細胞生物學第八章細胞信號轉導第一節概述第二節細胞內受體介導的信號轉導第三節G蛋白耦聯受體的信號轉導第四節酶耦聯受體介導的信號轉導第五節信號的整合與控制細胞生物學第一節概述一、細胞通訊細胞通訊（cellcommunication）是指一個細胞發出的信息通過介質傳遞到另一個細胞并與靶細胞相應的受體相互作用，然后通過細胞信號轉導產生胞內一系列生理生化變化，最終表現為細胞整體的生物學效應的過程。細胞生物學分泌化學信號進行通訊接觸性依賴的通訊（一）細胞通訊方式細胞生物學間隙連接實現代謝偶聯或電偶聯：通過交換小分子來實現代謝偶聯或電偶聯細胞生物學合成并釋放信號分子結合靶細胞受體激活靶細胞信號終止靶細胞發生反應運輸信號分子細胞生物學細胞生物學（二）細胞的信號分子與受體1.細胞的信號分子（1）親脂性信號分子：主要代表是甾類激素和甲狀腺素，這類親脂性分子小、疏水性強，可穿過細胞質膜進入細胞，與細胞質或細胞核中受體結合形成激素-受體復合物，調節基因表達;（2）親水性信號分子：包括神經遞質、生長因子、局部化學遞質和大多數激素，它們不能穿過靶細胞質膜的脂雙分子層，只能通過與靶細胞表面受體結合，再經信號轉換機制，在細胞內產生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起細胞的應答反應。（3）氣體性信號分子(NO)細胞生物學2.受體（1）定義：受體（receptor）是一種能夠識別和選擇性結合某種配基（信號分子）的大分子，當與配基結合后，通過信號轉導（signaltransduction）作用將胞外信號轉換為胞內化學或物理的信號，以啟動一系列過程，最終表現為生物學效應。受體多為糖蛋白。（2）結構：接受部分，效應部分。（3）特點：特異性，飽和性，可逆性。（4）分類：細胞內受體，細胞表面受體。細胞生物學細胞表面受體分屬三大家族細胞生物學腎上腺素，胰高血糖素蛋白磷酸酶３、第二信使與分子開關細胞生物學激活PKA激活ER鈣通道激活PKG激活PKC細胞生物學GAPRGS–GDI細胞生物學二、信號轉導系統及其特性（一）信號轉導系統的基本組成與信號蛋白細胞生物學(二)細胞內信號蛋白的相互作用細胞生物學(三)信號轉導系統的主要特性細胞生物學第二節細胞內受體介導的信號轉導一、細胞內核受體及其對基因表達的調節在細胞內，受體與抑制性蛋白（如Hsp90）結合形成復合物，處于非活化狀態。當配基（如皮質醇）與受體結合，將導致抑制性蛋白從復合物上解離下來，從而受體通過暴露它的DNA結合位點而被激活。這類受體一般都有3個結構域：位于C端的激素結合位點，位于中部富含Cys、具有鋅指結構的DNA或Hsp90結合位點，以及位于N端的轉錄激活結構域。細胞生物學細胞生物學甾類激素誘導的基因活化分為兩個階段：（1）直接活化少數特殊基因轉錄的初級反應階段，發生迅速；（2）初級反應的基因產物再活化其它基因產生延遲的次級反應，對初級反應起放大作用。細胞生物學二、NO作為氣體信號分子進入靶細胞直接與酶結合1980年，美國科學家Furchaout在一項研究中發現了一種小分子物質，具有使血管平滑肌松弛的作用，后來被命名為血管內皮細胞舒張因子，被確認為是NO。1987年，Moncada等用化學方法測定了內皮細胞釋放的物質為NO，并據其含量，解釋其對血管平滑肌舒張的程度。1988年，Polmer等人證明，L-精氨酸(L-argi-nine,L-Arg)是合成NO的前體，是第一個被發現的氣體信號分子。細胞生物學細胞生物學細胞生物學第三節G蛋白耦聯受體的信號轉導親水性化學信號分子（包括神經遞質、蛋白激素、生長因子等）一般不能直接進入細胞，而是通過與細胞表面特異受體的結合，進行信號轉導繼而對靶細胞產生效應。細胞生物學一、G蛋白耦聯受體的結構和激活１、G-蛋白:發現細胞生物學◆組成:

一般由三個亞基組成,分別叫α、β、γ,其中β、γ兩亞基通常緊密結合在一起,只有在蛋白變性時才分開?！艄δ芪稽c:

