生物信号转导 PPT课件

蛋白激酶A （PKA）
（cAMP-dependent protein kinase）
R： 调节亚基 C： 催化亚基
RC RC
PKA的激活
R
C
R C
目录
PKA（丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶）
ATP
ADP
Thr Ser
-OH
蛋白激酶
Thr Ser -O-PO32-
酶蛋白
磷酸化的 酶蛋白
目录
PKA的作用
⑴ 对代谢的调节作用
目录
受体型PTK-Ras-MAPK途径 P395
组成：催化型受体，Grb2（衔接蛋白）, SOS, Ras蛋白（低 分子量G蛋白）, Raf蛋白，MAPK系统
衔接蛋白：Grb2 (growth factor receptor bound protein 2）
SH3
SH2
SH3
SH2 域 (src homology 2 domain)
细胞内某些连接物蛋白共有的氨基酸序列，该区域能识别 磷酸化的酪氨酸残基并与之结合
目录
SOS (son of sevenless)
富含脯氨酸，可与SH3结合，促使Ras的GDP换成GTP
Ras蛋白：低分子量G蛋白，类似于G蛋白的G 亚基
Raf蛋白：具有丝／苏氨酸蛋白激酶活性 MAPK系统
包括MAPK、MAPK激酶（MAPKK）、MAPKK激酶（MAPKKK） ，是一组酶兼底物的蛋白分子。
位于N端，具有转录激活功能 含有锌指结构，结合DNA
位于C端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化， 激活转录
受体二聚化发生的部位
⑵ 相关配体 类固醇激素、甲状腺素和维A酸等
⑶ 功能 多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与DNA的顺式作

医学细胞生物学
细胞的信号转导
Ligand
Receptor
Ion channel
Receptor
Kinase
Second messenger
Transcription factor
Gene Transcription
医学细胞生物学
第一节 细胞外信号
医学细胞生物学
化 学 信 号 分 子 的 类 型
Gs：刺激性G蛋白； Rs Gi：抑制性G蛋白；Ri Gt：与激活磷酯酶C的受体偶联； Go：与控制Ca2+通道的受体偶联； Gp：与激活磷酸二酯酶的受体偶联；
医学细胞生物学
第二节 受体
• G蛋白：
Ligand GTP
ab
PLC
g
GDP
AC
医学细胞生物学
第二节 受体
医学细胞生物学
第二节 受体
• 3.酪氨酸蛋白激酶受体： • 一条单次跨膜的多肽链 • 配体结合区域为胞外区 • 胞内区具有酪氨酸激酶
后作用于 Ras蛋白、AC和多种磷脂酶等。 • 2. 非受体型PTK： • 1）具有SH2/SH3结构域，游离于胞质中 • 2）与非催化型的受体耦联 • 3）与受体结合后被激活，进一步激活下游蛋白，
如STAT转录因子家族。
医学细胞生物学
第四节 信号转导与蛋白激酶
• 三、丝氨酸/苏氨酸激酶（STK） • 通过变构激活丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化 • 磷酸化调节有放大级联效应，可逆性 • 作用底物：PKA(protein kinase A)、PKC、
神经传导、激素作用过程和感觉细胞中广 泛发挥作用
医学细胞生物学
G-protein
（Gliman和Rodbell，1994对G蛋白研究获诺贝尔奖）。

转录激活功能域
配体结合功能域
DNA-结合功能域
抑制性蛋 白
无活性的细胞核受体
辅激发蛋白
配体
受体结合序列
起始靶基因转录
精选PPT课件 激活的细胞核受体
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胞内受体介导 的信号传递过 程
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甾类激素可以诱导原初反应和次级反应；即：
A：直接诱导少数特殊基因转录的原初反应阶段；
B：基因产物再活化其他基因，产生一种延迟的次级 反应。这种反应对激素原初作用起放大效应。
a亚基上GTP水解，使该亚基本
身失活，造成和靶蛋白解离
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失活的a-亚基与bg -复合体结合
无活性G-蛋白 无活性靶蛋白
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激活G-蛋白的功能
1) 离子通道
2) 酶
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二、G-蛋白耦联受体介导的细胞信号通路 （一）以cAMP为第二信使的信号通路
1)腺苷酸 环化酶
第八章 细胞信号转导
细胞外信号分子 受体蛋白分子
细胞内信号分子
靶位蛋白
代谢类酶 基因调节蛋白 细胞骨架蛋白
代谢改变 基因表达 细胞形状
改变 精选或PP运T课动件改变
1
第一节 概述
一、细胞通讯
概念（P218)：生物体内C与C之间的联
络、识别以及信息传递，是指一个细胞发出的 信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞相 应的受体相互作用，然后通过信号转导产生胞 内一系列生理生化反应，最终表现为细胞整体 的生物学效应的过程。
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2)环化 AMP 磷酸二酯酶
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3)蛋白激酶A

