細(xì)胞生物學(xué)： 05 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

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1、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) signal transduction任任 華華Reminder:turn off your cell phone no food and drink1.Cells Can Respond to Diverse Stimuliv刺激包括：刺激包括：小分子、光、氣體、氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸、小分子、光、氣體、氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸、甾類激素、脂質(zhì)、細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)菌、病毒甾類激素、脂質(zhì)、細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)菌、病毒v大多數(shù)刺激不能直接通過細(xì)胞膜，因此需要借大多數(shù)刺激不能直接通過細(xì)胞膜，因此需要借助細(xì)胞表面的跨膜蛋白助細(xì)胞表面的跨膜蛋白受體受體，進(jìn)行刺激的，進(jìn)行刺激的轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)v可

2、直接通過細(xì)胞膜的刺激有包括：可直接通過細(xì)胞膜的刺激有包括：光、氣體和甾類激素光、氣體和甾類激素一、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概述一、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概述2.Signals can act over short distancesv細(xì)胞接觸性通訊細(xì)胞接觸性通訊 信號(hào)和受體結(jié)合在相應(yīng)信號(hào)和受體結(jié)合在相應(yīng)的細(xì)胞表面的細(xì)胞表面v旁分泌和自分泌旁分泌和自分泌v間隙連接間隙連接 旁分泌旁分泌自分泌自分泌接觸性通訊接觸性通訊膜結(jié)合信號(hào)分子膜結(jié)合信號(hào)分子靶細(xì)胞靶細(xì)胞靶細(xì)胞靶細(xì)胞信號(hào)細(xì)胞信號(hào)細(xì)胞Signals can act over long distancesv神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)遞質(zhì)的突觸通訊突觸通訊 突觸離細(xì)胞體的遠(yuǎn)距離；突觸離細(xì)胞體

3、的遠(yuǎn)距離；動(dòng)作電位引起神經(jīng)遞質(zhì)的快速動(dòng)作電位引起神經(jīng)遞質(zhì)的快速釋放；釋放；神經(jīng)遞質(zhì)與特異性受體結(jié)合。神經(jīng)遞質(zhì)與特異性受體結(jié)合。v內(nèi)分泌內(nèi)分泌 信號(hào)分子釋放入血液并在遠(yuǎn)距信號(hào)分子釋放入血液并在遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用；離發(fā)揮作用；信號(hào)分子是激素；信號(hào)分子是激素；信號(hào)分子與特異性受體結(jié)合。信號(hào)分子與特異性受體結(jié)合。突觸突觸激素激素靶細(xì)胞靶細(xì)胞靶細(xì)胞靶細(xì)胞神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元神經(jīng)元軸突軸突內(nèi)分泌細(xì)胞內(nèi)分泌細(xì)胞神經(jīng)神經(jīng)肌肉接頭處興奮的傳遞過程肌肉接頭處興奮的傳遞過程 乙酰膽堿乙酰膽堿電壓式電壓式Ca2+通道通道電壓式電壓式Na+通道通道乙酰膽堿受體乙酰膽堿受體（配體式（配體式Na+通道）通道）電壓式電壓式Ca

4、2+通道通道內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)突觸小泡突觸小泡3.相同的細(xì)胞外信號(hào)分子引起相同的細(xì)胞外信號(hào)分子引起不同的生物效應(yīng)不同的生物效應(yīng)乙酰膽堿乙酰膽堿心肌細(xì)胞舒張心肌細(xì)胞舒張唾液分泌唾液分泌骨骼肌細(xì)胞收縮骨骼肌細(xì)胞收縮乙酰膽堿乙酰膽堿細(xì)胞對(duì)信號(hào)分子的反應(yīng)細(xì)胞對(duì)信號(hào)分子的反應(yīng)存活存活分裂分裂分化分化死亡死亡4.信號(hào)分子與受體信號(hào)分子與受體v信號(hào)分子分為：信號(hào)分子分為：親脂性信號(hào)分子、親水性信號(hào)分子、親脂性信號(hào)分子、親水性信號(hào)分子、氣體信號(hào)分子氣體信號(hào)分子v受體（受體（receptor）是一種能識(shí)別和選擇性是一種能識(shí)別和選擇性結(jié)合結(jié)合配體（配體（ligant）的大分子的大分子,它將胞外信它將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信

