細(xì)胞生物學(xué)筆記-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

1、細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction):指在信號傳遞中,細(xì)胞將細(xì)胞外的信號分子攜帶的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號的過程完整的信號傳遞程序:1、合成信號分子; 2、細(xì)胞釋放信號分子; 3、信號分子向靶細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn);4、信號分子與特異受體結(jié)合; 5、轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的信號,以完成其生理作用; 6、終止信號分子的作用;第一節(jié)、細(xì)胞外信號1、由細(xì)胞分泌的、能夠調(diào)節(jié)機(jī)體功能的一大類生物活性物質(zhì)。如：配體2、配體的概念： 指細(xì)胞外的信號分子，或凡能與受體結(jié)合并產(chǎn)生效應(yīng)的物質(zhì)。3、配體的類型：1）水溶性配體：N遞質(zhì)、生長因子、肽類激素2）脂溶性配體：甲狀腺素、性激素、腎上腺激素4、第一信使：指配體

2、，即細(xì)胞外來的信號分子。 第二節(jié)、受體 一、受體的概念：細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)一類特殊的蛋白質(zhì)，能選擇性地和細(xì)胞外環(huán)境中特定的活性物質(zhì)結(jié)合，從而引起細(xì)胞內(nèi)的一系列效應(yīng)。 二、受體的類型：細(xì)胞表面受體胞內(nèi)受體（胞漿和核內(nèi)）1、細(xì)胞表面受體類型1） 離子通道偶聯(lián)受體： 特點(diǎn)：本身既有信號結(jié)合位點(diǎn)又是離子通道 組成：幾個(gè)亞單位組成的多聚體，亞單位上配體的結(jié)合部位，中間圍成離子通道，通道的“開”關(guān)受細(xì)胞外配體的調(diào)節(jié)。2） 酶偶聯(lián)受體：或稱催化受體、生長因子類受體，既是受體，又是“酶”。 特點(diǎn)：N端細(xì)胞外區(qū)有配體結(jié)合部，C端細(xì)胞質(zhì)區(qū)含特異酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性。 組成：一條肽鏈一次跨膜的糖蛋白。3、

3、G蛋白偶聯(lián)受體：是N遞質(zhì)、激素、肽類配體的受體。 1）特點(diǎn)：指配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合后激活偶聯(lián)的G蛋白，活化的G蛋白再激活第二信使的酶類。通過第二信使引起生物學(xué)效應(yīng)。 2）組成：由一條350-400個(gè)氨基酸殘基組成的多肽鏈組成，具有高度的同源性和保守性。 3）G蛋白偶聯(lián)受體作用特點(diǎn):分布廣，轉(zhuǎn)導(dǎo)慢， 敏感，靈活，類型多。 G蛋白偶聯(lián)受體: G蛋白（由G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)） 1）、G蛋白的概念：指鳥苷酸結(jié)合蛋白配體G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白2）、G蛋白的結(jié)構(gòu)特征： 由、3個(gè)不同的亞單位構(gòu)成異三聚體（異聚體），、二個(gè)亞單位極為相似且結(jié)合為二聚體，共同發(fā)揮作用。 -亞單位上有GDP或GTP結(jié)合位點(diǎn)

4、。在未受刺激狀態(tài)下，與GDP結(jié)合，無活性。一旦配體與受體結(jié)合（受刺激），即與GTP結(jié)合并與、分離，此時(shí)是功能狀態(tài)，能激活效應(yīng)器。當(dāng)亞單位 與、 復(fù)合物重新結(jié)合，即信號關(guān)閉。 G蛋白本身的構(gòu)象改變可進(jìn)一步激活效應(yīng)蛋白，使效應(yīng)蛋白活化，并引起細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)。3）G蛋白類型: Gs：對效應(yīng)蛋白起刺激和激活作用,相應(yīng)的為刺激性受體（Rs）。 Gi：對效應(yīng)蛋白起抑制作用,相應(yīng)的為抑制性受體（Ri）。 在多細(xì)胞動物中,眾多細(xì)胞形成精密信號傳遞網(wǎng)絡(luò);配體 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)圖受體(膜受體)受體(胞內(nèi)受體)靶細(xì)胞三、 細(xì)胞表面受體的生物學(xué)特性（作用和特點(diǎn)）1、特異性：一種受體僅識別并結(jié)合一種配體，兩者之間的結(jié)合位點(diǎn)

5、有互補(bǔ)性。2、 高親和性：即受體與配體結(jié)合力極強(qiáng)。3、可飽和性：細(xì)胞表面受體數(shù)目有限，一般在103-105個(gè)/細(xì)胞，故細(xì)胞外低濃度的配體與受體結(jié)合，即可使受體處于飽和狀態(tài)。 4、可逆性：激素(H) +受體(R) 激素受體復(fù)合物(RH)第三節(jié)、細(xì)胞內(nèi)信使概念：是指受體被激活后在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的、能介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的活性物質(zhì)，又稱為第二信使。 第二信指第一信使與受體結(jié)合后最早產(chǎn)生的可將信號向下游傳遞的信號分子。如：cAMP、cGMP、IP3、DAG（二酯酰甘油）、Ca2+等。一、cAMP信使體系1、環(huán)磷酸腺苷（ cAMP ）是最重要的胞內(nèi)信使。2、 cAMP是細(xì)胞膜的腺苷酸環(huán)化酶（AC）在G蛋白激活下，催

