细胞间信息传递课件.ppt

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1、关于细胞间信息传递现在学习的是第1页，共63页概概 述述单细胞生物单细胞生物 直接作出反应直接作出反应多多细细胞胞生生物物 通通过过细细胞胞间间复复杂杂的的信信号号传传递递系系统统来传递信息，从而调控机体活动。来传递信息，从而调控机体活动。外界环境变化时外界环境变化时现在学习的是第2页，共63页细胞信号转导的一般步骤细胞信号转导的一般步骤特定的细胞释放信息物质特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血循环到达靶细胞信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合与靶细胞的受体特异性结合激活特定的信号放大系统激活特定的信号放大系统靶细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应现在学习的是第3页，

2、共63页 第第 一一 节节 信信 号号 分分 子子Signal Molecules现在学习的是第4页，共63页一、信号分子的含义一、信号分子的含义信号分子：凡由细胞合成并能传递信息的一类信号分子：凡由细胞合成并能传递信息的一类 化学物质化学物质 信号分子信号分子细胞间信息物质（第一信使）细胞间信息物质（第一信使）细胞内信息物质（第二信使）细胞内信息物质（第二信使）现在学习的是第5页，共63页二、信号分子的化学特点二、信号分子的化学特点 蛋白质蛋白质/多肽类：多肽类：如生长因子、胰岛素、多肽激素等。如生长因子、胰岛素、多肽激素等。亲水性，需与膜受体结合发挥作用。亲水性，需与膜受体结合发挥作用。脂

3、类化合物：脂类化合物：如类固醇激素、脂类衍生物等。如类固醇激素、脂类衍生物等。亲脂性，可穿过细胞膜，在细胞内与受体形成复合物。亲脂性，可穿过细胞膜，在细胞内与受体形成复合物。氨基酸类及氨基酸衍生物：氨基酸类及氨基酸衍生物：如谷氨酸、如谷氨酸、-氨基丁酸、氨基丁酸、肾上腺素肾上腺素等。等。其他化合物或小分子：其他化合物或小分子：如如cAMP、Ca2+、气体分子气体分子NO等。等。现在学习的是第6页，共63页三、信号分子的作用特点及分类三、信号分子的作用特点及分类（一）细胞间信息物质（一）细胞间信息物质 由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质，由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质，又称作第一

4、信使又称作第一信使(first messenger)。按作用方式不同可分为按作用方式不同可分为4种类型：种类型：1、内分泌信号、内分泌信号2、旁分泌信号、旁分泌信号3、突触传递信号、突触传递信号4、自分泌信号、自分泌信号现在学习的是第7页，共63页1.1.内分泌信号内分泌信号 (endocrine signal)即激素即激素特点特点低浓度：由特殊的低浓度：由特殊的内分泌细胞内分泌细胞分泌；分泌；全身性：通过全身性：通过血液循环血液循环到达靶细胞到达靶细胞 ；长时效：大多数长时效：大多数作用时间较长作用时间较长。例如例如胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等现在学习的是第8页，

5、共63页2 2.旁分泌信号旁分泌信号 (paracrine signal)即局部化学介质即局部化学介质特点特点由体内某些由体内某些普通细胞普通细胞分泌；分泌；不进入血循环，通过不进入血循环，通过扩散作用扩散作用到达附近的靶到达附近的靶细胞；细胞；一般一般作用时间较短作用时间较短。例如例如生长因子、前列腺素等。生长因子、前列腺素等。现在学习的是第9页，共63页特点特点由由神经元细胞神经元细胞分泌；分泌；通过通过突触间隙突触间隙到达下一个神经细胞；到达下一个神经细胞；作用时间较短。作用时间较短。例如例如 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等乙酰胆碱、去甲肾上腺素等3 3.突触传递信号突触传递信号 (synap

