細(xì)胞生物學(xué)翟中和第八章

細(xì)胞生物學(xué)第八章細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第一節(jié)概述第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第三節(jié)G蛋白耦聯(lián)受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第四節(jié)酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第五節(jié)信號(hào)的整合與控制細(xì)胞生物學(xué)第一節(jié)概述一、細(xì)胞通訊細(xì)胞通訊（cellcommunication）是指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過(guò)介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞并與靶細(xì)胞相應(yīng)的受體相互作用，然后通過(guò)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過(guò)程。細(xì)胞生物學(xué)分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行通訊接觸性依賴(lài)的通訊（一）細(xì)胞通訊方式細(xì)胞生物學(xué)間隙連接實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)：通過(guò)交換小分子來(lái)實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)細(xì)胞生物學(xué)合成并釋放信號(hào)分子結(jié)合靶細(xì)胞受體激活靶細(xì)胞信號(hào)終止靶細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)運(yùn)輸信號(hào)分子細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（二）細(xì)胞的信號(hào)分子與受體1.細(xì)胞的信號(hào)分子（1）親脂性信號(hào)分子：主要代表是甾類(lèi)激素和甲狀腺素，這類(lèi)親脂性分子小、疏水性強(qiáng)，可穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞，與細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中受體結(jié)合形成激素-受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達(dá);（2）親水性信號(hào)分子：包括神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子、局部化學(xué)遞質(zhì)和大多數(shù)激素，它們不能穿過(guò)靶細(xì)胞質(zhì)膜的脂雙分子層，只能通過(guò)與靶細(xì)胞表面受體結(jié)合，再經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)。（3）氣體性信號(hào)分子(NO)細(xì)胞生物學(xué)2.受體（1）定義：受體（receptor）是一種能夠識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配基（信號(hào)分子）的大分子，當(dāng)與配基結(jié)合后，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）作用將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理的信號(hào)，以啟動(dòng)一系列過(guò)程，最終表現(xiàn)為生物學(xué)效應(yīng)。受體多為糖蛋白。（2）結(jié)構(gòu)：接受部分，效應(yīng)部分。（3）特點(diǎn)：特異性，飽和性，可逆性。（4）分類(lèi)：細(xì)胞內(nèi)受體，細(xì)胞表面受體。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞表面受體分屬三大家族細(xì)胞生物學(xué)腎上腺素，胰高血糖素蛋白磷酸酶３、第二信使與分子開(kāi)關(guān)細(xì)胞生物學(xué)激活PKA激活ER鈣通道激活PKG激活PKC細(xì)胞生物學(xué)GAPRGS–GDI細(xì)胞生物學(xué)二、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)及其特性（一）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成與信號(hào)蛋白細(xì)胞生物學(xué)(二)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)蛋白的相互作用細(xì)胞生物學(xué)(三)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的主要特性細(xì)胞生物學(xué)第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)一、細(xì)胞內(nèi)核受體及其對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)在細(xì)胞內(nèi)，受體與抑制性蛋白（如Hsp90）結(jié)合形成復(fù)合物，處于非活化狀態(tài)。當(dāng)配基（如皮質(zhì)醇）與受體結(jié)合，將導(dǎo)致抑制性蛋白從復(fù)合物上解離下來(lái)，從而受體通過(guò)暴露它的DNA結(jié)合位點(diǎn)而被激活。這類(lèi)受體一般都有3個(gè)結(jié)構(gòu)域：位于C端的激素結(jié)合位點(diǎn)，位于中部富含Cys、具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)，以及位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)甾類(lèi)激素誘導(dǎo)的基因活化分為兩個(gè)階段：（1）直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的初級(jí)反應(yīng)階段，發(fā)生迅速；（2）初級(jí)反應(yīng)的基因產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的次級(jí)反應(yīng)，對(duì)初級(jí)反應(yīng)起放大作用。細(xì)胞生物學(xué)二、NO作為氣體信號(hào)分子進(jìn)入靶細(xì)胞直接與酶結(jié)合1980年，美國(guó)科學(xué)家Furchaout在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)了一種小分子物質(zhì)，具有使血管平滑肌松弛的作用，后來(lái)被命名為血管內(nèi)皮細(xì)胞舒張因子，被確認(rèn)為是NO。1987年，Moncada等用化學(xué)方法測(cè)定了內(nèi)皮細(xì)胞釋放的物質(zhì)為NO，并據(jù)其含量，解釋其對(duì)血管平滑肌舒張的程度。1988年，Polmer等人證明，L-精氨酸(L-argi-nine,L-Arg)是合成NO的前體，是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的氣體信號(hào)分子。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第三節(jié)G蛋白耦聯(lián)受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)親水性化學(xué)信號(hào)分子（包括神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白激素、生長(zhǎng)因子等）一般不能直接進(jìn)入細(xì)胞，而是通過(guò)與細(xì)胞表面特異受體的結(jié)合，進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)繼而對(duì)靶細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)。細(xì)胞生物學(xué)一、G蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和激活１、G-蛋白:發(fā)現(xiàn)細(xì)胞生物學(xué)◆組成:

