Chapter4細胞跨膜信號轉導

1現代科學認為，世界由物質、能量、信息三大要素構成。生物細胞具有極其復雜的生命活動，是一個開放系統，必須與外界進行物質、能量和信息的交換。物質和能量較易理解，本章介紹信息交流。信息一般要通過其物質體現形式——信號體現出來，甚至轉化或編碼為某種符號加以傳輸。§4.1概述2§4.1.1細胞信號的主要種類和來源1.生物大分子的結構信息蛋白質、核酸、多糖的序列和三維結構中包含的信息2.物理信號主要是電信號3.化學信號起信號作用的分子。廣義狹義3細胞外信號的來源與傳導內分泌旁分泌自分泌（病理，腫瘤細胞）通過化學突觸傳遞神經信號（神經系統）細胞間接觸性依賴的通訊（胚胎發育中細胞的分化）通過細胞間隙傳遞信號物質（細胞間的縫隙連接）456化學信號分子（第一信使）的種類激素（Hormone）：腎上腺素、胰島素等（內分泌腺分泌到體液中）遞質（Transmitter）：突觸傳遞（乙酰膽堿、去甲腎上腺素、γ-氨基丁酸等）細胞因子（Cytokine）：細胞產生的多肽或蛋白質類物質，體液中僅含ng/ml或pg/ml濃度，半衰期為數分鐘至數小時，但有很強的生物活性。激素與細胞因子無本質區別7表126頁8§4.1.2

細胞通訊的一般過程◆信號分子的產生信號分子◆細胞識別（Cellrecognition）受體蛋白◆信號轉導（Signaltransduction）胞內信號特定基因表達應答反應

9細胞的應答反應◆酶活性的變化；◆基因表達的變化；◆細胞骨架構型；◆通透性的變化；◆DNA合成活性的變化；◆細胞死亡程序的變化等。10細胞信號傳導的一般過程1、啟動配體與受體結合，啟動膜內側級聯反應，將信號傳給第二信使分子。2、放大和整合多種信使分子通過不同通路激活一系列蛋白激酶傳導信息，實現信號的放大與整合。3、效應信號分子或轉錄因子進入細胞核，與基因相互作用，調節蛋白質合成或細胞分泌、運動、形態變化和凋亡。4、終止通過負反饋途徑，活化抑制因子或滅活因子，終止信號的啟動作用。第二信使蛋白激酶酶蛋白DNAmRNA轉錄因子細胞生理功能的調節11細胞信號轉導系統的特點

特異性放大整合適應/失敏12特異性放大失敏/適應整合13§4.1.3受體一、受體的特性：識別自己特異的信號物質（配體）。將信號轉變為胞內的反應—信號轉導（signaltransduction）啟動一系列過程，最終表現為生物學效應。二、配體一些信號分子，除了與受體結合外，本身無其他功能。本身不參加代謝產生有用產物，不直接誘導任何細胞活性，更無酶的活性。14、受體的基本結構：膜蛋白糖蛋白兩個功能域：與配體結合的功能域產生效應的功能域分別具有：結合特異性（配體與受體的互補）效應特異性對于同一種信號分子，不同的靶細胞有不同的受體，產生不同的效應。

Ach骨骼肌收縮心肌降低收縮頻率唾液腺分泌15四、受體與配體結合的特征特異性高親和力胰島素與胰島素受體：kd=2*10-8mol/L飽和性但受體數目恒定也是相對的，配體本身可一定程度調節受體濃度16五、激動劑與拮抗劑配體可分兩類：激動劑：與受體結合后，激活受體活性。拮抗劑：與受體結合后，不引起反應，相反還抑制了激動劑與受體的結合，從而抑制了激動劑的作用。17非競爭性拮抗劑與受體的結合位點與激動劑不同效應競爭性拮抗劑與受體的結合位點與激動劑相同效應[H][H]六、競爭性拮抗劑和非競爭性拮抗劑18EC50與IC50EC50表示50%最大效應對應的激動劑濃度效應加入競爭性拮抗劑，最大效應不變，EC50右移效應加入非競爭性拮抗劑，最大效應減小，EC50不變EC50EC50[H][H]19激動劑的作用IC50拮抗劑濃度

IC50表示抑制了某濃度激動劑效應50%的拮抗劑濃度20七、受體的分類

細胞信號分子根據其溶解性可分為親脂性和親水性兩類。親脂性信號分子：受體在細胞內主要是甾體類激素和甲狀腺素，它們分子小、疏水性強，可直接進入細胞，與細胞質或細胞核中受體結合形成激素-受體復合物，調控基因表達。親水性信號分子：受體在細胞外大部分激素、遞質和細胞因子都是親水性的，他們不能穿過細胞膜，只能通過與靶細胞表面受體結合，經信號轉導機制，在胞內產生第二信使或激活蛋白激酶的活性，引起細胞效應。21細胞受體的種類細胞內受體細胞表面受體的種類離子通道受體：即有信號接收部位，又是離子通道，跨膜轉導無需中間步驟，反應快速（ms），如Ach受體通道（N型Ach受體）。G蛋白偶聯型受體：受體中最重要的一類，必須與G蛋白偶聯才能將信號轉導到胞內，產生第二信使如cAMP，cGMP，DAG，IP3等。（共同特征：七次跨膜）具有酶活性的受體：即具有受體功能，又具有酶活性，可將胞外信號直接轉化為胞內效應。2223膜表面受體

