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细胞信息转导

细胞信息转导. 覃秀桃 生物化学与分子生物学教研室. 对于多细胞生物来说，为了 协调和配合 各组织细胞之间得功能活动，需要对各组织细胞的物质代谢或生理活动进行调节。此外当 外界环境变化 时也需通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。 细胞信息的传递是由许多不同的信息物质所组成的信息传递链来完成的。. 细胞信息传递方式. ① 通过相邻细胞的直接接触；. ② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细胞的代谢和功能。. 具有调节细胞生命活动的化学物质称为 信息物质。. 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.

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细胞信息转导

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  1. 细胞信息转导 覃秀桃 生物化学与分子生物学教研室

  2. 对于多细胞生物来说，为了协调和配合各组织细胞之间得功能活动，需要对各组织细胞的物质代谢或生理活动进行调节。此外当外界环境变化时也需通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。对于多细胞生物来说，为了协调和配合各组织细胞之间得功能活动，需要对各组织细胞的物质代谢或生理活动进行调节。此外当外界环境变化时也需通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。 • 细胞信息的传递是由许多不同的信息物质所组成的信息传递链来完成的。

  3. 细胞信息传递方式 ① 通过相邻细胞的直接接触； ② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细胞的代谢和功能。 • 具有调节细胞生命活动的化学物质称为信息物质。

  4. 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 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应

  5. 第一节 信 息 物 质

  6. 一、细胞间信息物质 • 凡是由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理活动的化学物质都称为细胞间信息物质(extracellular signal molecules），或称为第一信使（first messenger）。

  7. 细胞间信息物质可按照其化学本质的不同分为五类：细胞间信息物质可按照其化学本质的不同分为五类： ① 类固醇衍生物：如肾上腺皮质激素、性激素等； ② 氨基酸衍生物：如甲状腺激素，儿茶酚胺类激素； ③ 多肽及蛋白质：如生长因子、细胞因子、胰岛素、下丘脑激素、垂体激素、甲状旁腺素、胃肠激素等； ④ 脂类衍生物：如前列腺素。 ⑤ 气体分子：如NO，CO等。

  8. 根据细胞分泌和传递信息物质方式的不同，又可将细胞间信息物质分为：根据细胞分泌和传递信息物质方式的不同，又可将细胞间信息物质分为： • 神经递质； • 内分泌激素； • 局部化学介质； • 气体信号。

  9. 1．神经递质： • 由神经元突触前膜释放的信息物质，可作用于突触后膜上的受体，传递神经冲动信号。 • 如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等。

  10. 2．内分泌激素： • 激素（hormone）是由特殊分化细胞合成并分泌的一类生理活性物质，这些物质通过体液进行转运，作用于特定的靶细胞，调节细胞的物质代谢或生理活动。 • 在体内，有些能够分泌激素的特殊分化细胞集中在一起构成内分泌腺；有些细胞则分散存在；有些细胞兼具其他功能。

  11. 3．局部化学介质： • 局部化学介质又称为旁分泌信号，指由细胞分泌的信息分子通过扩散而作用于邻近的靶细胞，调节细胞的生理功能。 • 体内的局部化学介质包括组胺、花生四烯酸（AA）、生长因子等。

  12. 二、细胞内信息物质 • 在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为细胞内信息物质（intracellular signal molecules）。 • 细胞内信息物质主要包括：第二信使、第三信使、信号转导蛋白或酶等。

  13. 1．第二信使： • 在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二信使（secondary messenger）。 • 第二信使主要包括： • cAMP和cGMP； • 甘油二酯（DAG）；神经酰胺，花生四烯酸； • Ca2+、NO； • 1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）。

  14. 2．信号转导蛋白或酶： • 细胞膜上或细胞内能够传递特定信号的蛋白质或酶分子，常与其他蛋白质或酶构成复合体以传递信息。主要包括： • G蛋白及其调节蛋白，如GEF、GAP等； • 信号连接蛋白，如SOS，GRB2等； • 具有酪氨酸激酶活性的胰岛素受体底物-1/2（IRS1/2）； • 各种蛋白激酶和磷蛋白磷酸酶等。

  15. 3. 第三信使： • 负责细胞核内、外信息传递的物质称为第三信使（third messenger） ，又称为DNA结合蛋白。 • 第三信使是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，能调节基因的转录。如立早基因（immediate-early gene）的编码蛋白质 。

