【細胞生物學】細胞通訊1

1、1,2,鈣粘著蛋白,免疫球蛋白超家族,整聯(lián)蛋白,選擇蛋白,3,黏著連接,緊密連接,間隙連接,橋粒,4,CHAPTER 5 細胞通訊,5,OUTLINE,5.1 細胞通訊的基本特點 5.2 信號分子 5.3 受體 5.4 cAMP 信號轉(zhuǎn)導途徑 5.5 磷脂酰肌醇信號轉(zhuǎn)導途徑 5.6 酶連受體信號轉(zhuǎn)導 5.7 信號的整合與終止,6,Cell Communication,7,細胞通訊的途徑與方式,酶活性的變化 基因表達的變化 細胞骨架構(gòu)型 通透性的變化 DNA合成活性的變化 細胞死亡程序的變化等。,胞外配體,細胞骨架,細胞連接,胞外基質(zhì),8,5.1 細胞通訊的基本特點,細胞通訊的一般過程和所引起的

2、反應 一般過程 識別 信號分子 受體蛋白 信號傳導：強調(diào)信號的產(chǎn)生和細胞間傳送。 信號轉(zhuǎn)導：強調(diào)接受、轉(zhuǎn)換的方式和結(jié)果。,信號發(fā)出細胞,信號分子,受體,靶細胞,9,細胞通訊的兩種方式,通訊連接：間隙連接和胞間連絲 分泌的信號 細胞表面的信號,10,細胞信號轉(zhuǎn)導的基本特點 信號轉(zhuǎn)換 逐級放大 通過構(gòu)像的改變 在信號轉(zhuǎn)導途徑中，上游蛋白對下游蛋白活性的改變主要是通過添加或除去磷酸基團進行的。,胞內(nèi)的保守蛋白,GTPase： 三體G蛋白， 單體G蛋白（Ras） 激酶和磷酸酶,11,12,細胞通訊的作用,13,細胞的兩種效應,14,5.2 信號分子,信號分子及類型 概念 化學分子 非營養(yǎng)物 非能源物質(zhì)

3、 非結(jié)構(gòu)物質(zhì) 不是酶 是用來在細胞間和細胞內(nèi)傳遞信息的分子 蛋白質(zhì)、多肽、核苷酸、脂類衍生物、類固醇和氣體分子,15,信號分子的類型及傳導方式,激素 內(nèi)分泌細胞（如腎上腺、睪丸、卵巢、胰腺、甲狀腺、甲狀旁腺和垂體）合成的化學信號分子，經(jīng)血液循環(huán)運送到體內(nèi)各部位的靶細胞。 主要有3種：蛋白與肽類激素、類固醇激素、氨基酸衍生物。,16,局部化學介質(zhì)與旁分泌(paracrine) 細胞分泌化學介質(zhì)(local chemical mediator)到細胞外液中作用于鄰近靶細胞。 蛋白質(zhì)和肽類（生長因子）、氨基酸和脂肪酸衍生物（前列腺素）。,17,自分泌(autocrine) 是指細胞對自身產(chǎn)生的物質(zhì)發(fā)

4、生反應, 常見于病理條件下, 如肝細胞合成的釋放生長因子, 可以刺激自身, 導致腫瘤細胞增生, 失去控制。這種信號中最主要的一類是前列腺素(PG)。,18,神經(jīng)遞質(zhì) 神經(jīng)遞質(zhì)是由神經(jīng)末梢分泌到觸突(synapses)中的信號分子（乙酰膽堿）； 它們在進入靶細胞之前，觸突必需同靶細胞挨得很近很近； 為了引起鄰近靶細胞的反應，還必需產(chǎn)生電信號。神經(jīng)遞質(zhì)僅作用于相連接的靶細胞。,腎上腺素兼有神經(jīng)遞質(zhì)和旁分泌的功能,19,20,5.3 受體,一般特性 概念： 與配體結(jié)合并產(chǎn)生特定效應的蛋白質(zhì) 統(tǒng)稱為受體。 存在部位： 膜表面受體 胞內(nèi)受體 膜受體的主要功能是: 接受信號，傳導信號,21,胞內(nèi)受體的結(jié)構(gòu)

