2022年医学专题—第八章-细胞信号.ppt

复习(fx),下列哪种蛋白质不是在粗面内质网上合成的（）A 抗体(kngt)B 溶酶体膜蛋白C 胶原蛋白D 核糖体蛋白D,第一页，共九十八页。,复习(fx),下列小泡中，属于网格蛋白有被小泡的是（）A 吞噬泡B 内质网出芽(ch y)小泡C 高尔基体顺面出芽小泡D 高尔基体反面出芽小泡D,第二页，共九十八页。,复习(fx),一种溶酶体贮存病是由于病人缺损N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶，而不能产生，因而溶酶体酶在转运时，不能被受体识别进入(jnr)溶酶体中，溶酶体中的生物大分子不能被降解。6-磷酸甘露糖,第三页，共九十八页。,复习(fx),判断信号斑是一种特殊的信号“肽”，它通过形成二维结构来引导蛋白质的运输。（)错误信号斑（signal patch）：蛋白质合成后折叠时，在其表面由一定氨基酸序列排列(pili)形成的特定的三维结构。是蛋白质的分拣信号，可引导蛋白质抵达细胞特定部位。信号斑也是溶酶体酶的特征性信号。,第四页，共九十八页。,第八章 细胞信号,直到20世纪70年代中期(zhngq)，人们才开始真正意识到生物体要想保证细胞间的相互作用和协调一致，同样需要有信号的传输或信息的交流。,第五页，共九十八页。,对于多细胞生命个体(gt)细胞通讯是组织构建、协调生长和应激反应的基础,第六页，共九十八页。,Cell communication,一个细胞(xbo)发出的信息通过介质传递到另一个细胞(xbo)产生相应的反应Signaling pathways are the information superhighways of the cell.,第七页，共九十八页。,细胞通讯的方式I.分泌化学(huxu)信号,第八页，共九十八页。,细胞通讯的方式I.分泌(fnm)化学信号,旁分泌对创伤或感染组织刺激细胞增殖以恢复功能具有重要意义(yy)内分泌激素分泌到血液自分泌常见于肿瘤细胞神经信号实现电信号化学信号电信号的转化和传导,第九页，共九十八页。,细胞通讯(tngxn)的方式II.接触依赖,多见于胚胎发育过程(guchng)例：神经元细胞的分化,第十页，共九十八页。,总结(zngji),细胞(xbo)通讯,通过(tnggu)化学信号,接触性依赖,间隙连接,内分泌,旁分泌,自分泌,神经传导,细胞内存在着多种信号转导方式和途径，各种方式和途径间又有多个层次的交叉调控，是一个十分复杂的网络系统。,通过物理信号,第十一页，共九十八页。,细胞的信号(xnho)分子,信号分子/胞外信使疏水性的，如亲脂性信号、气体信号直接跨膜进入(jnr)胞质，通过细胞内受体传递信号亲水性的，如亲水性信号经过跨膜的信号转换过程，将信号传递至胞内,第十二页，共九十八页。,胞外信使(xnsh)的种类,小分子神经递质或激素，如氨基酸或氨基酸衍生物，如谷氨酸盐，甘氨酸，乙酰胆碱，肾上腺素，多巴宁（一种(y zhn)治脑神经病的药物），甲状腺激素等。甾类化合物/类固醇激素，调控性别分化，妊娠，碳水化合物代谢，钠钾离子的分泌Eicosanoids（花生烯酸类物质），调控疼痛，血压和凝血。各种多肽和蛋白质。尤其是跨膜蛋白。有些和胞外基质连通或是胞外基质的一部分，调控细胞分裂，分化，免疫应答，细胞凋亡等。,第十三页，共九十八页。,Receptor,受体：识别和选择性结合信号分子的大分子（多为糖蛋白），能进行信号转导，启动一系列生物学反应。胞内受体细胞(xbo)表面受体多数受体分子带有糖链,第十四页，共九十八页。,通过细胞(xbo)内受体介导的信号传递,胞内受体识别并结合能透过质膜进入胞内的信号分子，如脂溶性激素激素激活的基因调控蛋白，构成细胞内受体超家族一般有三个结构域，中部的DNA结合结构域均具有高度保守(boshu)的富含Cys锌指结构存在于胞质或核内,第十五页，共九十八页。,通过细胞(xbo)内受体介导的信号传递,这类受体所含氨基酸残基数400-900不等。中部结构域是高度保守的富含Cys的区域，由7080个氨基酸残基组成2个锌指结构的重复单位。类固醇激素、视黄酸、维生素D和甲状腺素的受体在细胞核内。