主要有三類

24252627§4.1.4第二信使（針對細胞表面受體）？28大多數激素類信號分子不能直接進入細胞，只能通過同膜受體結合后進行信息轉換，通常把細胞外的信號稱為第一信使，而把細胞內最早產生的信號物質稱為第二信使。第二信息至少有兩個特征:

▲是第一信息同其膜受體結合后最早在胞膜內側或胞漿中出現，僅在細胞內部起作用的信息分子；▲能啟動或調節細胞內稍晚出現的反應。

第二信使的概念與特征29第二信使生成酶功能

cAMPAC活化PKAcGMPGC活化PKGDAG/DGPLC活化PKCIP3PLC調節Ca2+釋放Ca2+調節CaM-PK等神經酰胺神經鞘氨酯酶調節磷酸酯酶等cADPRADP核糖環化酶調節Ca2+釋放NONOS調節GC30信號傳導的分子開關第二信使靶標的開關31激酶(kinase)：使底物蛋白質氨基酸殘基（Ser,Thr,Tyr）磷酸化，從而使其活化。磷酸酶(phosphatase)：底物去磷酸化，失活。蛋白酶：使蛋白質肽鍵斷裂，蛋白質水解為短肽或氨基酸。酯酶：使底物酯鍵斷裂。常用的概念：32TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1992“fortheirdiscoveriesconcerningreversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism”EdwinKrebsandEdmondFischer發現了磷酸化和蛋白激酶的重要作用，獲1992年NobelPrize。33信號通路信號通路（signalingpathway）指細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節特定基因的表達，引起細胞的應答反應。在細胞中，各種信號轉導分子相互識別、相互作用將信號進行轉換和傳遞，構成信號轉導通路（signaltransductionpathway）。34不同的信號轉導通路之間發生交叉調控（crosstalking），形成復雜的信號轉導網絡（signaltransductionnetwork）系統。信息傳遞途徑的交聯對話表現為：（1）一條信息途徑的成員，可參與激活或抑制另一條信息途徑。如促甲狀腺素釋放激素與膜受體結合后，通過Ca2+磷脂依賴性蛋白激酶系統激活PKC，同時Ca2+濃度增高會激活腺苷酸環化酶，生成cAMP，進而激活PKA。35（2）兩種不同的信息途徑可共同作用于同一種效應蛋白或同一基因調控區而協同發揮作用。如糖原磷酸化酶，其α，β亞基可被PKA磷酸化而使酶活化，σ亞基可與Ca2+磷脂依賴性蛋白激酶系統通路產生的Ca2+結合而使酶活化。上述兩條途徑在核內可使轉錄因子CREB的Ser133激酶磷酸化而活化，進而調控多種基因表達。36（3）一種信息分子可作用幾條信息傳遞途徑。如胰島素與膜受體結合后，可通過受體底物激活，PLC產生IP3

和PAG，激活PKC；另外也可激活Ras

途徑。

37細胞在轉導信號過程中所采用的基本方式包括：①改變細胞內各種信號轉導分子的構象；②改變信號轉導分子的細胞內定位；③促進各種信號轉導分子復合物的形成或解聚；④改變小分子信使的細胞內濃度或分布。38§4.2細胞內受體介導的信號傳導39細胞內受體的結構（下頁）：激素結合位點C端

DNA和抑制蛋白結合位點中部轉錄激活位點N端4041信號作用與傳遞過程生物學作用：調控基因的表達

信號如何放大：初級反應

次級反應42甾類激素介導的信號通路初級反應階段：直接活化少數特殊基因轉錄的，發生迅速；次級反應：初級反應產物再活化其它基因產生延遲的放大作用反應階段：43NO是一種信號分子

自1980年，一氧化氮在生物學上的重要地位被提出以后，出現了超越萬份以上的研究論文。1992年一氧化氮被科學雜志推舉為“本年度明星分子”。1998年諾貝爾的生理醫學獎項頒給福察哥（Furchgott）、伊那羅（Ignarro）、和慕拉（Murad）三位美國科學家，為了獎勵他們在一氧化氮（NitricOxide）方面的研究。他們發現一氧化氮是一種氣體，在人體內扮演著傳遞重要訊息和調節細胞功能的角色。這個震驚各界具有革命性的發現證實了：一氧化氮能促進血液循環。這是人類前所未有的發現。

