细胞通讯

Chapter 5 细胞通讯

纲要 1．细胞通讯的基本特点 2． G蛋白偶联受体及信号转导 3．酶联受体信号转导 4．其它信号转导途径 5．信号的整合、调节与终止

Cell Communication

细胞通讯 Cell Communication：细胞通讯是指在多细胞生物的细胞社会中, 细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制, 并通过放大引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动, 使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反应。P167

细胞质膜与细胞通讯

5.1细胞通讯的基本特点 5.1.1 细胞通讯的方式 有三种通讯方式 ◆通过信号分子 ◆通过细胞与细胞的接触 ◆通过细胞与细胞外基质粘着不依赖于细胞接触依赖于细胞接触

细胞通讯的途径与方式

◆通过细胞与细胞接触进行通讯的两种情况： ●通讯连接：间隙连接胞间连丝 ●通过位于细胞表面的信号分子同靶细胞的接触。

细胞通讯的两种方式

细胞通讯基本过程 ◆信号分子的合成内分泌细胞是主要来源 ◆信号分子的分泌复杂过程 ◆信号分子的传递血液循环系统 ◆信号分子的识别受体蛋白 ◆信号转移跨膜转导 ◆信号转换细胞内级联反应 ◆信号解除细胞信号传导信号转导

细胞通讯基本过程 ●细胞信号传导 Cell signaling 强调信号的产生、分泌与传送, 即信号分子从合成的细胞中释放出来, 然后进行传递。 ●信号转导 Signal transduction 强调信号的接收与接收后信号转换的方式(途径)和结果, 包括配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。

5.1.2 Signal molecules  概念 P169 ◆化学分子 ●非营养物 ●非能源物质 ●非结构物质 ●不是酶 ◆主要是用来在细胞间和细胞内传递信息

信号分子与细胞通讯 局部介质神经递质激素

信号分子的类型 ◆1. 激素 ●激素是由内分泌细胞合成的化学信号分子，通过血液循环运输到身体各个部位作用于靶细胞。 ●激素三种类型: 蛋白与肽类激素脊椎动物中80％，只与质膜受体结合类固醇激素不溶于水，蛋白结合运输，胞内受体氨基酸衍生物激素酪氨酸衍生物两种受体

◆2. 局部化学介质 ●局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的细胞。常将这种信号传导称为旁分泌信号传导(paracrine signaling ）。

◆2. 局部化学介质 ●自分泌(autocrine) 是指细胞对自身产生的物质发生反应，通常将由自身合成的信号分子作用于自身的现象称为自分泌信号(autocrine signaling) 肝细胞合成的释放生长因子, 可以刺激自身, 导致肿瘤细胞增生, 失去控制。

◆3. 神经递质 (neurotransmitters) ●神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的信号分子 ●它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很近 ●为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。神经递质仅作用于相连接的靶细胞。

信号分子的类型

5.1.3 受体Receptor 一般特性 ◆概念：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均称为受体( receptor)，信号分子则被称为配体(ligand)。 ◆存在部位： ●细胞表面受体质膜上同大的信号分子或小的亲水性的信号分子作用 ●细胞胞内受体位于胞质溶胶、核基质中同脂溶性的小信号分子作用

细胞表面受体和胞内受体

胞内受体 细胞内受体在接受脂溶性的信号分子并与之结合形成受体-配体复合物后就成为转录促进因子，作用于特异的基因调控序列，启动基因的转录和表达。

胞内受体的结构 激素结合位点转录激活结构域抑制蛋白 DNA结合的结构域配体

胞内受体基本结构： 含两个结构域 ◆与DNA结合的结构域 ◆激活基因转录的结构域，位于N末端两个结合位点 ◆与配体结合的位点,位于C末端 ◆与抑制蛋白结合的位点

细胞表面受体 信号分子主要是亲水的蛋白质、多肽或其他一些水溶性的分子 受体主要类型∶ ◆离子通道偶联受体(ion-channel linked receptor)； ◆G-蛋白偶联受体(G-protein linked receptor)； ◆酶联受体(enzyme-linked receptor)。

