細胞信號傳導

細胞信號傳導

目錄一細胞信號傳導概述二細胞內(nèi)受體介導的信號傳導三G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號傳導四酶聯(lián)受體介導的信號傳導五其他細胞表面受體介導的信號通路六細胞信號傳導的整合與控制一細胞信號傳導概述①細胞通訊

細胞通訊是指一個信號產(chǎn)生細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)穿遞到另一個靶細胞并與其相應受體相互作用，然后通過細胞信號傳導產(chǎn)生靶細胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終變現(xiàn)為靶細胞整體的生物學效應的過程。

細胞通訊可分為三種：①細胞通過分泌化學信號進行細胞間通訊②細胞間接觸依賴性通訊③動植物相鄰細胞間形成間隙鏈接細胞通訊的兩種方式的詳細介紹細胞分泌化學信號可長距離或短距離發(fā)揮作用作用方式分為：

①內(nèi)分泌：有內(nèi)分泌細胞分泌信號分子到血液中去，通過血液循環(huán)作用與靶細胞。②旁分泌：細胞通過分泌局部化學介質(zhì)到細胞外液中，經(jīng)局部擴散作用與鄰近靶細胞。

③通過化學突觸傳遞神經(jīng)信號：當刺激傳導神經(jīng)末梢時，電壓門控的Ca離子通道將電信號轉(zhuǎn)換為化學信號，當化學信號到達突觸后膜時，化學信號又轉(zhuǎn)化為電信號。④自分泌：細胞對自身分泌信號分子產(chǎn)生反應，通常存在于病理條件下。接觸依賴性通訊，細胞間直接接觸而無需信號分子的釋放，通過信號細胞質(zhì)膜上的信號分子與靶細胞膜上的受體分子相互作用來介導細胞間的相互通訊。

這種通訊方式包括細胞-細胞粘著、細胞-基質(zhì)黏著，這種接觸依賴性通訊在胚胎發(fā)育過程中對組織內(nèi)向林細胞的分化命運具有決定性影響。細胞通訊的步驟①信號細胞合成并釋放信號分子②轉(zhuǎn)運分子至靶細胞③信號分子與靶細胞表面受體特異性結(jié)合④活化受體啟動靶細胞內(nèi)一種或多種信號轉(zhuǎn)導途徑⑤引發(fā)細胞代謝、功能或基因表達的改變⑥信號的解除并導致細胞反應終止②信號分子與受體

信號分子

信號分子是細胞的信息載體，種類繁多，包括化學信號諸如個類激素、局部介質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)等以及物理信號諸如聲、光、電和溫度變化等。各種信號分子根據(jù)其化學性質(zhì)通?？煞譃槿悾孩贇怏w信號分子包括NOCO，可以自由擴散，進入細胞直接鳥苷酸環(huán)化酶產(chǎn)生第二信使。②疏水信號分子，主要是甾類激素和甲狀腺素，是血液中長效信號，可穿過細胞膜，與細胞核內(nèi)受體形成復合物，調(diào)節(jié)基因表達。③親水信號分子，包括神經(jīng)遞質(zhì)、局部介質(zhì)和大多數(shù)蛋白質(zhì)激素，它們不能穿過靶細胞質(zhì)膜，只能通過與靶細胞表面受體結(jié)合，經(jīng)信號傳導機制，在細胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶，引起細胞應答反應。受體

受體是一類能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體的大分子，已經(jīng)鑒定的絕大多數(shù)受體都是蛋白質(zhì)且多為糖蛋白，少數(shù)受體是糖脂，有的受體是兩種的復合物。

根據(jù)靶細胞上受體存在的部位，可將受體區(qū)分為細胞內(nèi)受體和細胞表面受體。

細胞內(nèi)受體位于細胞質(zhì)基質(zhì)或核基質(zhì)，主要識別和結(jié)合小的脂溶性分子。

細胞表面受體主要識別和結(jié)合親水信號分子，包括分泌型信號分子或膜結(jié)合型信號分子。根據(jù)信號傳導機制和受體蛋白類型的不同，細胞表面受體分為三大家族：①離子通道偶聯(lián)受體：本身即是信號結(jié)合位點又是離子通道，其跨膜信號傳導無需中間步驟。②G蛋白偶聯(lián)受體：是細胞表面受體中最大家族，根據(jù)偶聯(lián)效應蛋白的不同介導不同信號通路。③酶聯(lián)受體：一類是包內(nèi)結(jié)構(gòu)域具有潛在酶活性酶活性，一類是受體胞內(nèi)段與酶相連。第二信使與分子開關(guān)