6、tic signal)即神经递质即神经递质现在学习的是第10页，共63页特点特点 对同种细胞或分泌细胞自身起调节作用对同种细胞或分泌细胞自身起调节作用4.4.自分泌信号自分泌信号 (autocrine signal)例如例如 一些癌基因表达产物一些癌基因表达产物现在学习的是第11页，共63页4种不同类型的细胞间信息物质种不同类型的细胞间信息物质现在学习的是第12页，共63页（二）细胞内信息物质（二）细胞内信息物质 在细胞内传递调控信号的化学物质在细胞内传递调控信号的化学物质,又称第又称第二信使二信使（secondary messenger)。如：如：无机离子：如无机离子：如 Ca2+脂类衍生物

7、：如脂类衍生物：如DAG、Cer糖类衍生物：如糖类衍生物：如IP3核苷酸：如核苷酸：如cAMP、cGMP现在学习的是第13页，共63页 第第 二二 节节 受受 体体Receptor现在学习的是第14页，共63页能与受体呈特异性结合的生物活性分子，细胞间信能与受体呈特异性结合的生物活性分子，细胞间信息物质就是最常见的配体息物质就是最常见的配体 。受体受体（receptor）:指指细细胞胞膜膜上上或或细细胞胞内内能能够够被被配配体体（如如神神经经递递质质、激激素素、细细胞胞因因子子）所所识识别别，并并与与之之结结合合而而产产生生生生物物效效应应的的的的特殊蛋白质，个别是糖脂。特殊蛋白质，个别是糖脂

8、。配体配体（ligand）:一、受体的概念一、受体的概念现在学习的是第15页，共63页 高度特异性高度特异性 高度亲和力高度亲和力 可饱和性可饱和性配体浓度配体浓度受受体体饱饱和和度度（）配体受体结合曲线配体受体结合曲线二、信号分子与受体结合的特点二、信号分子与受体结合的特点 可逆性可逆性 可调节性可调节性现在学习的是第16页，共63页膜受体膜受体离子通道受体离子通道受体G蛋白偶联受体蛋白偶联受体酪氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白激酶受体胞内受体胞内受体三、受体的结构和功能三、受体的结构和功能 受体的分类：受体的分类：DNA结合蛋白结合蛋白现在学习的是第17页，共63页存在于存在于细胞质膜细胞质膜上

9、的受体，绝大部分是镶嵌上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为三糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：大类：离子通道受体、离子通道受体、G蛋白偶联受体、蛋白偶联受体、酪氨酸酪氨酸蛋白激酶受体蛋白激酶受体。（一）膜受体（一）膜受体(membrane receptor)现在学习的是第18页，共63页膜膜受受体体的的3种种类类型型现在学习的是第19页，共63页1.1.离子通道型受体离子通道型受体乙酰胆碱受体结构乙酰胆碱受体结构乙酰胆碱受体作用模式乙酰胆碱受体作用模式现在学习的是第20页，共63页2 2.G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G-protein coupled

10、 receptors,GPCRs)，又称七个跨膜，又称七个跨膜 螺旋受体螺旋受体/蛇型受体蛇型受体 G G蛋白偶联受体的结构蛋白偶联受体的结构 GG蛋白蛋白蛋白蛋白配体配体配体配体现在学习的是第21页，共63页 G蛋白蛋白(guanylate binding protein)即即鸟鸟苷苷酸酸结结合合蛋蛋白白，是是一一类类能能和和GTP或或GDP相相结结合合、位位于于细细胞胞膜膜胞胞浆浆面面的的外外周周蛋蛋白白，由由、3个个亚亚基组成。基组成。G蛋白有蛋白有2种构象：种构象：非活化型非活化型和和活化型活化型现在学习的是第22页，共63页G蛋白活化型与非活化型的互变蛋白活化型与非活化型的互变 现在