5、號(hào)，以啟動(dòng)一系列反應(yīng)，號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)，以啟動(dòng)一系列反應(yīng)，最終產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。最終產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。受體受體v位于位于細(xì)胞膜上細(xì)胞膜上v位于位于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)v信號(hào)分子的低水平信號(hào)分子的低水平 (M-nM),但與受體的高親和力但與受體的高親和力親水性信號(hào)分子親水性信號(hào)分子疏水性信號(hào)分子疏水性信號(hào)分子細(xì)胞膜細(xì)胞膜細(xì)胞核細(xì)胞核細(xì)胞膜受體細(xì)胞膜受體細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞內(nèi)受體5.細(xì)胞信號(hào)通路細(xì)胞信號(hào)通路 受受 體體外界刺激外界刺激 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)生物效應(yīng)生物效應(yīng)細(xì)胞外細(xì)胞外 信號(hào)分子信號(hào)分子受體蛋白受體蛋白細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子或蛋白質(zhì)信號(hào)分子或蛋白質(zhì)靶蛋白靶蛋白（代謝作用（代謝作用的酶、基

6、因表達(dá)的調(diào)的酶、基因表達(dá)的調(diào)控蛋白、細(xì)胞骨架蛋控蛋白、細(xì)胞骨架蛋白）白）改變代謝活動(dòng)、基因表達(dá)、改變代謝活動(dòng)、基因表達(dá)、細(xì)胞形態(tài)或運(yùn)動(dòng)細(xì)胞形態(tài)或運(yùn)動(dòng)二、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路二、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1.細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路 疏水性信號(hào)分子疏水性信號(hào)分子 氣體信號(hào)分子氣體信號(hào)分子2.細(xì)胞膜上受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路細(xì)胞膜上受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路 親水性信號(hào)分子親水性信號(hào)分子1.疏水性信號(hào)分子擴(kuò)疏水性信號(hào)分子擴(kuò)散通過脂雙分子層散通過脂雙分子層v激素是化學(xué)信使，激素是化學(xué)信使，v以極低的濃度起作用，以極低的濃度起作用，通常低于通常低于1ppb (1 ppb=3 nM)v疏水性

7、信號(hào)分子疏水性信號(hào)分子可以擴(kuò)可以擴(kuò)散通過脂雙分子層；散通過脂雙分子層；v脂溶性激素可在血液中脂溶性激素可在血液中存在幾小時(shí)，在脂肪中存在幾小時(shí)，在脂肪中存在幾天。存在幾天。脂溶性激素可以擴(kuò)散通過細(xì)胞膜和細(xì)胞核膜脂溶性激素可以擴(kuò)散通過細(xì)胞膜和細(xì)胞核膜脂溶性激素的生理作用脂溶性激素的生理作用v生殖生殖-雌激素雌激素,睪丸素睪丸素v代謝率代謝率-甲狀腺激素甲狀腺激素,生長激素生長激素v緊張性緊張性-糖皮質(zhì)激素糖皮質(zhì)激素,促腎上腺皮質(zhì)激素，促腎上腺皮質(zhì)激素，促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子v血壓血壓-醛固酮醛固酮,血管緊張肽原酶血管緊張肽原酶,血管緊張素血管緊張素,抗利尿激素抗利尿激素

8、v鈣平衡鈣平衡-vitamin D3,降鈣素降鈣素脂溶性信號(hào)分子的結(jié)構(gòu)脂溶性信號(hào)分子的結(jié)構(gòu)OHIOIINH2COOHCOOHOOHOHOCH2OHall-trans retinoic acidtri-iodo thyronine1,25 dihydroxy D3cortisolOHOHOHOOHtestosteroneOHOHestradiolOHIOIINH2COOHCOOHOOHOHOCH2OHall-trans retinoic acidtri-iodo thyronine1,25 dihydroxy D3cortisolOHOHOHOOHtestosteroneOHOHestradio

