2022年医学专题—细胞通讯与信号转导.ppt

第十一章细胞(xbo)通讯与信号转导Cell Communication&Signaling,第一页，共九十一页。,第二页，共九十一页。,细胞生活(shnghu)在社会中单细胞：细胞与环境多细胞：细胞与细胞、与环境,细胞生存要求它们能感知环境中信号，并对之作出反应。多细胞生物(shngw)的不同细胞之间需要协调互相关系，共同应对环境信号。这些需求通过细胞通讯和信号转导实现。,第三页，共九十一页。,细胞通讯：细胞之间可以通过分泌信号分子或直接 接触而相互实施调控。细胞信号转导：细胞感受环境信号、把这种信号转导入 细胞内，并做出反应(fnyng)的过程。,第四页，共九十一页。,酵母对邻近细胞释放(shfng)的交配因子发生反应而形成朝向因子源头的突起 shmoos,卵子(lunz)受精引发胞质溶胶钙离子快速增加，并形成从精子进入部位向整个细胞播散的钙波。这个钙波刺激质膜发生改变，防止其他精子进入，并启动受精卵发育受精中得钙波,第五页，共九十一页。,信号：物理性光、温度、压力、辐射等 化学性激素、生长因子、细胞因子、神经递质、气体等细胞信号转导：细胞感受环境信号、把这种信号转导入细胞内，并做出反应(fnyng)的过程。细胞信号转导是细胞对环境做出反应及细胞之间相互通讯、调控的手段。,第六页，共九十一页。,细胞(xbo)对信号的反应:,1.细胞质：蛋白质活性改变2.细胞核：基因(jyn)表达改变-转录出新的或更多的蛋白质,第七页，共九十一页。,细胞信号转导的研究(ynji)内容,对环境作出反应：皮肤黑素细胞在紫外线照射下黑色素生成增多视网膜视杆细胞的感光作用细胞之间的通讯：心肌细胞的同步跳动运动(yndng)神经末梢对肌肉的支配雄激素对靶细胞的作用中性粒细胞的趋化运动,第八页，共九十一页。,上世纪90年代以来(yli)信号转导研究领域获诺贝尔奖的科学家,1991，Nelzer和sokmann：离子通道1992，Krebs和Fisher：糖原代谢中蛋白质的可逆磷酸化1994，Gilman和Rodbell：G蛋白(dnbi)信号传导1998,Palmer，NO的信号传导2003年，Agre 和MacKinnon，水通道和离子通道,第九页，共九十一页。,第一节 细胞通讯与信号转导的基本知识第二节 受体及其信号转导途径(tjng)第三节 细胞信号转导的调节第四节 细胞信号转导途径之间的 相互作用,第十页，共九十一页。,第一节 细胞(xbo)通讯与信号转导的基本知识,一、细胞通讯的分类(fn li)二、细胞通讯与信号转导系统的构成三、细胞通讯与信号转导的一些特点,第十一页，共九十一页。,一、细胞通讯的分类 1.接触(jich)依赖型 2.旁分泌型 3.突触型 4.内分泌型 5.自分泌型 6.间隙连接型,第十二页，共九十一页。,1.接触(jich)依赖型,2.旁分泌(fnm)型,3.突触型,5.自分泌(fnm)型,4.内分泌型,6.间隙连接型,GAP JUNCTION,AUTOCRINE,第十三页，共九十一页。,细胞通讯的分类(fn li)(信号发放细胞-靶细胞),1.接触依赖型 锚着于质膜上的信号分子直接接触靶细胞质膜 上受体。如膜抗原递呈分子被免疫细胞识别。2.旁分泌型 信号释放至附近基质，作用于局部。如生长因子。3.突触型 信号为神经递质，释放至突触间隙，作用于突触后 膜（另一个神经元）。如乙酰胆碱与其受体。4.内分泌型 信号为激素，经血液作用于全身(qun shn)靶细胞。如性激 素与其受体。5.自分泌型 信号释放至周围基质，作用于自身。如细胞因子。6.间隙连接型 信号经缝隙连接作用于相邻细胞。如cAMP。,第十四页，共九十一页。,二、细胞通讯与信号转导系统的构成 信号转导的基本模式:细胞外信号分子被细胞的信号接收装置(受体)所感知,然后细胞内的信号转导装置(一系列信号转导蛋白)被依次激活,信号借此逐步传递下去,最后(zuhu),特定的靶蛋白(参与代谢的酶、基因调节蛋白、细胞骨架蛋白等)被激活，由此引起细胞的各种反应。