激素反应原件(yun jin)：激素-受体复合物与基因特殊调节区,第十六页，共九十八页。,通过(tnggu)细胞表面受体介导的信号跨膜传递,离子通道偶联的受体介导神经冲动的传导G蛋白偶联的受体cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路该信号通路与膜泡与质膜的结合与融合、微管运动、蛋白质合成、核质转运相关。与酶连接(linji)的受体（具催化功能）酪氨酸激酶受体（RTKs）与细胞增殖、分化的调控有关,第十七页，共九十八页。,通过细胞表面受体介导的信号(xnho)跨膜传递,离子通道耦联的受体电位门离子通道Na+K+Ca2+Cl-配体门离子通道乙酰胆碱受体通道、单胺类受体通道等主要存在于神经细胞(xbo)、肌肉细胞(xbo)或其他可兴奋细胞(xbo)间的突触信号传递(特有)信号分子为神经递质，受体本身也是离子通道的组成部分,第十八页，共九十八页。,电兴奋传导波沿神经元质膜传递动作电位使门控离子通道打开（钠离子/钾离子等）轴突末梢细胞膜去极化：-60mV30mV电位门控钙离子通道打开，钙离子进入细胞刺激突触泡与突触前膜融合释放神经递质到突触裂隙，与突触后细胞的膜受体相互作用（注：仅少数神经元之间的突触为电突触，大多数为化学突触）突触后细胞感受神经递质的受体一类是配体门控离子通道，将化学信号重新(chngxn)转换为电信号；另一类通过信号转导产生胞内信使。,第十九页，共九十八页。,受体,一些受体拥有一个以上的配体结合位点（这些(zhxi)蛋白都是寡聚蛋白）有时候某一个配体的结合改变了下一个配体结合的亲和力,第二十页，共九十八页。,通过细胞表面(biomin)受体介导的信号跨膜传递,G蛋白偶联的受体所介导的信号通路cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路存在于所有(suyu)细胞表面,第二十一页，共九十八页。,G蛋白(dnbi)耦联的受体（GPCRs）,G蛋白偶联的受体是细胞表面一条有7次跨膜-螺旋的多肽存在于从酵母到高等植物到动物细胞中动物(dngw)基因组编码了一个GPCRs的超家族与其结合的配体包括激素、神经递质、光子等,第二十二页，共九十八页。,第二十三页，共九十八页。,G蛋白(dnbi),GTP结合(jih)蛋白，由亚基组成，亚基具GTP酶活性。具分子开关作用：-GDP为“关”；-GTP为“开”,第二十四页，共九十八页。,细胞内信号转导过程(guchng)中两类分子开关蛋白,蛋白质磷酸化和去磷酸化以及(yj)G蛋白分子开关的研究，分获1992、1994年诺贝尔奖,第二十五页，共九十八页。,信号(xnho)通路中的磷酸化与去磷酸化作用,人类基因组编码500种不同(b tn)的蛋白激酶和超过100种不同(b tn)的蛋白磷酸酶。细胞中约1/3的蛋白质与磷酸化作用有关,第二十六页，共九十八页。,G protein,G 蛋白根据G亚基及其靶蛋白的不同分为Gs,Gq,Gi,G12/13 Gs家族成员激活腺苷酸环化酶；而Gi亚基则抑制腺苷酸环化酶Gq家族成员激活PLCG12/13的靶蛋白可能包括Ras的一个GTP酶激活蛋白，蛋白酪氨酸激酶BTK和Src，磷酯酶D和蛋白激酶C。亚基也具有(jyu)信号功能，他们的靶蛋白可能包括PLC、钾离子通道、腺苷酸环化酶和IP3激酶,第二十七页，共九十八页。,cAMP信号通路(tngl)的组成,第二十八页，共九十八页。,Gs偶联受体激活(j hu)腺苷酸环化酶,第二十九页，共九十八页。,腺苷酸环化酶,跨膜12次的糖蛋白催化ATP生成cAMP（第二信使，正常为 10-6mol/L）cAMP的靶酶是蛋白激酶A，后者引起磷酸化级联反应（快速应答）或转入(zhun r)细胞核使基因活化（缓慢应答）,第三十页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),20世纪50年代，美国，Verrderbilt大学，Earl.W.Southerland狗/兔肝脏2mm切片在磷酸缓冲液中温育肾上腺素/胰高血糖素刺激产生葡萄糖葡萄糖是不是肝糖原分解产生的？还是肝细胞中原有的葡萄糖释放产生的？