1998年諾貝爾生理醫學獎得主路易斯博士認為：解決心腦血管疾病的唯一途徑是提升體內的一氧化氮。44

NO的產生和作用途徑NO很容易從制造的細胞中擴散出來并且進入到鄰近的細胞。由于NO的半衰期很短(5-10秒鐘)，所以它只能作用于相鄰細胞。NO作用的靶酶是鳥苷環化酶，使GTP轉變成cGMP。

cGMP又作為新的信使分子……45NO的作用機制

乙酰膽堿平滑肌細胞內皮細胞精氨酸鳥苷酸環化酶瓜氨酸鈣調素46生理學功能:

舒張血管長時程記憶4748§4.3離子通道偶聯受體

介導的細胞信號傳導離子通道受體是由多亞基組成的受體－離子通道復合物，本身即有信號接收部位，又是離子通道，跨膜轉導無需中間步驟，反應快速，又稱配體門離子通道（ligand-gatedchannel）主要分布于神經細胞、肌細胞或其他可興奮細胞間突觸傳遞。神經遞質通過與受體的結合而改變通道蛋白的構象，從而導致通道的打開或關閉，改變質膜對離子的通透性，在毫秒內將胞外化學信號轉變為電信號，繼而改變突觸后細胞興奮性。49離子通道偶聯受體與信號傳導50乙酰膽堿的突觸傳遞：51乙酰膽堿受體52§4.4G蛋白偶聯受體介導的

細胞信號傳導53什么是G蛋白？

GTPbindingregulatoryproteinGTPGDPReceptor+ligandG-proteinEnzymesecondmessengertarget（重要的細胞信號傳導通路）§4.41

G蛋白54

二發現與研究：

1971年，Rodbell發現胰高血糖素激活大鼠cAMP需要GTP存在，提出受體與效應器之間應存在一個轉換器。1977年，Ross和Gilman證實此轉換器為G蛋白。1980年，Gilman和他的同事純化了Gs蛋白。此后十多年，G蛋白及其偶聯受體以及其介導的信號轉導通路迅速發展。Rodbell和Gilman獲得1994年諾貝爾醫學和生理學獎。55TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994“fortheirdiscoveriesofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells”美國科學家AlfredGGilmanandMartinRodbell

因發現G蛋白獲1994年NobelPrize。56三G蛋白的種類與結構

存在于質膜的胞漿一側

G蛋白是一個異三具體的蛋白質，由α、β、γ三個亞基組成。其中α亞基具有GTPase活性，在信號傳導中起分子開關的作用；β、γ共價結合錨定于膜上，起穩定α亞基的作用。G蛋白是一個有很多成員的蛋白家族，各種G蛋白差異主要在α亞基上。至2001年，已確定23種Gα，5種Gβ和10種Gγ

，可以有上千種組合。57G蛋白偶聯系統的組成:膜結合機器

Effector第二信使58§4.42G蛋白偶聯的受體

G蛋白偶聯的受體是受體中最重要的一類，必須與G蛋白偶聯才能將信號轉導到胞內，產生第二信使。

G蛋白偶聯的受體是細胞表面有單條多肽鏈7次跨膜形成的受體，N端在胞外，C端在胞內，受體的氨基酸序列含有7個疏水殘基肽段，形成7次跨膜α螺旋。其中H5-H6之間的連接區和C端對受體與G蛋白的結合至關重要。59G蛋白偶聯受體的結構C-terminal:Ser-andThr-rich---thesitesofphosphorylationmakeforthedesensitizationofGPLR.Gprotein-linkedreceptors60Effector第二信使G蛋白介導的跨膜信號轉導模型611234626364G蛋白可以作用于不同的效應蛋白（Effector），產生不同的信號分子，從而啟動不同的細胞內信號通路，主要包括：

cAMP信號通路磷脂酰肌醇信號通路6566§4.43G蛋白介導的cAMP-PKA信號通路

1.調節過程：

受體G蛋白腺苷酸環化酶的活性細胞內信號分子cAMP的水平。效應分子：腺苷酸環化酶（ATP-cyclase，AC)

第二信號分子：cAMP

作用：調節cAMP的水平（升高或降低）

672.cAMP信號通路的組成成分：◆胞外信息分子通過這一途徑傳遞信號的第一信使主要有兒茶酚胺類激素、胰高血糖素等（含氮激素）。◆信號受體（Receptor）7次跨膜的膜整合蛋白。胞外信息分子結合形成激素-受體的復合物、使受體變構激活。◆G-蛋白

激活的受體催化Gs的GDP與GTP交換，α亞基與βγ二聚體解離、形成αs-GTP，G-蛋白被活化，進而可激活下游的效應物。βγ二聚體在信號傳導和信息通路的交聯對話中也起著重要作用、能夠獨立激活G蛋白活化所產生的效應器。βγ二聚體參與PH結構域（如AC、PLC、Ras、MAPK等）的調節、改變相應酶活性。GTP水解構成G蛋白循環。68◆效應物（靶蛋白）腺苷酸環化酶AC◆第二信使cAMP

