生物化学 第15章细胞信号转导

与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而 表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。
目录
受体型蛋白质酪氨酸激酶 （RTK）
。。。。 。。 。
..
P
P
P PP P
目录
蛋白质酪氨酸偶联受体 （TKCR）
。。。。 。。 。
..
P
P
目录
自身磷酸化(autophosphorylation)
当配体与单跨膜螺旋受体结合后，催化型 受体(catalytic receptor)大多数发生二聚化，二 聚体的酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase, PTK)被激活，彼此使对方的某些酪氨酸残基磷 酸化，这一过程称为自身磷酸化。
1971 年
激素作用的第二信使机制
1982 前列腺素及相关的生物活
诺贝尔奖获得者 Frederick Grant Banting John James Richard Macleod Henry Hallett Dale Otto Loewi Edward Calvin Kendall Philip Showalter Hench Tadeus Reichstein Sir Bernard Katz Ulf von Euler Julius Axelrod
作用
Rodbell
一氧化氮是心血管系统的信 号分子
Robert F. Furchgott， Louis J. Ignarro，Ferid
Murad
神经系统有关信号转导
Arvid Carlsson，Paul Greengard，Eric R.
Kandel
Leland H. Hartwell
细胞周期的关键调节分子 R. Timothy Hunt
目录
常见第二信使与化学本质 环核苷酸：如cAMP、cGMP
脂类衍生物：如 DAG， IP3 无机离子：如 Ca2+
气体信号如（无机物） NO， CO , H2S等 其它在细胞内传递信息的小分子物质如Cer、花生四烯酸等也被证 明有第二信使作用
目录
• 其它具第二信使特征的脂类衍生物:
• 花生四烯酸（arachidonic acid，AA） • 磷脂酸（phosphatidic acid， PA） • 溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA） • 4-磷酸磷脂酰肌醇（PI-4-phosphate，PIP） • 磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol -4,5-
Earl Wilber Sutherland
Sune K. Bergström 目 录
年 度 1992 年 1994 年
1998 年
2000 年
2001 年
重要发现
诺贝尔奖获得者
蛋白质可逆磷酸化调节机制
Edmond H. Fischer Edwin G. Krebs
G蛋白及其在信号转导中的 Alfred Gilman，Martin
目录
目录
※ G蛋白(guanylate binding protein) 是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜 胞浆面的蛋白质，由、、 三个亚基组成。 有两种构象：非活化型；活化型 On—off malecular switch
目录
两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
前列腺素，腺甘为抑制性
目录
H
腺苷酸环化酶
RＲ
β γ
β
α GDP
γ
GTP
AA CC
cAMP
ATP
目录
信息传递过程中的Ｇ蛋白
Ｇ蛋白的类型 Ｇs Ｇi Ｇp Ｇo* ＧT * *
亚基
功能
s 激活腺苷酸环化酶
i 抑制腺苷酸环化酶
p 激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶Ｃ
o 大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道
Ｔ 激活视觉
*o表示另一种(other) ＊＊T：传导素 (transductin)
引起酶蛋白和功能蛋白的 磷酸化和去磷酸化，改变 细胞的代谢和基因表达
蛋白质、多肽及氨基 质膜 同上
激素 酸衍生物类激素
受体
类固醇激素、甲状腺 胞内 调节转录
素
受体
维生 维生素A、维生素D 胞内 同上
素
受体
目录
（二）、细胞内信息物质
细胞内信息物质(intracellular signal molecules) 第一信使物质（化学信号分子）到达靶细 胞与其受体结合并刺激该细胞所产生的能调控 细胞生命活动的化学物质。也称第二信使，通 常是小分子物质
目录
概述
细胞信号转导: 指特定的化学信号在靶细胞内的传递过程
化学信号是细胞分泌的各种化学物质并用以 调节靶细胞及自身细胞的生命活动
能调节细胞生命活动的化学信号（化学物质）称信 息物质
目录
年度 重要发现
1923 年
胰岛素
1936 年
神经冲动的化学传递
1950 年
肾上腺皮质激素
1970 神经末梢的神经递质的合 年 成、释放及灭活
目录
* 该受体的下游蛋白常含有:
SH2结构域 能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合
SH3结构域 能与富含脯氨酸的肽段结合
PH结构域 能与含磷脂衍生物的模体结合
以上为蛋白质相互作用的结构域，含在蛋白激酶，磷脂酶，磷酸酶 等的分子中
目录
目录
4. 具有鸟嘌呤环化酶活性的受体
膜受体
可溶性受体
胞外
受体型鸟甘酸环化酶
胞内 PKH
GC GC
具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构
150KD，2个亚基，分 别为82，与70KD
PKH：激酶样结构域 GC： 鸟苷酸环化酶结构域
目录
α
属 于 单 跨 膜 螺 旋 受 体
目录
（二）胞内受体(intracellular receptor)
（二）、 胞内受体
目录
目录
（一）、膜受体 1、离子通道型受体—— 配体依赖性离子通道
乙酰胆碱受体
也称配体门控受体型离子通 道，最终的效应是细胞膜电 位变化，产生动作电位。
目录
目录
目录
目录
受体
配体
. ......
.
.
Cell
通道关闭状态
Cell
通道开启,细胞应答
目录
2、G 蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)
能与受体呈特异性结合的生物活性分子 则称 配体(ligand)。
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受体的分类、一般结构与功能
根据细胞定位可分为： （一）、膜受体(membrane receptor)
存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶 嵌糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分 为三大类：离子通道受体，G蛋白偶联受体和 单跨膜受体(催化性受体)。
概念：是由某些细胞所分泌的能调节靶细胞
生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使
。
目录
分类 1、神经递质 （内分泌激素、局部化学物质，气体信号）
又称突触分泌信号(synaptic signal)
特点 由神经细胞分泌； 通过突触间隙到达下一个神经细胞； 作用距离较短。
例如： 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等
目录
第十五章
细胞信号转导
Cell Signal Transduction
目录
• 细胞通讯（cell communication）是体内一 部分细胞发出信号，另一部分细胞（target cell）接收信号并将其转变为细胞功能变化 的过程。
• 细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化 学变化及效应的全过程称为信号转导 （signal transduction）。
目录
CellA
.. .. . .. .. . . ..
