細胞信息轉導生物化學與分子生物學教研室6ppt課件

1、生物化學與分子生物學教研室生物化學與分子生物學教研室 朱利娜朱利娜Cell Communication and Signal Transductionl 信息物質信息物質l 受體受體l 信息的轉導途徑信息的轉導途徑l 信息轉導途徑的交互聯(lián)絡信息轉導途徑的交互聯(lián)絡l 信息轉導與疾病信息轉導與疾病細胞間信息物質細胞間信息物質細胞內信息分子細胞內信息分子膜受體介導膜受體介導 胞內受體介導胞內受體介導l 膜受體介導的信息傳送膜受體介導的信息傳送l (一一) cAMP-蛋白激酶途徑蛋白激酶途徑 l (二二) Ca2+-依賴性蛋白激依賴性蛋白激酶途徑酶途徑 l (三三) cGMP-蛋白激酶途徑蛋白激酶途徑

2、 l (四四) 酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶 途徑途徑l (五五) 核因子核因子B途徑途徑 l (六六) TGF-b途徑途徑l 胞內受體介導的信息傳送胞內受體介導的信息傳送l cAMP的生成與分解的生成與分解胰高血糖素、腎上腺素胰高血糖素、腎上腺素促腎上腺皮質激素促腎上腺皮質激素 靶細胞質膜上的特異性受體靶細胞質膜上的特異性受體G蛋白蛋白(Gs)腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶(AC) ATPcAMP 5-AMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶胰島素等胰島素等G蛋白蛋白(Gi)NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATPACPPiNOCH2

3、OOHOHNNNNH2POOHOHAMPPDEH2O磷酸二酯酶磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase,AC)l cAMP的作用機制的作用機制 cAMP 對細胞的調理作用是經(jīng)過激活對細胞的調理作用是經(jīng)過激活cAMP 依賴性蛋白激酶依賴性蛋白激酶(蛋白激酶蛋白激酶A, PKA)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。系統(tǒng)來實現(xiàn)的。C CC CRR+ 4 cAMPCC+RRcAMPcAMPcAMPcAMPl PKA的作用的作用l 1對代謝的調理作用對代謝的調理作用l PKA催化代謝酶磷酸化，經(jīng)過共價修飾作用催化代謝酶磷酸化，經(jīng)過共價修飾作用調理酶

4、的活性，從而調理物質代謝調理酶的活性，從而調理物質代謝l 2對基因表達的調理作用對基因表達的調理作用l PKA催化催化CREB中特定的絲中特定的絲/蘇氨酸殘基磷酸蘇氨酸殘基磷酸化，使化，使CREB構成同源二聚體，與構成同源二聚體，與DNA上的上的CRE結合，從而激活受結合，從而激活受CRE調控的基因轉錄。調控的基因轉錄。GsACATPcAMPCCRRCC 蛋蛋 白白 磷磷 酸酸 化化RR 2 cAMP2 cAMPCREBNPi Pi Pi 轉錄活化域轉錄活化域DNA結合域結合域細胞膜細胞膜核核 膜膜構造基因構造基因細細胞胞核核PiPiDNA蛋白質PiPi核膜核膜PKA對基因表達的調理作用對基因

5、表達的調理作用底物蛋白底物蛋白磷酸化的后果磷酸化的后果生理意義生理意義組蛋白組蛋白失去對轉錄的阻遏作用失去對轉錄的阻遏作用加速轉錄，促進蛋白質加速轉錄，促進蛋白質的合成的合成核中酸性蛋白質核中酸性蛋白質加速轉錄加速轉錄加速轉錄，促進蛋白質加速轉錄，促進蛋白質的合成的合成核蛋白體蛋白核蛋白體蛋白加速翻譯加速翻譯促進蛋白質的合成促進蛋白質的合成細胞膜蛋白細胞膜蛋白膜蛋白構象及功能改變膜蛋白構象及功能改變改變膜對水及離子的通改變膜對水及離子的通透性透性微管蛋白微管蛋白構象和功能改變構象和功能改變影響細胞分泌影響細胞分泌心肌肌原蛋白心肌肌原蛋白易與易與Ca2+結合結合加強心肌收縮加強心肌收縮心肌肌漿網(wǎng)

