (receptor) ：细胞膜上或胞内能特异识别生物活性
GAS MOLECULE
二、细胞内信息物质
在细胞内传递细胞调控信号的化学物质，
称为细胞内信息物质。 通常将其中的小分子物质如 Ca2+ 、 DAG、 IP3 、 Cer 、 cAMP 、 cGMP 称 为 第 二 信 使 (secondary messenger)。
cAMP的生成
AC
cGMP的生成
G与G 结合紧密。
H
R Ｒ
β β γ
GTP
α
γ
A A C C
GDP
cAMP
ATP
G-proteins
L
G
Effector
Signal
G-protein subtypes
Gi/o
Gs
Gp
G12/13
蛋白质的转运与信号传导课件.ppt
三、反应
同时，植物细胞信号转导系统在某些方面还保留了低等 原核细胞的信号转导机制，例如植物激素乙烯受体ETR1 与细菌双组份信号转导系统之间具有极大的相似性。
二、植物细胞信号转导过程
植物细胞的信号转导过程可以简单概括为： 刺激与感受——信号转导——反应三个重要的环节。
（一）刺激与感受 受体
（二）信号转导
此过程相当复杂，主要包括胞外信号的跨膜转换、细 胞内第二信使系统和信号的级联放大以及蛋白质的可 逆磷酸化。
1、信号跨膜转换
（1）通过离子通道连接受体跨膜转换信号
离子通道（ion channel）是存在于膜上可以跨膜转运 离子的一类蛋白质。
（2）酶促信号直接跨膜转换
该过程的跨膜信号转换主要由酶连受体来完成。
cell
胞外环境信号：指机械刺激、磁场、辐射、温度、风、 光、CO2、O2、土壤性质、重力、病原因子、水分、营养 元素、伤害等影响植物生长发育的重要外界环境因子。
胞间信号：指植物体自身合成的、能从产生之处运到别 处，并对其他细胞作为刺激信号的细胞间通讯分子，通 常包括植物激素、气体信号分子NO以及多肽、糖类、细 胞代谢物、甾体、细胞壁片段等。
3、第二信使（second messenger）
又称次级信使，是指细胞感受胞外环境信号和胞间信 号后产生的胞内信号分子，从而将细胞外信息转换为 细胞内信息。
一般公认的细胞内第二信使有钙离子（Ca2+）、肌 醇三磷酸（inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3）、二酰 甘油（1,2-Diacylglycerol，DG）、环腺苷酸 （cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）等。
•高特异性 •高的亲合力 •高饱和性 •可逆性 •通过磷酸化（与动物细胞信号传 导的区别）
植物细胞的信号转导-PPT课件
受体具有高度特异性、高亲和力和可逆性等特征。
细胞内受体（intra cellular receptor)：存在于亚细胞 组分（如细胞核等）的受体。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞质膜上 的受体。
细胞表面受体
➢酶联受体 (enzyme-linked receptor)
细胞的信号转导过程是一个级联放大的过程。
细 胞 信 号 传 导 的 主 要 分 子 途 径
?思考题
1、名词解释： 受体，G蛋白，CaM
2、问答题 植物细胞信号转导的大致途径是怎样的?