Endocrine Paracrine Autocrine
4. 信号分子的种类
1、生物大分子的结构信号 2、物理信号 3、化学信号
胞外信号分子
• hormones • neurotransmitters (神经递质) • growth factors • extra-cellular matrix • metabolites • oderants • light • second messengers (slime mold-cAMP) • drugs
receptors
Catecholamines
Extracellular
Fatty acid derivatives:
molecules
Prostaglandins
Signal molecules
Effect by intracellular receptors
Steroid hormones导的四大特性
example: walking from bright sunlight into a dark room
细胞信号转导与生命活动的关系
常用的概念
Ligand （配体）– Receptor （受体）
Agonist（激动剂） Antagonist（拮抗剂） Inverse Agonist（反向激动剂）
受体与配体的关系很像酶与底物的关系，其特点：
（1）有高度的专一性 （2）有高度的亲和力 （3）非共价键可逆结合 （4）配体与受体的结合量与其生物效应成正比。
Proteins and peptides:
Effect by
Hormones, cytokines
membrane Amino acid derivatives:

信号转导要素：信号或配体, 受体, 信号放大
(产生第二信使), 应答和反馈调节
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PARTⅠ
1 Basic characteristics of signal transduction 2 Four general types of signal transducers
PARTⅡ
1 Regulatory mechanisms 2 Some diseases caused by defects in the
由于衰老和疾病，多种细胞或器官需要修复；
来源？ 伦理 (胚胎干细胞)?
干细胞分化： 根据组织局部 微环境的差异
而分化成 相应的细胞
Whether the specialisation of cells is reversible
in human?
2011年，Science 评出 本世纪前十年十大科学成就：
“发现成熟细胞可以重新编程而获得多能性”
iPS, induced pluripotent stem cell
诱导多能干细胞
中枢神经
上皮
软骨
脂肪
引入关键基因 体细胞重新编程
肌肉 畸胎瘤实验
iMice
iPS-derived mice
iPS在疾病治疗中的应用
优势 • 诱导简单，容易操作 • 可从自体细胞中获得，免
Time to flee!
脑：神经信号警告 眼：瞳孔
身体各部位，释放 放大，视
心脏：心率加速
激素激活肾上腺 野变窄来自肺：气管扩张，呼吸频率加快
肌肉：血量增加，
肌肉收缩
髓质 皮质醇
皮质
肾上腺素
去甲肾上腺素
肝脏：糖原分解，
糖被释放到血液

2、细胞表面受体：
该受体位于靶细胞膜表面，其配体为水溶性信号分 子和膜结合型信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶 性激素分子、粘附分子等）。
目录
目录
一种受体分子转换的信号，可通过 一条或多条信号转导通路进行传递。而 不同类型受体分子转换的信号，也可通 过相同的信号通路进行传递。
不同的信号转导通路之间亦可发生 交叉调控，形成复杂的信号转导网络。
信号转导通路和网络的形成是动态 过程，随着信号的种类和强弱而不断的 变化。
目录
（二）受体与配体相互作的特点
1、高度专一性 2、高度亲和力 3、可饱和性 4、可 逆 性 5、特定的作用模式
目录
三、膜受体介导的信号转导
（一）蛋白激酶A（PKA）通路
该通路以靶细胞内cAMP浓度改变和PKA 激活为主要特征。
1、细胞内信号转导分子异常激活
信号转导分子的结构发生改变，可导 致其激活并维持在活性状态。
2、细胞内信号转导分子异常失活
信号转导分子表达降低或结构改变， 可导致其失活。
目录
（三）信号转导异常可导致疾病的发生 异常的信号转导可使细胞获得异常
功能或者失去正常功能，从而导致疾 病的发生，或影响疾病的过程。许多 疾病的发生和发展都与信号转导异常 有关。
不能正常传递 持续高度激活 受体功能异常 信号转导分子功能异常
目录
（一）受体异常激活和失能
1、受体异常激活
基因突变可导致异常受体的产生， 不依赖外源信号的作用而激活细胞内 的信号通路。
2、受体异常失能
受体分子数量、结构或调节功能 发生异常，导致受体异常失能，不能 正常递信号。
目录Βιβλιοθήκη （二）信号转导分子的异常激活和失活
细胞外信号

（1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为

细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小
的脂溶性信号分子。

细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子。
（2）根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞报名受体分属 三大家族（尤凯他们详细讲述）
① 离子通道耦联受体
② G蛋白耦联受体
再有就是一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种不同的 胞外信号从而启动细胞不同生物学效应。
（4）第二信使和分子开关
第二信使：是指在胞内产生的小分子，其浓度变化应应答胞外信号 与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。（cAMP、 cGMP、Ca2+、二酰甘油DAG、1,4,5—肌醇三磷酸 IP3）
特性：
1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2、组织特异性：
由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性
和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透
功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙
连接时，连接子没有通透功能。
3、动态结构：
（二）信号分子与受体
1、信号分子：是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如各 类激素、局部介质和神经递质等，以及物理信号诸如声、光、电和 温度变化等。
亲水性和亲脂性信号分子
根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。亲水性信号分子 的主要代表是神经递质、含氮类激素(除甲状腺激素)、局部介质等， 它们不能穿过靶细胞膜，只能通过与细胞表面受体结合，再经信号转 换机制，在细胞内产生“第二信使”(如cAMP)或激活膜受体的激酶活 性(如蛋白激酶)，跨膜传递信息，以启动一系列反应而产生特定的生 物学效应。