,第十五页，共九十一页。,二、细胞通讯与信号转导系统(xtng)的构成,信号(xnho)接收装置,信号转导装置(zhungzh),靶蛋白,信号分子,效应,第十六页，共九十一页。,二、细胞通讯与信号转导系统的构成(guchng)信号转导系统的构成：1.信号接收装置2.信号转导装置3.第二信使,第十七页，共九十一页。,信号接收装置:入室线座(电信号)-膜受体信号转导装置:座机-转导蛋白信号传出装置:听筒(tngtng)(声音)-第二信使,第十八页，共九十一页。,信号：黄体(hungt)生成素细胞：睾丸间质细胞反应：雄激素生成增多,细胞(xbo)信号转导模式图,第十九页，共九十一页。,受体:位于细胞膜表面(biomin)或细胞内部的一类特殊蛋白质,能特异地识别信号分子(配体),并以很高的亲和力与之结合,从而启动细胞内信号转导通路。1.细胞表面受体(膜受体)其配体为水溶性2.细胞内受体（核受体）其配体为脂溶性,信号(xnho)接收装置-受体 receptors,第二十页，共九十一页。,信号接收装置(zhungzh)-受体 receptors细胞表面受体(膜受体membrane receptors)其配体为水溶性2.细胞内受体（核受体nuclear receptors）其配体为脂溶性,第二十一页，共九十一页。,膜受体种类：1.离子通道偶联受体 存在于电兴奋性细胞（神经、肌肉细胞）之间的突触部位，是神经递质的受体，将化学信号转变为电信号。如乙酰胆碱受体。2.G蛋白(dnbi)偶联受体 许多激素和神经递质的受体,如肾上腺素受体。3.酶偶联受体 生长因子和细胞因子的受体。其胞内结构域本身具有酶活性或与酶偶联。,第二十二页，共九十一页。,信号接收(jishu)装置:膜受体,G蛋白(dnbi)偶联受体,离子通道偶联受体,酶偶联受体,第二十三页，共九十一页。,1、一系列蛋白质 2、依次经历(jngl)活化-失活,构成从膜受体到细 胞核之间的信号传导链。,信号转导装置(zhungzh)-转导蛋白 transduction proteins,第二十四页，共九十一页。,信号转导(zhun do)装置:转导(zhun do)蛋白,1.接力蛋白-将信号传至相邻下游分子2.信使蛋白-将信号传至细胞内另一亚区3.接合蛋白-通过特定结构域偶联其上下分子4.信号放大蛋白-生成大量调节性小分子即第二信使5.信号转换蛋白-将信号转换成另一种形式(xngsh)6.切分蛋白-接收一条线路输出至多条7.整合蛋白-接收多条线路并整合/输出至一条8.潜在基因调节蛋白-膜受体自身活化后移入核内,第二十五页，共九十一页。,信号转导(zhun do)装置:转导(zhun do)蛋白,图1516,接合蛋白(dnbi)信号放大蛋白,第二十六页，共九十一页。,在细胞内信号途径上某些节点(ji din)快速大量增多、能迅速将信号播散至各个下游通路的小分子。又被称为第二信使（胞外信号为第一信使）,腺苷酸环化酶(AC),AMP,cAMP,细胞(xbo)内信使 intracellular messenger,第二十七页，共九十一页。,细胞内信使(第二信使)在细胞内信号途径上某些节点快速大量增多(zn du)、能迅速将信号播散至各个下游通路的小分子。,第二十八页，共九十一页。,信号从转导(zhun do)蛋白经细胞内信使向下游扩散：G蛋白激活后激活腺苷酸环化酶(AC),导致cAMP大量产生,ATP,cAMP,大量信使分子cAMP迅速扩散,作用于细胞内各部分的其他转导(zhun do)蛋白或靶蛋白.,AC,第二十九页，共九十一页。,信号转导系统信号接收装置：膜受体LHR信号转导装置：G蛋白、cAMP依赖的蛋白激酶第二信使：cAMP 靶蛋白：类固醇合成酶系SGEs、cAMP反应(fnyng)元件结合蛋白CREB,信号(xnho)接收装置,信号转导蛋白(dnbi),细胞内信使(第二信使),靶蛋白,信号黄体生成素LH,反应雄激素生成增多,第三十页，共九十一页。