一般由三個(gè)亞基組成,分別叫α、β、γ,其中β、γ兩亞基通常緊密結(jié)合在一起,只有在蛋白變性時(shí)才分開(kāi)?！艄δ芪稽c(diǎn):

α亞基具有三個(gè)功能位點(diǎn)：①GTP結(jié)合位點(diǎn);②鳥(niǎo)苷三磷酸水解酶(GTPase)活性;③ADP-核糖化位點(diǎn)。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)２、G蛋白耦聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)細(xì)胞生物學(xué)●Thelargestfamilyofcellsurfacereceptorstransmitsignalstointracellulartargetsviatheintermediaryactionofguaninenucleotide-bindingproteinscalledGproteins.●MorethanathousandsuchGprotein-coupledreceptorshavebeenidentified,includingthereceptorsformanyneurotransmitters,neuropeptides,andpeptidehormones.●Inaddition,theGprotein-coupledreceptorfamilyincludesalargenumberofreceptorsthatareresponsibleforsmell,sight,andtaste.細(xì)胞生物學(xué)●TheGprotein-coupledreceptorsarestructurallyandfunctionallyrelatedproteinscharacterizedbysevenmembrane-spanninghelices.●ThebindingofligandstotheextracellulardomainofthesereceptorsinducesaconformationalchangethatallowsthecytosolicdomainofthereceptortobindtoaGproteinassociatedwiththeinnerfaceoftheplasmamembrane.●ThisinteractionactivatestheGprotein,whichthendissociatesfromthereceptorandcarriesthesignaltoanintracellulartarget,whichmaybeeitheranenzymeoranionchannel.細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)二、G-蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路●cAMP信號(hào)通路●磷脂酰肌醇信號(hào)通路細(xì)胞生物學(xué)（一）以cAMP信號(hào)通路為第二信使的信號(hào)通路該系統(tǒng)屬G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)傳導(dǎo)；在該系統(tǒng)中,細(xì)胞外信號(hào)要被轉(zhuǎn)換成第二信息cAMP引起細(xì)胞反應(yīng)。Gα腺苷酸環(huán)化酶細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)Mg2+或Mn2+細(xì)胞生物學(xué)激活型的系統(tǒng)組成◆激活型受體：提高膜內(nèi)cAMP的水平●腎上腺素(β型)受體,胰高血糖素受體等●此類(lèi)受體都是7次跨膜的膜整合蛋白。◆激活型的G-蛋白

將受體接收的信號(hào)傳遞給腺苷酸環(huán)化酶，使該酶激活。

◆效應(yīng)物

腺苷酸環(huán)化酶C抑制型的系統(tǒng)組成◆抑制型受體(InhibiteReceptor,Ri)抑制型的受體(Ri)通過(guò)Gi抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性,降低膜內(nèi)cAMP的水平?！粢种菩虶蛋白(Gi-proteins)