双信号系统
ABA引起气孔关闭机理的模 型
在这个模型中， ABA与受 体（R）结合,导致了Ca2+ 的输入或Ca2+从胞内钙库 中的释放，
(1.ABA使胞外Ca2+通过 Ca2+通道进入保卫细胞 ;2.IP3激活液泡和内质网膜 上的Ca2+通道开放,向胞质 释放Ca2+)
从而使细胞质中的Ca2+浓 度升高，促进了质膜上阴离 子与K+Out通道的开放，并 抑制了K+in通道的开放。当 离开细胞的离子比进入细胞 的多时，细胞就会失水，从 而使得气孔关闭。
➢钙调素（CaM）
一种钙受体蛋白，是耐热、酸性的小分子球蛋白，具有148 个氨基酸的单链多肽。其上有四个Ca2+结合位点。
作用方式：
直接与靶酶结合,诱导靶酶的活性构象,而调节靶酶的活性。 与Ca2+结合，形成活化态的Ca2+ CaM复合体，然后再与靶 酶结合将靶酶激活。CaM与Ca2+有很高的亲和力，一个CaM 分子可与4个Ca2+结合。
• 离子通道连接受体(ion－channel-linked receptor)
细胞内受体（intra cellular receptor)：存在于亚细胞 组分（如细胞核等）的受体。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞质膜上 的受体。
细胞表面受体
➢酶联受体 (enzyme-linked receptor)
细胞的信号转导过程是一个级联放大的过程。
细 胞 信 号 传 导 的 主 要 分 子 途 径
?思考题
1、名词解释： 受体，G蛋白，CaM
2、问答题 植物细胞信号转导的大致途径是怎样的?
双信号系统
ABA引起气孔关闭机理的模 型
在这个模型中， ABA与受 体（R）结合,导致了Ca2+ 的输入或Ca2+从胞内钙库 中的释放，
(1.ABA使胞外Ca2+通过 Ca2+通道进入保卫细胞 ;2.IP3激活液泡和内质网膜 上的Ca2+通道开放,向胞质 释放Ca2+)
从而使细胞质中的Ca2+浓 度升高，促进了质膜上阴离 子与K+Out通道的开放，并 抑制了K+in通道的开放。当 离开细胞的离子比进入细胞 的多时，细胞就会失水，从 而使得气孔关闭。
➢钙调素（CaM）
一种钙受体蛋白，是耐热、酸性的小分子球蛋白，具有148 个氨基酸的单链多肽。其上有四个Ca2+结合位点。
作用方式：
直接与靶酶结合,诱导靶酶的活性构象,而调节靶酶的活性。 与Ca2+结合，形成活化态的Ca2+ CaM复合体，然后再与靶 酶结合将靶酶激活。CaM与Ca2+有很高的亲和力，一个CaM 分子可与4个Ca2+结合。
• 离子通道连接受体(ion－channel-linked receptor)
《信号转导》PPT课件 (2)
28
么么么么方面
❖ Sds绝对是假的
(1). 受体酪氨酸蛋白激酶途径
EGF、PDGF等生长因子
结合生长因子后，受体TPK 二 聚化 导致自身磷酸化
TPK激活
PLC
催化底物蛋白的酪 氨酸磷酸化
PKC/MAPK
（与细胞增殖肥大、 肿瘤的发生有关）
靶蛋白磷酸化激活
30
(2).非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径
是一种神经肌肉间传递功能障碍的自身免疫
（ 病，主要特征为受累横纹肌稍行活动后即迅速 二 疲乏无力，经休息后肌力有程度不同的恢复。
47
（二）.自身免疫性受体病
定义：
因体内产生针对自身受体的抗体而引起的疾病。 抗受体的抗体有两类：
阻断型：它与受体结合后，可阻断受体与配体的结合，从而
阻断受体的信号转导通路和效应，导致靶细胞功能下降。
刺激型：它与受体结合后，可模拟信号分子或配体的作用，
激活特定的信号转导通路使靶细胞功能亢进。
48
1.重症肌无力
38
信号转导异常的原因
1.基因突变： 信号转导蛋白数量改变 信号转导蛋白功能改变
2.免疫功能异常 机体免疫功能紊乱导致抗信号转导蛋白的抗体干 扰正常的信号转导过程
3.继发性异常：内环境紊乱 pH、离子浓度、细胞内某些成分（如ATP）明显 变化
39
信号转导异常的发生环节
1.配体异常： 过少或过多 可影响其受体及受体后信号转导通路中蛋白数量
17
G 蛋白偶联受体的结构（400-600个氨基酸残基组成的多肽） G-protein-coupled receptors (GPCR)
与配体结合
Extracellular
-NH2
么么么么方面
❖ Sds绝对是假的
(1). 受体酪氨酸蛋白激酶途径
EGF、PDGF等生长因子
结合生长因子后，受体TPK 二 聚化 导致自身磷酸化
TPK激活
PLC
催化底物蛋白的酪 氨酸磷酸化
PKC/MAPK
（与细胞增殖肥大、 肿瘤的发生有关）
靶蛋白磷酸化激活
30
(2).非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径
是一种神经肌肉间传递功能障碍的自身免疫
（ 病，主要特征为受累横纹肌稍行活动后即迅速 二 疲乏无力，经休息后肌力有程度不同的恢复。
47
（二）.自身免疫性受体病
定义：
因体内产生针对自身受体的抗体而引起的疾病。 抗受体的抗体有两类：
阻断型：它与受体结合后，可阻断受体与配体的结合，从而
阻断受体的信号转导通路和效应，导致靶细胞功能下降。
