分子細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)課件：Chapter13-細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

1、第十四章 細(xì)胞的信息傳遞與細(xì)胞的生存1單細(xì)胞及多細(xì)胞生物體生長、發(fā)育及生理活動需要對外界刺激進(jìn)行感應(yīng)或細(xì)胞之間進(jìn)行信息交流協(xié)調(diào)生長。 外來信號：光、熱、電、聲、化學(xué)物質(zhì)（也叫配體，ligand） 靶細(xì)胞：識別并接合信號分子（靶細(xì)胞里直接感應(yīng)外來信號的蛋白質(zhì)為受體，receptor），將信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號后者進(jìn)行信號傳遞，最終作用于效應(yīng)分子引發(fā)細(xì)胞功能、代謝或發(fā)育的改變。第一節(jié) 信號分子與靶細(xì)胞3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）：細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)信號的過程稱信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)后，內(nèi)部信號通過不同的信息傳遞途徑最終引起基因或蛋白的變化導(dǎo)致細(xì)胞行為改變。4信號分子內(nèi)分泌信號

2、： 激素，作用于遠(yuǎn)距離細(xì)胞旁分泌信號：生長因子，作用于鄰近細(xì)胞自分泌信號：生長因子，作用于細(xì)胞自身56 信號分子作用的效應(yīng)細(xì)胞-靶細(xì)胞靶細(xì)胞具有以下特征：專一識別信號：不同類型細(xì)胞和不同的發(fā)育階段只識別特定的信號分子。反應(yīng)差異：一種信號分子對不同的靶細(xì)胞有不同的效應(yīng)7靶細(xì)胞對外來信號的反應(yīng)速率快速反應(yīng)：幾秒、幾分鐘以內(nèi)，只需改變已存在于細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)慢速反應(yīng)：幾小時或更長，需改變基因表達(dá)和新蛋白質(zhì)合成。8一、受體的類型1、細(xì)胞表面受體 細(xì)胞膜跨膜整合蛋白，識別親水性信號分子，與之結(jié)合，將信號轉(zhuǎn)換成細(xì)胞內(nèi)信號。2、胞內(nèi)受體 存在于細(xì)胞內(nèi)，識別進(jìn)入細(xì)胞的疏水性信號分子，并與之結(jié)合調(diào)節(jié)專一基因的表達(dá)

3、9第二節(jié) 受體和胞內(nèi)信號傳遞10胞內(nèi)受體的結(jié)構(gòu)皮質(zhì)(甾)醇 雌激素 孕酮甲狀腺激素視黃酸細(xì)胞表面受體分三類：11（1）離子通道受體信號（神經(jīng)遞質(zhì)）結(jié)合受體后，打開通道，離子流動，改變細(xì)胞膜的興奮性。如N-AchR為Na+通道。（2）G蛋白關(guān)聯(lián)受體信號分子結(jié)合受體后由G蛋白介導(dǎo)激活靶蛋白(酶或離子通道）,在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，再通過信號傳遞,引起一系列生物效應(yīng)。（3）酶關(guān)聯(lián)受體自身是酶，與信號分子結(jié)合即被活化，引起靶細(xì)胞中某些蛋白質(zhì)磷酸化。這類受體的信號主要與細(xì)胞生長、分裂有關(guān)。12 從結(jié)構(gòu)上，細(xì)胞表面受體跨膜方式 離子通道受體多亞單位跨膜家族 G蛋白關(guān)聯(lián)受體7次跨膜家族 酶關(guān)聯(lián)受體單次跨膜受體

4、家族 13 二、細(xì)胞表面受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)： （1）離子通道關(guān)聯(lián)受體 通道打開，離子進(jìn)入細(xì)胞激活細(xì)胞內(nèi)信號途徑 （2）G蛋白關(guān)聯(lián)受體 通過G蛋白激活效應(yīng)物，效應(yīng)物激活產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)信號 （3）酶關(guān)聯(lián)受體 配體激活受體的酶活性，由激活的酶去激活產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)信號的效應(yīng)物1415二、G蛋白（GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白）結(jié)構(gòu)和活性變化種類多，由、三個亞基組成異三體亞基具有GDP、GTP結(jié)合位點(diǎn)和GTPase活性、兩亞基常緊密結(jié)合在一起 當(dāng)與GDP結(jié)合時處于關(guān)閉狀態(tài)，與GTP結(jié)合時處于開啟狀態(tài)，與分離G蛋白與7次跨膜的受體結(jié)合參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)16Gs的調(diào)節(jié)作用17激活了腺苷酸環(huán)化酶18激活型Gs蛋白 由激活性的信號作用于激活型