6、化ATP脫去一個(gè)焦磷酸后的產(chǎn)物。3、AC的主要功能是催化ATP或cAMP，這一過程不僅需要經(jīng)G蛋白激活，還需Mg2+、Mn2+的存在。4、作用對象： cAMP的主要作用是激活依賴cAMP的蛋白激活酶A（PKA），進(jìn)而使下游信號蛋白被激活產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。5、PKA是一種能被cAMP活化的蛋白激酶，是有催化亞基（C亞基）和調(diào)節(jié)亞基（R亞基）兩部分組成的C2R2四聚體。6、PKA催化的蛋白質(zhì)包括組蛋白類和核糖體蛋白類等。cAMP信號途徑（G蛋白偶聯(lián)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑） 配體(H)+細(xì)胞膜上的受體（R）H-R復(fù)合體膜上的AC被活化，催化ATP產(chǎn)生cAMP活化蛋白激酶引起細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng) （在ATP存在下）

7、cAMP信號途徑分兩類： 刺激型信號途徑：Rs-Gs-AC cAMP途徑 刺激型信號作用刺激性受體（Rs）和刺激性G蛋白(Gs)，Gs刺激AC活化，使AC分解ATP，產(chǎn)生cAMP產(chǎn)生效應(yīng)。 抑制型信號途徑：Ri-Gi-AC途徑 cAMP抑制型信號與細(xì)胞表面抑制型受體Ri結(jié)合,受體活化、構(gòu)象改變、結(jié)合并活化抑制型G蛋白(Gi)，Gi激活以后的過程與刺激型過程正好相反，AC被抑制,ATP分解被抑制, cAMP濃度下降,其生物學(xué)效應(yīng)即受到抑制.結(jié)論:刺激型途徑：刺激型配體+Rs+GsAC激活cAMP抑制型途徑: 抑制型配體+Ri+GiAC抑制cAMP配體N遞質(zhì)肽類激素生長因子配體產(chǎn)生并與靶C靠近專業(yè)

8、化蛋白合成或糖原分解等效應(yīng)蛋白，引起細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)。配體與受體結(jié)合激活A(yù)C受體ACMg2+、ATP存在激活的AC催化ATP cAMP 特異性活化專業(yè)蛋白質(zhì)在PKA（蛋白激酶）存在下特異性活化專業(yè)蛋白質(zhì)（第一信使）( 第二信使)cAMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程1、第一信使產(chǎn)生并與靶C靠近 2、配體與受體結(jié)合，激活A(yù)C系統(tǒng) 3、在Mg2+存在下，激活的AC催化ATP生成cAMP 4、cAMP濃度的變化可調(diào)節(jié)細(xì)胞所特有的代謝 活動發(fā)生變化，并表現(xiàn)出各種生理效應(yīng)。二、cGMP信使體系1、環(huán)磷酸鳥苷（ cGMP ）是一種廣泛存在于動物細(xì)胞中的胞內(nèi)信使。2、cGMP是由鳥苷酸環(huán)化酶（GC）催化并水解GTP后形成

9、。3、GC在細(xì)胞中有兩種存在形式；即膜結(jié)合型GC和胞漿可溶型GC。膜結(jié)合型GC；主要結(jié)合于細(xì)胞膜上，也可以分布于核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體和線粒體等膜結(jié)構(gòu)中；其主要存在于心血管組織細(xì)胞、小腸、精子及視網(wǎng)膜桿狀細(xì)胞中。胞漿可溶型GC：主要游離于細(xì)胞質(zhì)中；其主要分布于腦、肺、肝等組織中。4、 cGMP形成后可通過激活cGMP依賴蛋白激活酶G（PKG），使相應(yīng)的蛋白質(zhì)磷酸化，引起細(xì)胞效應(yīng)。5、 cGMP在脊椎動物視桿細(xì)胞中對光信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用：cGMP可直接作用于Na+通道，在光信號存在下，使Na+通道關(guān)閉，引起細(xì)胞超極化，神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少，產(chǎn)生視覺反應(yīng)。6、 cGMP的濃度與作用與cAMP相

10、拮抗：如cAMP濃度升高，細(xì)胞內(nèi)特異性蛋白質(zhì)合成加快，細(xì)胞分化受到促進(jìn)；而cGMP濃度升高則可加速細(xì)胞DNA復(fù)制，促進(jìn)細(xì)胞分裂。三、二酯酰甘油/磷脂酰肌醇信號體系細(xì)胞外信號分子+受體通過膜上G蛋白激活磷脂酶C(PLC)催化脂質(zhì)內(nèi)層磷酯酰肌醇(PIP2、PI、PIP）水解產(chǎn)生IP3和DAG兩種胞內(nèi)信使。1、IP3/Ca2+信號途徑：IP3（水溶性）產(chǎn)生后從膜上擴(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)中，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體結(jié)合，使膜上的Ca2+離子通道開放， Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放入胞漿，啟動細(xì)胞Ca2+內(nèi)信號系統(tǒng)，使細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。2、DAG信號途徑或DAG/PKC途徑：脂溶性的DAG生成后留存于細(xì)胞膜上，在有Ca2+、

