细胞的信号转导细胞识别膜与医药学Word格式文档下载.docx

1、1 、掌握G蛋白偶联受体的结构与功能。2 、掌握cAMP信号体系和IP3信使体系。授课重点cAMP信号体系。授课难点cAMP、cGMP、IP3信号通路的变化过程。授课形式多媒体课件授课方法口头讲授；图片展示；形象比喻，启发提问相结合参考文献1细胞生物学 翟中和 王喜忠等 高等教育出版社2细胞生物学 丁明孝等 北京师范大学出版社3Cell and molecular biology Gerald Karp 高等教育出版社4. 医学细胞生物学 胡以平主编 高等教育出版社思考题1.概念：Signal transduction；receptor2.受体有哪些种类？3.简述cAMP信使体系要点。4. 简

2、述磷脂酶C信号转导途径。5.请说明G蛋白的结构特点,作用机制以及霍乱的致病机制。教研室主任及课程负责人签字教研室主任（签字 ） 课程负责人（签字）年 月 日 年 月 日 新乡医学院理论课教案课程名称：医学细胞生物学 任课教师： 张艳芬 副教授基本内容教学手段和教学组织第八章 细胞膜与细胞的信号转导一、细胞的化学信号分子、受体及G蛋白细胞的信号分子（signal molecule）根据其溶解性通常可分为亲脂性和亲水性两类：（1）亲脂性信号分子，主要代表是甾类激素和甲状腺素，这类亲脂性分子小、疏水性强，可穿过细胞质膜进入细胞，与细胞质或细胞核中受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达;（2）亲水

3、性信号分子，包括神经递质、生长因子、局部化学递质和大多数激素，它们不能穿过靶细胞质膜的脂双分子层，只能通过与靶细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。此外，在80年代后期，发现和证实一氧化氮（nitric oxide，NO）这个氧自由基在生物体内是一种重要的信号分子和效应分子，由于NO是迄今在体内发现的第一个气体性信号分子，它能进入细胞直接激活效应酶，参与体内众多的生理病理过程，因而成为人们所关注的“明星分子”（star molecule）。二、受体的概念受体（receptor）是一种能够识别和选择性结合某种配基（信号分子）

4、的大分子，当与配基结合后，通过信号转导（signal transduction）作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配基结合的区域及产生效应的区域，分别具有结合特异性和效应特异性。根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体（intracellular recepor）和细胞表面受体（cell-surface receptor）。前者受胞外亲脂性信号分子所激活，后者受胞外亲水性信号分子激活。二者通过不同的机制介导不同的信号传递通路。通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 亲水性化学信号分子（包括神经递质

5、、蛋白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞，而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信号转导继而对靶细胞产生效应。根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属三大家族：（1）离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）;（2）G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）；（3）酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）。其中第一类受体有组织分布特异性，主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞；后两种存在于不同组织的几乎所有类型的细胞。（一）离子通道偶联的受体 离子通道偶联的受体是由多亚基组成的受体/离子通道复合体，

6、本身既有信号结合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。又称配体门离子通道（ligand-gated channel）或递质门离子通道（transmitter-gated channel）。主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递。（二）G蛋白偶联的受体 G-蛋白偶联的受体，是指配体-受体复合物与靶蛋白（酶或离子通道）的作用要通过与G-蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。G-蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）的简称，位于质膜内胞浆一侧，由、三个亚基组成，二聚

7、体通过共价结合锚于膜上起稳定亚基的作用，而亚基本身具有GTP酶活性。G-蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，当G-蛋白亚基与GDP结合，处于关闭态；当胞外配体与受体结合形成复合物时，导致受体胞内结构域与G-蛋白亚基偶联，并促使亚基结合的GDP被GTP交换而被活化，即处于开启态，从而传递信号。通过分子克隆方法现已分离鉴定21种不同的亚基，4种亚基，7种亚基。G-蛋白偶联的受体是细胞表面由单条多肽经七次跨膜形成的受体，N-末端在细胞外，C-末端在细胞内，受体的氨基酸序列含有7个疏水残基肽段，每段2224个氨基酸残基，形成七次跨膜-螺旋，其中螺旋5和6之间的胞内环状结构域及C端肽段对与G-蛋白的

8、相互作用至关重要。G-蛋白偶联的受体介导无数胞外信号分子的细胞应答，包括多种蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基酸或脂肪酸的衍生物以及光量子。尽管与这类受体相作用的信号分子多种多样，受体的氨基酸序列也千差万别，但从已分析过的与G-蛋白偶联的受体的结果表明，在所有真核生物从单细胞酵母到多细胞哺乳类都具有相似的七次跨膜结构。甚至在细菌中虽然没有G-蛋白，但发现有结构相似性的膜蛋白-视紫红质（一种光驱动的质子泵）。可见，这类受体在进化上是相当古老的。由G-蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路主要包括： cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。（三）具备酶活性的受体具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体：一些生长