11、学习的是第23页，共63页RHACGDPGTP腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶ACATPcAMPG蛋白偶联受体作用模式蛋白偶联受体作用模式现在学习的是第24页，共63页蛋白的种类蛋白的种类(PLC)(PLC)现在学习的是第25页，共63页与与配配体体结结合合后后具具有有酪酪氨氨酸酸蛋蛋白白激激酶酶活活性性，如如胰胰岛岛素素受受 体体 insulin receptor,IR 表表 皮皮 生生 长长 因因 子子 受受 体体(epidermal growth factor receptor,EGF-R)。与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激

12、素受体、干扰素受体。酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。非酪氨酸蛋白激酶受体型（酶偶联型受体）非酪氨酸蛋白激酶受体型（酶偶联型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）3.3.酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 （单个跨膜（单个跨膜 螺旋受体）螺旋受体）现在学习的是第26页，共63页酪氨酸蛋白激酶受体的主要类型酪氨酸蛋白激酶受体的主要类型 EGF:表皮生长因子表皮生长因子 IGF:胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子PDGF:血小板衍生生长因子血小板衍生生长因子现在学习的是第27页，共63页受体的结构：受体的结构：（二）胞内受体（二）胞内受体(intracellular

13、receptor)高度可变区高度可变区位于位于N N端，具有转录活性端，具有转录活性DNADNA结合区结合区含有锌指结构含有锌指结构激素结合区激素结合区位于位于C C端，结合激素、热休克蛋白，端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录使受体二聚化，激活转录铰链区铰链区位于位于细胞质和细胞核细胞质和细胞核中的受体，中的受体，全部为全部为DNADNA结合蛋白（即转录因子）。结合蛋白（即转录因子）。位于位于DNADNA结合区和激素结合区之间结合区和激素结合区之间现在学习的是第28页，共63页胞内受体结构示意图胞内受体结构示意图现在学习的是第29页，共63页胞胞内内受受体体的的功功能能域域现在学

14、习的是第30页，共63页 第第 三三 节节 主要信息传递途径主要信息传递途径Main Signal Transduction Pathways现在学习的是第31页，共63页膜受体介导的信息传递膜受体介导的信息传递 cAMP-蛋白激酶途径蛋白激酶途径 Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径磷脂依赖性蛋白激酶途径 cGMP-蛋白激酶途径蛋白激酶途径 酪氨酸蛋白激酶途径酪氨酸蛋白激酶途径 NF-途径途径 Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径现在学习的是第32页，共63页一、一、cAMP-蛋白激酶途径蛋白激酶途径组成组成胞外信息分子，受体，胞外信息分子，受体，G蛋白，蛋白，腺苷酸环

15、化腺苷酸环化酶酶(adenylate cyclase，AC)，cAMP，蛋白激酶蛋白激酶 A(protein kinase A，PKA)GG蛋白偶蛋白偶蛋白偶蛋白偶联受体联受体联受体联受体第二信使第二信使现在学习的是第33页，共63页（一）（一）cAMP 的合成与分解的合成与分解现在学习的是第34页，共63页cAMPATPACPPiAMPPDEH2O磷酸二酯酶磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)现在学习的是第35页，共63页（二）（二）cAMP的作用机制的作用机制现在学习的是第36页，共63页RR（cAMP

16、-dependent protein kinase，PKA）R：调节亚基调节亚基C：催化亚基催化亚基cAMP蛋白激酶蛋白激酶A现在学习的是第37页，共63页（三）（三）PKA的作用的作用1.1.对代谢的调节作用对代谢的调节作用 如肾上腺素调节血糖分解如肾上腺素调节血糖分解现在学习的是第38页，共63页受受cAMP调控的基因中，有调控的基因中，有cAMP应答元件应答元件(cAMP response element,CRE)。CRE可与可与cAMP应答元件结应答元件结合蛋白合蛋白(cAMP response element bound protein,CREB)相互作用而调节此基因的转录。相互作用

