生物化學(xué)：第十章 細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)第十章CellCommunicationandSignalTransduction在作為生命現(xiàn)象直接完成單位的細(xì)胞中，所進(jìn)行的各種生物學(xué)反應(yīng)非常有序的進(jìn)行著，這是因?yàn)檫@一切生命活動(dòng)受神經(jīng)遞質(zhì)、激素、生長(zhǎng)因子及光熱等信號(hào)的精密地制約和調(diào)控。當(dāng)受體接受到信號(hào)后，通過一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子將其轉(zhuǎn)變成新的信號(hào)，并在細(xì)胞內(nèi)引起一系列連鎖反應(yīng)，最終產(chǎn)生各種生物學(xué)效應(yīng)。單細(xì)胞生物

——直接作出反應(yīng)多細(xì)胞生物

——通過細(xì)胞間復(fù)雜的信號(hào)傳遞系統(tǒng)來(lái)傳遞信息，從而調(diào)控機(jī)體活動(dòng)。外界環(huán)境變化時(shí)細(xì)胞信息傳遞方式①通過相鄰細(xì)胞的直接接觸②通過細(xì)胞分泌各種化學(xué)物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)其他細(xì)胞的代謝和功能具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生命活動(dòng)的化學(xué)物質(zhì)稱為信息物質(zhì)?？缒ば盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的一般步驟特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì)信息物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞與靶細(xì)胞的受體特異性結(jié)合受體對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)

第一節(jié)

信息物質(zhì)SignalMolecules

一、細(xì)胞間信息物質(zhì)（extracellularsignalmolecules）是由細(xì)胞分泌的、能夠調(diào)節(jié)靶細(xì)胞生命活動(dòng)的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。

細(xì)胞間信息物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)*蛋白質(zhì)和肽類（如生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、胰島素等）*氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲狀腺素、腎上腺素等）*類固醇激素（如糖皮質(zhì)激素、性激素等）*脂酸衍生物（如前列腺素）*氣體（如一氧化氮、一氧化碳）等根據(jù)細(xì)胞分泌和傳遞信息物質(zhì)方式的不同，又可將細(xì)胞間信息物質(zhì)分為：神經(jīng)遞質(zhì)；內(nèi)分泌激素；局部化學(xué)介質(zhì)；氣體信號(hào)。（一）神經(jīng)遞質(zhì)又稱突觸分泌信號(hào)(synapticsignal)特點(diǎn)：由神經(jīng)元細(xì)胞分泌；通過突觸間隙到達(dá)下一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞；作用時(shí)間較短。例如：乙酰膽堿、去甲腎上腺素等（二）內(nèi)分泌激素又稱內(nèi)分泌信號(hào)(endocrinesignal)特點(diǎn)：由特殊分化的內(nèi)分泌細(xì)胞分泌；通過血液循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞；大多數(shù)作用時(shí)間較長(zhǎng)。

例如：胰島素、甲狀腺素、腎上腺素等激素被分泌后，可以三種不同的方式作用于靶細(xì)胞：①內(nèi)分泌(endocrine)：激素分泌后作用較遠(yuǎn)的靶細(xì)胞，其傳遞介質(zhì)為血液。②旁分泌(paracrine)：激素分泌釋放后作用于鄰近的靶細(xì)胞，其傳遞介質(zhì)為細(xì)胞間液。③自分泌（autocrine)：激素分泌釋放后仍作用于自身細(xì)胞，其傳遞介質(zhì)為胞液。激素的作用方式：內(nèi)分泌、旁分泌、自分泌自分泌內(nèi)分泌旁分泌（三）局部化學(xué)介質(zhì)又稱旁分泌信號(hào)(paracrinesignal

特點(diǎn)：由體內(nèi)某些普通細(xì)胞分泌；不進(jìn)入血循環(huán)，通過擴(kuò)散作用到達(dá)附近的靶細(xì)胞；一般作用時(shí)間較短。例如：生長(zhǎng)因子、前列腺素等。（四）氣體信號(hào)例如：*NO合酶（NOS）通過氧化L-精氨酸的胍基而產(chǎn)生NO。*血紅素單加氧酶氧化血紅素產(chǎn)生的CO。

GASMOLECULE

二、細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì)(intracellularsignalmolecules)第一信號(hào)物質(zhì)經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)刺激細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的傳遞細(xì)胞調(diào)控信號(hào)的化學(xué)物質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì)主要包括：第二信使、第三信使、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白或酶等。細(xì)胞內(nèi)信息分子化學(xué)本質(zhì)：無(wú)機(jī)離子：如Ca2+

脂類衍生物：如DAG、Cer（神經(jīng)酰胺）糖類衍生物：如IP3（三磷酸肌醇）核苷酸：如cAMP、cGMP信號(hào)蛋白分子：如Ras、Raf第三信使(thirdmessenger)負(fù)責(zé)細(xì)胞核內(nèi)外信息傳遞的物質(zhì)，是一類可與靶基因特異序列結(jié)合的核蛋白，能調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP等。第二信使(secondarymessenger)細(xì)胞間信息物質(zhì)影響細(xì)胞功能的途徑種類