5、受體（Rs），經(jīng)刺激性G蛋白（Gs）去激活腺苷酸環(huán)化酶（AC），從而提高cAMP的濃度引起細(xì)胞的反應(yīng)。抑制型Gi蛋白 通過抑制性的信號分子作用于抑制型受體（Ri），經(jīng)抑制性G蛋白（Gi）去抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性。19激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶20G蛋白激活磷脂酶C 利用此原理藥物硝酸甘油可以舒解治療心絞痛22蛋白調(diào)節(jié)離子通道乙酰膽堿心肌細(xì)胞上的蛋白關(guān)聯(lián)受體被激活后通過蛋白打開通道G蛋白關(guān)聯(lián)受體（G-protein coupled receptor，GPCR）途徑中G蛋白的效應(yīng)物是：催化形成第二信使的酶或離子通道23Gt蛋白偶聯(lián)的光敏感受體誘發(fā)cGMP門控陽離子通道人視網(wǎng)膜上的光受體視錐細(xì)胞光受體感

6、受色彩視桿細(xì)胞光受體感受弱光24視桿細(xì)胞：視盤G蛋白偶聯(lián)受體：視紫質(zhì)（吸光色素和視蛋白組成）Gt蛋白（也叫傳導(dǎo)素，transducin）2526三、酶關(guān)聯(lián)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)配體結(jié)合區(qū)酶關(guān)聯(lián)受體結(jié)構(gòu) 一次越膜區(qū) 激酶活性區(qū)27 28酶關(guān)聯(lián)受體類型酪氨酸激酶性受體酪氨酸蛋白激酶相關(guān)受體受體樣酪氨酸磷酸酶 絲氨酸/蘇氨酸激酶受體鳥苷酸環(huán)化酶組氨酸激酶相關(guān)受體 29 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體受體受體二聚化受體相互激活激酶活性受體酪氨酸磷酸化結(jié)合并激活尾部上的胞內(nèi)信號蛋白繼續(xù)信號傳遞酪氨酸激酶性受體的性質(zhì)和作用3132第三節(jié) 第二信使G蛋白關(guān)聯(lián)受體通過第二信使進(jìn)行信息傳遞第二信使 (second messenger)受

7、細(xì)胞外信號的刺激在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生的小分子，可將信號向下游傳遞。如cAMP、Ca2+、DAG、IP3。33一、 cAMP信號途徑信號分子G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄 35 cAMP信號途徑的組分. （1）刺激性激素受體（Rs）刺激性調(diào)節(jié)蛋白（Gs） （2）抑制性激素受體（Ri）抑制性調(diào)節(jié)蛋白（Gi）； （3）腺苷酸環(huán)化酶： 跨膜12次的糖蛋白，催化ATP生成cAMP。 （4）蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）： 由兩個催化亞基和兩個調(diào)節(jié)亞基組成。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，釋放出催化亞基，活化的催化亞基可使細(xì)胞內(nèi)某些蛋白的絲氨

8、酸或蘇氨酸殘基磷酸化，激活蛋白的活性。 （5）環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶： 可降解cAMP生成5-AMP，起終止信號的作用。36腺苷酸環(huán)化酶導(dǎo)致cAMP的生成環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶導(dǎo)致cAMP的降解37蛋白激酶A的激活3818 cAMP信號與糖原降解PKA的細(xì)胞質(zhì)功能（cAMP信號與糖原降解）PKA的細(xì)胞核功能（cAMP信號與基因表達(dá)）二、Ca2+信號細(xì)胞外和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+濃度高于細(xì)胞質(zhì)膜上Ca2+通道打開，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高引發(fā)肌肉收縮、分泌泡分泌、受精后胚胎發(fā)育等效應(yīng)39Ca2+與其受體鈣調(diào)蛋白結(jié)合起作用40Ca2+/鈣調(diào)蛋白通過CaM激酶（Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶）激活下游神經(jīng)系

