细胞生物学第八章
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医学细胞生物学 第八章 细胞核

染色质的化学组成
DNA
组 蛋 白(碱性蛋白)
染
色 质
蛋白质
H1、H2A、H2B、H3、H4
非组蛋白(酸性蛋白)
少量RNA
二、染色质的类型
异染色质
间期细胞核中高度螺旋和盘曲、染色深、 功能上不很活跃,多分布在核膜内缘 的染色质。
常染色质
间期细胞核中无明显螺旋和盘 曲、染色浅、功能上活跃,多 分布在核中央的染色质。
核孔是内外两层核膜 局部融合而形成的开口, 是由多种蛋白构成的复 杂结构,称核孔复合体。
Cytoplasmic face cytoplasmic particles
Nuclear face basket inner complex
二、核膜的功能
1.作为界膜,维持细胞核相对稳定的内环境 保护DNA分子
4. 在染色体中有一个由非组蛋白构成的纤维网架称 为染色体支架,直径30nm的螺线管一端与支架结合,另 一端向周围呈环状迂回后再回到结合处,形成的环状 结构称为袢环。
5. 18个袢环沿染色体的纵轴由中央向四周伸出, 形成放射环,称为微带。
6. 106个微带沿轴心支架纵向排列构成染色单体 7.两条染色单体在着丝粒处相连形成染色体。
称核仁组织区致密纤维组分
(NOR)。
颗粒组分
纤维中心
核仁组织者(区):是从染色体上伸展出的DNA 袢环,载有rRNA基因,转录形成rRNA,组织形 成核仁,称核仁组织者(区)(NOR)。
含有rDNA的10个 伸展的间期染色 体袢环进入核仁 中
核仁 核膜
组分
致密纤维组分 颗粒组分 纤维中心
致密纤维组分 颗粒组分 纤维中心
2.使DNA转录和蛋白质的翻译 具有时空性
细胞生物学教程8

• 第二信使:起信号转换和放大的作用,如 cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+。
三、受体(receptor)
• 能够识别和选择性结合某种配体(信号分 子),多为糖蛋白,分子上具有配体结合 区域和产生效应的区域。
• 特点:①特异性;②饱和性;③高度的亲 和力。
• 类别:细胞内受体和细胞表面受体。
第八章 细胞通信
CELL COMMUNICATION
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
• 作用:通过磷酸化调节蛋白质的活性。
Protein kinases
五、胞间通信的主要类型
• (一)细胞间隙连接 • 连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道,允
许小分子如Ca2+、cAMP通过。 • 作用:协同相邻细胞对外界信号的反应,
如可兴奋细胞的电耦联现象(电紧张突触)。
connexon
(二)膜表面分子接触通讯
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
二、G蛋白耦联型受体
• 7次跨膜蛋白,胞外结构域识别信号分子,胞内结 构域与G蛋白耦联,调节相关酶活性,在胞内产生 第二信使。
• 旁分泌:信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。 包括:①各类细胞因子;②气体信号分子。
三、受体(receptor)
• 能够识别和选择性结合某种配体(信号分 子),多为糖蛋白,分子上具有配体结合 区域和产生效应的区域。
• 特点:①特异性;②饱和性;③高度的亲 和力。
• 类别:细胞内受体和细胞表面受体。
第八章 细胞通信
CELL COMMUNICATION
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
• 作用:通过磷酸化调节蛋白质的活性。
Protein kinases
五、胞间通信的主要类型
• (一)细胞间隙连接 • 连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道,允
许小分子如Ca2+、cAMP通过。 • 作用:协同相邻细胞对外界信号的反应,
如可兴奋细胞的电耦联现象(电紧张突触)。
connexon
(二)膜表面分子接触通讯
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
二、G蛋白耦联型受体
• 7次跨膜蛋白,胞外结构域识别信号分子,胞内结 构域与G蛋白耦联,调节相关酶活性,在胞内产生 第二信使。
• 旁分泌:信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。 包括:①各类细胞因子;②气体信号分子。
医学细胞生物学第八章细胞核和染色体

医学细胞生物学第八章细 胞核和染色体
细胞核和染色体是细胞中关键的组成部分,负责控制细胞的生物学活动和遗 传信息的传递。本章将深入探讨细胞核的结构和功能,以及染色体的重要性 和组成。