刺激型：它与受体结合后，可模拟信号分子或配体的作用，
激活特定的信号转导通路使靶细胞功能亢进。
48
1.重症肌无力
38
信号转导异常的原因
1.基因突变： 信号转导蛋白数量改变 信号转导蛋白功能改变
2.免疫功能异常 机体免疫功能紊乱导致抗信号转导蛋白的抗体干 扰正常的信号转导过程
3.继发性异常：内环境紊乱 pH、离子浓度、细胞内某些成分（如ATP）明显 变化
39
信号转导异常的发生环节
1.配体异常： 过少或过多 可影响其受体及受体后信号转导通路中蛋白数量
17
G 蛋白偶联受体的结构（400-600个氨基酸残基组成的多肽） G-protein-coupled receptors (GPCR)
与配体结合
Extracellular
-NH2
第十五章细胞信号转导左ppt课件
（二）根据在细胞中的分布情况，胞内受体又可分为胞质受体和核受体 胞内受体的配体多为脂溶性小分子甾体类激素，以类固醇激素类较为常见；此外，也包括甲状腺素类激素、维生素D等。这些小分子可直接以简单扩散的方式或借助于某些载体蛋白跨越靶细胞膜，与位于胞质或胞核内的受体结合。
胞内受体通常为由400～1000个氨基酸组成的单体蛋白，其氨基末端的氨基酸序列高度可变，长度不一，具有转录激活功能，其羧基末端由200多个氨基酸组成，是配体结合的区域（E/F），此外，这一区域对于受体二聚化及转录激活也有重要作用，其DNA结合区域由66～68个氨基酸残基组成（C），富含半胱氨酸残基，具两个锌指结构，由此可与DNA结合。
二、根据其分布，受体可分为膜受体与胞内受体
根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞表面受体（cell surface receptor）和细胞内受体（intracellular receptor）。此外，还有一种类型的受体，存在于细胞膜上，当配体与这种受体特异性结合介导了细胞的内吞作用，形成内吞体从而将配体分子带入细胞。
（一）细胞表面受体是存在于细胞膜上的受体 膜受体大约包括了20个家族，研究得比较清楚的包括受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体、细胞因子受体、配体闸门通道、鸟苷环化酶（guanylyl cyclase）受体、肿瘤坏死因子受体、Toll样受体、Notch受体、Hedgehog受体、Wnt受体、Notch 受体等。除此以外，还有一种重要的膜受体就是配体闸门通道。
第三节 信号转导中的蛋白质
细胞质中介导细胞信号转导的蛋白质主要涉及蛋白激酶、蛋白磷酸酶、GTP结合蛋白以及衔接蛋白。
蛋白激酶、蛋白磷酸酶和GTP结合蛋白通过几乎同样的方法调控细胞信号转导通路，即都涉及到磷酸基团的简单添加或去除。
胞内受体通常为由400～1000个氨基酸组成的单体蛋白，其氨基末端的氨基酸序列高度可变，长度不一，具有转录激活功能，其羧基末端由200多个氨基酸组成，是配体结合的区域（E/F），此外，这一区域对于受体二聚化及转录激活也有重要作用，其DNA结合区域由66～68个氨基酸残基组成（C），富含半胱氨酸残基，具两个锌指结构，由此可与DNA结合。
二、根据其分布，受体可分为膜受体与胞内受体
根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞表面受体（cell surface receptor）和细胞内受体（intracellular receptor）。此外，还有一种类型的受体，存在于细胞膜上，当配体与这种受体特异性结合介导了细胞的内吞作用，形成内吞体从而将配体分子带入细胞。
（一）细胞表面受体是存在于细胞膜上的受体 膜受体大约包括了20个家族，研究得比较清楚的包括受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体、细胞因子受体、配体闸门通道、鸟苷环化酶（guanylyl cyclase）受体、肿瘤坏死因子受体、Toll样受体、Notch受体、Hedgehog受体、Wnt受体、Notch 受体等。除此以外，还有一种重要的膜受体就是配体闸门通道。
第三节 信号转导中的蛋白质
细胞质中介导细胞信号转导的蛋白质主要涉及蛋白激酶、蛋白磷酸酶、GTP结合蛋白以及衔接蛋白。
蛋白激酶、蛋白磷酸酶和GTP结合蛋白通过几乎同样的方法调控细胞信号转导通路，即都涉及到磷酸基团的简单添加或去除。
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Effects of signals:
regulate enzyme activity. open / close ion channel in the cell
membrane. regulate gene transcription which ultimately
controls cell metabolism, growth, development and differentiation, etc.
Based on the action manner: 1. Neurotransmitter (acetylcholine,
norepinephrine) 2. Endocrine signals (hormone: insulin, glucagon,