9、lOHIOIIN H2C O O HC O O HOOHO HOC H2O Ha ll-tra n s re tin o ic a c idtri-io d o th y ro n in e1,2 5 d ih y d ro x y D 3c o rtis o lO HOHO HOO Hte s to s te ro n eOHO He s tra d io l甾類激素甾類激素其他脂溶性激素其他脂溶性激素雌激素雌激素睪丸素睪丸素皮質(zhì)激素皮質(zhì)激素甲狀腺激素甲狀腺激素視黃酸視黃酸,維生素維生素A酸酸維生素維生素D3受體位于胞質(zhì)內(nèi)受體位于胞質(zhì)內(nèi)受體位于核內(nèi)受體位于核內(nèi)1.1 甾類激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路甾類

10、激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路甾類激素受體甾類激素受體v甾類激素與受體結(jié)甾類激素與受體結(jié)合，釋放出合，釋放出抑制蛋抑制蛋白；白；v激素激素-受體復(fù)合物受體復(fù)合物移移動(dòng)到細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)動(dòng)到細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。基因的轉(zhuǎn)錄。v受體是受體是配體調(diào)節(jié)的配體調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(ligand-m o d u l a t e d transcription factors)抑制蛋白抑制蛋白激素激素-受體復(fù)合物受體復(fù)合物受體受體-抑制蛋白抑制蛋白復(fù)合物復(fù)合物甾類激素受體有三個(gè)結(jié)構(gòu)域甾類激素受體有三個(gè)結(jié)構(gòu)域vC端的激素結(jié)合位點(diǎn)端的激素結(jié)合位點(diǎn) 中部的中部的DNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn) N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域結(jié)合

11、結(jié)合DNA的的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)合配體結(jié)合配體的結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)域氨基酸氨基酸相似性相似性可變區(qū)可變區(qū)初級(jí)反應(yīng)和次級(jí)反應(yīng)初級(jí)反應(yīng)和次級(jí)反應(yīng)甾類甾類激素激素受體受體激素受體復(fù)激素受體復(fù)合物啟動(dòng)基合物啟動(dòng)基因表達(dá)因表達(dá) 初級(jí)產(chǎn)物初級(jí)產(chǎn)物（調(diào)控蛋白）（調(diào)控蛋白）次級(jí)產(chǎn)物次級(jí)產(chǎn)物(調(diào)控蛋調(diào)控蛋白或效應(yīng)蛋白白或效應(yīng)蛋白)Primary response occurs within 30 minutes.Secondary response occurs subsequently.Green Fluorescent Protein 綠色熒光蛋白綠色熒光蛋白(GFP)從水母從水母jellyfish Aequorea

12、 victoria 獲得基因獲得基因 GFP的基因序列與其他蛋白的基因序列融合的基因序列與其他蛋白的基因序列融合 在培養(yǎng)的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)在培養(yǎng)的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)GFP 融合蛋白（融合蛋白（GFP-fusion proteins），在熒光），在熒光顯微鏡下觀察分析顯微鏡下觀察分析 應(yīng)用應(yīng)用綠色熒光蛋白綠色熒光蛋白與糖皮質(zhì)激素受體的融合與糖皮質(zhì)激素受體的融合蛋白蛋白，觀察甾類激素受體向細(xì)胞核內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，觀察甾類激素受體向細(xì)胞核內(nèi)的運(yùn)動(dòng)2008 Nobel Prize in ChemistryOsamu Shimomura Martin Chalfie Roger Y.Tsien 日籍海洋生物學(xué)家下村修日籍海洋

13、生物學(xué)家下村修 美國科學(xué)家馬丁美國科學(xué)家馬丁沙爾菲沙爾菲美國科學(xué)家錢永健美國科學(xué)家錢永健v1962年，年，下村修下村修從從10000只小水母中純化出只小水母中純化出5毫克發(fā)毫克發(fā)光蛋白。光蛋白。v同時(shí)被分離出來的還有另同時(shí)被分離出來的還有另一種一種“綠蛋白綠蛋白”，在紫外，在紫外線的照耀下會(huì)發(fā)出綠色熒線的照耀下會(huì)發(fā)出綠色熒光。這個(gè)蛋白后來被稱為光。這個(gè)蛋白后來被稱為“綠色熒光蛋白綠色熒光蛋白”v下村修說：下村修說：“我一生一共我一生一共抓了抓了85萬只水母。從大量萬只水母。從大量原材料中榨取一點(diǎn)點(diǎn)物質(zhì)，原材料中榨取一點(diǎn)點(diǎn)物質(zhì)，這可是最傳統(tǒng)的化學(xué)研這可是最傳統(tǒng)的化學(xué)研究。究?！眝下村修沒有預(yù)料，