受体具有高度特异性、高亲和力和可逆性等特征。
细胞内受体（intra cellular receptor)：存在于亚细胞 组分（如细胞核等）的受体。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞质膜上 的受体。
细胞表面受体
➢酶联受体 (enzyme-linked receptor)
细胞的信号转导过程是一个级联放大的过程。
细 胞 信 号 传 导 的 主 要 分 子 途 径
?思考题
1、名词解释： 受体，G蛋白，CaM
2、问答题 植物细胞信号转导的大致途径是怎样的?
双信号系统
ABA引起气孔关闭机理的模 型
在这个模型中， ABA与受 体（R）结合,导致了Ca2+ 的输入或Ca2+从胞内钙库 中的释放，
(1.ABA使胞外Ca2+通过 Ca2+通道进入保卫细胞 ;2.IP3激活液泡和内质网膜 上的Ca2+通道开放,向胞质 释放Ca2+)
从而使细胞质中的Ca2+浓 度升高，促进了质膜上阴离 子与K+Out通道的开放，并 抑制了K+in通道的开放。当 离开细胞的离子比进入细胞 的多时，细胞就会失水，从 而使得气孔关闭。
➢钙调素（CaM）
一种钙受体蛋白，是耐热、酸性的小分子球蛋白，具有148 个氨基酸的单链多肽。其上有四个Ca2+结合位点。
作用方式：
直接与靶酶结合,诱导靶酶的活性构象,而调节靶酶的活性。 与Ca2+结合，形成活化态的Ca2+ CaM复合体，然后再与靶 酶结合将靶酶激活。CaM与Ca2+有很高的亲和力，一个CaM 分子可与4个Ca2+结合。
• 离子通道连接受体(ion－channel-linked receptor)

细胞通讯（cell communication）
细胞通讯（cell communication）：指一个细胞 发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应 的过程。
细胞通讯方式： 分泌化学信号进行通讯 内分泌(endocrine)旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine)化学突触(chemical synapse) 接触性依赖的通讯
受体的功能：①能够识别自己特异的信号物 质-配体，并能与之特异性结合。②将识别接受 的信号放大并传递到细胞内部，启动一系列胞内 信号级联反应，最终导致特定的细胞效应。
二、膜受体与细胞内受体
根据靶细胞中受体存在的部位，可将受体分为 细胞表面受体（cell receptor）。
细胞表面受体分为三类： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor) G-蛋白偶联的受体(G-protein-linked receptor) 酶偶联的受体（enzyme-linked receptor)
第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大多 数细胞。
细胞表面受体
亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状 腺素，它们可以穿过细胞膜进入细胞，与细胞 质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。
气体性信号分子(NO) ：是迄今为止发现 的第一个气体信号分子，它能直接进入细胞直 接激活效应酶，是近年来出现的“明星分子”。 另外还有CO。
化学信号分子 蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰 岛素等）； 氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、 肾上腺素等）； 类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）； 脂酸衍生物（如前列腺素）； 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等。
MAPK: 又称ERK（extracelular signal-regulated kinase）----真 核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白 激酶。

胞膜－膜的内侧生成一种小分子物质－引起糖
原分解－小分子物质是环－磷酸腺苷（cyclic
adenosine monophosphate，cAMP）。
17
许多激素－与膜表面的特异受体结合－膜内
cAMP增加／减少－细胞功能改变。
外来的化学信号（激素）－第一信使（first
messenger）。
cAMP－第二信使（second messenger）。
类途径实现的
6
（三）跨膜信号转导还有信号放大作用
信号的级联放大：一个上游信号分子可激活多
个下游信号分子，并依次类推，于是产生了信
号的级联放大，使少量的细胞外信号分子可以
引发靶细胞的显著反应。
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受体（膜受体，部分为核受体）：离子通道受 体、G蛋白偶联受体、酶偶联受体（或具有内
在酶活性的受体）
一种细胞外化学信号在发挥其生物作用时，可
磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3），二酰甘
油（diacylglycerol，DG），Ca++，NO。
NO气体－第一／第二信使－激活鸟苷酸环化酶 （guanylyl cyclase，GC）－胞内cGMP增加－细 胞功能改变。 NO在心血管、免疫、神经系统活动中具有重要 的调节作用。
C, PLC）、磷酸二酯酶（phosphodiesterase,
PDE）、磷脂酶A2（phospholipase A2）。
（2）离子通道： G蛋白也可直接或简接调控离子 通道的活动，如Ca2+通道。
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4、第二信使 cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+等。 第二信使是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生
在种类和数量上远没有化学信号多。这些信号大