细胞核的结构和功能
核膜和核孔复合物
细胞核由双层核膜包围,核孔复合物允许物质在细胞核和细胞质之间交换。
染色质和核仁
染色质是细胞核中的DNA和蛋白质组成的复合物,核仁负责合成和组装核糖体。
染色体重排是染色体的结构改变,可以导致遗传疾病和基因缺失或重复。
染色体突变
染色体突变是染色体DNA序列的改变,可以导致遗传疾病和异常发育。
遗传咨询和筛查
遗传咨询和筛查是预防和治疗遗传疾病的重要手段,有助于辅助家庭做出更好的决策。
细胞核和染色体的研究方法
1 染色体制备和染色
染色体制备和染色技术可 以用于研究染色体的形态 和结构。
2 原位杂交
原位杂交是通过探针与特 定DNA序列结合来研究染 色体上的基因和染色体结 构。
3 核酸测序
核酸测序技术可以揭示 DNA序列的细节,从而进 一步研究基因和染色体的 功能。
本章小结和要点总结
本章介绍了细胞核和染色体的关键概念和重要性,包括结构和功能,基因表 达调控,复制和分离,遗传疾病,以及研究方法。
染色体复制
染色体复制是细胞分裂前的重要 步骤,确保每个子细胞都获得完 整的染色体组。
染色体分离
染色体分离发生在有丝分裂和减 数分裂过程中,确保每个细胞获 得正确的染色体数量。
有丝分裂纺锤体
有丝分裂纺锤体是分离染色体的 关键结构,通过纺锤体纤维将染 色体引导到正确的位置。
染色体变异与遗传疾病
染色体重排
转录和基因表达
细胞核是转录的场所,负责合成RNA分子从而实现基因表达。
细胞核和染色体是细胞中关键的组成部分,负责控制细胞的生物学活动和遗 传信息的传递。本章将深入探讨细胞核的结构和功能,以及染色体的重要性 和组成。
细胞核的结构和功能
核膜和核孔复合物
细胞核由双层核膜包围,核孔复合物允许物质在细胞核和细胞质之间交换。
染色质和核仁
染色质是细胞核中的DNA和蛋白质组成的复合物,核仁负责合成和组装核糖体。
染色体重排是染色体的结构改变,可以导致遗传疾病和基因缺失或重复。
染色体突变
染色体突变是染色体DNA序列的改变,可以导致遗传疾病和异常发育。
遗传咨询和筛查
遗传咨询和筛查是预防和治疗遗传疾病的重要手段,有助于辅助家庭做出更好的决策。
细胞核和染色体的研究方法
1 染色体制备和染色
染色体制备和染色技术可 以用于研究染色体的形态 和结构。
2 原位杂交
原位杂交是通过探针与特 定DNA序列结合来研究染 色体上的基因和染色体结 构。
3 核酸测序
核酸测序技术可以揭示 DNA序列的细节,从而进 一步研究基因和染色体的 功能。
本章小结和要点总结
本章介绍了细胞核和染色体的关键概念和重要性,包括结构和功能,基因表 达调控,复制和分离,遗传疾病,以及研究方法。
染色体复制
染色体复制是细胞分裂前的重要 步骤,确保每个子细胞都获得完 整的染色体组。
染色体分离
染色体分离发生在有丝分裂和减 数分裂过程中,确保每个细胞获 得正确的染色体数量。
有丝分裂纺锤体
有丝分裂纺锤体是分离染色体的 关键结构,通过纺锤体纤维将染 色体引导到正确的位置。
染色体变异与遗传疾病
染色体重排
转录和基因表达
细胞核是转录的场所,负责合成RNA分子从而实现基因表达。
细胞生物学第8章细胞信号传导

息系统的进化。
单细胞生物通过反馈调节,适应环境的变化。 多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会,除 了反馈调节外,更有赖于细胞间的通讯与信号传 导,以协调不同细胞的行为,如:①调节代谢, 通过对代谢相关酶活性的调节,控制细胞的物质 和能量代谢;②实现细胞功能,如肌肉的收缩和 舒张,腺体分泌物的释放; ③调节细胞周期,使 DNA复制相关的基因表达,细胞进入分裂和增殖 阶段; ④控制细胞分化,使基因有选择性地表达, 细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞; ⑤ 影响细胞的存活。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
(四)配体与受体(Ligand & Receptor) 1、配体(Ligand):在细胞通讯中,由信号传导 细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发 靶细胞的应答,此时的信号分子被称为配体 (ligand),接收信息的分子称为受体。 2、受体(Receptor):广义的受体指任何能够同 激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合 并能引起细胞功能变化的生物大分子。狭义的受 体指能够识别和选择性结合配体(signal molecule) 的大分子,当与配体结合后,通过信号转导 (Signal Transduction)作用将细胞外信号转换为 细胞内的物理和化学信号,以启动一系列过程, 最终表现为生物学效应。
第八章
细胞信号转导
生命与非生命物质最显著的区别在于生命