  16. 细胞间信息物质影响细胞功能的途径

  17. 第二节 受 体

  18. 受体（receptor）是指存在于靶细胞膜上或细胞内能特异识别与结合生物活性分子（配体），进而引起靶细胞生物学效应的分子。受体（receptor）是指存在于靶细胞膜上或细胞内能特异识别与结合生物活性分子（配体），进而引起靶细胞生物学效应的分子。 • 绝大部分受体为蛋白质，少数为糖脂。 • 能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配体（ligand）。

  19. 受体的生物学功能有三个方面： • 识别与结合； • 信号转导； • 产生相应的生物学效应。

  20. 一、受体的分类、结构与功能 • 这类受体是细胞膜上的结构成分，一般是糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白。 • 多肽及蛋白质类激素、儿茶酚胺类激素、前列腺素以及细胞因子通过这类受体进行跨膜信号传递。 • 当配体与受体结合后，往往引起细胞膜结构和功能的改变，导致细胞内某种化学物质的浓度改变，由此触发一系列的化学和生理变化。 （一）膜受体

  21. 根据受体的分子结构可将膜受体分为： • 即配体依赖性离子通道，主要在神经冲动的快速传递中起作用。 • 此型受体的共同结构特点是由均一性的或非均一性的亚基构成一寡聚体，而每个亚基则含有4~6个跨膜区。 1. 环状受体：

  22. 烟碱样乙酰胆碱受体的分子结构

  23. 2. G蛋白偶联受体： • G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptor, GPCR）又称蛇型受体。 • 此型受体通常由单一的多肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为细胞外区、跨膜区、细胞内区三个区。

  24. G蛋白偶联受体的分子结构

  25. G蛋白的分子结构 • G蛋白（guanylate binding protein）即鸟苷酸调节蛋白，是一类位于细胞膜胞液面的外周蛋白，通常由、和三种亚基构成的异三聚体。 • 其中，亚基可与GTP或GDP结合，并具有GTPase活性。

  26. 信息传递过程中的Ｇ蛋白

  27. 两种G蛋白的活性型和非活性型的互变

  28. 3. 单个跨膜螺旋受体： • 此型受体一般是由均一性的多肽链构成的单体或寡聚体。每个单体或亚基的跨膜-螺旋区只有一个，通常由22~26个氨基酸残基构成，具高度疏水性。 • 受体的细胞膜外区较大，配体即结合于此区域。

  29. 受体的细胞膜内区可分为近膜区和酪氨酸蛋白激酶区，位于C末端，包括ATP结合和底物结合两个功能区。受体的细胞膜内区可分为近膜区和酪氨酸蛋白激酶区，位于C末端，包括ATP结合和底物结合两个功能区。 • 此型受体的主要功能与细胞生长及有丝分裂的调控有关。

  30. 含TPK结构域的受体

  31. 单个跨膜螺旋受体的类型 ⑴ 酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体） ⑵ 非酪氨酸蛋白激酶受体型

  32. 4. 具有鸟嘌呤环化酶活性的受体： 膜受体 可溶性受体 胞外　 胞内 PKH GC GC 　 具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构 PKH：激酶样结构域 GC： 鸟苷酸环化酶结构域

  33. （二）胞内受体 • 胞内受体（intracellular receptor）位于细胞液或细胞核内，通常为单纯蛋白质。 • 某些激素进入细胞后，能与特异性的胞内受体结合形成活性复合物，作用于染色体DNA，调节基因表达，从而影响细胞的物质代谢和生理活动。

  34. 胞内受体主要包括： ⑴ 类固醇激素受体： 如糖皮质激素受体（GR）、雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）、雄激素受体（AR）、盐皮质激素受体（MR）； ⑵ 维生素D3受体（VDR）； ⑶ 甲状腺激素受体（TR）。

  35. 胞内受体通常为单体蛋白，含400~1000个氨基酸残基，分为四个功能区域：胞内受体通常为单体蛋白，含400~1000个氨基酸残基，分为四个功能区域：

  36. 二、受体作用的特点 1．高度的亲和力（high affinity）： 2．高度的特异性（high specificity）： 3．可逆性（reversibility）： 4．可饱和性（saturability）： 5．特定的作用模式：