.
Cell B
.
旁分信号泌
目录
. ... ... ....
.
Cell
.
目录
二、受 体
Receptor
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受体的定义
是靶细胞膜上或细胞内能特异识别生物 活性分子(信号分子)并与之结合的成分，它 能把识别和接受的信号正确无误地放大并传 递到细胞内部，进而引起靶细胞生物学效应 的特殊蛋白质，大多为糖蛋白，个别是糖脂。
diphosphate，PIP2)
目录
磷脂酰肌醇-3激酶的作用
PI
wenku.baidu.com
磷脂酰肌醇-3激酶
（PI-3K）
PIP
PIP2
催化亚基（P110） PI-3K 调节亚基（P85）
PI-3-P PI-3,4-P2 PI-3,4,5-P3
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（三）、蛋白质—作为细胞内信号转导分子 1、蛋白激酶类: 蛋白质丝氨酸/苏激酶如：PKA，PKG，PKC，PKB 蛋白质酪氨酸激酶（PTK）如：MAPK，表皮生长因子受 体，非受体型PTK等， 还有G蛋白，小分子量G蛋白等 ，为细胞内蛋白类信号转 导分子。
2、 内分泌激素
又称内分泌信号(endocrine signal)
特点 由特殊分化的内分泌细胞分泌 ； 通过血液循环到达靶细胞 ； 大多数作用距离较长。
例如 胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等
目录
3、局部化学介质 （生长因子、细胞因子）
又称旁分泌或自分泌信号(paracrine signal，autocrine signal 特点
目录
此类受体的信息传递可归纳为
激素
受体
Ｇ蛋白
酶
第二信使
蛋白激酶
酶或其他功能蛋白
生物学效应
目录
3、单个跨膜受体（酶偶联受体）(催化性受体)
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
目录
具有各种催化活性的受体
英文名
receptors tyrosine kinase (RTKs)
Paul M. Nurse
目录
跨膜信号转导的一般步骤 特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号识别结合转换并启动细胞内信号系统 靶细胞产生生物学效应
目录
一、 信息物质 （信号分子）
Signal Molecules
目录
（一）细胞间信息物质
(extracellular signal molecules)
由体内某些普通细胞分泌； 不进入血循环，通过扩散作用到达附近 的靶细胞（或作用于自身细胞）； 一般作用距离也较短。
例如 生长因子、细胞因子、前列腺素等。
目录
4、细胞间化学信号的理化性质
蛋白质和肽类（如生长因子、加压素、胰岛素等）
氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、谷氨酸、GABA、、肾 上腺素等）---水溶性
tyrosine kinasecoupled receptors
(TKCRs) receptors tyrosine
phosphatase (RTPs)
receptors serine/threonine kinase (RSTK)
中文名
受体型蛋白酪氨酸激 酶
非
蛋白酪氨酸激酶偶联 受体
受体型蛋白酪氨酸磷 酸酶
受体型蛋白丝/苏氨酸 激酶
举例 表皮生长因子受 体、胰岛素受体
等 干扰素受体、干 扰素受体、T细
胞抗原受体等
CD45
转化生长因子 受体、骨形成蛋
白受体等 目 录
SH1
目录
目录
目录
蛋白质酪氨酸激酶受体型（PTK）（催化型受体） 与配体结合后具有蛋白酪氨酸激酶活性，如胰
岛素受体insulin growth factor receptor, IGF-R 表 皮 生 长 因 子 受 体 (epidermal growth factor receptor, EGF-R)。 非蛋白酪氨酸激酶受体型 蛋白酪氨酸激酶偶联受体
该型受体与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关
目录
受体结构
* 胞外区为配体结合部位。
* 受体跨膜区由22～26个氨基酸残基构成一 个α-螺旋，高度疏水。
* 胞内区为酪氨酸蛋白激酶功能区（又称SH1, Scr homology 1 domain，与Src的酪氨酸蛋 白激酶区同源） 位于C末端，包括ATP结合 和底物结合两个功能区。
只要是某信号传导通路上的成员均可认为是信号转导分子
目录
2、衔接蛋白与支架蛋白 衔接蛋白：连接上游与下游的信号转导分子如SOS
蛋白，募集和组织信号转导复合物。 （接头蛋白）
支架蛋白：信号转导系统存在一种本身不具备酶活 性的蛋白质——支架蛋白.它能同时结合两个或多 个蛋白质.支架蛋白的作用类似分子胶水，将功能 相关的蛋白粘合在一起，从而保证了信号传递的 特异和高效
类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等） 脂溶性
脂酸衍生物（如前列腺素）
气体（如一氧化氮、一氧化碳）等 膜结合（水溶），脂溶等
目录
细胞间信息物质及作用
种类 信息物质
受体 引起细胞内的变化
神经 乙酰胆碱、谷氨酸、 质膜 影响离子通道关闭
递质 –氨基丁酸
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血 受体 小板衍生生长因子
又称七个跨膜受体/蛇型受体(serpentine receptor)
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。
目录
目录
受体结构的特点 * 胞外受体的N端可有不同的糖基化。 * 胞内的第二和第三个环能与G-蛋白相偶联 。 * 受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基， 对维持受体的结构起到关键作用。