信息物質(zhì)受體

引起細(xì)胞內(nèi)的變化神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿、谷氨酸、

–氨基丁酸質(zhì)膜受體影響離子通道關(guān)閉生長(zhǎng)因子胰島素樣生長(zhǎng)因子-1、表皮生長(zhǎng)因子、血小板衍生生長(zhǎng)因子質(zhì)膜受體引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，改變細(xì)胞的代謝和基因表達(dá)激素蛋白質(zhì)、多肽及氨基酸衍生物類激素類固醇激素、甲狀腺素質(zhì)膜受體胞內(nèi)受體同上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄維生素

維生素A、維生素D

胞內(nèi)受體

同上

第二節(jié)

受體Receptor能與受體呈特異性結(jié)合的生物活性分子則稱配體(ligand)。受體：是細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特異識(shí)別生物活性分子（配體）并與之結(jié)合，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)，個(gè)別是糖脂。膜受體：它們絕大部分為糖蛋白。胞內(nèi)受體：胞漿或細(xì)胞核中的受體。

它們多為DNA結(jié)合蛋白（反式作用因子）。

識(shí)別與結(jié)合：識(shí)別外源信息分子。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。即：將配體的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之成為細(xì)胞內(nèi)分子可以識(shí)別的信號(hào)，并傳遞至其它分子，引起細(xì)胞的應(yīng)答。受體的功能有三個(gè)方面：是存在于細(xì)胞質(zhì)膜上的受體，絕大部分是鑲嵌糖蛋白。多肽及蛋白質(zhì)類激素、兒茶酚胺類激素、前列腺素以及細(xì)胞因子通過這類受體進(jìn)行跨膜信號(hào)傳遞。當(dāng)配體與受體結(jié)合后，往往引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)某種化學(xué)物質(zhì)的濃度改變，由此觸發(fā)一系列的化學(xué)和生理變化。（一）膜受體(membranereceptor)膜受體分類1、環(huán)狀受體

—離子通道型受體2、七次跨膜α螺旋受體

—G蛋白偶聯(lián)性受體3、單次跨膜α螺旋受體

—酶偶聯(lián)性受體1.環(huán)狀受體——離子通道型受體

這類受體本身是離子通道，與配體結(jié)合后，通過其構(gòu)象的改變，使離子通道開或關(guān)，影響離子的通透性，激發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。某些神經(jīng)遞質(zhì)的受體屬于這類。

特點(diǎn)：

多為數(shù)個(gè)亞基組成的寡聚體蛋白；兼具受體和離子通道兩種功能；跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無(wú)需中間步驟，反應(yīng)快；受體分子構(gòu)成離子通道。受體與信號(hào)分子結(jié)合后變構(gòu)，導(dǎo)致離子通道開放或關(guān)閉，引起迅速短暫的效應(yīng)。它們的開放或關(guān)閉直接受化學(xué)配體的控制，又被稱為配體-門控受體通道（ligand-gatedreceptorchannel）。配體主要為神經(jīng)遞質(zhì)。如煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR),γ-氨基丁酸受體（GABA），谷氨酸受體等。

乙酰膽堿受體

乙酰膽堿受體結(jié)構(gòu)乙酰膽堿結(jié)合部位離子通道頂部觀側(cè)面觀乙酰膽堿受體功能模式圖離子通道受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的最終作用是導(dǎo)致了細(xì)胞膜電位改變，即通過將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)而影響細(xì)胞功能的。離子通道型受體可以是陽(yáng)離子通道，如乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺的受體；也可以是陰離子通道，如甘氨酸和γ-氨基丁酸的受體。又稱七個(gè)跨膜

螺旋受體/蛇型受體(serpentinereceptor)

這類受體與配體結(jié)合后，使G蛋白活化并觸發(fā)合成特定的生物分子即第二信使。某些神經(jīng)遞質(zhì)、激素、肽類和胺類的受體多屬于這一類。2.G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)

結(jié)構(gòu)上均為單體蛋白，氨基端位于細(xì)胞外表面，羧基端位于胞膜內(nèi)側(cè)，完整的肽鏈要反復(fù)跨膜7次。由于肽鏈反復(fù)跨膜七次，在膜外側(cè)和膜內(nèi)側(cè)形成了幾個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其膜內(nèi)側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)（第3環(huán)）可以與G蛋白相互作用，感受膜外的信號(hào)，發(fā)生相應(yīng)的改變，傳遞細(xì)胞外信息。該受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的第一步反應(yīng)都是激活G蛋白，故這類受體亦被稱為G蛋白偶聯(lián)型受體（GPCR）

G蛋白偶聯(lián)區(qū)※G蛋白

是鳥苷酸結(jié)合蛋白（guanylatebindingprotein）的簡(jiǎn)稱。是一類和GTP或GDP相結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白，由、、三個(gè)亞基組成。其中

亞基可與GTP、GDP結(jié)合，并具有GTPase活性；可激活效應(yīng)蛋白，實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。G蛋白的作用模式：