αs-GTP激活下游的效應物腺苷酸環化酶（AC），催化ATP轉化成cAMP。cAMP經磷酸二酯酶降解成5’-AMP、胰島素能激活該酶、茶堿則抑制酯酶。cAMP是分布廣泛而重要的第二信使、細胞內的平均濃度為10－6mol/L、其濃度受腺苷酸環化酶和磷酸二酯酶調節。69在信號傳遞中，必有正、負兩種相輔相成的反饋機制來調控其傳遞！！●激活型由激活型的信號作用于激活型的受體，經激活型的G蛋白去激活腺苷酸環化酶，從而提高cAMP的濃度引起細胞的反應。●抑制型通過抑制型的信號分子作用于抑制型的受體，經抑制型的G蛋白去抑制腺苷酸環化酶的活性。70激活型、抑制型系統組成激活型抑制型受體激活型受體(Rs)（接受腎上腺素等）抑制型受體(Ri)（接受胰高血糖素等）G-蛋白激活型的G-蛋白（Gs）抑制型G-蛋白(Gi)靶蛋白腺苷酸環化酶（AC）7172

cAMP信號傳導通路中的主要組分Rs,Gs,Ri,GiACACRiGsGiRs733.Gs的調節途徑74Step2andstep375Step4,5,6764.Gi的調節途徑：775.腺苷酸環化酶AC78RsGsRiGiACATPcAMPPKAAMPGTPGDPGTPGDPPDEFskCTxPTxCaffeine刺激信號抑制信號796.cAMP信號通路效應ATPcAMPMg2+，orMn2+腺苷酸環化酶激活靶酶蛋白激酶A（ProteinkinaseA，PKA）級聯反應信號的解除：環腺苷酸磷酸二酯酶5’-AMP80蛋白激酶A的激活調節亞基催化亞基PKA是一種由四個亞基構成的寡聚體。其中有兩個亞基為催化亞基，另兩個亞基為調節亞基。當調節亞基與cAMP結合后發生變構（每一調節亞基可結合兩分子cAMP），與催化亞基解聚，從而激活催化亞基。8182蛋白激酶A的作用機理被激活的蛋白激酶A可以以兩種方式起作用:PKA對糖代謝的調節作用：PKA可促使多種酶或蛋白質絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化，從而調節酶的催化活性或蛋白質的生理功能。例如腎上腺素調節糖原分解的級聯反應。

直接激活特定的轉錄調控因子（cAMPresponseelementbindingprotein，orCREB）。83腎上腺素的cAMP信號轉導機制激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+受體

腺苷環化酶（無活性）腺苷環化酶（有活性）

ATP

cAMP

PKA(無活性)

PKA(有活性)

磷酸化酶b激酶

磷酸化酶b激酶-P

Pi

磷蛋白磷酸酶-1

Pi

Pi

磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1

––

–磷蛋白磷酸酶抑制劑-P

糖原合酶

糖原合酶-P

磷酸化酶b

磷酸化酶a-P

84

cAMP變構激活PKA，PKA磷酸化激活磷酸化激酶，再磷酸化激活糖原磷酸化酶活性，促進糖原分解的調節。8586

PKA對基因表達的調節作用：在基因轉錄調控區有一共同的DNA序列（TGACGTCA），稱為cAMP應答元件（cAMPresponseelement,CRE）、可與cAMP應答元件結合蛋白（cAMPresponseelementboundprotein,CREB）相互作用而調節此基因的轉錄。PKA的催化亞基進入胞核后、催化CREB中特定的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化、磷酸化的CREB形成二聚體、與DNA上的CRE結合、從而激活受CRE調控的基因轉錄。PKA還可使細胞核內蛋白質等磷酸化、影響這些蛋白質的功能。87cAMPactivateproteinkinaseA,whichphosphorylateCREB（CREbindingprotein）proteinandinitiategenetranscription.CREiscAMPresponseelementinDNAwithamotif5'TGACGTCA3'88cAMP信號放大直接激活特定的轉錄調控因子89直接激活特定的轉錄調控因子90

§4.44G蛋白介導的磷脂酰肌醇信號通路

該通路也稱IP3-DAG-Ca2+信號通路，或稱為PKC(ProteinkinaseC)系統。G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2IP3DG受體組成成分：

◆信號受體（Receptor）：接受的信號分子有各種激素、神經遞質類和一些局部介質。◆

G-蛋白◆效應器：磷脂酶C（PLC）91磷脂酰肌醇的信號傳導途徑92磷脂酰肌醇的信號傳導途徑93磷脂酰肌醇代謝途徑：肌醇三磷酸（IP3）和二酰甘油（DAG）的合成來自膜結合的磷脂酰肌醇（PI）94DAG,IP3的產生過程：95PLC催化DAG和IP3的生成96→IP3→胞內Ca2+濃度升高→Ca2+結合蛋白(CaM)→細胞反應→DG→激活PKC→蛋白磷酸化