,三、细胞通讯与信号转导的一些特点(tdin)1.信号组合及其效应2.信号转导蛋白的“分子开关”特性3.信号蛋白通过特定结构域相互作用4.信号转导复合体的形成,第三十一页，共九十一页。,1.信号组合(zh)及其效应,同一细胞(xbo)对不同的信号(或其组合)有不同的反应 EGF:分裂 RA:分化 TNF:死亡 肾上腺素:特化的生物学行为,如分泌,收缩,糖原分解,不同细胞对同一信号如乙酰胆碱有不同反应 心肌细胞:心率(xn l)及收 缩力降低 唾液腺细胞:分泌唾液 骨骼肌细胞:收缩,第三十二页，共九十一页。,同一细胞(xbo)对不同的信号(或其组合)有不同的反应,不同细胞(xbo)对同一信号 如乙酰胆碱有不同反应,第三十三页，共九十一页。,1、磷酸化-去磷酸化 phosphorylation-dephosphorylation,2、G蛋白(dnbi)(G protein)上GTP-GDP,2.信号转导蛋白的“分子(fnz)开关”特性,信号转导蛋白收到上游信号后迅速活化，在活化状态下完成信号向下游传递，然后自身失活，恢复非活化状态，以接收新一次的上游信号。信号转导蛋白每经历一次 活化非活化 变换，就传导(chundo)一次信号。具有这种特征的信号转导蛋白叫作 分子开关。有两大类型：,第三十四页，共九十一页。,磷酸化-去磷酸化phosphorylation-dephosphorylation,2.信号转导蛋白的“分子开关(kigun)”特性,激酶（kinase）使底物磷酸化磷酸酶（phosphotase）使底物去磷酸化每个信号转导蛋白可以是激酶的底物，自身又可以作为(zuwi)激酶，使其他底物磷酸化，从而将信号逐级传递并放大,第三十五页，共九十一页。,GTP结合(jih)蛋白(GTP binding protein),2.信号转导蛋白的“分子开关(kigun)”特性,G蛋白(dnbi)就是GTP结合蛋白(dnbi)，能与GTP结合并能水解GTPG蛋白与GTP结合时为活化状态，将信号向下游传递。GTP被水解成GDP后G蛋白失活。,第三十六页，共九十一页。,3.信号蛋白通过(tnggu)特定结构域相互作用,许多信号转导蛋白之间可以通过能互相识别的特定结构域发生直接的相互作用，发生聚合，形成三维网络，由此决定(judng)信号的传递途径。这些结构域有相似结构。,第三十七页，共九十一页。,3.信号(xnho)蛋白通过特定结构域相互作用,第三十八页，共九十一页。,4.信号转导复合体的形成(xngchng),通过形成信号转导复合体,提高信号转 导的速度、效率和特异性。两种形式：1通过脚手架蛋白把一组转导蛋白组织为一个(y)信号 转导复合体。2激活的受体胞内段暂时性地为多个转导蛋白提供 锚定位点，复合体形成。,第三十九页，共九十一页。,4.信号转导复合体的形成(xngchng),1.脚手架蛋白(dnbi)把一组转导蛋白(dnbi)组织为一个信号转导复合体,2.受体胞内段暂时地为多个转导蛋白提供锚定位点,从而(cng r)形成信号转导复合体,第四十页，共九十一页。,第二节 受体及其信号转导途径(tjng),一、G蛋白偶联受体信号转导途径二、酶偶联受体信号转导途径三、受调蛋白水解(shuji)依赖的受体信号转导途径四、细胞内受体,第四十一页，共九十一页。,G蛋白(dnbi)偶联受体(G protein-coupled receptor,GPR),CREB,CRE,结果:糖元合成减少分解(fnji)增多,一.G蛋白偶联受体激活途径(tjng)例如：肾上腺素促发肌肉细胞糖原分解成葡萄糖,第四十二页，共九十一页。,G蛋白(dnbi)偶联受体的激活,信号(xnho)分子激活膜受体,受体激活G蛋白(GDP变成GTP),G蛋白(dnbi)激活AC,自己失活(GTP变成GDP).AC产生cAMP,自己失活.,AC产生cAMP,cAMP激活A激酶,A激酶激活CREB,CRE