通過兩種構(gòu)象相互切換介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程；

G-GDP無(wú)活化型（無(wú)活性的三聚體）

G-GTP有活化型（有活性的單體）配體與G蛋白偶聯(lián)型受體結(jié)合，使位于膜內(nèi)側(cè)的Gα轉(zhuǎn)為與GTP結(jié)合的激活態(tài)。隨后結(jié)合的GTP被G蛋白的GTP酶水解，G蛋白又回到于GDP結(jié)合的靜息狀態(tài)。

G蛋白有兩種構(gòu)象

活化型非活化型

G

＋GTP激活態(tài)（開）

G

＋GDP失活態(tài)（關(guān)）G蛋白的分子開關(guān)作用

7次跨膜受體G

LEffectorG-proteinsSignal

G蛋白由三個(gè)亞基組成：

G

：有GTP或GDP結(jié)合位點(diǎn)、GTP酶活性、ADP核糖基化位點(diǎn)及受體和效應(yīng)器結(jié)合位點(diǎn)等。

G與G結(jié)合緊密。

RＲHACγαβGDPαGTPβγACATPcAMPG蛋白的種類及功能兩種G蛋白的作用G蛋白偶聯(lián)受體的信息傳遞途徑

激素

受體Ｇ蛋白酶

第二信使蛋白激酶酶或其他功能蛋白磷酸化

生物學(xué)效應(yīng)

小分子G蛋白(smallGprotein)

與G蛋白三聚體（100Kd）相比要小得多，因而稱為小分子量G蛋白小分子量G蛋白在多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中亦具有開關(guān)作用。第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的小分子量G蛋白是Ras只有21kD（P21蛋白/Ras蛋白）。

“小G”

位于細(xì)胞內(nèi)

只有Gα功能（如Ras

）

在將信號(hào)從細(xì)胞膜外傳遞至細(xì)胞核的過程中，Ras蛋白起著非常重要的作用。整個(gè)過程開始于生長(zhǎng)因子（如EGF或PDFG）等與各自受體的細(xì)胞外功能域結(jié)合。

3.單個(gè)跨膜

螺旋受體：此型受體一般是由均一性的多肽鏈構(gòu)成的單體或寡聚體。每個(gè)單體或亞基的跨膜

-螺旋區(qū)只有一個(gè)，通常由22~26個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，具高度疏水性。受體的細(xì)胞膜外區(qū)較大，配體即結(jié)合于此區(qū)域。受體本身是一種具有跨膜結(jié)構(gòu)的酶蛋白；化學(xué)實(shí)質(zhì)是糖蛋白，只有一個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)；整個(gè)分子分為3個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)：

胞外配體結(jié)合區(qū)中間跨膜區(qū)胞內(nèi)具有TPK活性結(jié)構(gòu)區(qū)屬于這種類型的受體有酪氨酸蛋白激酶(TPK)的廣泛參與。配體：細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、胰島素等。功能：與細(xì)胞分化、增殖、癌變等有關(guān).

結(jié)構(gòu)

胞外區(qū)：配體結(jié)合區(qū)，變異較大跨膜區(qū)：22-26個(gè)AA構(gòu)成高度疏水的

α螺旋。胞內(nèi)區(qū)：TPK功能區(qū)，可結(jié)合ATP及下游信號(hào)分子。非酪氨酸蛋白激酶受體型酪氨酸蛋白激酶受體型（催化型受體）與配體結(jié)合后，可與酪氨酸蛋白激酶偶聯(lián)而表現(xiàn)出酶活性，如生長(zhǎng)激素受體、干擾素受體。受體本身具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性，如胰島素樣生長(zhǎng)因子受體(IGF-R)，表皮生長(zhǎng)因子受體(EGF-R)?？勺陨砹姿峄部墒沟孜锢野彼釟埢姿峄?。此型受體包括：激酶插入序列EGF受體IGF-I受體PDGF受體FGF受體ⅠⅡⅢⅣ富含Cys區(qū)段免疫球蛋白樣序列TPK膜表皮生長(zhǎng)因子胰島素樣生長(zhǎng)因子1血小板衍生生成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子含TPK結(jié)構(gòu)域的受體酪氨酸蛋白激酶受體型

自身磷酸化(autophosphorylation)

當(dāng)配體與單跨膜螺旋受體結(jié)合后，催化型受體大多數(shù)發(fā)生二聚化，二聚體的酪氨酸蛋白激酶被激活，彼此使對(duì)方的某些酪氨酸殘基磷酸化，這一過程稱為自身磷酸化。該型受體與細(xì)胞的增殖、分化、分裂及癌變有關(guān)。非酪氨酸蛋白激酶受體型4.具有鳥嘌呤環(huán)化酶活性的受體：胞外胞內(nèi)膜受體可溶性受體PKHGCGC具有鳥苷酸環(huán)化酶活性的受體結(jié)構(gòu)

PKH：激酶樣結(jié)構(gòu)域

GC：鳥苷酸環(huán)化酶結(jié)構(gòu)域（二）胞內(nèi)受體(intracellularreceptor)位于細(xì)胞漿和細(xì)胞核中的受體，全部為DNA結(jié)合蛋白。胞內(nèi)受體通常為反式作用因子，當(dāng)與相應(yīng)配體結(jié)合后，能與DNA的順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。能與胞內(nèi)受體結(jié)合的信息物質(zhì)有類固醇激素、甲狀腺素、維生素D3和維甲酸等。這些激素進(jìn)入細(xì)胞以后，能與特異性受體結(jié)合形成活性復(fù)合物，作用于染色體DNA，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，從而影響細(xì)胞的物質(zhì)代謝和生理活動(dòng)。