6、膜蛋白心肌肌漿網(wǎng)膜蛋白 加速加速Ca2+攝入肌漿網(wǎng)攝入肌漿網(wǎng)加速肌纖維舒張加速肌纖維舒張腎上腺素能腎上腺素能受體蛋受體蛋白白影響受體功能影響受體功能脫敏化及下調脫敏化及下調l Ca2+-磷脂依賴性蛋白激酶途徑磷脂依賴性蛋白激酶途徑 促甲狀腺素釋放激素、促甲狀腺素釋放激素、 去甲腎上腺素、抗利尿激素去甲腎上腺素、抗利尿激素 靶細胞質膜上的特異性受體靶細胞質膜上的特異性受體G蛋白蛋白(Gp) 磷脂酰肌醇特異性磷脂酶磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C(PI-PLC) 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇4,5-二磷酸二磷酸(PIP2) IP3+ DAG DAG，IP3的生物合成的生物合成 DAG生成后仍留在質膜上，在磷脂酰絲

7、氨生成后仍留在質膜上，在磷脂酰絲氨酸和酸和Ca2+的配合下，激活蛋白激酶的配合下，激活蛋白激酶CPKC。 IP3生成后，從膜上分散至胞漿中與內質網(wǎng)生成后，從膜上分散至胞漿中與內質網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結合，從而促進這些鈣儲庫和肌漿網(wǎng)上的受體結合，從而促進這些鈣儲庫內的內的Ca2+迅速釋放，使胞漿內迅速釋放，使胞漿內Ca2+濃度升高。濃度升高。在在DAG和膜磷脂共同誘導下，和膜磷脂共同誘導下，PKC被激活。被激活。 l PKC的構造與生理功能的構造與生理功能l 1PKC的構造與分型的構造與分型l 其氨基酸序列有四個保守區(qū)其氨基酸序列有四個保守區(qū)C1、C2、C3、C4 )和可變區(qū)，分為調理構造域和可變

8、區(qū)，分為調理構造域和催化構造域。和催化構造域。C1：富含：富含 Cys，DAG、ATP結合部位結合部位C2：Ca2+ 結合部位結合部位 調理調理 構造域構造域C3：ATP 結合部位結合部位C4：結合底物并進展磷酸化轉移的場：結合底物并進展磷酸化轉移的場所所 催化催化 構造域構造域2PKC的生理功能的生理功能 對代謝的調理作用對代謝的調理作用 催化一系列靶蛋白的絲催化一系列靶蛋白的絲/蘇氨酸殘基蘇氨酸殘基 磷酸化而改動功能蛋白的活性和性質。磷酸化而改動功能蛋白的活性和性質。 靶蛋白包括質膜受體、膜蛋白和多種靶蛋白包括質膜受體、膜蛋白和多種 酶，從而影響細胞內信息的傳送，啟動一酶，從而影響細胞內信

9、息的傳送，啟動一 系列生理、生化反響。系列生理、生化反響。v 對基因表達的調理作用對基因表達的調理作用v 早期反響：磷酸化立早基因早期反響：磷酸化立早基因(immediate-early gene)v 的反式作用因子，加速立早基因的反式作用因子，加速立早基因v 表達，合成第三信使。表達，合成第三信使。v 晚期反響：第三信使受磷酸化修飾后，最終晚期反響：第三信使受磷酸化修飾后，最終v 活化晚期反響基因并導致細胞增生活化晚期反響基因并導致細胞增生v 或核型變化。或核型變化。PKC 對基因的早期活化和晚期活化對基因的早期活化和晚期活化lCa2+-鈣調蛋白鈣調蛋白CAM依賴性蛋白激酶途徑依賴性蛋白激酶

10、途徑 Ca2+濃度濃度10-2 mmol/LCa2+與與CaM結結合合Ca2+-CaM激激酶酶磷酸化蛋白質的絲磷酸化蛋白質的絲/ /蘇氨酸殘基蘇氨酸殘基激活功能蛋白或使之失活激活功能蛋白或使之失活信息分子信息分子靶細胞膜受體靶細胞膜受體/胞內可溶性受體胞內可溶性受體鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶(GC) GTPcGMP cGMP依賴性蛋白激酶依賴性蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶G 有關蛋白或有關酶類的有關蛋白或有關酶類的絲絲/蘇氨酸殘基磷酸化蘇氨酸殘基磷酸化使有關蛋白或酶類的絲、蘇氨酸殘基磷酸化使有關蛋白或酶類的絲、蘇氨酸殘基磷酸化PKG的功能的功能NOGCPKG 蛋白質磷酸化蛋白質磷酸化GCGTPcGM