分别(fnbi)测定肝薄片细胞内葡萄糖和孵育液中葡萄糖浓度肝糖原可以分解；已存在的葡萄糖也能释放，是以上两种激素的综合效果,第三十一页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),32P标记中间产物，确定磷酸化酶为糖元分解的限速酶肝糖原减少时，葡萄糖浓度相应增加，但是1-磷酸葡萄糖和6-磷酸葡萄糖浓度也增加。Southerland认为该酶仅仅催化糖元分解，与糖元的合成无关(wgun)，不是一个双向的酶。这个见解直至10年以后，糖元合成酶被鉴定之后，才得到认同。,第三十二页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),聚丙烯酰胺凝胶电泳，发现两种酶，除了磷酸化酶之外，还有一种能使其失活的酶。两种酶的分子量几乎相等。推测磷酸化酶失活只涉及其分子量的微小变化(binhu)由于反应体系中无机磷酸的存在，并且在已知的糖生化代谢中无机磷酸的广泛参与，推测酶蛋白的失活与磷酸有关。将提取出来的抑制磷酸化酶活性的酶，与有活性的磷酸化酶一起孵育，发现随着磷酸化酶活性受到抑制，体系中的游离磷酸量显著上升。于是证明了以上推测，并由此奠定了磷酸化分子开关的反应机理。进一步的32P标记实验证明了：在以上两种激素刺激肝切片的情况下，磷酸的参入量与磷酸化酶活性成正比。,第三十三页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),当将肝切片裂解之后，以上反应的结果全部消失：激素不能诱导磷酸化酶的活化(huhu)。参照其他课题组的研究方法，加入ATP和Mg2+在反应体系中，磷酸化酶仍然不能活化在实验过程中，发现离心后的上清对激素没有反应，加入沉淀残渣之后却能够激活磷酸化酶残渣经煮沸、纸层析，分离出一种耐热因子，可以激活磷酸化酶。并且激素可以诱导该物质的含量升高。经分析，此物质为单核苷酸。Lipkin实验室将ATP经Ba（OH）2水解也得到一种热稳定因子。,第三十四页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),两个实验室均将提取出的物质寄给生化专家Leon Heppel教授，请他分析其分子结构。并由此确定生成该化合物的酶。Leon Heppel教授发现两个实验室的物质相同，并且是一种很简单的化合物，但是，他仅仅提供了分析方法，而将两个实验室的样品交换寄给对方，他期待这些年轻科学家能够获得激素(j s)代谢上的重大突破，而自己却主动放弃了获得诺贝尔奖的机会。两个实验室均采用Leon Heppel教授的方法，证明了该热稳定因子是cAMP。继续通过层析纯化出能够催化cAMP生成的酶，并且受到激素诱导该酶活性升高。此酶广泛存在于动物肝脏、心脏、骨骼肌、肾上腺及消化道粘膜中。,第三十五页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),Southerland并不满足，他认为cAMP的量在细胞中肯定不可能是恒定的，应该还存在降解cAMP的酶。否则激素的调节作用就不可能均衡(jnhng)。分离到降解cAMP的磷酸二酯酶。1965年，Southerland提出：含氮激素作用于细胞膜受体，激活细胞膜的腺苷酸环化酶，在细胞内催化ATP生成cAMP，由后者将激素携带的信息传递到细胞内。因其是激素作用的中介物，将激素成为“第一信使”，cAMP就成为“第二信使”。细胞内多种酶的活性是受到磷酸化调节的，因此cAMP的下游会产生多种生理效应。,第三十六页，共九十八页。,cAMP的发现(fxin),cAMP的下游产生不同的生理效应又受到了质疑。20世纪60年代以后，Southerland提出了确凿的证据，证明不同肽类或蛋白质激素作用的特异性，取决于细胞膜的不同受体和cAMP引发的不同化学反应；不同激素、不同靶细胞内，酶反应系统有很大差别。1971年，获得(hud)诺贝尔奖。现已证明，高等动物几乎所有的组织细胞都装备了cAMP调节系统。粘液菌、海胆、果蝇和蛙类等低等动物也存在cAMP调节系统。该系统从原核细胞到高等哺乳动物的进化中具有高度保守性。,第三十七页，共九十八页。,cAMP发