雌激素受體的分子結(jié)構(gòu)胞內(nèi)受體通常為單體蛋白，含400~1000個(gè)氨基酸殘基，分為四個(gè)功能區(qū)域：高度可變區(qū)位于N端，具有轉(zhuǎn)錄激活功能DNA結(jié)合區(qū)位于中部，含有鋅指結(jié)構(gòu)激素結(jié)合區(qū)位于C端，結(jié)合配體或熱休克蛋白，含有核定位信號(hào)，使受體二聚化，激活轉(zhuǎn)錄鉸鏈區(qū)含有核定位信號(hào)1.高度可變區(qū)：位于受體N-端，不同受體間無(wú)同源性，具有轉(zhuǎn)錄激活作用，也是抗體結(jié)合區(qū)。2.DNA結(jié)合區(qū)：含66~68個(gè)氨基酸，富含Cys，不同受體此域有較高同源性，含有兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)，為DNA結(jié)合所必需。3.絞鏈區(qū)：為DNA結(jié)合區(qū)與配體結(jié)合區(qū)之間的段序列，可能含有與轉(zhuǎn)錄因子相互作用和受體向核內(nèi)移動(dòng)的信號(hào)。4.配體結(jié)合區(qū)：位于C-端，不同受體有30~60%的同源性，其結(jié)構(gòu)與功能最復(fù)雜，包括：與配體結(jié)合；與HSP結(jié)合；使受體二聚化和激活轉(zhuǎn)錄。受體作用的特點(diǎn)

高度特異性高度親和力可飽和性可逆性特定的作用模式具有放大效應(yīng)高度的特異性

信號(hào)分子與受體的結(jié)合類似酶于底物的結(jié)合，具有很強(qiáng)的專一性。一種信息分子到達(dá)細(xì)胞時(shí)，只作用于與之相應(yīng)的受體，如果細(xì)胞沒有相應(yīng)受體，就不會(huì)對(duì)其發(fā)生反應(yīng)。但必須指出：結(jié)合的特異性雖強(qiáng)，但是并不絕對(duì)排斥交叉結(jié)合的存在。在機(jī)體內(nèi)存在著一些不同配體共用一個(gè)受體，或一個(gè)受體可以與幾個(gè)配體相結(jié)合的現(xiàn)象。高度的親和力

受體與信號(hào)分子的親和力很高，一般高于酶與底物、抗原與抗體相互作用的親和力，從而保證了低濃度的信號(hào)分子即可充分起到調(diào)控作用?？赡嫘越Y(jié)合

受體與配體的結(jié)合是可逆的（非共價(jià)結(jié)合）。因?yàn)榧?xì)胞間通訊是一個(gè)隨時(shí)變化的過程。任何細(xì)胞接受細(xì)胞外信息，發(fā)生功能改變后，都需要迅速恢復(fù)功能狀態(tài)?？赡娼Y(jié)合是一個(gè)重要措施?？娠柡托裕柡托?yīng)）

無(wú)論膜受體或胞內(nèi)受體，其數(shù)目都是有限的。當(dāng)受體為配體所占據(jù)時(shí)，在提高配體的濃度，也不會(huì)增加細(xì)胞的效應(yīng)這也體現(xiàn)了細(xì)胞對(duì)外環(huán)境變化的自身保護(hù)作用。特定的作用模式：

在不同細(xì)胞中，受體的種類和含量分布均不同，表現(xiàn)為特定的作用模式。

三、受體活性的調(diào)節(jié)

受體的數(shù)目或與配體的結(jié)合能力是可以改變的。如果受體的數(shù)目增加或與配體的結(jié)合能力提高，則稱為向上調(diào)節(jié)（upregulation）；反之，則稱為向下調(diào)節(jié)（downregulation）。

受體活性的調(diào)節(jié)1.磷酸化與脫磷酸化作用2.膜磷脂的代謝的影響3.酶促水解作用4.Ｇ蛋白的調(diào)節(jié)第三節(jié)信息的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑SignalTransductionPathway

一、膜受體介導(dǎo)的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)cAMP-蛋白激酶A途徑（PKA途徑）–Ca2+-依賴性蛋白激酶途徑cGMP-蛋白激酶途徑

酪氨酸蛋白激酶途徑

核因子

B途徑TGF-β途徑

研究證明：細(xì)胞在應(yīng)答外界刺激時(shí)，由各種不同的蛋白激酶（PK）所引發(fā)的蛋白質(zhì)或酶的磷酸化是目前所知的最重要的信號(hào)傳遞方式。

1992年，美國(guó)華盛頓大學(xué)生物化學(xué)家Kerbs和Fisher因在蛋白質(zhì)磷酸化方面的杰出貢獻(xiàn)獲得Nobel醫(yī)學(xué)生理獎(jiǎng)。