是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生
物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部
环境的变化,维持个体的生存;另一方面信息 物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维 持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不 同时空传递的现象,生命的进化实质上就是信
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表 面或细胞内与信号分子结合的蛋白质,多为糖 蛋白,一般至少包括两个功能区域,与配体结 合的区域和产生效应的区域;当受体与配体结 合后,构象改变而产生活性,启动一系列过程, 最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用 具有三个主要特征:①特异性;②饱和性;③ 高度的亲和力。
细胞生物学第八章细胞信号转导

信号蛋白:
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 转承蛋白:负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白:携带信息从一部分传递到另一部分。 接头蛋白:起连接信号蛋白的作用。 放大和转导蛋白:通常由酶或离子通道蛋白组成,介导产生级联反 应。 传感蛋白:负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白:将信号从一条途径传播到另外途径。 整合蛋白:从 2 条或多条信号途径接受信号,并在向下传递之前进 行整合。
2、受体
受体:受体是一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大 分子,绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白,少数受体是糖脂,有的受 体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 (1)根据靶细胞上受体存在的部位,可将手提取分为 细胞内受体:位于细胞质基质或核基质中,主要是别和结合小 的脂溶性信号分子。
c、间隙连接通透性的调节:
意义:间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间 隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性: 1、电荷选择性: 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2 、组织特异性: 由不同连接蛋白所构成的连接子,在导电率、通透性 和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透 功能,但在有些情况下却没有通透功能。如:Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙 连接时,连接子没有通透功能。
二、信号转导系统及其特性
(一)信号转导系统的基本组成与信号蛋白 信号转导系统: 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导,产生 细胞内第二信使或活化的信号蛋白。 3、信号放大:信号传递至胞内效应器蛋白,引发细胞内信号放大 的级联反应,使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。
细胞生物学 第八章细胞骨架

二、微丝网络结构的调节与细胞运动
(二)细胞皮层 • 细胞皮层:紧贴细胞质膜下
富含微丝的区域,由微丝结 合蛋白交联成凝胶态的三维 网络结构。 • 其功能有: s 微丝与细胞质膜上的蛋白质 连接,从而限制膜蛋白的流 动性; s 为细胞质膜提供强度和韧性, 从而维持细胞的形状; s 细胞的多种运动如胞质环流、 吞噬等都与微丝的组装/去 组装转化有关。
由质膜及质膜下的轴心微丝束 构成。 • 微丝束的微丝呈同向平行排列, 即正极指向微绒毛顶端,负极 指向细胞内。 • 微绒毛的作用在于增加细胞的 吸收表面积,而其内部的轴心 微丝束起着支撑作用。
二、微丝动态结构的调节与细胞运动
(六)胞质分裂环 • 在有丝分裂末期,两个即
将分离的子细胞之间产生 一个对细胞质起收缩作用 的胞质分裂环(收缩 环)——由大量平行排列、 但极性相反的微丝组成。 • 收缩环的动力来源于肌球 蛋白在极性相反的微丝之 间的滑动。 • 随着收缩环的收缩,两个 子细胞被分开。
• 微管(microtubule,MT): 指真核细胞中由微管蛋白组成 的、中空的管状骨架纤维,其 外径为24(25)nm,内径为 15nm。