三种类型的表面受体 离子通道偶联受体 G-蛋白偶联受体酶联受体

离子通道偶联受体Ion-channel linked receptor ◆见于可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种电效应。 ◆受体本身就是形成通道的跨膜蛋白。如乙酰胆碱受体就是离子通道偶联受体。 ◆它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白, 除有配体结合部位外, 本身就是离子通道的一部分, 并籍此将信号传递至细胞内。

乙酰胆碱受体与信号传递

乙酰胆碱受体

G-蛋白偶联受体G-protein linked receptor ●最大的一类细胞受体家族，结构相似，一条多肽连，有7次α螺旋跨膜，参与的信号转导作用要与G蛋白相耦联。 ● 已经发现了1000个G-蛋白偶联受体, 包括许多神经递质、神经多肽和激素的受体 ● 另外，G-蛋白偶联受体包括许多与嗅觉、视觉和味觉有关的受体

G-蛋白偶联受体

G蛋白偶联受体与信号转导

酶联受体(enzyme linked receptor) ◆受体蛋白既是受体又是酶，一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大，又称催化受体(catalytic receptor)。 ◆这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关。

酶联受体种类 P177 ◆酪氨酸激酶偶联受体(tyrosine kinase-linked receptors) 缺少细胞内催化活性的酶联受体 ◆内源酶促活性受体(receptor with intrinsic enzymatic activity ) 细胞内具有催化结构域的酶联受体 ●受体酪氨酸激酶 (Receptor tyrosine kinase)； ●受体丝氨酸/苏氨酸激酶 (Receptor serine/threonine kinase)。 ●受体鸟苷环化酶 (Receptor guanylyl cyclase)； ●受体酪氨酸磷酸酶 (Receptor of tyrosine phophatase);

◆酪氨酸激酶偶联受体 受体与酪氨酸激酶是分开的，配体与受体结合后，受体形成二聚体，两个酪氨酸激酶分别与受体结合并被激活.

◆内源酶促活性受体

表面受体跨膜方式 ◆单次跨膜受体家族: ◆7次跨膜家族： ◆多亚单位跨膜家族:

不同的跨膜受体

5.1.4 受体与配体相互作用的特性 ◆特异性 ●专一性受体与配体结合具有特异性，不受其它信息分子的干扰。 ●受体交叉(receptor crossover) ★一个受体可以和多个配体结合；（如胰岛素受体） ★一个配体也可以和多个受体结合。

◆高亲和力 受体与配体结合的能力称为亲和力。亲和力的大小常用受体-配体复合物的解离常数(Kd)值来表示，通常是10-9 M左右。 ◆饱和性即有限的结合能力。 ◆可逆性配体与受体的结合是通过非共价键，可逆的。 ◆生理效应信号分子与受体结合会引起适当的生理反应，反应的强弱与结合配体的受体数量正相关。（如胰岛素）

5.1.5 信号转导与第二信使 细胞信号转导的特点 ●信号转换 ●逐级放大 ●通过构象的改变在信号转导途径中，上游蛋白对下游蛋白活性的改变主要是通过添加或除去磷酸集团进行的。

信号转导与蛋白质活性

信号级联放大(signaling cascade) • 从细胞表面受体接收外部信号到最后作出综合性应答是一个将信号逐步放大的过程，称为信号的级联放大反应。

细胞通讯引起的反应 ◆酶活性的变化 ◆基因表达的变化 ◆细胞骨架构型 ◆通透性的变化 ◆DNA合成活性的变化 ◆细胞死亡程序的变化等

细胞通讯的作用

细胞通讯的速率

第二信使(second messengers) • 由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使，细胞外信号称为第一信使。

第二信使至少有两个基本特性: • 是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子； • 能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。

细胞内有五种最重要的第二信使: cAMP cGMP 1，2-二酰甘油(DAG) 1，4，5-三磷酸肌醇(IP3) Ca2+

5.2 G蛋白偶联受体及信号转导

5.2.1 G蛋白的结构与功能 G-蛋白: ◆组成:一般由三个亚基组成, 分别叫α、β、γ,其中 β、γ两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白变性时才分开。 ◆功能位点: α亚基具有三个功能位点： ①鸟苷结合位点 ②GTPase的活性结构域; ③ADP核糖化位点。

细胞通讯

细胞通讯

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