現(xiàn)在已經(jīng)確定整個(gè)基因組內(nèi)有1%編碼蛋白激酶，調(diào)節(jié)著細(xì)胞內(nèi)成千上萬(wàn)種蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)的可逆磷酸化是一種重要的生物調(diào)節(jié)機(jī)制。

蛋白激酶種類繁多，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)800余種。這些PK大都屬于重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。

其中對(duì)細(xì)胞功能影響較大的有：

蛋白激酶A(PKA)

蛋白激酶B(PKB=Akt)

蛋白激酶G(PKG)

蛋白激酶C(PKC)

鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶（Ca2+/CaM-PK）酪氨酸蛋白激酶（TPK）絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK)

蛋白激酶C（PKC）酪氨酸蛋白激酶（TPK）絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK）

與細(xì)胞增殖、分化等密切相關(guān)

目前對(duì)蛋白激酶尚無(wú)同一的分類標(biāo)準(zhǔn)；通常根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類不同可以分為兩大類：絲氨酸／蘇氨酸型PK酪氨酸型PK絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK）

屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶；是接收膜受體轉(zhuǎn)換與傳遞的信號(hào)并將其帶入細(xì)胞核內(nèi)的一類重要分子，在多種受體信號(hào)傳遞途徑中均具有關(guān)鍵性作用.；

MAPK被激活后，可轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，在核內(nèi)它可使一些轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生磷酸化，從而改變細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的狀態(tài)。

MAPK的磷酸化與活化示意圖MAPKKKMAPKKMAPK

MAPKThrTyrThrTyrPPphosphataseoffon

目前已經(jīng)知道：MAPK參與多種細(xì)胞功能的調(diào)控，尤其在細(xì)胞增殖、分化和凋亡過程中，似乎是多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的共同作用部位。幾條主要的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑通過膜受體介導(dǎo)的主要胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（一）cAMP-蛋白激酶A(PKA)途徑

該信號(hào)系統(tǒng)是建立最早、最完善的細(xì)胞信號(hào)傳遞模型，一直作為指導(dǎo)性模式指導(dǎo)著其它信號(hào)系統(tǒng)的研究工作。

cAMP-蛋白激酶Ａ途徑胞外信號(hào)受體G蛋白ACcAMPPKA蛋白質(zhì)磷酸化生物學(xué)效應(yīng)1．信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的組成：胞外信息分子（第一信使）膜受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶(adenylatecyclase，AC)第二信使——cAMP蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)cAMP-蛋白激酶A途徑通過這一途徑傳遞信號(hào)的第一信使主要有兒茶酚胺類激素、胰高血糖素、腺垂體的激素、下丘腦激素、甲狀旁腺素、降鈣素、前列腺素等。

參與這一信息轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的受體大部分為G蛋白偶聯(lián)型膜受體。⑴胞外信息分子及其受體⑵G蛋白及其效應(yīng)酶：參與這一途徑的G蛋白主要是兩類，即激活型G蛋白（Gs）和抑制型G蛋白（Gi）。G蛋白的效應(yīng)酶主要是腺苷酸環(huán)化酶（AC），可催化第二信使cAMP的產(chǎn)生，從而將胞外的信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。

（3）第二信使：第二信使為AC催化生成的cAMP，可被磷酸二酯酶（PDE）降解為AMP而失活。cAMPATPACPPiAMPPDEH2O磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸環(huán)化酶(adenylatecyclase,AC)⑷蛋白激酶A（PKA）：是一種由四個(gè)亞基構(gòu)成的寡聚體。其中有兩個(gè)亞基為催化亞基，另兩個(gè)亞基為調(diào)節(jié)亞基。當(dāng)調(diào)節(jié)亞基與cAMP結(jié)合后發(fā)生變構(gòu)（每一調(diào)節(jié)亞基可結(jié)合兩分子cAMP），與催化亞基解聚，從而激活催化亞基。PKA可促使多種酶或蛋白質(zhì)絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化，從而酶的催化活性或蛋白質(zhì)的生理功能。

cAMP的作用機(jī)理激活cAMP依賴性蛋白激酶（PKA）cAMP的作用機(jī)理PKA的激活R調(diào)節(jié)亞基C催化亞基目錄RR（cAMP-dependentproteinkinase，PKA）R：調(diào)節(jié)亞基C：催化亞基cAMP蛋白激酶AＣＣ蛋白激酶A的激活機(jī)制（演示）+RcAMP()RRRCCC蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)P磷酸酶Mg++ATP生物效應(yīng)PKAPKA的作用

屬于Ser/Thr型蛋白激酶;PKA體內(nèi)分布廣泛，可催化多種蛋白質(zhì)或酶的磷酸化。（1）對(duì)代謝的調(diào)節(jié)作用磷酸化代謝途徑中多種限速酶，快速調(diào)節(jié)酶活性。如腎上腺素對(duì)糖原磷酸化酶的調(diào)節(jié)、胰高血糖素調(diào)節(jié)糖原分解。

腎上腺素對(duì)糖原磷酸化酶的調(diào)節(jié)作用胰高血糖素通過cAMP-PKA通路介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受cAMP調(diào)控的基因中，在其轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)有一共同的DNA序列(TGACGTCA)，稱為cAMP應(yīng)答元件(cAMPresponseelement,CRE)。可與cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白