5、,22,三種類型的細胞表面受體,離子通道偶聯(lián)受體(ion-channel linked receptor),G-蛋白偶聯(lián)受體(G-protein linked receptor),酶聯(lián)受體(enzyme-linked receptor),23,Ion-channel linked receptor,見于可興奮細胞間的突觸信號傳遞，產(chǎn)生一種電效應。 受體本身就是形成通道的跨膜蛋白，如乙酰膽堿受體就是離子通道偶聯(lián)受體。 它們多為數(shù)個亞基組成的寡聚體蛋白, 除有配體結(jié)合部位外, 本身就是離子通道的一部分, 并籍此將信號傳遞至細胞內(nèi)。,24,乙酰膽堿受體與信號傳遞,25,乙酰膽堿受體,銀環(huán)蛇毒素,26

6、,G-蛋白偶聯(lián)受體 G-蛋白偶聯(lián)受體是最大的一類細胞表面受體，超過1000種。 它們介導許多細胞外信號的轉(zhuǎn)導，包括激素、局部介質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)。 G蛋白偶聯(lián)受體主要參與味道、氣味和光的感受。,27,7次跨膜的 螺旋 信號分子誘導構(gòu)型變化，激活細胞膜內(nèi)側(cè)的G-蛋白。 G-蛋白激活后，與G-蛋白偶聯(lián)受體分離，進一步作用于靶酶或離子通道。 進化保守。,28,G-蛋白: 組成: 一般由三個亞基組成, 分別叫、, 、兩亞基通常緊密結(jié)合在一起, 只有在蛋白變性時才分開。 功能位點: 亞基具有三個功能位點：GTP結(jié)合位點; 鳥苷三磷酸水解酶(GTPase)活性; ADP-核糖化位點。,29,G蛋白偶聯(lián)受體與信號

7、轉(zhuǎn)導,30,G蛋白與信號傳遞,31,酶聯(lián)受體(enzyme linked receptor) 受體蛋白既是受體又是酶，一旦被配體激活即具有酶活性并將信號放大，又稱催化受體(catalytic receptor)。 這類受體傳導的信號主要與細胞生長、分裂有關(guān)。,32,酶聯(lián)受體,心房肽,表皮生長因子,第二信使(second messenger) 信號分子與受體結(jié)合后向胞內(nèi)進行信號轉(zhuǎn)導，通常把細胞外的信號稱為第一信使，而把細胞內(nèi)產(chǎn)生的非蛋白信號物質(zhì)稱為第二信使。 目前公認的第二信使有cAMP、DAG、IP3、cGMP 和Ca2+。,34,效應物(effector) 接收信息后能夠直接引起反應效應的物

8、質(zhì)，通常是酶； 如腺苷酸環(huán)化酶在信號轉(zhuǎn)導中能夠?qū)TP轉(zhuǎn)變成cAMP引起細胞內(nèi)的反應。,35,cAMP的產(chǎn)生,36,NO氣體分子介導的信號轉(zhuǎn)導,一氧化氮是有毒、可溶性的氣體，產(chǎn)自精氨酸，在一些組織中作為局部介質(zhì)起作用。NO能夠引起血管壁的平滑肌細胞松弛，血液流通順暢。 旁分泌信號，存在于神經(jīng)、免疫和循環(huán)系統(tǒng)。 擴散進入細胞，不必通過跨膜受體轉(zhuǎn)運，不同于類固醇分子。,37,一氧化氮的信號作用,38,夜寧新Niteworks,是目前為止只有這個產(chǎn)品是全世界唯一的能預防心腦血管疾病的食品.,39,5.4 cAMP 信號途徑,cAMP信號途徑又稱PKA系統(tǒng)，是蛋白激酶A系統(tǒng)的簡稱(protein ki