14、發(fā)光水母他竟然持續(xù)抓了下村修沒有預(yù)料，發(fā)光水母他竟然持續(xù)抓了20年；他更年；他更沒想到的是，沒想到的是，30年后，照亮水母的綠色熒光蛋白也照亮年后，照亮水母的綠色熒光蛋白也照亮了其它生物的細(xì)胞。了其它生物的細(xì)胞。v哥倫比亞大學(xué)教授哥倫比亞大學(xué)教授馬丁馬丁沙爾菲沙爾菲聯(lián)想：何不讓綠色熒光聯(lián)想：何不讓綠色熒光蛋白走出水母，到其它生物中去發(fā)光？蛋白走出水母，到其它生物中去發(fā)光？v大腸桿菌被神速地變成了大腸桿菌被神速地變成了“綠色熒光蛋白生產(chǎn)車間綠色熒光蛋白生產(chǎn)車間”；經(jīng)過沙爾菲的改造，整條線蟲僅有的經(jīng)過沙爾菲的改造，整條線蟲僅有的6個(gè)觸覺感受細(xì)胞個(gè)觸覺感受細(xì)胞開始開始“生產(chǎn)生產(chǎn)”綠色熒光蛋白，在紫外

15、線的照耀下，這綠色熒光蛋白，在紫外線的照耀下，這6個(gè)細(xì)胞在蠕動(dòng)的小蟲體內(nèi)就好像用熒光筆描畫出來的一個(gè)細(xì)胞在蠕動(dòng)的小蟲體內(nèi)就好像用熒光筆描畫出來的一樣。樣。v之后的十幾年中，綠色熒光蛋白又被用到了病毒、酵母、之后的十幾年中，綠色熒光蛋白又被用到了病毒、酵母、小鼠、植物甚至人類等各種生物。小鼠、植物甚至人類等各種生物。v激發(fā)野生綠色熒光蛋白需要用高能量的紫外線，這就使激發(fā)野生綠色熒光蛋白需要用高能量的紫外線，這就使得觀察的過程不可避免地對(duì)細(xì)胞造成了損害，得觀察的過程不可避免地對(duì)細(xì)胞造成了損害，錢永健錢永健致致力于改造綠色熒光蛋白。力于改造綠色熒光蛋白。v除了讓綠色熒光蛋白變得更加完美，錢永健等人還

16、用它除了讓綠色熒光蛋白變得更加完美，錢永健等人還用它做模板，先后變出了藍(lán)色系列、青色系列、黃色系列、做模板，先后變出了藍(lán)色系列、青色系列、黃色系列、橙色系列的熒光蛋白。橙色系列的熒光蛋白。v再后來，一些科學(xué)家從一種?？蟹蛛x出了紅色熒光蛋再后來，一些科學(xué)家從一種?？蟹蛛x出了紅色熒光蛋白。白。v至此，熒光蛋白終于能在細(xì)胞中畫出一道完整的彩虹。至此，熒光蛋白終于能在細(xì)胞中畫出一道完整的彩虹。v一組科學(xué)家讓這道彩虹華麗升空。他們用九十多種顏一組科學(xué)家讓這道彩虹華麗升空。他們用九十多種顏色的熒光蛋白色的熒光蛋白“標(biāo)記標(biāo)記”了小鼠大腦中上百個(gè)細(xì)胞，可了小鼠大腦中上百個(gè)細(xì)胞，可以看出紅色細(xì)胞如何同綠色細(xì)

17、胞并行不悖，藍(lán)色的又以看出紅色細(xì)胞如何同綠色細(xì)胞并行不悖，藍(lán)色的又如何和紫色的相互糾纏，他們調(diào)侃地將小鼠命名為如何和紫色的相互糾纏，他們調(diào)侃地將小鼠命名為Brainbow（來自英語單詞（來自英語單詞Rainbow，彩虹）。，彩虹）。1.2 其他脂溶性激素的受體其他脂溶性激素的受體represses transcriptionactivates transcription無活性受體無活性受體活化的受體活化的受體脂溶性激素受體所結(jié)合的靶脂溶性激素受體所結(jié)合的靶DNA序列序列OHIOIINH2COOHCOOHOOHOHOCH2OHall-trans retinoic acidtri-iodo thy