或促Na+/H+交換使胞內pH內源Ca2+庫（內質網中的Ca2+

）磷脂酰肌醇信號通路效應97蛋白激酶C的激活CaM

◆受CaM調節的酶:腺苷酸環化酶鳥苷酸環化酶鈣調蛋白激酶Ca2+-ATP酶……◆PKC由一條多肽鏈組成，含一個催化結構域和一個調節結構域，兩者活性中心部分貼近或嵌和，PKC的調節結構域與DAG結合使其構象改變，暴露活性中心而被激活。◆PIP2水解釋放出的DAG是水不溶的（非極性的），一直停留在質膜上。◆一旦IP3動員釋放了Ca2+，DAG在Ca2+和磷脂酰絲氨酸（PS，phosphatidylserine）的存在下使PKC結合到質膜上并使之激活。◆4個結構域，每個結構域結合一個Ca2+98

DAG激活PKC信號途徑

99PKC:100PKC被激活后可引起一系列靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基發生磷酸化反應。PKC能催化質膜的Ca2+通道磷酸化，促進Ca2+

流入胞內，提高胞漿Ca2+濃度；PKC也能催化肌漿網的Ca2+-ATP酶磷酸化，使鈣進入肌漿網，降低胞漿的Ca2+濃度。由此可見，PKC能調節多種生理活動，使之處于動態平衡。PKC對代謝的調節作用101PKC對基因的活化過程可分為早期反應和晚期反應兩個階段。PKC能使立早基因的反式作用因子磷酸化，加速立早基因的表達。立早基因多數為細胞原癌基因（如c-fos、AP-1/jun），它們表達的蛋白質具有跨越核膜傳遞信息之功能，因此稱為第三信使。第三信使受磷酸化修飾后，最終活化晚期反應基因并導致細胞增生或核型變化。促癌劑－佛波酯（phorbolester）作為PKC的強激活劑而引起細胞持續增生，誘導癌變。

PKC對基因表達的調節作用102PKC對基因的早期活化和晚期活化103活化的PKC激活基因轉錄的兩條細胞內途徑：1.PKC激活MAPK，MAPK活化基因調控蛋白Elk-1，Elk-1與另一種DNA結合蛋白——血清應答因子SRF共同結合在DNA調控序列（血清應答元件，SRE）上，調節基因轉錄。2.PKC活化導致I-κB磷酸化，使基因調控蛋白NF-κB與I-κB解離并轉位至細胞核，與相應的基因調控序列結合激活基因轉錄。104PKC的激活與基因調控Figure

TwointracellularpathwaysbywhichactivatedC-kinasecanactivatethetranscriptionofspecificgenes.

Inone(redarrows)C-kinaseactivatesaphosphorylationcascadethatleadstothephosphorylationofapivotalproteinkinasecalledMAP-kinase,whichinturnphosphorylatesandactivatesthegeneregulatoryproteinElk-1.Elk-1isboundtoashortDNAsequenceinassociationwithanotherDNA-bindingprotein.Intheotherpathway(greenarrows)C-kinaseactivationleadstothephosphorylationofIk-B,whichreleasesthegeneregulatoryproteinNF-kBsothatitcanmigrateintothenucleusandactivatethetranscriptionofspecificgenes.105鈣調蛋白（calmodulin,CaM）是一種分子量為17kD，耐熱、耐酸的鈣結合蛋白質，由148個氨基酸殘基構成。一分子的CaM可結合四分子的Ca2+。當胞漿Ca2+的濃度高到10-9mol/L時、Ca2+結合后，可發生變構，Ca2+－CaM復合物的功能主要有以下方面。Ca2+－CaM（鈣調蛋白）依賴性途徑1061.Ca2+內流開放質膜和肌漿網的Ca2+通道；質膜Ca2＋通道開放鈣庫Ca2＋通道開放Ca2＋濃度升高1072.激活依賴CaM的蛋白激酶（CaMPK）CaMPK

是一種作用底物非常廣泛的蛋白激酶，通過對這些酶或蛋白質的磷酸化修飾，產生相應的調節作用；CaM激活靶酶的機制：靶酶存在自抑制結構域，結合CaM后，消除了自抑制作用而被活化。1081091103.激活其他關鍵性的酶，如：控制信息傳遞中，第二信使cAMP合成與分解的腺苷酸環化酶和磷酸二酯酶；在糖原合成與分解中能提供和儲存能量的磷酸化酶激酶和糖原合酶激酶，能調節細胞內鈣離子濃度，起著鈣泵作用的Ca2+-ATPase，還有與平滑肌收縮有關的肌球蛋白輕鏈激酶等。

111

Ca2+依賴性信息轉導過程H+RGpPLC↑PIP2DAG↑IP3↑內質網IP3受體胞液[Ca2+]↑CaM↑CaMPK↑靶酶/蛋白質磷酸化生理效應TPK的磷酸化112ThepathwaythroughphospholipaseCresultsinariseinintracellularCa+

Cytosoliccalciumlevelsaredeterminedbyeventswithinamembrane.113IP3-Ca2+pathwayandDG-PKCpathwaySignalsGPLR