• 细胞中的微管多数是暂时性的 结构:如间期细胞内的微管, 分裂期细胞的纺锤体微管等;
• 也有一些微管形成相对稳定的 “永久性”结构:如纤毛或鞭 毛中的轴丝微管、神经元突起 内的微管束。
§2 微管及其功能
一、微管的结构组分与极性
• 微管组装的基本结构单位是由 α-微管蛋白和β-微管蛋白结合 而成的异二聚体——α/β-微管 蛋白二聚体,是细胞内游离态 微管蛋白的主要存在形式。
• α-微管蛋白和β-微管蛋白上各有 一个GTP结合位点:
s α-微管蛋白:不可交换位点
细胞生物学第8章-细胞骨架

动力蛋白驱动蛋白驱动蛋白和动力蛋白的头部都具有atp水解酶的活性酶解atp的能量可供这两个蛋白质的头部做一次构象变换完成一套与微管的结合解离再结合的动作从而使蛋白质沿着微管移动
细胞骨架
本章内容提要
细胞质骨架 微管 微丝 中间丝
膜骨架 核骨架
细胞骨架(Cytoskeleton)指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
轴丝微管的排列方式主要有3中模式:
①9+2型:轴丝的外围是9组二联体微管,中 间是2根由中央鞘所包围的中央微管。
②9+0型:外围与9+2型相同,有9组二联体 微管,但缺乏中央微管。
③9+4型:罕见,轴丝中央含有4根单体微管。
9+0型一般为不动纤毛,9+2型大多为动纤毛。
纤毛和鞭毛运动的机制--“滑动微管模型”。 由于二联管之间的动力蛋白臂的动力蛋白介导了 两条微管的互相滑动,才使纤毛发生运动。
细胞骨架是高度动态的细胞结构体系,不仅是重要 的机械支撑、决定了细胞器和大分子空间定位,而 且参与了几乎所有形式的细胞运动。
细胞骨架直接负责细胞的大幅度运动,例如,细胞 沿物体表面爬行、肌肉细胞的收缩以及胚胎发育时 细胞形状的改变。
没有细胞骨架,伤口无法愈合,肌肉毫无用处, 精子也不能触及卵子。
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
一、微管
微管几乎存在于所有的真核细胞内,是由微 管蛋白(tubulin)装配而成的中空的管状 结构。
它可以迅速地在细胞内某个位置去组装,并 在另一个位置再组装。
1.结构:
微管由微管蛋白亚基组装而成,每个亚基 是由α微管蛋白和β微管蛋白,通过非共价键 结合成的异二聚体,是微管装配的基本单位。
细胞骨架
本章内容提要
细胞质骨架 微管 微丝 中间丝
膜骨架 核骨架
细胞骨架(Cytoskeleton)指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
轴丝微管的排列方式主要有3中模式:
①9+2型:轴丝的外围是9组二联体微管,中 间是2根由中央鞘所包围的中央微管。
②9+0型:外围与9+2型相同,有9组二联体 微管,但缺乏中央微管。
③9+4型:罕见,轴丝中央含有4根单体微管。
9+0型一般为不动纤毛,9+2型大多为动纤毛。
纤毛和鞭毛运动的机制--“滑动微管模型”。 由于二联管之间的动力蛋白臂的动力蛋白介导了 两条微管的互相滑动,才使纤毛发生运动。
细胞骨架是高度动态的细胞结构体系,不仅是重要 的机械支撑、决定了细胞器和大分子空间定位,而 且参与了几乎所有形式的细胞运动。
细胞骨架直接负责细胞的大幅度运动,例如,细胞 沿物体表面爬行、肌肉细胞的收缩以及胚胎发育时 细胞形状的改变。
没有细胞骨架,伤口无法愈合,肌肉毫无用处, 精子也不能触及卵子。
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
一、微管
微管几乎存在于所有的真核细胞内,是由微 管蛋白(tubulin)装配而成的中空的管状 结构。
它可以迅速地在细胞内某个位置去组装,并 在另一个位置再组装。
1.结构:
微管由微管蛋白亚基组装而成,每个亚基 是由α微管蛋白和β微管蛋白,通过非共价键 结合成的异二聚体,是微管装配的基本单位。
细胞生物学-第8章-蛋白质分选与膜泡运输

二、COPII包被膜泡的装配与运输
• 负责从内质网高尔基体的物质运输; • COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成:Sar1、 Sec12、
Sec23/Sec24、 Sec13/Sec31、Sec16 • 包被蛋白的装配是受控的; • COPII包被膜泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。
COPII蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白胞质面一端的信 号序列(Asp-X-Glu) 内质网腔面的受体能与ER腔中的可溶性蛋白(如分泌蛋白 )结合。
6.组成型分泌
7.调节型分泌
8.分选到溶酶体
9.胞吞途径
蛋白质的分泌与胞吞途径概观
膜泡运输
• 在供体膜上如何形成膜泡? • 如何运输膜? • 膜泡如何锚定靶膜并与之融合?
在供体膜上如何形成膜泡?