(cAMPresponseelementboundprotein,CREB)相互作用而調(diào)節(jié)此基因的轉(zhuǎn)錄。CREB以二聚體的形式結(jié)合在特異DNA序列上，但無(wú)轉(zhuǎn)錄激活作用，

CREB的磷酸化是其活化的必要條件。(2)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用

PKA的催化亞基進(jìn)入細(xì)胞核后使CERB特定Ser（133位絲氨酸）磷酸化修飾，結(jié)果改變了CREB轉(zhuǎn)錄活化域的構(gòu)象，活性可增強(qiáng)10-20倍，從而激活基因的轉(zhuǎn)錄。

DNACRECREBPKAＰTranscriptionmRNACREBPKAＰCREBＰCREBＰＣＣＣＲＥＢＣＲＥＢ細(xì)胞核PiPiＣＲＥＢPiＣＲＥＢPi結(jié)構(gòu)基因ＣＲＥDNA蛋白質(zhì)PKA對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用（演示）GsACATPcAMPCCRRCC

底物蛋白磷酸化RR2cAMP2cAMPCREBNPiPiPi

轉(zhuǎn)錄活化域DNA結(jié)合域細(xì)胞膜核膜2．cAMP-蛋白激酶A的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過程：NCDBD配體GsACATPcAMPPKAP121，133，156CREB轉(zhuǎn)錄活化域受體

腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)的作用機(jī)制激素受體+G-GTPG-GDP腺苷酸環(huán)化酶無(wú)活性有活性ATPcAMP蛋白激酶無(wú)活性有活性酶或蛋白的磷酸化調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)基因表達(dá)cAMP-蛋白激酶A信息轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其調(diào)節(jié)作用（二）Ca2+依賴性信息轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是繼cAMP提出后動(dòng)物細(xì)胞發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)胞內(nèi)信使；長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)Ca2+作為信使作用的確切機(jī)制并不十分清楚，60年代末美籍華人張槐耀博士在動(dòng)物細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了鈣調(diào)蛋白（Calmodulin,CaM)這一Ca2+的多功能受體蛋白后，才對(duì)Ca2+作為第二信使的作用機(jī)制有了深刻認(rèn)識(shí)。細(xì)胞內(nèi)外Ca++分布及形式：

通常細(xì)胞總鈣以游離鈣（Ca2+）和結(jié)合鈣兩種形式存在，游離鈣的分布與轉(zhuǎn)移是形成Ca++信號(hào)的基礎(chǔ)。

胞內(nèi)外Ca2+分布不均；

胞外Ca2+

（5mmol/L）》胞內(nèi)Ca2+

（0.1-10μmol/L)

胞內(nèi)Ca2+分布也不均勻：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體胞內(nèi)Ca++庫(kù)（占90%）

正是由于Ca2+在細(xì)胞內(nèi)外及不同的亞細(xì)胞部位存在Ca2+濃度的差異或跨膜濃度梯度，就給細(xì)胞游離Ca2+濃度升高提供機(jī)會(huì)。

導(dǎo)致胞液游離Ca2+濃度升高的反應(yīng)有兩種：一是細(xì)胞質(zhì)膜鈣通道開放，引起胞外鈣跨膜內(nèi)流；二是細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)膜上的鈣通道開放，引起胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放。胞外信息分子及其受體G蛋白磷脂酶(PLC)甘油二酯(DAG)和三磷酸肌醇(IP3)IP3受體Ca2+鈣調(diào)蛋白(calmodulin,

CaM）依賴CaM的蛋白激酶(CaMPK)蛋白激酶C(PKC)信息轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的組成：通過此途徑傳遞信號(hào)的第一信使主要有：①激素：兒茶酚胺、血管緊張素Ⅱ、抗利尿激素、生長(zhǎng)激素等。②生長(zhǎng)因子：血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）、表皮生長(zhǎng)因子（EGF）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）、集落刺激因子（CSF）、胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）等。③神經(jīng)遞質(zhì)：乙酰膽堿、5-羥色胺等。這些胞外信息分子的受體可為G蛋白偶聯(lián)型，也可為單跨膜催化型。

⑴胞外信息分子及其受體：也是由、、三種亞基構(gòu)成的三聚體，為Gp型，其激活機(jī)制與前述G蛋白相同。⑵G蛋白：通過Gp蛋白介導(dǎo)，存在于細(xì)胞膜上的PLC

可被激活；而PLC

則是在受體的酪氨酸蛋白激酶催化下，其酪氨酸殘基被磷酸化修飾而激活。PLC激活后，可催化質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇-4,5-雙磷酸（PIP2）水解產(chǎn)生兩種第二信使，即甘油二酯（DAG）和1,4,,5-三磷酸肌醇（IP3）。⑶磷脂酶C（PLC）：IP3DAGPIP2PLCPLC催化DAG和IP3的生成⑷DAG和IP3