第二信使是指在胞內(nèi)產(chǎn)生的非蛋白類小分子，通過其濃度變化應答胞外信號與細胞表面受體的結(jié)合，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)酶和非酶蛋白的活性，從而在細胞信號轉(zhuǎn)導途徑中行駛攜帶和放大信號的功能。

在細胞信號轉(zhuǎn)導過程中，除細胞表面受體和第二信使分子以外，有兩類保守蛋白，它依賴胞外的信號刺激在轉(zhuǎn)導中起分子開關(guān)作用。

①一類是GTPase分子開關(guān)調(diào)控蛋白構(gòu)成的細胞內(nèi)GTPase超家族，包括三聚體GTP結(jié)合蛋白和單體GTP結(jié)合蛋白，通過兩種蛋白的轉(zhuǎn)換控制下游靶蛋白的活性。

②另一類是通過蛋白激酶是通過蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通過蛋白磷酸水解酶使靶蛋白去磷酸化，兩種變化可謂細胞提供一種開關(guān)機制。③信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)及其特性信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的基本組成及信號蛋白的相互作用通過細胞表面受體介導的信號通路通常有以下五個步驟組成：①細胞表面受體識別并特異性結(jié)合胞外信號分子。②由于激活受體構(gòu)象改變，導致信號初級跨膜傳導。③通過胞內(nèi)第二信使或細胞內(nèi)信號蛋白復合物的裝配，起始胞內(nèi)信號放大的級聯(lián)反應。④細胞應答反應。⑤由于受體脫敏或受體下調(diào)，終止或降低細胞反應。細胞內(nèi)信號蛋白的相互作用是靠蛋白質(zhì)模式結(jié)合域所特性介導的多種模式結(jié)合域經(jīng)多重相互作用極大地拓展了細胞內(nèi)信號網(wǎng)絡(luò)的多樣性。細胞內(nèi)信號蛋白復合物的裝配細胞內(nèi)信號蛋白復合物的形成是信號蛋白相互作用的結(jié)果是實現(xiàn)細胞表面受體所介導的各種細胞內(nèi)信號通路的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。概括起來，細胞內(nèi)信號蛋白復合物的裝配可能有三種不同策略：①細胞表面受體和某些細胞內(nèi)信號蛋白通過與大的支架蛋白結(jié)合預先形成細胞內(nèi)信號復合物當受體結(jié)合胞外信號被激活后，再依次激活細胞內(nèi)信號蛋白并向下游傳遞。②表面受體結(jié)合胞外信號被激活后，受體胞內(nèi)段多個氨基酸殘基位點發(fā)生自磷酸化作用，從而為細胞內(nèi)不同信號蛋白提供錨定位點，形成短暫的信號轉(zhuǎn)導復合物分別介導可能不同的下游事件。③受體結(jié)合胞外信號被激活后，在臨近質(zhì)膜上形成修飾的肌醇磷脂分子，從而摹集具有PH結(jié)構(gòu)域的信號蛋白，裝配形成信號復合物。信號傳導系統(tǒng)的主要特性①特異性：細胞受體與胞外配體通過結(jié)構(gòu)互補機制以非共價鍵結(jié)合，形成復合物。②放大效應：信號傳遞至胞內(nèi)效應器蛋白，引起細胞內(nèi)信號放大的級聯(lián)反應。③網(wǎng)絡(luò)化與反饋調(diào)節(jié)機制：細胞信號網(wǎng)絡(luò)化的相互作用是u細胞生命活動的重要特征。④整合作用多細胞生物的每個細胞都處于細胞社會環(huán)境之中，大量的信息以不同組合的方式調(diào)節(jié)細胞的行為。二細胞內(nèi)受體介導的信號傳遞①細胞內(nèi)內(nèi)核受體及其對基因表達的調(diào)節(jié)細胞內(nèi)受體超家族的本質(zhì)是依賴激素激活的基因調(diào)控蛋白。在細胞內(nèi)，受體會與抑制性蛋白結(jié)合形成復合物，處于非活化狀態(tài)。當信號分子與受體結(jié)合，將導致抑制性蛋白解離，使受體暴露它的DNA結(jié)合位點而被激活。因此，這類受體一般都含有三個功能域：C端的結(jié)構(gòu)域是激素的結(jié)合位點，中部是DNA或Hsp90的結(jié)合位點，N端是轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。②NO進入靶細胞直接與信號結(jié)合NO是一種具有自由基性質(zhì)的脂溶性信號分子，可透過細胞膜相互擴散作用臨近靶細胞發(fā)揮作用。NO由內(nèi)皮或神經(jīng)細胞生成，作用的主要機制是激活吧靶細胞內(nèi)具有鳥氨酸環(huán)化酶活性的NO受體，改變了酶的構(gòu)象，導致酶活性的增強和cGMP水平增高。cGMP的作用是通過cGMP依賴的蛋白激酶G活化，抑制肌動-肌球蛋白復合物的信號通路，導致血管平滑肌舒張。三G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號傳導①G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)與激活G蛋白是細胞內(nèi)信號傳導途徑中起著重要作用的GTP結(jié)合蛋白，由α，β，γ三個不同亞基組成。激素與激素受體結(jié)合誘導GTP跟G蛋白結(jié)合的GDP進行交換結(jié)果激活位于信號傳導途徑中下游的腺苷酸環(huán)化酶。G蛋白將細胞外的第一信使腎上腺素等激素和細胞內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶催化的腺苷酸環(huán)化生成的第二信使cAMP聯(lián)系起來。G蛋白具有內(nèi)源GTP酶活性。②G蛋白偶聯(lián)受體介導的細胞信號通路激活離子通道的G蛋白偶聯(lián)受體所介導的信號通路當受體與配體結(jié)合后，通過偶聯(lián)G蛋白的分子開關(guān)作用，調(diào)節(jié)離子通道的開啟與關(guān)閉，進而調(diào)節(jié)靶細胞的活性。1