17、而调节此基因的转录。2.2.对基因表达的调节作用对基因表达的调节作用现在学习的是第39页，共63页现在学习的是第40页，共63页二、二、Ca2+磷脂依赖性蛋白激酶途径磷脂依赖性蛋白激酶途径组成：组成：胞外信息分子，胞外信息分子，G蛋白蛋白蛋白激酶蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)磷脂酶磷脂酶C(phospholipase C,PLC)甘油二脂甘油二脂(diacylglycerol,DAG)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(inositol 1,4,5 triphosphate,IP3)第二信使第二信使现在学习的是第41页，共63页（一）（一）DAG和和IP3的生成的生成现在学习的是第4

18、2页，共63页 DAG，IP3的的 功功 能：能：DAG：在：在磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸和和Ca2+协同下激活协同下激活PKC。IP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内胞内 Ca2+释放。释放。现在学习的是第43页，共63页Ca2+依赖性蛋白激酶途径依赖性蛋白激酶途径现在学习的是第44页，共63页 2.调节基因表达调节基因表达 PKC 对基因的活化分为对基因的活化分为早期反应早期反应和和晚期反应晚期反应。（二）（二）PKC的结构与功能的结构与功能1.调节代谢调节代谢2.活化的活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基磷、苏氨酸

19、残基磷酸化。靶蛋白包括：酸化。靶蛋白包括：质膜受体、膜蛋白和多种酶。质膜受体、膜蛋白和多种酶。现在学习的是第45页，共63页PKC 对基因的早期活化和晚期活化对基因的早期活化和晚期活化现在学习的是第46页，共63页三、三、Ca2+钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径受体、受体、G蛋白、蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、钙调蛋白、CaM激酶激酶(Ca2+CaM激酶途径激酶途径 )钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin,CaM)有有4个个Ca2+结合位点。与结合位点。与Ca2+一起激活一起激活CaM激酶激酶，磷酸，磷酸化多种功能蛋白质（丝、苏氨基酸残基）。化多种功能蛋白质（

20、丝、苏氨基酸残基）。组成：组成：现在学习的是第47页，共63页Ca2+依赖性蛋白激酶途径依赖性蛋白激酶途径现在学习的是第48页，共63页四、四、cGMP-蛋白激酶蛋白激酶G途径途径受体、鸟苷酸环化酶受体、鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase,GC)，cGMP,蛋白激酶蛋白激酶G(protein kinase G，PKG)组成组成:（一）（一）cGMP的合成和降解的合成和降解 GTPGMg2+PPicGMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶H2OCa2+或或 Mg2+5-GMP现在学习的是第49页，共63页（二）（二）Gc的结构和功能的结构和功能现在学习的是第50页，共63页cGMP-蛋白激酶蛋

21、白激酶G途径途径（三）（三）PKG的作用的作用使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化现在学习的是第51页，共63页 五、酪氨酸蛋白激酶途径五、酪氨酸蛋白激酶途径(tyrosine protein kinase,TPK)酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶分分 类：类：受体型受体型TPKTPK（位于细胞质膜上）（位于细胞质膜上）如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基因（因（erb-B、kit、fins等）编码的受体等）编码的受体非受体型非受体型TPKTPK（位于胞浆）（位于胞浆）如底物酶如底物酶JAK和原癌基因（和原癌基因（src、ye

22、s、ber-abl等）编码的等）编码的TPK催化型催化型催化型催化型受体受体受体受体现在学习的是第52页，共63页胞外为结合配体部分，胞胞外为结合配体部分，胞内为催化结构域，由单股内为催化结构域，由单股螺旋过膜。与配体结合促螺旋过膜。与配体结合促进受体二聚化。激活的受进受体二聚化。激活的受体有自身催化作用，使其体有自身催化作用，使其酪氨酸磷酸化，进而引起酪氨酸磷酸化，进而引起胞内的级联放大效应。胞内的级联放大效应。酪氨酸蛋白激酶受体的结构特点酪氨酸蛋白激酶受体的结构特点现在学习的是第53页，共63页（一）（一）受体型受体型TPK-Ras-MAPK途径途径GRB2(growth factor r