抑制型的GTP結(jié)合蛋白傳遞抑制性信號(hào),降低腺苷酸環(huán)化酶的活性?！粜?yīng)物∶腺苷酸環(huán)化酶。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）由兩個(gè)催化亞基和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成，在沒(méi)有cAMP時(shí)，以鈍化復(fù)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。活化的蛋白激酶A催化亞基可使細(xì)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(jìn)一步影響到相關(guān)基因的表達(dá)。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)毒素對(duì)cAMP信號(hào)途徑的影響◆霍亂毒素(choleratoxin)

能把NAD+上的NAD-核糖轉(zhuǎn)移到Gs蛋白的α亞基上，使G蛋白核糖化(ADP-ribosylation),這樣將抑制GTP的水解……?！舭偃湛榷舅?whoopingcouchtoxin)

作用機(jī)理同霍亂毒素相同，但是使Gi蛋白進(jìn)行ADP核糖化,其結(jié)果也是使cAMP的濃度增加。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（二）磷脂肌醇雙信使信號(hào)通路細(xì)胞生物學(xué)“雙信使系統(tǒng)”反應(yīng)鏈：細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)蛋白激酶C(ProteinkinaseC,PKC)◆PKC是鈣和磷脂依賴(lài)性酶，在未受刺激的細(xì)胞中,PKC主要分布在細(xì)胞質(zhì)中,呈非活性構(gòu)象。◆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(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。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)Ca2+的第二信使作用◆Calciumionsplayasignificantroleinaremarkablevarietyofcellularactivities,includingmusclecontraction,celldivision,secretion,endocytosis,fertilization,synaptictransmission,metabolism,andcellmovement.細(xì)胞生物學(xué)◆鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM)Eachmoleculeofcalmodulincontainsfourbindingsitesforcalcium.CalmodulindoesnothavesufficientaffinityforCa2+tobindtheioninanon-stimulatedcell.If,however,theCa2+concentrationrisesinresponsetoastimulus,theionsbindtocalmodulin,changingtheconformationoftheproteinandincreasingitsaffinityforavarietyofeffectors細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)信號(hào)的終止