电子显微镜下观察,发现膜泡表面有一层蛋白质
包被蛋白的功能:
1、形成膜泡:使供体膜弯曲 2、选择膜泡成分:被运输的货物 3、靶膜融合:包含与靶膜融合相关蛋白
• 蛋白质分选的运输方式: 1.门控运输;2.跨膜运输;3.膜泡运输;4.细胞 质基质中的蛋白质运输。
• 蛋白质分选的信号机制: 信号肽;信号识别颗粒;信号识别颗粒的受体 ;ER膜上的易位子等。
• 3种类型的有被小泡: 1. 网格蛋白/接头蛋白小泡 ;2. COPI小泡;3. COPII小泡
anchor sequence, STA)
• 内在信号锚定序列(internal signal anchor sequence, SA)
膜整合蛋白 一次跨膜
膜整合蛋白 两次跨膜
多肽跨膜次数的确定
内质网膜整合蛋白的拓扑学类型
膜整合蛋白 方向性
蛋白分选机制
1、蛋白质自身信号序列 2、靶细胞器上包含特定的信号识别装置
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号分子影响其它细胞。
3.细胞间形成间隙连接,使细胞质相互沟通—动物
细胞间隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分
子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。
细胞分泌化学信号的作用方式
(1)内分泌(endocrine)
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官(靶细胞)
(2)旁分泌(paracrine) 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
白磷酸化,通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化,从而调节 蛋白质的活性。
细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶
二、信号转导系统及其特性
(一)信号转到系统的基本组成与信号蛋白 通过细胞表面受体介导的信号途径由下列4个步骤组成: 1. 信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别; 特异性是识别反应的主要特征,这源于信号分子与互补受 体上的结合位点相适应。 2. 胞外信号(第一信使)通过适当的分子开关机制实现信号 的跨膜转导,产生胞内第二信使或活化的信号蛋白; 绝大多数被激活的细胞表面受体是通过小分子第二信使和 细胞内信号蛋白网络传播信号的。
胞内信号分子
靶蛋白
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
从细胞表面到细胞核的信号途径是由细胞内多种不同的信 号蛋白组成的信号传递链,这条信号蛋白链负责实现上述4个 号传递的主要步骤,除细胞表面受体之外还包括如下各类蛋 白质: ① 转承蛋白:负责简单地将信息传给信号链的下一个组分; ② 信使蛋白:携带信号从一部分传递到另一部分; ③ 接头蛋白:连接信号蛋白; ④ 放大和转导蛋白:通常由酶或离子通道蛋白组成介导产生 信号级联反应; ⑤ 传感蛋白:负责信号不同形式的转换; ⑥ 分歧蛋白:将信号从一条途径传播到另外途径; ⑦ 整合蛋白:从2条信号途径接收信号,并在向下传递之前进 行整合; ⑧ 潜在基因调控蛋白:这类蛋白在细胞表面被活化受体激活, 然后迁移到细胞核刺激基因转录。
受体蛋白
胞外信号分子
质膜 支架蛋白
潜在基因调控 蛋白 转承蛋白
细胞质
接头蛋白 分歧蛋白
放大和转导蛋白 细胞内中介小 分子
靶蛋白
细胞核 活化基因 转录 信号应答元件
(二)细胞内信号蛋白的相互作用
受体通过细胞内信号蛋白的相互作用组成不同 的信号通路而传播信号,蛋白之间靠何种机制 保障彼此的精确联系?
子通道)的作用通过与G蛋白耦联,调节相关酶活性,
在细胞内产生第二信使;从而将胞外信号跨膜传递到 胞内。
细 胞 外 信 号 结 合 所 诱 导 的 G 蛋 白 的 活 化
G蛋白偶联受体结构图
二、 G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路 (一) cAMP为第二信使的信号通路 (二) 以肌醇-1,4,5-三磷酸 (inositol 1,4,5-
C-端激素结合位点
中部的DNA或Hsp90结合位点:富含Cys、锌指结构
N-端转录激活结构域
配体结合域 转录激活域
DNA结合域
抑制蛋白
失活受体
辅激活因子
配体
N-端转录激活结构域
受体结合元件 活化受体 靶基因转录
Fig. 细胞内受体蛋白超家族
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合 1998年R.Furchgott等三位美国科学家因对NO信 号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖
2. cAMP信号通路的组成成分
内分泌
autocrine
旁分泌
自分泌
化学突触
接触依赖性通讯
Gap junction
Fig. 不同的细胞间通讯方式
间隙连接
通过胞外信号介导的细胞通讯通常涉及如下步骤: ① 产生信号的细胞合成并释放信号分子; ② 运送信号分子至靶细胞;
③ 信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活;
④ 活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径; ⑤ 引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥ 信号的解除并导致细胞反应终止。 本章讨论的重点是后三步,也是细胞信号转导的关键步骤
第八章 细胞信号转导
◆第一节 ◆第二节