18、ronine1,25 dihydroxy D3cortisolOHOHOHOOHtestosteroneOHOHestradiolOHIOIINH2COOHCOOHOOHOHOCH2OHall-trans retinoic acidtri-iodo thyronine1,25 dihydroxy D3cortisolOHOHOHOOHtestosteroneOHOHestradiolOHIOIINH2COOHCOOHOOHOHOCH2OHall-trans retinoic acidtri-iodo thyronine1,25 dihydroxy D3cortisolOHOHOHOOHtest

19、osteroneOHOHestradiol甾類激素甾類激素其他脂溶性激素其他脂溶性激素binding sitestructure雌激素雌激素皮質(zhì)激素皮質(zhì)激素甲狀腺激素甲狀腺激素視黃酸視黃酸,維生素維生素A酸酸維生素維生素D3Summaryv脂溶性激素可以脂溶性激素可以擴(kuò)散擴(kuò)散通過細(xì)胞膜，與細(xì)胞內(nèi)的受通過細(xì)胞膜，與細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合；體結(jié)合；v有些受體在有些受體在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，有些受體在內(nèi)，有些受體在細(xì)胞核細(xì)胞核；v在與配體結(jié)合前，在與配體結(jié)合前，甾類激素受體甾類激素受體與抑制蛋白結(jié)合，與抑制蛋白結(jié)合，處于非活化狀態(tài)。甾類激素與受體結(jié)合，釋放抑處于非活化狀態(tài)。甾類激素與受體結(jié)合，釋放抑制蛋白后，

20、激素制蛋白后，激素-受體復(fù)合物移動(dòng)到細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)受體復(fù)合物移動(dòng)到細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄?；虻霓D(zhuǎn)錄。v其他脂溶性激素受體其他脂溶性激素受體結(jié)合在結(jié)合在DNA上時(shí)為非活化狀上時(shí)為非活化狀態(tài)，只有當(dāng)受體與配體結(jié)合后才表達(dá)出轉(zhuǎn)錄活性。態(tài)，只有當(dāng)受體與配體結(jié)合后才表達(dá)出轉(zhuǎn)錄活性。1.3 NO氣體信號(hào)通路氣體信號(hào)通路vNO 鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶 cGMP 平滑肌細(xì)胞平滑肌細(xì)胞 第二信使第二信使 松弛松弛 NO合成酶合成酶（NOS）NO靶蛋白靶蛋白鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶生物效應(yīng)生物效應(yīng)平滑肌舒張平滑肌舒張NO信號(hào)通路信號(hào)通路vNO由血管內(nèi)皮細(xì)胞和神由血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生；經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生；v以 精

21、氨 酸 為 底 物，以 精 氨 酸 為 底 物，NADPH作為電子供體，作為電子供體，在在NO合成酶（合成酶（NOS）催催化下生成化下生成NO和瓜氨酸；和瓜氨酸；vNO與與鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶活性活性中心的中心的Fe2+結(jié)合，改變結(jié)合，改變酶的構(gòu)象，從而激活酶酶的構(gòu)象，從而激活酶并合成并合成cGMP；vcGMP作為新的信號(hào)分作為新的信號(hào)分子，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中子，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度下降，進(jìn)而使肌肉濃度下降，進(jìn)而使肌肉細(xì)胞松弛和血管舒張。細(xì)胞松弛和血管舒張。NO信使功能的發(fā)現(xiàn)信使功能的發(fā)現(xiàn)v乙酰膽堿在體內(nèi)可以松弛血管平滑肌細(xì)胞。乙酰膽堿在體內(nèi)可以松弛血管平滑肌細(xì)胞。v但但福爾荷格特福爾荷格特