GPPLCIP3andDAG(twinsignals).IP3IP3receptor(Ca2+channel,locatedatthesurfaceofsER)ElevationofcytosolicCa2+;DAGactivatesPKCtophosphoralateSerandThrontargetproteins.Calciumbindstocalcium-bindingproteins(CaM)whichaffectsotherproteins.114◆受體蛋白既是受體又是酶，配體與受體結合激活受體酶活性。都是一次跨膜的，細胞內結構域常常具有某種酶的活性，通過形成同源或異源二聚體發揮作用，一旦與配體結合即具有酶活性并將信號放大，又稱催化受體（catalyticreceptor）。但并非所有的酶聯受體的細胞內結構域都具有酶活性，所以，按照受體的細胞內結構域是否具有酶活性將此類受體分為兩大類：缺少細胞內催化活性的酶聯受體，和具有細胞內催化活性的受體。◆這類受體傳導的信號主要與細胞生長、分裂有關。§4.5與酶連接的受體介導的信號轉換115酶聯受體116酶聯受體的種類●受體酪氨酸磷酸酯酶(ReceptoroftyrosinephophataseRTP)；●受體鳥苷酸環化酶(Receptorguanylyl

cyclase)；●酪氨酸激酶偶聯受體(tyrosinekinase-linkedreceptors)或稱受體酪氨酸激酶(Receptortyrosinekinase,RTK)；表皮生長因子受體(Epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)；胰島素受體(Insulinreceptor)；●受體絲氨酸/蘇氨酸激酶(Receptorserine/threonine

kinase)。117此信號傳遞途徑與cAMP-蛋白激酶A途徑類似，即通過激活鳥苷酸環化酶（GC），催化生成第二信使cGMP，再通過激活蛋白激酶G（PKG）而傳遞信息。信號途徑為：配體→受體鳥苷酸環化酶→cGMP→依賴cGMP的蛋白激酶G（PKG）→靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化。受體鳥苷酸環化酶-cGMP-PKG信號傳導系統

118配體與鳥苷酸環化酶活性的受體結合、引起受體的催化結構域二聚化、激活鳥苷酸環化酶（GC）、催化GTP生成cGMP、cGMP由磷酸二酯酶催化而降解。臨床上應用血管擴張劑的硝酸甘油和硝酸鹽的作用機制是釋放一氧化氮（NO）。NO在平滑肌細胞中可激活鳥苷酸環化酶，使cGMP生成增加，激活蛋白激酶G，導致血管平滑肌松弛。cGMP的合成119120cGMP的合成和降解

GTPGＣMg2+PPicGMP

磷酸二酯酶H2OCa2+或Mg2+5′-GMP121激活cGMP依賴性蛋白激酶G（PKG）；激活PKAcGMP濃度增高時，交叉激活PKA；結合特異的磷酸二酯酶家族cGMP激活或抑制PDE活性，引起PKA活性的改變；別構效應調節離子通道在視覺和嗅覺系統有cGMP控制的陽離子通道、近期發現、心臟和腎臟有一種cGMP門通道、可能與cGMP介導的利尿作用有關。cGMP的功能122蛋白激酶G是激酶家族的一員。它能催化靶蛋白的絲氨酸／蘇氨酸殘基磷酸化，產生生物學效應。PKG和PKA磷酸化相似、但對底物的親和力不同、表現不同的功能。cGMP依賴的蛋白激酶—PKG123NOGCPKG

蛋白質磷酸化GCGTPcGMP激素R胞膜124幾種主要的受體酪氨酸激酶125Figure

Sixsubfamiliesofreceptortyrosinekinases.

Onlyoneortwomembersofeachsubfamilyareindicated.Notethatthetyrosinekinasedomainisinterruptedbya"kinaseinsertregion"insomeofthesubfamilies.Thefunctionalsignificanceofthecysteine-richandimmunoglobulinlikedomainsisunknown.126受體酪氨酸激酶的激活及細胞內信號轉導復合物的形成127PhsphorylatedTyrosineServeasdockingsitesforproteinwithSH2domains

(Srchomologyregion).OtherproteinmodulessuchasSH3bindstoproline-richmotifsinintracellularproteins.RTKactivitystimulatedbycross-phosphorylation.128受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路◆Ras是原癌基因的表達產物；◆通路：信號（配體）→受體（RTK）→受體二聚化（Dimer）→受體的自磷酸化→激活RTK的激酶活性→胞內信號蛋白（Ras）→啟動信號傳導◆該通路與EGF（表皮生長因子）受體有關，并且有一中介蛋白參與。129接頭蛋白（adaptorprotein）SH2（Src-homologydomain2）特異結合磷酸化的酪氨酸區域SH3（Src-homologydomain3）特異識別和結合脯氨酸富集區PH（Pleckstrin-homologydomain）

從pleckstrin蛋白中發現和鑒定出來，與介導G蛋白的生物功能及PIP2磷脂結合等有關。一些PH結構域與4,5-二磷酸化磷脂酰肌醇PIP2、3,4-PIP2和3,4,5-PIP3等磷酸肌醇類化合物有很強的分子親和力。