：DAG：在磷脂酰絲氨酸和Ca2+協(xié)同下激活PKC。IP3：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的IP3受體結(jié)合，促使細(xì)胞內(nèi)Ca2+釋放。存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)膜表面，為四聚體，其亞基的羧基端部分構(gòu)成鈣通道。當(dāng)受體與IP3結(jié)合后，受體變構(gòu)，鈣通道開放，貯存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋放進(jìn)入胞液，引起胞液中Ca2+濃度升高。⑸IP3受體與Ca2+：鈣調(diào)蛋白（calmodulin,

CaM）是一種分子量為17kD，耐熱、耐酸的蛋白質(zhì)，由148個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成。一分子的CaM可結(jié)合四分子的Ca2+。當(dāng)其與Ca2+結(jié)合后，可發(fā)生變構(gòu)，從而激活依賴CaM的蛋白激酶,再磷酸化多種功能蛋白質(zhì)的絲、蘇氨基酸殘基。⑹鈣調(diào)蛋白：CaMCaM與靶蛋白結(jié)合CaMPK是一種作用底物非常廣泛的蛋白激酶，目前已知能被該酶催化磷酸化的酶或蛋白質(zhì)達(dá)數(shù)十種。通過對(duì)這些酶或蛋白質(zhì)的磷酸化修飾，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。

⑺依賴CaM的蛋白激酶（CaMPK）：通過鈣調(diào)蛋白（ＣaM）發(fā)揮作用

存在于胞液中，可催化底物蛋白質(zhì)絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化，有12種同工酶。經(jīng)典的蛋白激酶C需在Ca2+，DAG和磷脂酰絲氨酸（PS）的存在下才能被激活。

⑻蛋白激酶C：結(jié)構(gòu)與分型：PKC的氨基酸序列有四個(gè)保守區(qū)（C1、C2、C3、C4)和可變區(qū)（Ｖ），分為調(diào)節(jié)域和催化域。C1：富含Cys，DAG、TPA結(jié)合部位C2：Ca2+

結(jié)合部位

調(diào)節(jié)域C3：ATP結(jié)合部位C4：結(jié)合底物并進(jìn)行磷酸化轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所

催化域

分類Ca2+

依賴型：，，，Ca2+

非依賴型：、、、、

調(diào)節(jié)域

催化域C1C2C3C4

，，C1C3C4

、、、

C3C4C1

②調(diào)節(jié)基因表達(dá)PKC對(duì)基因的活化分為早期反應(yīng)和晚期反應(yīng)。PKC的生理功能①調(diào)節(jié)代謝活化的PKC引起一系列靶蛋白的絲、蘇氨酸殘基磷酸化。靶蛋白包括：質(zhì)膜受體、膜蛋白和多種酶。PKC對(duì)基因的早期活化和晚期活化AP-1PKC對(duì)基因的活化2.Ca2+依賴性信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過程：酶蛋白磷酸化→物質(zhì)代謝改變離子通道蛋白磷酸化→膜通透性改變信息轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白磷酸化→信息傳遞改變轉(zhuǎn)錄因子磷酸化→基因表達(dá)改變H+RGpPLC↑PIP2DAG↑IP3↑PKC↑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)IP3受體胞液[Ca2+]↑CaM↑CaMPK↑靶酶/蛋白質(zhì)磷酸化生理效應(yīng)TPK的磷酸化PS該途徑可分為以下兩種：

Ca2+－磷脂依賴性蛋白激酶途徑

Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶途徑1.Ca2+－磷脂依賴性蛋白激酶途徑配體受體PLCPIP2IP3Ca2＋PKCDAGG蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶或功能蛋白磷酸化生物學(xué)效應(yīng)2.Ca2+－鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶途徑此信號(hào)傳遞途徑與cAMP-蛋白激酶A途徑類似，即通過激活鳥苷酸環(huán)化酶（GC），催化生成第二信使cGMP，再通過激活蛋白激酶G（PKG）而傳遞信息。目前已知心房肽（心房利鈉因子）是通過此途徑傳遞信號(hào)，可引起血管平滑肌的松弛。

NO可激活GC，從而激活該途徑。（三）cGMP-蛋白激酶G（PKG）途徑cGMP的合成和降解

GTPGCcGMPPDECa2+/Mg2+5′-GMPPPiH2OcGMP的合成和降解

GTPGＣMg2+PPicGMP

磷酸二酯酶H2OCa2+或Mg2+5′-GMP使有關(guān)蛋白或酶類的絲、蘇氨酸殘基磷酸化。PKG的功能NOGCPKG

蛋白質(zhì)磷酸化GCG蛋白GTPcGMP激素R胞膜

使有關(guān)蛋白或酶類的絲、蘇氨酸殘基磷酸化。

生物學(xué)效應(yīng)

ANP：松弛血管平滑肌、利尿利鈉、降血壓。

NO：松弛血管平滑肌、擴(kuò)張血管。PKG的功能ANPNO,CO可溶性

GCPKGcGMP受體型

GC

（四）酪氨酸蛋白激酶途徑

酪氨酸蛋白激酶（Tyrosineproteinkinase,TPK）:通過使底物蛋白中的酪氨酸殘基磷酸化而起作用。該信號(hào)系統(tǒng)建立時(shí)間不長(zhǎng)，卻是細(xì)胞信號(hào)途徑研究中最活躍的領(lǐng)域。在細(xì)胞增殖、分化過程中，酪氨酸磷酸化通常具有正向調(diào)節(jié)作用，因而TPK信號(hào)系統(tǒng)與細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖有關(guān)。許多癌基因的產(chǎn)物與此系統(tǒng)的蛋白有同源性，因而受到極大關(guān)注。