22、使用主動(dòng)脈剝片，在離體條件下與生使用主動(dòng)脈剝片，在離體條件下與生理濃度的乙酰膽堿溫育時(shí)，卻沒有反應(yīng)。理濃度的乙酰膽堿溫育時(shí)，卻沒有反應(yīng)。v改用主動(dòng)脈環(huán)，則對(duì)乙酰膽堿作出反應(yīng)而表現(xiàn)松弛。改用主動(dòng)脈環(huán)，則對(duì)乙酰膽堿作出反應(yīng)而表現(xiàn)松弛。Why?這是因?yàn)橹鲃?dòng)脈剝片上的內(nèi)皮細(xì)胞已被剝離掉，然這是因?yàn)橹鲃?dòng)脈剝片上的內(nèi)皮細(xì)胞已被剝離掉，然而乙酰膽堿先與內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體結(jié)合導(dǎo)致一種而乙酰膽堿先與內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體結(jié)合導(dǎo)致一種擴(kuò)散性介質(zhì)的產(chǎn)生和釋放，再進(jìn)一步引起鄰近的肌擴(kuò)散性介質(zhì)的產(chǎn)生和釋放，再進(jìn)一步引起鄰近的肌肉細(xì)胞松弛。肉細(xì)胞松弛。依格那羅依格那羅鑒定出這種擴(kuò)散性介質(zhì)為一氧化氮。鑒定出這種擴(kuò)散性介質(zhì)為一氧

23、化氮。NO信使功能的發(fā)現(xiàn)信使功能的發(fā)現(xiàn)v穆萊德穆萊德研究迭氮（研究迭氮（N3）這一強(qiáng)效電子傳遞抑）這一強(qiáng)效電子傳遞抑制物時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)這種分子可以刺激細(xì)胞提制物時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)這種分子可以刺激細(xì)胞提取物中取物中cGMP的生成。的生成。v并證明迭氮被酶轉(zhuǎn)變成并證明迭氮被酶轉(zhuǎn)變成NO，實(shí)際上是，實(shí)際上是NO作作為鳥苷酸環(huán)化酶的激活劑而發(fā)揮作用。為鳥苷酸環(huán)化酶的激活劑而發(fā)揮作用。vcGMP是一個(gè)結(jié)構(gòu)上與是一個(gè)結(jié)構(gòu)上與cAMP類似的重要的第類似的重要的第二信使。二信使。v這些研究同時(shí)也解釋了硝酸甘油的作用。這些研究同時(shí)也解釋了硝酸甘油的作用。1998 Nobel Prize in Physiology or

24、 MedicineLouis J.Ignarro美國科學(xué)家依格那羅美國科學(xué)家依格那羅 Ferid Murad美國科學(xué)家穆萊德美國科學(xué)家穆萊德 Robert F.Furchgott美國科學(xué)家福爾荷格特美國科學(xué)家福爾荷格特 發(fā)現(xiàn)一氧化氮在心血管系統(tǒng)中作為信號(hào)分子發(fā)現(xiàn)一氧化氮在心血管系統(tǒng)中作為信號(hào)分子 NO信號(hào)通路的作用信號(hào)通路的作用v硝酸甘油硝酸甘油在體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化為在體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化為NO，NO使血管使血管平滑肌細(xì)胞舒張，即血管擴(kuò)張，緩解心絞痛。平滑肌細(xì)胞舒張，即血管擴(kuò)張，緩解心絞痛。vNO參與大腦（海馬區(qū)）的學(xué)習(xí)記憶過程：參與大腦（海馬區(qū)）的學(xué)習(xí)記憶過程：突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)，引起突觸后神經(jīng)元突觸前

25、膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)，引起突觸后神經(jīng)元Ca2+內(nèi)流，激活內(nèi)流，激活NOS，使，使NO生成增多。生成增多。NO作為作為逆行信使逆行信使，彌散到突觸前膜，刺激，彌散到突觸前膜，刺激谷氨酸遞質(zhì)不斷釋放，產(chǎn)生一種持續(xù)增強(qiáng)的谷氨酸遞質(zhì)不斷釋放，產(chǎn)生一種持續(xù)增強(qiáng)的突觸效應(yīng)。突觸效應(yīng)。2.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)通路通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)通路 v離子通道偶聯(lián)的信號(hào)通路離子通道偶聯(lián)的信號(hào)通路 配體式離子通道配體式離子通道 vG蛋白偶聯(lián)的信號(hào)通路蛋白偶聯(lián)的信號(hào)通路 cAMP信號(hào)通路信號(hào)通路 磷脂酰肌醇信號(hào)通路磷脂酰肌醇信號(hào)通路 v具有酶活性的受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路具有酶活性的受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路所有細(xì)胞所有細(xì)胞共