11、P激素激素R胞胞 膜膜* 生理效應：如心鈉素、生理效應：如心鈉素、NO舒張血管平滑肌。舒張血管平滑肌。可溶性可溶性受體受體l酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶(tyrosine-protein kinase, TPK )l 1受體型受體型TPK：l 催化型受體，位于細胞質膜上。當與配催化型受體，位于細胞質膜上。當與配體結合后，大多數(shù)發(fā)生二聚化而被激活，本身體結合后，大多數(shù)發(fā)生二聚化而被激活，本身磷酸化磷酸化l 2非受體型非受體型TPK：l 位于胞漿中，常與非催化型受體偶聯(lián)而位于胞漿中，常與非催化型受體偶聯(lián)而發(fā)揚作用。發(fā)揚作用。1. 受體型受體型TPK-Ras-MAPK途徑途徑 組成：催化性受體，組成

12、：催化性受體，GRB2, SOS, Ras蛋白蛋白, Raf蛋白，蛋白，MAPK系統(tǒng)系統(tǒng)GRB2 (growth factor receptor bound protein 2)： 接頭蛋白，含有接頭蛋白，含有SH2和和SH3構造域構造域SOS (son of sevenless)：富含脯氨酸，可與：富含脯氨酸，可與SH3結合；結合；并具有核苷酸轉移酶活性，促使并具有核苷酸轉移酶活性，促使Ras的的GDP換成換成GTPRas蛋白：原癌基因產(chǎn)物，類似于蛋白：原癌基因產(chǎn)物，類似于G蛋白的蛋白的G亞基亞基Raf蛋白：具有絲蛋白：具有絲/蘇氨酸蛋白激酶活性蘇氨酸蛋白激酶活性MAPK (mitogen-

13、activated protein kinase)系統(tǒng)系統(tǒng)細胞外信號細胞外信號 催化型受體催化型受體 本身磷酸化，并磷酸化本身磷酸化，并磷酸化中介分子中介分子GRB2和和SOS 激活激活Ras蛋白蛋白(Ras-GTP) 活化活化Raf蛋白蛋白(絲氨酸絲氨酸/蘇氨酸激酶活性蘇氨酸激酶活性) 激活有絲分裂原蛋白激酶系統(tǒng)激活有絲分裂原蛋白激酶系統(tǒng)mitogen-activated kinase, MAPK MAPK系統(tǒng)包括系統(tǒng)包括MAPK，MAPK激酶激酶MAPKK和和MAPKK激酶激酶MAPKKK，它們是一組酶兼底物的蛋白分子。其中它們是一組酶兼底物的蛋白分子。其中MAPK可催化細胞核內許多反式作

14、用因子的可催化細胞核內許多反式作用因子的絲絲/蘇氨酸殘基磷酸化，導致基因轉錄或封鎖。蘇氨酸殘基磷酸化，導致基因轉錄或封鎖。 受體型受體型TPK活化后還可經(jīng)過腺苷酸環(huán)化活化后還可經(jīng)過腺苷酸環(huán)化酶、多種磷脂酶等發(fā)揚調控基因表達的作用。酶、多種磷脂酶等發(fā)揚調控基因表達的作用。 細胞外信號細胞外信號EGFEGF、PDGFPDGF等等具具TPK活性的受體活性的受體GRB2PSOSPRas-GTPPRaf調理其他蛋白活性調理其他蛋白活性MAPKKPMAPKKKP細細胞胞核核P反式作用因子反式作用因子調控基因表達調控基因表達細細胞胞膜膜二聚化二聚化MAPKP2. JAKs-STAT途徑途徑 配體配體非催化型