IP3信號(hào)的終止是通過(guò)去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。Ca2+由質(zhì)膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交換器將抽出細(xì)胞，或由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵抽進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。DG通過(guò)兩種途徑終止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。由于DG代謝周期很短，不可能長(zhǎng)期維持PKC活性，而細(xì)胞增殖或分化行為的變化又要求PKC長(zhǎng)期活性所產(chǎn)生的效應(yīng)?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)另一種DG生成途徑，即由磷脂酶催化質(zhì)膜上的磷脂酰膽堿斷裂產(chǎn)生的DG，用來(lái)維持PKC的長(zhǎng)期效應(yīng)。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（三）G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)離子通道的調(diào)控１、離子通道耦聯(lián)受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞生物學(xué)２、G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的離子通道及其調(diào)控細(xì)胞生物學(xué)３、Gt蛋白耦聯(lián)的光受體的活化誘發(fā)cGMP-門(mén)控陽(yáng)離子通道的關(guān)閉細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第四節(jié)酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶偶聯(lián)型受體分為兩類(lèi)，其一是本身具有激酶活性，如肽類(lèi)生長(zhǎng)因子（EGF，PDGF，CSF等）受體；其二是本身沒(méi)有酶活性，但可以連接非受體酪氨酸激酶，如細(xì)胞因子受體超家族。這類(lèi)受體的共同點(diǎn)是：①通常為單次跨膜蛋白；②接受配體后發(fā)生二聚化而激活，起動(dòng)其下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。已知六類(lèi)：①酪氨酸激酶受體、②酪氨酸激酶連接的受體、③酪氨酸磷脂酶受體、④絲氨酸/蘇氨酸激酶受體⑤鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶受體、⑥酪氨酸激酶連接的受體（與細(xì)菌的趨化性有關(guān)）。細(xì)胞生物學(xué)一、受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號(hào)通路１、受體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及類(lèi)型◆結(jié)構(gòu)：跨膜區(qū)、細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域、細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域◆類(lèi)型：●表皮生長(zhǎng)因子受體(Epidermalgrowthfactor,EGF);●胰島素受體(insulinreceptor)。細(xì)胞生物學(xué)2、受體酪氨酸激酶的激活配體（如EGF）在胞外與受體結(jié)合并引起構(gòu)象變化，導(dǎo)致受體二聚化（dimerization）形成同源或異源二聚體，在二聚體內(nèi)彼此相互磷酸化胞內(nèi)段酪氨酸殘基，激活受體本身的酪氨酸蛋白激酶活性。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)3、RAS信號(hào)途徑Ras蛋白與Raf的N端結(jié)構(gòu)域結(jié)合并使其激活，Raf是絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又稱(chēng)MAPKKK）活化的Raf結(jié)合并磷酸化另一種蛋白激酶MAPKK，使其活化。MAPKK又使MAPK的蘇氨酸和酪氨酸殘基使之激活。MAPK為有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK），屬絲氨酸/蘇氨酸殘激酶。活化的MAPK進(jìn)入細(xì)胞核，可使許多轉(zhuǎn)錄因子活化，如將Elk-1激活，促進(jìn)c-fos，c-jun的表達(dá)。RPTK-Ras信號(hào)通路可概括如下：配體→RPTK→adaptor→GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→進(jìn)入細(xì)胞核→轉(zhuǎn)錄因子→基因表達(dá)。細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)SH2結(jié)構(gòu)域◆一種與磷酸化酪氨酸基元具有高親和性的結(jié)合位點(diǎn)（氨基酸序列）；sitesPhsphorylatedTyrosineServeasdockingforproteinwithSH2domains(Srchomologyregion).OtherproteinmodulessuchasSH3bindstoproline-richmotifsinintracellularproteins.細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)二、細(xì)胞表面其他酶連受體（一）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體絲氨酸/蘇氨酸激酶是單次跨膜蛋白受體，在胞內(nèi)區(qū)具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，該受體以異二聚體行使功能。主要配體是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-βs。（TGF-βs。）。家族成員，包括TGF-β1~TGF-β5，這些成員具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)與功能，對(duì)細(xì)胞具有多方面的效應(yīng)。依細(xì)胞類(lèi)型不同，可能抑制細(xì)胞增殖、刺激胞外基質(zhì)合成、刺激骨骼的形成、通過(guò)趨化性吸引細(xì)胞和作為胚胎發(fā)育過(guò)程中的誘導(dǎo)信號(hào)等。細(xì)胞生物學(xué)（二）受體酪氨酸磷酯酶受體酪氨酸磷酯酶為單次跨膜蛋白受體，受體胞內(nèi)區(qū)具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配體與受體結(jié)合激發(fā)該酶活性，使特異的胞內(nèi)信號(hào)蛋白的磷酸酪氨酸殘基去磷酸化，其作用是控制磷酸酪氨酸殘基的壽命，使靜止細(xì)胞具有較低的磷酸酪氨酸殘基的水平。細(xì)胞生物學(xué)（三）受體鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶受體鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結(jié)合部位，胞內(nèi)段為鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶催化結(jié)構(gòu)域。受體的配體心房排鈉肽（ANPs）和腦排鈉肽（BNPs）。當(dāng)血壓升高時(shí)，心房肌細(xì)胞分泌ANPs，促進(jìn)腎細(xì)胞排水、排鈉，同時(shí)導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞松弛，結(jié)果使血壓下降。介導(dǎo)ANP反應(yīng)的受體分布在腎和血管平滑肌細(xì)胞表面。ANPs與受體結(jié)合直接激活胞內(nèi)段鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性，使GTP轉(zhuǎn)化為cGMP，cGMP作為第二信使結(jié)合并激活依賴(lài)cGMP的蛋白激酶G（PKG），導(dǎo)致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化。在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中還存在可溶性的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶，它們是NO作用的靶酶，催化產(chǎn)生cGMP。細(xì)胞生物學(xué)酪氨酸激酶連接的受體為單次跨膜蛋白，不具