9、因子与相应受体结合后，活化受体本身的酪氨酸蛋白激酶，激酶再磷酸化靶蛋白的酪氨酸残基，再通过一系列磷酸化的级联反应，影响基因的表达。一次跨膜蛋白，胞外区与配体结合，胞内区是酪氨酸蛋白激酶的催化部位。受体作用的特点1.受体能选择性的与特定配体结合；2.配体具备强的亲和力；3.受体配体结合后显示可饱和性；4.受体配体的结合是可逆的；5.受体配体结合后可通过磷酸化和去磷酸化进行调节。二、cAMP信号通路 细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。这一信号通路的首要效应酶是腺苷酸环化酶（A-cyclase），通过腺苷酸环化酶调节胞内cAMP的水平。cAMP可

10、被磷酸二脂酶限制性地降解清除。这是真核细胞应答激素反应的主要机制之一。 cAMP信号通路由质膜上的5种成分组成：（1）激活型激素受体（Rs）；（2）抑制型激素受体（Ri）；（3）与GTP结合的活化型调节蛋白（Gs）；（4）与GTP结合的抑制型调节蛋白（Gi）；（5）催化成分，即腺苷酸环化酶（C）。（一）Rs和RiRs是与Gs相互作用的激活型激素受体（如肾上腺素受体）；Ri是与Gi 相互作用的抑制型激素受体（如肾上腺素受体）。二者具有相似的七次跨膜结构，但与之相应的胞外信号不同。受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与G蛋白偶联。已鉴定有几十种Rs，尽管彼此有所差异，但都能与Gs相

11、互作用激活腺苷酸环化酶活性，提高胞内的cAMP水平。同样，也已鉴定有几十种彼此不同的Ri，它们都能与Gi相互作用抑制腺苷酸环化酶活性，降低胞内的cAMP水平。（二）Gs和Gi G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，亦称信号转换蛋白，它将受体腺苷酸环化酶偶联起来，使细胞外信号跨膜转换为细胞内信号，即第二信使cAMP。Gs偶联Rs和腺苷酸环化酶，Gi偶联Ri和腺苷酸环化酶。Gs和Gi均已被纯化，相对分子量为80103100103，均由、亚基组成，其、亚基相同，而亚基各不相同。激素所诱导的腺苷酸环化酶（C）的激活和抑制分别由Gs和Gi所介导。Gs的调节作用：当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化

12、态时，Gs-蛋白为异三聚体，亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与Rs受体结合后，导致受体构象改变，暴露出与Gs结合的位点，膜的流动性使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs-蛋白解离出亚基和亚基复合物，并暴露出亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP的亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。活化的亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能，如心肌细胞G-蛋白偶联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的亚基复合物能开启质膜上的K+通道，改变心肌细胞的膜电位。此外亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结

13、合GTP的亚基起协同或拮抗作用。随着GTP的水解使亚基恢复原来的构象并导致腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。亚基与、亚基重新结合，使细胞回复到静止状态（图5-25）。Gi的调节作用：Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径： 当Gi与GTP结合，Gi的亚基与亚基解离后，一是通过亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；二是通过亚基复合物与游离的Gs亚基结合，阻断Gs的亚基对腺苷酸环化酶的活化。细菌毒素对G蛋白的修饰作用：某些细菌毒素为研究cAMP信号通路提供了重要的手段。霍乱毒素具有ADP-核糖转移酶活性，进入细胞催化胞内的NAD+的ADP核糖基共价结合到Gs的亚基上，致使亚基丧

14、失了GTP酶的活性，与亚基结合的GTP不能水解成GDP，结果GTP永久结合在Gs的亚基上，使亚基处于持续活化状态，因而腺苷酸环化酶不可逆地永久活化。霍乱病患者的症状是严重腹泻，其主要原因就是霍乱毒素催化Gs的亚基ADP-核糖基化，从而使腺苷酸环化酶被“锁定”在活化状态，致使小肠上皮细胞中cAMP增加100倍以上，导致膜蛋白让大量Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。百日咳毒素催化Gi的亚基ADP-核糖基化，结果降低了GTP与Gi的亚基结合的水平，使Gi的亚基不能活化，从而阻断了Ri受体引起的对腺苷酸环化酶的抑制作用。（三）腺苷酸环化酶cAMP信号通路的催化单位是结合在质膜上的腺苷酸环化酶，它

15、是一种相对分子量为1.510 5的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP（图5-26）。作为胞内第二信使的cAMP，在正常情况下细胞内cAMP的浓度 106mol/L，当在激素激活腺苷酸环化酶后，cAMP急剧增加，产生快速应答；在细胞内还有另一种酶即环腺苷酸磷酸二酯酶（PDE），可降解cAMP生成5-AMP，导致细胞内cAMP水平下降。cAMP浓度在细胞内的迅速调节是细胞快速应答胞外信号改变的重要基础。作为一种普遍原则，在信号传递过程中，信号的放大作用和信号的终止作用同等重要，同时并存。cAMP信号通路的主要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白激酶A完成的。cAMP特异地活化cAMP依赖的蛋白激酶（A-kinase）而表现出不同的效应。蛋白激酶A由两个催化亚基和两个调节亚基组成，在没有cAMP时，以钝化复合体形式存在。cAMP与调节亚基结合，改变调