9、nase A system, PKA)； 該系統(tǒng)屬G蛋白偶聯(lián)受體信號傳導； 在該系統(tǒng)中, 細胞外信號要被轉(zhuǎn)換成第二信使cAMP引起細胞反應。,40,激活型 激活型的信號激活型的受體激活型的G蛋白腺苷酸環(huán)化酶活性;從而提高cAMP的濃度引起細胞的反應。 抑制型 抑制型的信號抑制型的受體抑制型的G蛋白腺苷酸環(huán)化酶活性；從而降低cAMP的濃度引起細胞的反應。,41,5.4.1 系統(tǒng)組成,激活型的系統(tǒng)組成 激活型受體(Stimulate Receptor, Rs) 腎上腺素(型)受體, 胰高血糖素受體等 此類受體都是7次跨膜的膜整合蛋白。 激活型的G-蛋白 將受體接收的信號傳遞給腺苷酸環(huán)化酶，使該酶激

10、活。 效應物 腺苷酸環(huán)化酶,42,受體、G蛋白和效應物,43,該系統(tǒng)中三個成員存在的實驗證據(jù) 通過細胞融合實驗證明受體與腺苷酸環(huán)化酶是兩種不同的蛋白質(zhì)； 高效信號轉(zhuǎn)導需要G蛋白的存在； GTP可增強激素對腺苷酸環(huán)化酶的激發(fā),44,證明G蛋白作用的實驗,45,抑制型的系統(tǒng)組成 抑制型受體(Inhibite Receptor, Ri) 抑制型的受體(Ri)通過Gi抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性,降低膜內(nèi)cAMP的水平。 抑制型G蛋白(Gi-proteins) 抑制型的GTP結(jié)合蛋白傳遞抑制性信號,降低腺苷酸環(huán)化酶的活性。 效應物腺苷酸環(huán)化酶。,46,激活型與抑制型受體進行信號傳導的效應,47,5.4.2

11、cAMP信號途徑,cAMP的產(chǎn)生與信號放大 cAMP的產(chǎn)生 cAMP的信號放大,48,G-蛋白偶聯(lián)受體與cAMP的產(chǎn)生,49,信號放大: 蛋白激酶A的激活 結(jié)構(gòu)： PKA: 2個調(diào)節(jié)亞基和2個催化亞基。 激活: cAMP 連接2個調(diào)節(jié)亞基，導致2個調(diào)節(jié)亞基和2個催化亞基分離，2個分離的催化亞基具有酶活性，可使靶酶的絲氨酸殘基磷酸化，糖原分解。,50,蛋白激酶A的激活,51,蛋白激酶A的作用機理,被激活的蛋白激酶A可以以兩種方式起作用: 2個分離的催化亞基具有酶活性，可使靶酶的絲氨酸殘基磷酸化，激活糖原分解的酶。 PKA還可以轉(zhuǎn)移到細胞核中磷酸化某些重要的核蛋白，其中主要是CREB（cAMP r

12、esponse element）, 激活糖異生有關(guān)的酶。,52,PKA的胞質(zhì)和核功能,?,53,The free catalytic subunit of protein kinase A translocates to the nucleus and phosphorylates the transcription factor CREB (CRE-binding protein), leading to expression of cAMP-inducible genes.,54,5.4.3 cAMP途徑的信號 解除和抑制,信號解除 通過磷酸二酯酶將cAMP降解,形成5-AMP； 通過抑制型的信號作用于Ri, 然后通過Gi起作用。,55,cAMP的合成與分解,56,cAMP信號的抑制,57,毒素對cAMP信號途徑的影響 霍亂毒素(cholera toxin) 能把NAD+上的NAD-核糖轉(zhuǎn)移到Gs蛋