DeathDomain（DD）130131132133RTK-Ras

蛋白信號傳遞途徑◆細胞外信號→受體→Ras→接頭蛋白GRB2（Sos）→Raf(MAPKKK)→MAPKK→MAPK→轉錄因子的磷酸化→激活靶基因→細胞應答和效應。134接頭蛋白（adaptorprotein）是信號轉導通路中不同信號轉導分子的接頭，連接上游信號轉導分子與下游信號轉導分子。GRB2

：細胞內存在一種接頭蛋白-Grb2（生長因子受體結合蛋白2，growthfactorreceptorboundprotein2）同時具有SH2結構域和SH3結構域，SH2結構域能識別磷酸化的酪氨酸殘基并與之結合。磷酸化的受體通過接頭蛋白可偶聯其他效應蛋白。135SOS（sonofsevenless）：一種鳥嘌呤核苷酸釋放因子（GEF），富含脯氨酸。Sos有SH3結構域，但沒有SH2結構域，不能直接和受體結合，需要接頭蛋白（如Grb2）的連接。磷酸化的Grb2可與下游的SOS結構域SH3結合形成復合體，使SOS磷酸化。SOS磷酸化，促使Ras的GDP交換成GTP。Sos和接頭蛋白GRB2與磷酸化的酪氨酸殘基結合，將受體和無活性的Ras蛋白偶聯。136PhosphotyrosinesofRTKactasbindingsitesforaspecificSH2proteincalledGRB2(Growthfactorreceptorbindingproteininmammalian).GRB2isnotaproteinwithcatalyticactivity,butonethatfunctionssolelyasanadaptermoleculethatlinksotherproteinsintoacomplex.Sos

(sonofsevenless)isaguaninenucleotideexchangefactorforRas(Ras-GEF)WhenaligandbindstotheRTKandrecruitstheGrb2-Sostotheinnersurfaceofthemembrane,theSosproteinbindstoRascausingGDP/GTPexchange,thusactivatingRas.StepsinactivationofRasbyRTKs137受體酪氨酸激酶調節細胞增殖，分化RTK-Ras-細胞增殖（A）（B）（A）（C）（D）138139Inthecell,RasactivityisregulatedbyGAPs（GTP酶活化蛋白GTPase–activatingproteins）andGEF.140MAP-kinaseserine/threonine

phosphorylationPathwayactivatedbyRasRas-activatedphosphorylationcascadeMAPkinase=mitogen-activatedproteinkinase;MAP-KKK=Raf(Ser/Thr-PK)141142RTK-Rassignalingpathway143

EGFR介導的信號轉導過程144RTK-PI3K-PKB(Akt)pathway

磷脂酰肌醇3激酶—leadingcelltogrowth磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）蛋白家族參與細胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖轉運等多種細胞功能的調節。PI3K活性的增加常與多種癌癥相關。

145PI-3K的作用：PI3K可催化磷脂酰肌醇PI（一種膜磷脂）肌醇環的第3位碳原子磷酸化。PI在細胞膜組分中所占比例較小，比磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸含量少。但在腦細胞膜中，含量較為豐富，達磷脂總量的10%。PI的肌醇環上有5個可被磷酸化的位點，多種激酶可磷酸化PI肌醇環上的4th和5th位點，因而通常在這兩位點之一或兩位點發生磷酸化修飾，尤其發生在質膜內側。通常，PI-4,5-二磷酸（PIP2）在磷脂酶C的作用下，產生二酰甘油（DAG）和肌醇-1,4,5-三磷酸。146PI3K轉移一個磷酸基團

至位點3，形成的產物對細胞的功能具有重要的影響。譬如，單磷酸化的PI-3-磷酸，能刺激細胞遷移（celltrafficking)，而未磷酸化的則不能。PI-3,4-二磷酸則可促進細胞的增殖（生長）和增強對凋亡的抗性，而其前體分子PI-4-磷酸則不然。PIP2轉換為PI-3,4,5-三磷酸，可調節細胞的黏附、生長和存活。

產物：PtdIns-3-P（3-磷酸磷脂酰肌醇）PtdIns-3，4-P2（3，4-二磷酸磷脂酰肌醇）PtdIns-3，5-P2（3，5-二磷酸磷脂酰肌醇）PtdIns-3，4，5-P3（3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇）PIP3147148PI3KCatalyticsubunitp110Adaptor/regulatorysubunitp85(heterodimers)PI-3K的活化：PI3K為異源二聚體，由一個調節亞基和一個催化亞基組成。調節亞基含有SH2和SH3結構域，與含有相應結合位點的靶蛋白相作用。PI3K的活化很大程度上參與到靠近其質膜內側的底物。多種生長因子和信號傳導復合

物，包括成纖維細胞生長因子（FGF)、血管內皮生長因子(VEGF)、人生長因子（HGF）、血管位蛋白I（Ang1）和胰島素都能啟始PI3K的激活過程。149PI3KCatalyticsubunitp110Adaptor/regulatorysubunitp85(heterodimers)這些因子激活受體酪氨酸激酶（RTK），從而引起自磷酸化。受體上磷酸化的殘基為異源二聚化的PI3Kp85亞基提供了一個停泊位點