概述 细胞内受体介导的信号转导
◆第三节
◆第四节 ◆第五节
G蛋白耦联受体介导的信号转导
酶连受体介导的信号转导 信号的整合与控制
第一节 概述
一、细胞通讯 二、信号转导系统及其特性
第一节 概述
一、细胞通讯(cell communication) 一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞 并与靶细胞相应的受体相互作用,然后通过细胞信 号转导产生胞内一系列生理生化变化,最终变现为 细胞整体的生物学效应的过程。
细胞内信号蛋白之间的相互作用是靠蛋白质模式结合域的特异性介导。
受体蛋白 磷酸肌醇磷酸
信号分子
信号蛋白1
P P PH
PTB P Y Y P SH2
SH1 P Y
信号蛋白2 激酶结构域
激酶结构域
接头蛋白 SH3 PPP
信号蛋白3
信号下行
(三)信号转导系统的主要特性
1、特异性
2、放大作用 3、对信号的终止或下调
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 二、 G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 1、G蛋白:
即 : trimeric GTP-binding regulatory protein(三聚体GTP结合调节蛋白)。
组成:α、β、γ三个亚基, α 和γ亚基属于脂 锚定蛋白。 作用:分子开关,α 亚基结合GDP,分子开关处
细胞通讯的作用:
多细胞生物体的发生和组织的构建,协调细胞的
功能,控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡。
(一)、细胞通讯方式: 1.通过分泌化学信号的通讯—多细胞生物普遍采用 的通讯方式。 2. 细 胞 间 接 触 性 依 赖 的 通 讯 ( contact-dependent
signaling)--细胞直接接触,通过质膜结合的信
NO的多少直接与NO的合成有关。
(二)NO的作用机理: 1、乙酰胆碱→血管内皮→Ca2+浓度升高→一氧化氮 合酶→ NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环化酶→ cGMP→血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度下降→抑制 肌动-肌求蛋白复合物的信号通路,平滑肌舒张→血 管扩张、血流通畅。
2、硝酸甘油治疗心绞痛的作用机理:硝酸甘油在体 内转化为NO,可舒张血管,减轻心脏负荷和心肌的 需氧量。
3. 信号放大:信号传递至胞内效应器蛋白,引发细胞内信 号放大的级联反应; 级联反应主要是通过酶的逐级激活,结果将改变细胞代 谢活性,或者通过基因表达调控蛋白影响细胞基因表达,
或者通过细胞骨架的修饰改变细胞形态或运动。
4. 细胞反应由于受体的脱敏或受体下调,启动反馈机制从 而终止或降低细胞反应。
胞外信号分子 外部信号分子 受体
三种类型的细胞表面受体
酶
无活性催化结构域 活化的催化结构域
3.第二信使与分子开关 第二信使学说:胞外化学物质(第一信使)不能进入细 胞,它作用于细胞表面受体,而导致产生胞内第二信使, 从而激发一列生化反应,最后产生一定的生理效应,第二 信使的降解使其信号作用终止。 第二信使(Second massenger) :是指细胞内产生的小分子, 其浓度变化应答于胞外信号(第一信使)与细胞表面受体 的结合,并在细胞信号转导中行使功能。目前公认的第二 信使包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DAG) 等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
于关闭状态;当胞外配体与受体结合为复合物,导
致受体变构与G蛋白的亚基耦联,进而促使亚基上 GDP解离,GTP与亚基结合, 亚基被活化,分子开 关处于打开状态。
2、G蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体: 7次跨膜蛋白,N端在胞外,C端在胞内;胞内结构 域与G蛋白偶联;配体-受体复合物与靶蛋白(酶或离
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
(一)NO的作用:
1、NO可快速扩散透过细胞膜,作用于邻近细胞。
2、血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞,
NO 的 生 成 由 一 氧 化 氮 合 酶 (nitric oxide synthase,NOS)催化,以L-精氨酸为底物,以 NADPH作为电子供体,生成NO和L-瓜氨酸。 3、NO没有专门的储存及释放调节机制,靶细胞上
(三)、细胞的信号分子与受体
1. 信号分子
亲脂性信号分子:甾类激素、甲状腺素„ 亲水性信号分子:神经递质、生长因子、局部化 化学信号 递质、大多数激素„ 气体性信号分子:一氧化氮( NO )„
物理信号:光、电、声、温度变化等
2.受体receptor 一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分 子,当与配体结合后,通过信号转导(signal transduction) 作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号,以启动一系 列过程,最终表现为生物学效应。
4、对信号的整合
细胞的命运取决于对胞外信号的特殊组合进行程序性反应,表现不 同的行为,或者存活、分裂、分化和死亡。
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与
酶结合
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