9、統(tǒng)中CaM激酶豐富，分子記憶物質(zhì)41三、磷脂酰肌醇信號途徑信號分子G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白磷脂酶C IP3胞內(nèi)Ca2+濃度升高Ca2+結(jié)合蛋白 (CaM)細(xì)胞反應(yīng) 酶切PIPDG激活PKC蛋白磷酸化4243磷脂酰肌醇信號途徑44IP3 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3配體閘門鈣通道結(jié)合，開啟鈣通道， 使胞內(nèi)Ca2+濃度升高。激活各類依賴鈣離子的蛋白。DAG 結(jié)合于質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的蛋白激酶C （Protein Kinase C，PKC）。PKC以非活性形式分布 于細(xì)胞溶質(zhì)中，當(dāng)細(xì)胞接受刺激，產(chǎn)生IP3，使Ca2+濃度 升高，PKC便轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DAG活化。PKC可 以使蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸殘基

10、磷酸化而使不同的細(xì)胞 產(chǎn)生不同的反應(yīng)，如細(xì)胞分泌、肌肉收縮、細(xì)胞增殖和 分化等。作業(yè)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信息傳遞、第二信使、細(xì)胞表面受體1、細(xì)胞表面受體有幾種？各有何特點(diǎn)？2、簡述蛋白在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用3、簡述cAMP、肌醇三磷酸（IP3）、二?；视停―G）信號途徑 。4546美國科學(xué)家羅伯特萊夫科維茨（Robert J. Lefkowitz）和布萊恩克比爾卡（Brian K. Kobilka）因“G蛋白偶聯(lián)受體研究”獲得2012年諾貝爾化學(xué)獎克比爾卡萊夫科維茨萊夫科維茨找到數(shù)種受體，其中一種-腎上腺素受體，抽提出來并發(fā)現(xiàn)了其工作機(jī)理，克比爾卡分離了該受體的基因還發(fā)現(xiàn)該受體與眼中捕獲光的受體相類似。他

11、們認(rèn)識到，存在著一整個家族看起來相似的受體，而且起作用的方式也一樣。這一家族被稱作“G蛋白偶聯(lián)受體”。大約一千個基因編碼這類受體，適用于光、味道、氣味、腎上腺素、組胺、多巴胺以及復(fù)合胺等。大約一半的藥物通過G蛋白偶聯(lián)受體起作用。474849中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會2013 年學(xué)術(shù)大會（4月19-21日，武漢）尊敬的各位代表：值此“中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會2013 年學(xué)術(shù)大會”召開之際，特向大家致以最衷心，最親切的問候！ 細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)中具有特殊重要性的學(xué)科，現(xiàn)今的生命科學(xué)已進(jìn)入了細(xì)胞生物學(xué)時代。細(xì)胞是生命的基本單位。細(xì)胞是生命的舞臺，一切紛繁奧秘的生命現(xiàn)象無不在細(xì)胞中演示出來。自然界中沒有非細(xì)胞生命

12、，可以說細(xì)胞是自然界的物質(zhì)存在的一個重要層次。RNA世界在生命進(jìn)化中固然重要，然而分子水平的變化只能算是化學(xué)變化，也只是生命起源長河中的化學(xué)進(jìn)化階段。地球上只有在出現(xiàn)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)時才算有了生命！細(xì)胞具有自我復(fù)制、自我調(diào)控、自我裝配的屬性，這些屬性決定了生命的意義！這些屬性通過信息傳遞來實(shí)現(xiàn)。我們怎樣強(qiáng)調(diào)細(xì)胞生物學(xué)的重要性，都不為過分?，F(xiàn)今的中國處于學(xué)科發(fā)展的黃金時代，只要我們在各個細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域齊努力，我國的細(xì)胞生物學(xué)一定會出現(xiàn)一個繁榮昌盛的局面，中國的細(xì)胞生物學(xué)達(dá)到世界一流水平指日可待！祝大會獲得圓滿成功！中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會一名老會員 韓貽仁中期作業(yè)（占期末總成績20%）根據(jù)近些年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎或化學(xué)獎獲獎內(nèi)容，選取自己感興趣的某個內(nèi)容，查閱與該內(nèi)容相關(guān)的科研文獻(xiàn)，寫出你的總結(jié)和認(rèn)識。要求：1500 -3000字，另附文獻(xiàn)出處。文獻(xiàn)格式：全部作者.文章題目.刊物名稱.年.卷期號，起止頁碼。例： /pubmed?term=Eckert%20RL%5BAuthor%5D&cauthor=tr