11、磷脂酰絲氨酸存在下，激活蛋白激酶C（PKC）。PKC以磷酸化的方式對多種胞內(nèi)蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾，由此啟動細(xì)胞的一系列生理和生化反應(yīng)。DAG激活PKCPKC催化底物P化產(chǎn)生生物效應(yīng) 底物：胰島素、-腎上腺素、糖原合成酶、轉(zhuǎn)鐵蛋白、Na+-K+ATP酶、 Na+-H+交換器、G蛋白等。3、IP3/Ca+和DAG/PKC的協(xié)調(diào)作用：IP3使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度 DAG激活PKC反饋抑制IP3受體，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+啟動后的IP2分解，并激活磷酸轉(zhuǎn)移酶，水解IP3，也使細(xì)胞內(nèi)Ca2+PKC還刺激Ca2+泵，使細(xì)胞內(nèi)的Ca2+泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌漿網(wǎng)膜上，降低了細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度 。4、 磷脂酰肌醇代謝的生物學(xué)意義

12、1）、參加NC興奮性調(diào)節(jié) IP3使Ca2+釋放，有利于NC釋放遞質(zhì)或通過依賴Ca2+的K+外流，引起NC去極化,降低膜的興奮性，抑制遞質(zhì)的釋放。 而DAG-PKC能使IP3水解，降低Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，使膜上Ca2+濃度升高，增加了膜的興奮性，或反饋抑制磷脂酶C（PLC）水PIP2產(chǎn)生IP3，使Ca2+從膜上進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)減少，膜上的Ca2+增加，膜的興奮性增加。 2）、參與肌肉收縮在平滑肌、骨骼肌、心肌細(xì)胞中，IP3通過Ca2+/CaM、DAG途徑使肌漿網(wǎng)中的Ca2+釋放，引起肌肉收縮。3）、參與炎癥與免疫反應(yīng)炎癥因子激活PLC 作用PI（產(chǎn)生花生四烯酸）產(chǎn)生與炎癥相關(guān)的物質(zhì)（如前列腺素、白三烯

13、和血栓素等）刺激巨噬細(xì)胞形成IP3參與免疫反應(yīng)。4）、參與細(xì)胞增殖IP3通過提高細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，DAG則通過激活PKC促進(jìn)細(xì)胞Na+、K+-H+交換，使細(xì)胞內(nèi)PH值升高或降低而促進(jìn)細(xì)胞增殖。四、鈣離子/鈣調(diào)蛋白途經(jīng)Ca-M(無活性鈣調(diào)蛋白)+Ca2+ Ca-CaM復(fù)合物（活化） 激活各種蛋白激酶和磷脂酶，調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝活動。1、鈣離子的信使作用是通過其濃度的升高或降低來實(shí)現(xiàn)的2、細(xì)胞內(nèi)的游離鈣離子的濃度是10-810-7mol/L比胞外鈣離子濃度低于104105倍；3、當(dāng)細(xì)胞受到特異性信號刺激后，細(xì)胞內(nèi)鈣庫（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、肌漿網(wǎng)等）的鈣通道或質(zhì)膜上的鈣通道開放，致使胞內(nèi)鈣離子的濃度快

14、速升高，鈣信號使細(xì)胞內(nèi)酶的活性和蛋白質(zhì)功能發(fā)生改變，從而產(chǎn)生細(xì)胞效應(yīng)。4、鈣離子需要與其靶蛋白或靶酶結(jié)合才能傳遞信息，產(chǎn)生細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)。5、細(xì)胞中有多種能夠與鈣離子結(jié)合的蛋白質(zhì)，鈣調(diào)蛋白是其中最主要的一種。6、每一個(gè)分子的CaM可以結(jié)合4個(gè)鈣離子，當(dāng)細(xì)胞中鈣離子濃度超過10-6mol/L時(shí)，無活性的CaM即可與鈣離子結(jié)合，使其構(gòu)象發(fā)生改變而被活化，由此激活靶蛋白或靶酶。7、鈣離子- CaM復(fù)合物激活的酶主要包括蛋白質(zhì)磷酸化激酶、肌球蛋白輕鏈激酶、鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶三種類型。膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和膜受體與疾病 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)、功能異常或引起物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷，導(dǎo)致膜轉(zhuǎn)運(yùn)異常疾病。原因：基因突變和表達(dá)異常引起。 如：胱氨酸尿癥（遺傳性膜轉(zhuǎn)運(yùn)異常疾?。耗I小管上皮細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的載體蛋白異常，不能吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)胱氨酸。當(dāng)胱氨酸超過飽和溶度時(shí),從尿中析出,形成結(jié)晶,造成尿路結(jié)石。腎性糖尿?。ㄟz傳性膜轉(zhuǎn)運(yùn)異常疾病）：腎小管上皮細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的載體蛋白，功能 缺陷，