23、eceptor bound protein 2）SH2 域域 (src homology 2 domain)细细胞胞内内某某些些连连接接物物蛋蛋白白共共有有的的氨氨基基酸酸序序列列，与与原原癌癌基基因因src编编码码的的酪酪氨氨酸酸蛋蛋白白激激酶酶区区同同源源，该该区区域域能能识识别别磷磷酸酸化化的酪氨酸残基并与之结合的酪氨酸残基并与之结合。组成：组成：催化型受体，催化型受体，GRB2,SOS,Ras蛋白蛋白,Raf蛋白，蛋白，MAPK系统系统SH2SH3现在学习的是第54页，共63页 SOS(鸟苷酸释放因子鸟苷酸释放因子)富含脯氨酸，可与富含脯氨酸，可与GRB2的的SH3结合，促使结合，促使

24、Ras的的GDP换成换成GTP。Ras蛋白蛋白：原癌基因产物，类似于：原癌基因产物，类似于G蛋白的蛋白的G 亚基亚基Raf蛋白蛋白（MAPKKK）：）：具有丝苏氨酸蛋白激酶活性具有丝苏氨酸蛋白激酶活性MAPK系统系统(mitogen-activated protein kinase)包包括括MAPK、MAPK激激酶酶（MAPKK）等等，是是一一组组酶酶兼底物的蛋白分子。兼底物的蛋白分子。小小GG蛋白蛋白蛋白蛋白RasRas蛋白活化蛋白活化现在学习的是第55页，共63页 细胞外信号细胞外信号EGFEGF、PDGFPDGF等等具具PTKPTK活性的受体活性的受体GRB2 PSOS PRas-GTP

25、 PRaf调节其他蛋白活性调节其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P细细胞胞核核反式作用因子反式作用因子调控基因表达调控基因表达细细胞胞膜膜二聚化二聚化调节花生四烯酸的代谢等调节花生四烯酸的代谢等受体型受体型TPK-Ras-MAPKTPK-Ras-MAPK途径途径现在学习的是第56页，共63页（二）（二）JAKs-STAT途径途径非催化性受体非催化性受体JAKs(janus kinases)信号转导子和转录激动子信号转导子和转录激动子 (signal transductors and activators of transcription，STAT)组成：组成：酶偶联型受体酶偶联型受体具有

26、酪氨酸激酶活性具有酪氨酸激酶活性的连接蛋白的连接蛋白现在学习的是第57页，共63页JAK-STAT途径途径现在学习的是第58页，共63页核因子核因子 B(nuclear factor-B,NF-B)TNFCer 等激酶系统等激酶系统病毒感染、脂多糖、病毒感染、脂多糖、活性氧中间体、佛波活性氧中间体、佛波酯、双链酯、双链RNA等等PKA、PKC等等激活激活NF-B 六、核因子六、核因子 B途径途径该途径主要涉及机体防御反应、组织损伤和应该途径主要涉及机体防御反应、组织损伤和应激、细胞分化和凋亡，以及肿瘤生长抑制过程的信激、细胞分化和凋亡，以及肿瘤生长抑制过程的信息传递。息传递。现在学习的是第59页，共63页NF-B的激活过程示意图的激活过程示意图胞质现在学习的是第60页，共63页 七、胞内受体介导的信息传递七、胞内受体介导的信息传递w胞内受体胞内受体 核内受体核内受体 胞质内受体胞质内受体w配体配体类固醇激素类固醇激素甲状腺激素甲状腺激素维生素维生素现在学习的是第61页，共63页胞内受体介导的信息传递胞内受体介导的信息传递胞质内受体胞质内受体胞质胞质现在学习的是第62页，共63页感谢大家观看现在学习的是第63页，共63页