α亞基具有三個功能位點：①GTP結合位點;②鳥苷三磷酸水解酶(GTPase)活性;③ADP-核糖化位點。細胞生物學細胞生物學２、G蛋白耦聯受體的結構細胞生物學●Thelargestfamilyofcellsurfacereceptorstransmitsignalstointracellulartargetsviatheintermediaryactionofguaninenucleotide-bindingproteinscalledGproteins.●MorethanathousandsuchGprotein-coupledreceptorshavebeenidentified,includingthereceptorsformanyneurotransmitters,neuropeptides,andpeptidehormones.●Inaddition,theGprotein-coupledreceptorfamilyincludesalargenumberofreceptorsthatareresponsibleforsmell,sight,andtaste.細胞生物學●TheGprotein-coupledreceptorsarestructurallyandfunctionallyrelatedproteinscharacterizedbysevenmembrane-spanninghelices.●ThebindingofligandstotheextracellulardomainofthesereceptorsinducesaconformationalchangethatallowsthecytosolicdomainofthereceptortobindtoaGproteinassociatedwiththeinnerfaceoftheplasmamembrane.●ThisinteractionactivatestheGprotein,whichthendissociatesfromthereceptorandcarriesthesignaltoanintracellulartarget,whichmaybeeitheranenzymeoranionchannel.細胞生物學細胞生物學二、G-蛋白偶聯受體所介導的信號通路●cAMP信號通路●磷脂酰肌醇信號通路細胞生物學（一）以cAMP信號通路為第二信使的信號通路該系統屬G蛋白偶聯受體信號傳導；在該系統中,細胞外信號要被轉換成第二信息cAMP引起細胞反應。Gα腺苷酸環化酶細胞生物學細胞生物學Mg2+或Mn2+細胞生物學激活型的系統組成◆激活型受體：提高膜內cAMP的水平●腎上腺素(β型)受體,胰高血糖素受體等●此類受體都是7次跨膜的膜整合蛋白。◆激活型的G-蛋白

將受體接收的信號傳遞給腺苷酸環化酶，使該酶激活。

◆效應物

腺苷酸環化酶C抑制型的系統組成◆抑制型受體(InhibiteReceptor,Ri)抑制型的受體(Ri)通過Gi抑制腺苷酸環化酶的活性,降低膜內cAMP的水平?！粢种菩虶蛋白(Gi-proteins)

抑制型的GTP結合蛋白傳遞抑制性信號,降低腺苷酸環化酶的活性。◆效應物∶腺苷酸環化酶。細胞生物學細胞生物學蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）由兩個催化亞基和兩個調節亞基組成，在沒有cAMP時，以鈍化復合體形式存在。cAMP與調節亞基結合，改變調節亞基構象，使調節亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基?；罨牡鞍准っ窤催化亞基可使細胞內某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性，進一步影響到相關基因的表達。細胞生物學細胞生物學細胞生物學細胞生物學毒素對cAMP信號途徑的影響◆霍亂毒素(choleratoxin)

能把NAD+上的NAD-核糖轉移到Gs蛋白的α亞基上，使G蛋白核糖化(ADP-ribosylation),這樣將抑制GTP的水解……?！舭偃湛榷舅?whoopingcouchtoxin)

作用機理同霍亂毒素相同，但是使Gi蛋白進行ADP核糖化,其結果也是使cAMP的濃度增加。細胞生物學細胞生物學（二）磷脂肌醇雙信使信號通路細胞生物學“雙信使系統”反應鏈：細胞生物學細胞生物學蛋白激酶C(ProteinkinaseC,PKC)◆PKC是鈣和磷脂依賴性酶，在未受刺激的細胞中,PKC主要分布在細胞質中,呈非活性構象。◆當細胞接受刺激，產生IP3，使Ca2+濃度升高，PKC便轉位到質膜內表面，被DG活化，PKC可以使蛋白質的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化是不同的細胞產生不同的反應，如細胞分泌、肌肉收縮、細胞增殖和分化等。細胞生物學細胞生物學細胞生物學Ca2+的第二信使作用◆Calciumionsplayasignificantroleinaremarkablevarietyofcellularactivities,includingmusclecontraction,celldivision,secretion,endocytosis,fertilization,synaptictransmission,metabolism,andcellmovement.細胞生物學◆鈣調蛋白(calmodulin，CaM)Eachmoleculeofcalmodulincontainsfourbindingsitesforcalcium.CalmodulindoesnothavesufficientaffinityforCa2+tobindtheioninanon-stimulatedcell.If,however,theCa2+concentrationrisesinresponsetoastimulus,theionsbindtocalmodulin,changingtheconformationoftheproteinandincreasingitsaffinityforavarietyofeffectors細胞生物學細胞生物學細胞生物學信號的終止