细胞内受体的本质:激素激活的基因调控蛋白。构成细 胞内受体超家族(intracellular receptor superfamily)。 三部分组成:
两个功能区域:配体结合区、效应区
两种类型:细胞内受体、细胞表面受体 胞内受体位于细胞质基质或核基质中,主要识别和结合小 的脂溶性信号分子。 细胞表面受体主要识别和结合亲水性信号分子,如神经递
质、多肽类激素、生长因子、细胞表面抗原和黏着分子等。
细胞表面受体
细胞内受体、
细胞表面受体分属三大家族:
3.细胞间形成间隙连接,使细胞质相互沟通—动物
细胞间隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分
子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。
细胞分泌化学信号的作用方式
(1)内分泌(endocrine)
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官(靶细胞)
(2)旁分泌(paracrine) 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
白磷酸化,通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化,从而调节 蛋白质的活性。
细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶
二、信号转导系统及其特性
(一)信号转到系统的基本组成与信号蛋白 通过细胞表面受体介导的信号途径由下列4个步骤组成: 1. 信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别; 特异性是识别反应的主要特征,这源于信号分子与互补受 体上的结合位点相适应。 2. 胞外信号(第一信使)通过适当的分子开关机制实现信号 的跨膜转导,产生胞内第二信使或活化的信号蛋白; 绝大多数被激活的细胞表面受体是通过小分子第二信使和 细胞内信号蛋白网络传播信号的。
胞内信号分子
靶蛋白
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
从细胞表面到细胞核的信号途径是由细胞内多种不同的信 号蛋白组成的信号传递链,这条信号蛋白链负责实现上述4个 号传递的主要步骤,除细胞表面受体之外还包括如下各类蛋 白质: ① 转承蛋白:负责简单地将信息传给信号链的下一个组分; ② 信使蛋白:携带信号从一部分传递到另一部分; ③ 接头蛋白:连接信号蛋白; ④ 放大和转导蛋白:通常由酶或离子通道蛋白组成介导产生 信号级联反应; ⑤ 传感蛋白:负责信号不同形式的转换; ⑥ 分歧蛋白:将信号从一条途径传播到另外途径; ⑦ 整合蛋白:从2条信号途径接收信号,并在向下传递之前进 行整合; ⑧ 潜在基因调控蛋白:这类蛋白在细胞表面被活化受体激活, 然后迁移到细胞核刺激基因转录。
受体蛋白
胞外信号分子
质膜 支架蛋白
潜在基因调控 蛋白 转承蛋白
细胞质
接头蛋白 分歧蛋白
放大和转导蛋白 细胞内中介小 分子
靶蛋白
细胞核 活化基因 转录 信号应答元件
(二)细胞内信号蛋白的相互作用
受体通过细胞内信号蛋白的相互作用组成不同 的信号通路而传播信号,蛋白之间靠何种机制 保障彼此的精确联系?
子通道)的作用通过与G蛋白耦联,调节相关酶活性,
在细胞内产生第二信使;从而将胞外信号跨膜传递到 胞内。
细 胞 外 信 号 结 合 所 诱 导 的 G 蛋 白 的 活 化
G蛋白偶联受体结构图
二、 G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路 (一) cAMP为第二信使的信号通路 (二) 以肌醇-1,4,5-三磷酸 (inositol 1,4,5-
C-端激素结合位点
中部的DNA或Hsp90结合位点:富含Cys、锌指结构
N-端转录激活结构域
配体结合域 转录激活域
DNA结合域
抑制蛋白
失活受体
辅激活因子
配体
N-端转录激活结构域
受体结合元件 活化受体 靶基因转录
Fig. 细胞内受体蛋白超家族
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合 1998年R.Furchgott等三位美国科学家因对NO信 号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖
2. cAMP信号通路的组成成分
内分泌
autocrine
旁分泌
自分泌
化学突触
接触依赖性通讯
Gap junction
Fig. 不同的细胞间通讯方式
间隙连接
通过胞外信号介导的细胞通讯通常涉及如下步骤: ① 产生信号的细胞合成并释放信号分子; ② 运送信号分子至靶细胞;
③ 信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活;
④ 活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径; ⑤ 引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥ 信号的解除并导致细胞反应终止。 本章讨论的重点是后三步,也是细胞信号转导的关键步骤
第八章 细胞信号转导
◆第一节 ◆第二节
概述 细胞内受体介导的信号转导
◆第三节
◆第四节 ◆第五节
G蛋白耦联受体介导的信号转导
酶连受体介导的信号转导 信号的整合与控制
第一节 概述
一、细胞通讯 二、信号转导系统及其特性
第一节 概述
一、细胞通讯(cell communication) 一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞 并与靶细胞相应的受体相互作用,然后通过细胞信 号转导产生胞内一系列生理生化变化,最终变现为 细胞整体的生物学效应的过程。