  37. 第三节 信息的转导途径

  38. 一、膜受体介导的信息转导 1．信号转导途径的组成： • 胞外信息分子（第一信使）； • 膜受体； • G蛋白； • 腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）； • 第二信使—— cAMP； • 蛋白激酶A （protein kinase A，PKA）。 （一）cAMP-蛋白激酶A信息转导途径

  39. AC 磷酸二酯酶 cAMP 5´-AMP ATP Mg2+ Mg2+ H2O PPi 第二信使： • 第二信使为AC催化生成的cAMP，可被磷酸二酯酶（PDE）降解为AMP而失活。

  40. cAMP的产生与分解 腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase,AC) AC ATP PPi H2O cAMP PDE 磷酸二酯酶 (phosphodiesterase, PDE) AMP

  41. R R 蛋白激酶A的激活机制（演示） cAMP Ｃ Ｃ

  42. 细胞膜 Gs AC 2cAMP R R C C C 2cAMP R R C Pi Pi Pi 核 膜 N CREB 转录活化域 DNA结合域 2．cAMP-蛋白激酶A的信息转导过程： 底物蛋白磷酸化 ATP cAMP

  43. Pi Pi Pi Pi Ｃ Ｒ Ｅ Ｂ Ｃ Ｒ Ｅ Ｂ DNA ＣＲＥ 结构基因 PKA对基因表达的调节作用（演示） Ｃ Ｃ 细胞核 Ｃ Ｒ Ｅ Ｂ Ｃ Ｒ Ｅ Ｂ 蛋白质

  44. PKA Pi  磷蛋白磷酸酶 H2O Pi 磷蛋白磷酸酶 PKA对代谢的调节作用 磷酸化酶激酶ｂ 肾上腺素 ＋受体 ATP 肾上腺素 ·受体复合物 磷酸化酶激酶ａ ATP 激活Ｇ蛋白 磷酸化酶ｂ 磷酸化酶ａ  激活AC  ATP  cAMP 抑制物Ｉb PKA 磷蛋白磷酸酶 抑制物Ｉa Pi ATP

  45. （二）Ca2+依赖性信息转导途径 1．信息转导途径的组成： • 胞外信息分子及其受体； • G蛋白； • 磷脂酶（PLC）； • 甘油二酯（DAG）和三磷酸肌醇 （IP3）； • IP3受体； • Ca2+； • 钙调蛋白（calmodulin ,CaM）； • 依赖CaM的蛋白激酶（CaMPK）； • 蛋白激酶C（PKC）。

  46. ⑴ 胞外信息分子及其受体： • 通过此途径传递信号的第一信使主要有： ①激素：儿茶酚胺、血管紧张素Ⅱ、抗利尿激素、生长激素等。 ②生长因子：血小板衍生生长因子（PDGF）、表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、集落刺激因子（CSF）、胰岛素样生长因子（IGF）等。 ③神经递质：乙酰胆碱、5-羟色胺等。 • 这些胞外信息分子的受体可为G蛋白偶联型，也可为单跨膜催化型。

  47. ⑵ G蛋白： • 也是由、、三种亚基构成的三聚体，为Gp型，其激活机制与前述G蛋白相同。

  48. ⑶ 磷脂酶C（PLC）： • 通过Gp蛋白介导，存在于细胞膜上的PLC可被激活；而PLC则是在受体的酪氨酸蛋白激酶催化下，其酪氨酸残基被磷酸化修饰而激活。 • PLC激活后，可催化质膜上的磷脂酰肌醇-4,5-双磷酸（PIP2）水解产生两种第二信使，即甘油二酯（DAG）和1,4,,5-三磷酸肌醇（IP3）。

  49. ⑷ DAG和IP3 ： DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活PKC。 IP3 ：与内质网和肌浆网上的IP3受体结合，促使细胞内 Ca2+释放。

  50. ⑸ IP3受体与Ca2+： • 存在于内质网和肌浆网膜表面，为四聚体，其亚基的羧基端部分构成钙通道。 • 当受体与IP3结合后，受体变构，钙通道开放，贮存于内质网中的Ca2+释放进入胞液，引起胞液中Ca2+浓度升高。

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