心肌細胞上M乙酰膽堿受體激活G蛋白開啟K離子通道2Gt蛋白偶聯(lián)的光敏感受體的活化誘發(fā)cGMP門控陽離子通道的關(guān)閉1光吸收產(chǎn)生激活的視蛋白。2活化視蛋白與無活性的GDP-Gt三聚體，引發(fā)GDP被GTP置換。3三聚體蛋白解離出游離的Gta。4Gta與cGMP磷酸二酯酶（PDE)抑制性γ亞基結(jié)合導致PDE活化。5PDE的催化性α和β亞基解離，促使cGMP轉(zhuǎn)換成GMP。6cGMP濃度降低，導致其從離子通道上解離，致使陽離子通道關(guān)閉。激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶的G蛋白偶聯(lián)受體在普遍的信號通路中，Ga的首要效應酶為腺苷酸環(huán)化酶，通過其活性的變化來調(diào)節(jié)cAMP的水平，。進而影響通路的下游事件。在以cAMP為第二信使的信號通路中，主要是通過cAMP激活蛋白酶A(PKA)所介導的。PKA全酶分子是由四個亞基組成的四聚體,其中兩個是調(diào)節(jié)亞基(regulatorysubunit,簡稱R亞基)，另兩個是催化亞基。在沒有cAMP時，以鈍化復合體形式存在。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，改變調(diào)節(jié)亞基構(gòu)象，使調(diào)節(jié)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(nèi)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(guān)基因的表達。cAMP-PKA信號通路對肝細胞和肌細胞糖原代謝的調(diào)節(jié)cAMP-PKA信號通路對真核細胞基因表達的調(diào)控三激活磷脂酶C、以IP3和DAG作為雙信使G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號通路通過G蛋白偶聯(lián)受體介導的另一條信號通路磷脂酰肌醇信號通路，其信號傳導是通過效應酶磷脂酶C完成的。在磷脂酰肌醇信號通路中胞外信號分子與細胞表面G蛋白耦聯(lián)型受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C（PLC-β），使質(zhì)膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）兩個第二信使，胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，這一信號系統(tǒng)又稱為“雙信使系統(tǒng)”IP3與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3配體門鈣通道結(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。DG結(jié)合于質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的蛋白激酶C（PKC）。PKC以非活性形式分布于細胞溶質(zhì)中，當細胞接受刺激，產(chǎn)生IP3，使Ca2+濃度升高，PKC便轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DG活化，PKC可以使蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化是不同的細胞產(chǎn)生不同的反應。①IP3-Ca離子信號通路與鈣火花鈣火花的直徑約2μm，體積8fL。在短短的10ms內(nèi)，細胞中某一微區(qū)Ca2+探針Fluo-