细胞内信号蛋白之间的相互作用是靠蛋白质模式结合域的特异性介导。
受体蛋白 磷酸肌醇磷酸
信号分子
信号蛋白1
P P PH
PTB P Y Y P SH2
SH1 P Y
信号蛋白2 激酶结构域
激酶结构域
接头蛋白 SH3 PPP
信号蛋白3
信号下行
(三)信号转导系统的主要特性
1、特异性
2、放大作用 3、对信号的终止或下调
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 二、 G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 1、G蛋白:
即 : trimeric GTP-binding regulatory protein(三聚体GTP结合调节蛋白)。
组成:α、β、γ三个亚基, α 和γ亚基属于脂 锚定蛋白。 作用:分子开关,α 亚基结合GDP,分子开关处
细胞通讯的作用:
多细胞生物体的发生和组织的构建,协调细胞的
功能,控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡。
(一)、细胞通讯方式: 1.通过分泌化学信号的通讯—多细胞生物普遍采用 的通讯方式。 2. 细 胞 间 接 触 性 依 赖 的 通 讯 ( contact-dependent
signaling)--细胞直接接触,通过质膜结合的信
NO的多少直接与NO的合成有关。
(二)NO的作用机理: 1、乙酰胆碱→血管内皮→Ca2+浓度升高→一氧化氮 合酶→ NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环化酶→ cGMP→血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度下降→抑制 肌动-肌求蛋白复合物的信号通路,平滑肌舒张→血 管扩张、血流通畅。
2、硝酸甘油治疗心绞痛的作用机理:硝酸甘油在体 内转化为NO,可舒张血管,减轻心脏负荷和心肌的 需氧量。
3. 信号放大:信号传递至胞内效应器蛋白,引发细胞内信 号放大的级联反应; 级联反应主要是通过酶的逐级激活,结果将改变细胞代 谢活性,或者通过基因表达调控蛋白影响细胞基因表达,
或者通过细胞骨架的修饰改变细胞形态或运动。
4. 细胞反应由于受体的脱敏或受体下调,启动反馈机制从 而终止或降低细胞反应。
胞外信号分子 外部信号分子 受体
三种类型的细胞表面受体
酶
无活性催化结构域 活化的催化结构域
3.第二信使与分子开关 第二信使学说:胞外化学物质(第一信使)不能进入细 胞,它作用于细胞表面受体,而导致产生胞内第二信使, 从而激发一列生化反应,最后产生一定的生理效应,第二 信使的降解使其信号作用终止。 第二信使(Second massenger) :是指细胞内产生的小分子, 其浓度变化应答于胞外信号(第一信使)与细胞表面受体 的结合,并在细胞信号转导中行使功能。目前公认的第二 信使包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DAG) 等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
于关闭状态;当胞外配体与受体结合为复合物,导
致受体变构与G蛋白的亚基耦联,进而促使亚基上 GDP解离,GTP与亚基结合, 亚基被活化,分子开 关处于打开状态。
2、G蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体: 7次跨膜蛋白,N端在胞外,C端在胞内;胞内结构 域与G蛋白偶联;配体-受体复合物与靶蛋白(酶或离
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
(一)NO的作用:
1、NO可快速扩散透过细胞膜,作用于邻近细胞。
2、血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞,
NO 的 生 成 由 一 氧 化 氮 合 酶 (nitric oxide synthase,NOS)催化,以L-精氨酸为底物,以 NADPH作为电子供体,生成NO和L-瓜氨酸。 3、NO没有专门的储存及释放调节机制,靶细胞上
(三)、细胞的信号分子与受体
1. 信号分子
亲脂性信号分子:甾类激素、甲状腺素„ 亲水性信号分子:神经递质、生长因子、局部化 化学信号 递质、大多数激素„ 气体性信号分子:一氧化氮( NO )„
物理信号:光、电、声、温度变化等
2.受体receptor 一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分 子,当与配体结合后,通过信号转导(signal transduction) 作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号,以启动一系 列过程,最终表现为生物学效应。
4、对信号的整合
细胞的命运取决于对胞外信号的特殊组合进行程序性反应,表现不 同的行为,或者存活、分裂、分化和死亡。
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与
酶结合
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
细胞内受体的本质:激素激活的基因调控蛋白。构成细 胞内受体超家族(intracellular receptor superfamily)。 三部分组成:
两个功能区域:配体结合区、效应区
两种类型:细胞内受体、细胞表面受体 胞内受体位于细胞质基质或核基质中,主要识别和结合小 的脂溶性信号分子。 细胞表面受体主要识别和结合亲水性信号分子,如神经递
质、多肽类激素、生长因子、细胞表面抗原和黏着分子等。
细胞表面受体
细胞内受体、
细胞表面受体分属三大家族: