受体与信号转导.ppt

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神经元的受体与信号转导神经元的受体与信号转导IIII神经生物学系神经生物学系孙宁孙宁ningsun_ningsun_11化学突触传递的过程22RequirementforGTPinhormonalactivationofadenylylcyclaseG蛋白的发现33G蛋白的发现44G蛋白的发现55G-protein:

G-protein:

.三聚体G蛋白的基本结构鸟苷酸结合蛋白（guanosinenucleotidebindingprotein）为三种亚单位组成的异源三聚体,39-45kD37kD8kD已分离鉴定l20多种亚单位：

l6种亚单位l12种亚单位6677G蛋白的分类不同G蛋白结构上的差异主要表现在亚单位上；按一级结构的同源性、对细菌的敏感性、所调节的效应蛋白的活性，将G蛋白分为4个亚家族（Gs、Gi、Gq、G12）8三聚体G蛋白的调节机制99G-PROTEINCYCLEG-PROTEINCYCLE1.Inthegroundstate,theG-proteinexistsinthetrimeric（）form,withguanosinediphosphate（GDP）boundatthenucleotide-bindingsiteofthesubunit.Itiscloseto,butprobablynotprecoupledto,thereceptor.Onaverage,therearemoreG-proteinsthanreceptors,soonemightenvisageasinglereceptorsurroundedbyaringofnearbyG-proteins,providingformultiplesequentialreceptorG-proteininteraction.2.Theagonistinducesarapid（1msec）conformationalchangeinthereceptor,resultinginarealignmentandopeningupofthetransmembranehelices.TheinnerfaceoftheactivatedreceptorbindstotheC-terminusoftheG-proteinsubunit.3.Bindingofthereceptorinducesarapidconformationalchange（switch）intheG-proteintrimer.Thisistransmittedtothenucleotidebindingsite,about3nmaway,andresultsinadissociationofboundGDP.1010G-PROTEINCYCLEG-PROTEINCYCLE4.TheGDPisreplacedatthenucleotide-bindingsitebyguanosinetriphosphate（GTP）,whichispresentinathreetofourfoldexcess（50300M）inthecytosol.BindingofGTPpromotesadisorderingofthecarboxyl-andamino-terminioftheG-proteinsubunit,withtwoparallelconsequences:

theGTP-boundsubunitdissociatesbothfromthereceptorandfromthe-dimer,releasingfreeG-GTPandfreeG.TheconformationofGisnotchangedondissociationfromthesubunit.5.EitherfreeG-GTPorfreeG（orsometimesboth）interactswiththeeffectormoleculetoactivateorinhibitit.6.TheterminalphosphateofGTPishydrolyzedbytheGTPaseactivityoftheG-proteinsubunit,leavingGDPboundinstead.Thisallowsthesubunittodissociatefromtheeffectorandreassociatewiththesubunit.11111212G的作用1313G蛋白（G）的效应器腺苷酸环化酶（adenylatecyclase）cGMP磷酸二酯酶（cGMPphosphodiesterase）磷脂酶C（phospholipaseC）离子通道14141.G蛋白对腺苷酸环化酶活性的调节参与受体与腺苷酸环化酶偶联的有两类G蛋白：

l介导激活腺苷酸环化酶作用的Gs；l介导抑制腺苷酸环化酶作用的Gi。

它们的亚单位基本相同。

只是亚单位有较明显的差别：

s、i1515活化的Gs激活AC；抑制性受体被激活后，使Gi解离成为G和Gi-GTP：

lGi-GTP可以与AC直接作用，抑制其活性；lG可能与细胞内生理浓度的Gs结合，从而更进一步降低AC的活性16162.G蛋白通过调节cGMP磷酸二酯酶活性来调节视网膜光感传导视网膜视杆细胞的细胞膜及其盘状体上存在感光物质视紫红质：

l视紫红质具有Gt蛋白的结合位点视杆细胞膜的电兴奋状态受细胞内cGMP的调节：

l暗环境中，视杆细胞cGMP浓度较高，促使细胞膜上的钠通道开放1717光照使视紫红质被激活；活化的视紫红质与Gt结合后，促其释出GDP而与GTP结合；激活的Gt蛋白进一步结合cGMP磷酸二酯酶，使之从非活性状态转化为活性状态，水解cGMP，从而降低细胞内的cGMP浓度；进入细胞内的Na+减少，使细胞膜逐步处于超级化状态。

18183.G蛋白对磷脂酶C活性的调节多种递质和激素的受体都与膜上肌醇磷脂特异的磷脂酶C偶联，调节其活性，从而影响1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）等第二信使物质的产生。

1919磷脂酶C的活性是受G蛋白调节。

参与这种调节的G蛋白已被克隆：

Gq20204.G蛋白对离子通道的调节Ca2通道、K+通道两种调节方式：

l与离子通道直接耦合的G蛋白多为PTX敏感型的，如Gi，引起快速反应l通过cAMP等第二信使及其依赖的蛋白质磷酸化作用，G蛋白间接调节离子通道，引起慢速反应2121G蛋白的生物学意义起到信号放大的作用：

l一个胞外信号激活的受体可以激活许多G蛋白：

提供重要的调节步骤：

lG蛋白通过与GTP/GDP的结合起到开启和关闭信号转导通路的作用；l调节因子通过对G蛋白本身的修饰也能够改变它对信号通路的调节作用222223232424第二信使学说第一信使：