（dockingsite）。然而在某些情況下，受體磷酸化則會介導募集一個接頭蛋白（adaptorprotein）。比如，當胰島素激活其受體后，則必須募集一個胰島素受體底物蛋白（IRS)，來促進PI3K的結合。p85亞基的SH2和SH3結構域均在一個磷酸化位點與接頭蛋白結合。PI3K募集到活化的受體后，起始多種PI中間體的磷酸化。與癌腫尤其相關的PI3K轉化PIP2為PIP3。150PIP3調節的蛋白激酶：Akt/PKB

Akt/PKB：胸腺瘤分離的癌基因編碼一種Ser/Thr蛋白激酶，C末端激酶結構域與PKC、PKA相似，N末端有PH結構域。

Akt/PKB的分子結構中：

S124、T450是基本磷酸化位點

T308、S473是與活化相關的磷酸化位點

PH結構域激酶結構域S124T308T450S473151許多蛋白含有一個PleckstrinHomology（PH）結構域，因而可使其與PI-3,4-P2或PI-3,4,5-P3相結合。這種相互作用可以控制蛋白與膜結合的時間與定位，通過這種方式來調節蛋白的活性。蛋白與脂質間的這種相互作用亦可能引起蛋白構像的變化而改變蛋白的功能。PI3K激活的結果是在質膜上產生第二信使PIP3，PIP3與細胞內含有PH結構域的信號蛋白AKT和PDK1(phosphoinositidedependentkinase-1)結合，促使PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308導致AKT活化。152激活過程：

PI3K

PI(4,5)P2PIP3（結合于PH結構域）（磷脂酰肌醇依賴性PK）PDK－1Akt/PKB

轉位于胞膜獲催化活性催化自身S124、T450磷酸化

PDK－1催化T308、S473磷酸化

Akt/PKB完全活化153Akt/PKB的下游信息流和生物學功能

Akt/PKB的靶蛋白：

GSK-3β糖原合成激酶、BAD、procaspase-9和CREB

活化的Akt/PKB通過磷酸化多種酶、激酶和轉錄因子等下游因子，進而調節調節基因的表達，抑制凋亡和調節細胞周期等。154155PTEN:

一個關鍵磷酸酶

PTEN是一個PIP3-磷酸酶，與PI3K的功能相反，可通過去磷酸化將PIP3轉變為PI-4,5-P2。PTEN可減少AKT的活化而阻止所有由AKT調控的下游信號傳導事件。通過產生PIP2，PTEN的功能遠不止僅僅阻止AKT的作用。PIP2作為磷脂酶C（PLC）的底物，產生DAG和IP3作為第二信使，升高胞內鈣離子的水平并激活蛋

白激酶C（PKC）。與膜結合的PIP2也能介導（增加）多種離子通道的活性。PIP2也參與到膜泡的形成以及細胞骨架與膜的相互作用過程中。PIP2還影響多種參與脂代謝的酶活性，包括磷脂酶D和神經酰胺-1-磷酸。通過從PIP3產生PIP2，PTEN廣泛的影響著細胞的多種功能途徑。PTEN在減弱PIP3信號傳導而增加PIP2水平的過程中，發揮著重要的作用。156157158159部分生長因子、大部分細胞因子，如干擾素、紅細胞生成素（EPO）、粒細胞集落刺激因子和一些白細胞介素等，其受體分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但有兩個重要的功能區，其近端有能與非受體型酪氨酸激酶JAK相互作用的區域，遠端則有多個酪氨酸殘基，能被活化的JAK磷酸化。

§4.6JAK-STAT信號途徑160JAK再通過激活STAT而最終影響到基因的轉錄調節。故將此途徑又稱為JAK-STAT信號轉導通路。由于在JAK-STAT通路中，激活后的受體可與不同的JAK和不同的STAT相結合，因此該途徑傳導信號更具多樣性和靈活性。161胞外信息分子：生長因子和細胞因子非催化性受體

JAKs

（janus

kinases）

信號轉導子和轉錄激動子（signaltransductorsandactivatorsoftranscription，STAT）JAK-STAT途徑基本要素162JAK即JanusKinase（兩面神激酶），是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶（PTK）。該族成員有7個同源區（JH1~7），其中JH1區為激酶區，JH2區為偽激酶區。與其它PTK不同，JAK內無Src同源區2（SH2）結構。因其既能催化與之相連的細胞因子受體發生酪氨酸磷酸化，又能磷酸化多種含特定SH2區的信號分子從而使其激活，故稱之為Janus——羅馬神話中前后各有一張臉的門神。163STAT（信號傳導及轉錄激活因子，signaltransducersandactivatorsoftranscription），同時含有SH2和SH3結構域，可與特定的含磷酸化酪氨酸的肽段結合。當STAT被磷酸化后，發生聚合成為活化的轉錄激活因子形式，進入胞核內與靶基因結合，促進其轉錄。現在已克隆成功