15、受體非催化型受體活化活化JAKs激活激活STAT調理基因轉錄調理基因轉錄* 非催化性受體非催化性受體* JAKs (janus kinases)* 信號轉導子和轉錄激動子信號轉導子和轉錄激動子 (signal transductors and activators of transcription ，STAT)組成組成干擾素激活干擾素激活JAK、STAT，并，并誘導誘導STAT復合體核內轉移及復合體核內轉移及調理基因轉錄機制調理基因轉錄機制 核因子核因子Bnuclear factor-B, NF-B體體系主要涉及機體防御反響、組織損傷和應激、系主要涉及機體防御反響、組織損傷和應激、細胞分化和凋

16、亡以及腫瘤生長抑制過程的信息細胞分化和凋亡以及腫瘤生長抑制過程的信息傳送。傳送。 NF-B在胞漿內可與抑制性蛋白質包括在胞漿內可與抑制性蛋白質包括I B、I B、Bcl-3等結合構成無活性的復合等結合構成無活性的復合物，而抑制性蛋白被磷酸化后其構象發(fā)生改動物，而抑制性蛋白被磷酸化后其構象發(fā)生改動而從而從NF-B零落，零落， NF-B得以活化得以活化 五核因子五核因子B途徑途徑腫瘤壞死因子腫瘤壞死因子(TNF)相應受體相應受體第二信使第二信使Cer等等 磷酸化抑制性蛋白磷酸化抑制性蛋白抑制性蛋白質構象改動而從抑制性蛋白質構象改動而從NF-B零落，零落，NF-B活化活化 進入細胞核，構成環(huán)狀構造與

17、進入細胞核，構成環(huán)狀構造與DNA接接觸，并啟動或抑制有關基因的轉錄。觸，并啟動或抑制有關基因的轉錄。 PKC，PKA等等病毒感染、脂多糖、病毒感染、脂多糖、活性氧中間體、佛活性氧中間體、佛波酯、雙鏈波酯、雙鏈RNARNA等等NF- B的激活過程表示圖的激活過程表示圖六六TGF-途徑途徑 TGF-與細胞膜外表的與細胞膜外表的TbR-結合，構成二元結合，構成二元復合物。復合物。 TbR-I不能單獨與不能單獨與TGF-自在結合。它是在自在結合。它是在TbR-與與TGF-結合構成二元復合物后，識別這個二結合構成二元復合物后，識別這個二元復合物，并與之結合構成三元復合物。在此過程中，元復合物，并與之結合

18、構成三元復合物。在此過程中， TbR-胞漿區(qū)的絲氨酸胞漿區(qū)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶構造域，可將蘇氨酸蛋白激酶構造域，可將TbR-胞漿區(qū)胞漿區(qū)GS構造域的絲氨酸構造域的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，而使蘇氨酸磷酸化，而使TbR-活化?；罨幕罨?。活化的TbR-再進一步作用于細胞內的再進一步作用于細胞內的下游分子，使下游分子，使TGF-的信號向細胞內轉導。的信號向細胞內轉導。PP SMAD家族是最早被證明的家族是最早被證明的TR-激酶的激酶的底物底物,是是Drosophila Mother against dpp (Mad)和和C elegans (Sma)兩個基因的名字的交融。兩個基因的名字的交融。 已

19、克隆出已克隆出9種種SMAD，可將其歸結成三大類，可將其歸結成三大類受體調理的受體調理的SMADs (receptor-regulated-SMAD，R-SMADs)共同的偶配體共同的偶配體SMADs (common-partner-SMAD，Co-SMADs)抑制性抑制性SMADs (inhibitory-SMAD，I-SMADs) l細胞內受體細胞內受體l 1核內受體核內受體l 2胞漿內受體胞漿內受體l經(jīng)過細胞內受體調理的激素經(jīng)過細胞內受體調理的激素1類固醇激素：類固醇激素：l 2甲狀腺素甲狀腺素T3及及T4類固醇激素類固醇激素核內受體核內受體胞漿內受體胞漿內受體 受體構象改動，受體構象改動， 暴顯露暴顯露DNA結合區(qū)結合區(qū)激素激素-受體受體 復合物二聚體復合物二聚體激素激素-受體復合物作為反式作用因子與受體復合物作為反式作用因子與DNA特異基因的激素反響元件特異基因的激素反響元件(hormone response element,HRE)結合結合 特異基因易于特異基