细胞外信息物质l激素、神经递质l毒素、药物第二信使：

在胞浆内产生的传递信息的物质l环核苷酸类cAMP/cGMPl细胞膜肌醇磷脂代谢产物IP3、DAGl细胞内Ca2等；2525cAMP的第二信使作用2626MadebyadenylylcyclaseBrokenbyphosphodiesterasesActbybindingreversiblytospecifictargetproteinsDiffusefreelyincytoplasm2727AC家族是多基因大家族；膜结合酶，有两个含6个跨膜螺旋组成跨膜区及胞内区；两个胞内催化域（C1与C2）序列保守，具有催化活性；两个催化域形成二聚化时，活性最高。

AC的结构PDE简介PDE是一个大家族：

30种，分为7个亚型分布：

肝脏、心脏、血管平滑肌、血小板、单核细胞和脂肪细胞2828PDE3PDE3PDE4cAMPPDE4cAMPPDE7PDE7PDE5PDE5cGMPcGMPPDE6PDE6PDE1cAMPPDE1cAMPPDE2cGMPPDE2cGMPcAMP依赖的下游蛋白磷酸化PKA结构示意图2929PKA作用过程无cAMP存在时，C亚基处于无活性状态。

1.2分子cAMP首先结合到B位点上，引起R亚基改变；2.A位点暴露，2分子cAMP结合到A位点上，R亚基进一步改变；3.信息传到绞链区，释出C亚基，全酶激活30303131PKA的生理效应细胞代谢基因表达3232cGMP的第二信使作用3333cGMP的代谢：

GCPDEGTPcGMP5-GMP鸟苷酸环化酶：

跨膜GC胞内可溶性GCGC的结构跨膜GC：

l单肽链组成的一次跨膜糖蛋白lN端胞外域可以结合配体lC端胞内域有两个环化酶的催化结构可溶性GC：

l异二聚体l每个单体具有一个环化酶催化结构，其序列与跨膜GC催化结构相似l含有一个铁血红素基团3434NO-可溶性GC系统铁血红素基团铁血红素基团NO+GTPcGMP3535cGMP第二信使作用第二信使作用cGMP门控Na通道cGMP依赖的蛋白激酶（）3636肌醇磷脂信使途径3737肌醇磷脂代谢信号分子的产生PIP2为第二信使DAG和IP3形成的直接前体。

磷脂酶C（PLC）催化这一反应：

lPLC广泛分布于各种组织细胞，目前发现在哺乳动物组织中有10种PLC的同功酶，并按结构、理化特性及催化能力将PLC分为三种类型，即PLC（4种）、（2种）和（4种）38383939IP3/Ca2+信号传递途径IP3引起胞内Ca2+浓度升高有两种途径：

lIP3结合内质网膜上的IP3受体，使内质网内的Ca2+进入胞浆早期、短暂的内钙释放lIP3的进一步磷酸化产物IP4，可能参与了胞外Ca2+的内流内钙释放诱导的、作用较长的外钙内流4040DAG/PKC信号传递途径DAG的靶酶是蛋白激酶C（PKC），DAG激活PKC后，PKC能使许多蛋白磷酸化而产生生理效应。

PKC是一族广泛存在于不同动物多种组织中的蛋白激酶，以脑组织尤为丰富，已知PKC有12种同功酶，包括：

PKC、1、2、c、4141PKC结构PKC为单体蛋白多肽链两个结构区域：

lC端的382个氨基酸具有激酶的活性，可对底物蛋白丝/苏氨酸残基磷酸化，又称催化功能域lN端的290个氨基酸具有调节功能，含有磷酯、Ca2、DAG结合位点，非活性态的PKC此结构与催化功能域结合，封闭催化功能域与底物结合的位点42424343PKC活化过程在无激动剂存在时，PKC以非活性态存在胞浆；当细胞内Ca2+浓度升高时，Ca2+与PKC上Ca2+结合位点结合，使PKC与细胞膜上的磷脂酰丝氨酸结合，转移到膜上；磷脂酰丝氨酸辅助DAG与PKC调节功能域结合，引起调节功能域构象变化，导致底物功能域的开放，PKC活化，催化底物蛋白磷酸化。

4444PKC激活生理效应效应蛋白：

胰岛素受体、表皮生长因子受体、肾上腺素受体、IL2受体、G蛋白、糖元合成酶、转铁蛋白、Na+KATP酶、肌球蛋白轻链、微管蛋白、转录因子、翻译因子等参与：

DNA、蛋白质的合成；细胞的增殖、分化，细胞的分泌，肌肉的收缩及细胞内代谢的调节。

4545IP3和DAG信号的终止IP3可以靠两个反应终止第二信使的作用：

1.细胞中存在IP3磷酸单酯酶（inositol5-phosphomonoesterase,5-PME），使IP3脱磷酸化成为IP2，IP2可继续在5-PME的作用下脱磷酸化成为IP，IP脱磷酸化为肌醇（I），肌醇重新进入了肌醇磷酯循环；2.IP3在磷酸激酶的作用下转化为IP4（1,3,4,5-四磷酸肌醇）。

4646DAG可以通过两个途径终止