thyroxin, epinephrine, sex hormone) 3. Local chemical messengers or paracrine signals
Receptors on membrane
Receptors in cytosol
II Intracellular signaling molecules
Small molecule Inorganic ion (Ca2+) Lipids (diacylglycerol, DAG) Inositol triphosphate (IP3) Nucleotide (cAMP, cGMP)
Section II Receptors
Proteins (or glycoproteins, glycolipoproteins) On the membrane or inside the cell
Membrane receptor Intracellular receptor Recognize and bind to a specific extracellular signal molecule (ligand) Receptor-ligand induces a cellular response
(growth factor, prostaglandin) 4. Autocrine signal: oncoprotein
Endocrine signals – Signals exert their effects by binding to a cell-
surface receptor and initiating a cascade of signaling events. – Signals that go into the cell, bind to internal receptors, and exert their effects. Steroid hormones, vitamin D, thyroxin All of the intracellular receptors ultimately activate the transcription of regulated genes.
I Membrane receptors 1. Ion-cheurotransmitter
Ach receptor
2. G-Protein coupled receptors (GPCRs)
The largest class of cell surface receptors
The signal transduction of extracellular information
In all multicellular organisms, survival depends on an intercellular communication network that coordinates the growth, differentiation and metabolism of cells in diverse tissues and organs.
ligand: hormones and neurotransmitter Involved in vision, taste, olfaction,
metabolism, transcription, cell proliferation Single polypeptide chain, glycoproteins
Protein (Ras) Substrate enzymes (Jak) Transcription factors
Secondary messenger
Small signaling molecules that are generated in the cell in response to extracellular signals. They can activate many other downstream components. The most important second messengers are: Ca2+, cAMP, cGMP, DAG, IP3, etc.
Section I Signal molecules
Intercellular signaling molecules Intracellular signaling molecules
I Intercellular signaling molecules
Based on the chemical nature: – proteins and peptides (growth factor, insulin) – amino acids and amino acid derivatives (thyroxine, 甲状腺素) – derivatives of fatty acids (prostaglandin, 前列 腺素) – steroids (sex hormone） – small inorganic molecules, nitric oxide (NO), monoxide carbon (CO)