IP3信號的終止是通過去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。Ca2+由質膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交換器將抽出細胞，或由內質網膜上的鈣泵抽進內質網。DG通過兩種途徑終止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成為磷脂酸，進入磷脂酰肌醇循環；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。由于DG代謝周期很短，不可能長期維持PKC活性，而細胞增殖或分化行為的變化又要求PKC長期活性所產生的效應。現發現另一種DG生成途徑，即由磷脂酶催化質膜上的磷脂酰膽堿斷裂產生的DG，用來維持PKC的長期效應。細胞生物學細胞生物學（三）G-蛋白耦聯受體介導離子通道的調控１、離子通道耦聯受體及其信號轉導細胞生物學２、G-蛋白耦聯受體介導的離子通道及其調控細胞生物學３、Gt蛋白耦聯的光受體的活化誘發cGMP-門控陽離子通道的關閉細胞生物學細胞生物學第四節酶耦聯受體介導的信號轉導酶偶聯型受體分為兩類，其一是本身具有激酶活性，如肽類生長因子（EGF，PDGF，CSF等）受體；其二是本身沒有酶活性，但可以連接非受體酪氨酸激酶，如細胞因子受體超家族。這類受體的共同點是：①通常為單次跨膜蛋白；②接受配體后發生二聚化而激活，起動其下游信號轉導。已知六類：①酪氨酸激酶受體、②酪氨酸激酶連接的受體、③酪氨酸磷脂酶受體、④絲氨酸/蘇氨酸激酶受體⑤鳥苷酸環化酶受體、⑥酪氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關）。細胞生物學一、受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路１、受體結構特點及類型◆結構：跨膜區、細胞外結構域、細胞內結構域◆類型：●表皮生長因子受體(Epidermalgrowthfactor,EGF);●胰島素受體(insulinreceptor)。細胞生物學2、受體酪氨酸激酶的激活配體（如EGF）在胞外與受體結合并引起構象變化，導致受體二聚化（dimerization）形成同源或異源二聚體，在二聚體內彼此相互磷酸化胞內段酪氨酸殘基，激活受體本身的酪氨酸蛋白激酶活性。細胞生物學細胞生物學細胞生物學3、RAS信號途徑Ras蛋白與Raf的N端結構域結合并使其激活，Raf是絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又稱MAPKKK）活化的Raf結合并磷酸化另一種蛋白激酶MAPKK，使其活化。MAPKK又使MAPK的蘇氨酸和酪氨酸殘基使之激活。MAPK為有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK），屬絲氨酸/蘇氨酸殘激酶。活化的MAPK進入細胞核，可使許多轉錄因子活化，如將Elk-1激活，促進c-fos，c-jun的表達。RPTK-Ras信號通路可概括如下：配體→RPTK→adaptor→GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→進入細胞核→轉錄因子→基因表達。細胞生物學細胞生物學SH2結構域◆一種與磷酸化酪氨酸基元具有高親和性的結合位點（氨基酸序列）；sitesPhsphorylatedTyrosineServeasdockingforproteinwithSH2domains(Srchomologyregion).OtherproteinmodulessuchasSH3bindstoproline-richmotifsinintracellularproteins.細胞生物學細胞生物學細胞生物學細胞生物學二、細胞表面其他酶連受體（一）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體絲氨酸/蘇氨酸激酶是單次跨膜蛋白受體，在胞內區具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，該受體以異二聚體行使功能。主要配體是轉化生長因子-βs。（TGF-βs。）。家族成員，包括TGF-β1~TGF-β5，這些成員具有類似結構與功能，對細胞具有多方面的效應。依細胞類型不同，可能抑制細胞增殖、刺激胞外基質合成、刺激骨骼的形成、通過趨化性吸引細胞和作為胚胎發育過程中的誘導信號等。細胞生物學（二）受體酪氨酸磷酯酶受體酪氨酸磷酯酶為單次跨膜蛋白受體，受體胞內區具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配體與受體結合激發該酶活性，使特異的胞內信號蛋白的磷酸酪氨酸殘基去磷酸化，其作用是控制磷酸酪氨酸殘基的壽命，使靜止細胞具有較低的磷酸酪氨酸殘基的水平。細胞生物學（三）受體鳥苷酸環化酶受體鳥苷酸環化酶是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結合部位，胞內段為鳥苷酸環化酶催化結構域。受體的配體心房排鈉肽（ANPs）和腦排鈉肽（BNPs）。當血壓升高時，心房肌細胞分泌ANPs，促進腎細胞排水、排鈉，同時導致血管平滑肌細胞松弛，結果使血壓下降。介導ANP反應的受體分布在腎和血管平滑肌細胞表面。ANPs與受體結合直接激活胞內段鳥苷酸環化酶的活性，使GTP轉化為cGMP，cGMP作為第二信使結合并激活依賴cGMP的蛋白激酶G（PKG），導致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化。在細胞質基質中還存在可溶性的鳥苷酸環化酶，它們是NO作用的靶酶，催化產生cGMP。細胞生物學酪氨酸激酶連接的受體為單次跨膜蛋白，不具