酪氨酸蛋白激酶分類受體型TPK（位于細(xì)胞質(zhì)膜上）如胰島素受體、生長(zhǎng)因子受體及原癌基因（erb-B、kit、fms等）編碼的受體。非受體型TPK（位于胞漿）如底物酶JAK和原癌基因（src、yes、ber-abl等）編碼的TPK。受體型TPK的效應(yīng)通過兩條途徑實(shí)現(xiàn)：

小分子第二信使途徑：受體型TPK活化后通過激活A(yù)C、PLC-α、磷脂酶A的作用產(chǎn)生小分子第二信使；

RTK-Ras-MAPK途徑：

一系列大分子相互作用引起的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。1.受體型TPK-Ras-MAPK途徑

受體型TPK（RTK）特點(diǎn)：

胰島素受體、許多生長(zhǎng)因子（EGF\PDGF\VEGF)受體、某些原癌基因產(chǎn)物等屬于此類，位于細(xì)胞膜。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本環(huán)節(jié)：配體與受體結(jié)合后，導(dǎo)致受體二聚化，激活受體本身的酪氨酸蛋白激酶活性，引起受體本身的酪氨酸磷酸化，即發(fā)生自身磷酸化。磷酸化的受體產(chǎn)生了可被SH2結(jié)構(gòu)域識(shí)別、結(jié)合的位點(diǎn),從而可募集含SH2結(jié)構(gòu)域的下游信號(hào)分子如接頭蛋白Grb2(growthfactorbindingprotein2,Grb2)接頭蛋白或稱銜接蛋白（adaptorprotein)接頭蛋白是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中不同信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的接頭，連接上、下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。發(fā)揮作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域。功能：募集和組織信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物，即引導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子到達(dá)并形成相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物。大部分接頭蛋白的結(jié)構(gòu)中含有2個(gè)或2個(gè)以上的蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域，如SH2結(jié)構(gòu)域、SH3結(jié)構(gòu)域。GRB2

(growthfactorreceptorboundprotein2）SH2結(jié)構(gòu)域

(srchomology2domain)

細(xì)胞內(nèi)某些連接物蛋白共有的氨基酸序列，與原癌基因src編碼的酪氨酸蛋白激酶區(qū)同源，該區(qū)域能識(shí)別磷酸化的酪氨酸殘基并與之結(jié)合。SH2SH3SH3SH3結(jié)構(gòu)域：能與富含脯氨酸的肽段結(jié)合。PH結(jié)構(gòu)域(pleckstrinhomologydomain)：識(shí)別具有磷酸化的絲氨酸和蘇氨酸的短肽，并能與G蛋白的

復(fù)合物結(jié)合,還能與帶電的磷脂結(jié)合。

SOS

(sonofsevenless)一種鳥苷酸釋放因子，富含脯氨酸，可與Ras的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合，促使GTP與GDP的交換。Ras蛋白原癌基因產(chǎn)物，類似于G蛋白的G

亞基，因其分子量小而被稱為小G蛋白。Raf蛋白

具有絲／蘇氨酸蛋白激酶活性。MAPK系統(tǒng)

(mitogen-activatedproteinkinase)包括MAPK、MAPK激酶（MAPKK）、MAPKK激酶（MAPKKK），是一組酶兼底物的蛋白分子。表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）作用機(jī)制：是一個(gè)典型的受體型PTK。信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過程：

細(xì)胞外信號(hào)EGF、PDGF等具PTK活性的受體GRB2PSOSPRas-GTPPRaf調(diào)節(jié)其他蛋白活性MAPKKMAPKPPP細(xì)胞核反式作用因子調(diào)控基因表達(dá)細(xì)胞膜二聚化受體型TPK-Ras-MAPK信息轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(演示)EGFR介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程

RTK-ras-MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑異常在腫瘤發(fā)生過程中可能起重要作用。因此人們?cè)卺槍?duì)這個(gè)途徑的某些環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)一些方法來(lái)阻斷RTK-ras-MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（PTK抑制劑），從而達(dá)到治療腫瘤的目的。2.JAKs-STAT途徑

IFN、EPO、CSF、IL-2、IL-6等，其受體分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，借助細(xì)胞內(nèi)的一類具有激酶結(jié)構(gòu)的連接蛋白JAKs（JanusKinase）完成信息轉(zhuǎn)導(dǎo)；

JAKs為非受體型酪氨酸蛋白激酶，與細(xì)胞因子結(jié)合存在，活化后使信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激動(dòng)子，STAT）發(fā)生酪氨酸磷酸化，并形成二聚體進(jìn)入核內(nèi)，其作為有活性的轉(zhuǎn)錄因子，影響相關(guān)基因的表達(dá)。

JAK(justanotherkinase或janus）kinase)胞質(zhì)內(nèi)的一類非受體型酪氨酸蛋白激酶家族已發(fā)現(xiàn)有4個(gè)成員，即JAK1、JAK2