26、性：具有兩大功能區(qū)域（配體結(jié)合區(qū)域、效應(yīng)功能區(qū)域）共性：具有兩大功能區(qū)域（配體結(jié)合區(qū)域、效應(yīng)功能區(qū)域）組織分布特異性：神經(jīng)、肌肉組織分布特異性：神經(jīng)、肌肉等可興奮的細(xì)胞類群等可興奮的細(xì)胞類群三大類細(xì)胞表面的受體三大類細(xì)胞表面的受體三大類細(xì)胞表面的受體三大類細(xì)胞表面的受體v配體式離子配體式離子通道通道vG-蛋白偶聯(lián)蛋白偶聯(lián)的受體的受體v具有酶活性具有酶活性的受體的受體受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)具有酶活性具有酶活性受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)與酶相互作用與酶相互作用2.1 G蛋白偶聯(lián)的受體（蛋白偶聯(lián)的受體（GPCR）7次次螺旋螺旋跨膜的受體跨膜的受體異三聚體異三聚體G-蛋白蛋白 7次跨膜的多肽次跨膜的多

27、肽GPCR：配體：配體-受體與靶受體與靶蛋白的作用需通過蛋白的作用需通過G蛋白蛋白的偶聯(lián)作用的偶聯(lián)作用靶蛋白靶蛋白2012 Nobel Prize in ChemistryFor studies of G-protein-coupled receptorsRobert J.LefkowitzBrian K.KobilkaGPCR蛋白家族也是目前最重要的藥物作用靶標(biāo)庫，超過50%的臨床用藥物以及正在研發(fā)中的藥物都作用于GPCR。全球20種最暢銷的12種藥物都是以GPCR（G蛋白偶聯(lián)受體）為作用靶標(biāo)的，每年的銷售總額高達(dá)2000億美元。G 蛋白偶聯(lián)的受體蛋白偶聯(lián)的受體N端在細(xì)胞外，端在細(xì)胞外，C端

28、在細(xì)胞內(nèi)端在細(xì)胞內(nèi)與與G蛋白結(jié)合的部位蛋白結(jié)合的部位配體結(jié)合位點(diǎn)配體結(jié)合位點(diǎn)Basic facts about G protein coupled receptors(GPCR)vGPCR的配體的配體有激素和神經(jīng)遞質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、有激素和神經(jīng)遞質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、小肽、氨基酸衍生物等；小肽、氨基酸衍生物等；v 線蟲線蟲5%的基因是的基因是GPCR;在哺乳動(dòng)物中存在幾千在哺乳動(dòng)物中存在幾千個(gè)個(gè)GPCR 基因；基因；v 相同的配體可以激活多種不同的受體，例如腎上相同的配體可以激活多種不同的受體，例如腎上腺素可激活腺素可激活9種受體；種受體；v GPCR激活激活G蛋白的蛋白的亞基亞基，結(jié)合在，結(jié)合在亞基

29、上的亞基上的GDP與細(xì)胞質(zhì)中的與細(xì)胞質(zhì)中的GTP發(fā)生交換。發(fā)生交換。信號(hào)分子與受體結(jié)合，招募信號(hào)分子與受體結(jié)合，招募G蛋白，引起蛋白，引起G蛋白的蛋白的亞基亞基的構(gòu)象改變的構(gòu)象改變G蛋白的蛋白的亞基與亞基與GTP的結(jié)合形式為活化形的結(jié)合形式為活化形式，并與式，并與亞基分離亞基分離GTP/GDP交換形交換形式的開關(guān)作用式的開關(guān)作用GEF:鳥苷酸交換因子鳥苷酸交換因子GTPase 開關(guān)調(diào)控開關(guān)調(diào)控GEF：鳥苷酸交換因子：鳥苷酸交換因子RGS：G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)子蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)子GAP：GTPase促進(jìn)蛋白促進(jìn)蛋白G蛋白活化蛋白活化GDI：鳥苷酸解離抑制蛋白：鳥苷酸解離抑制蛋白胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)信號(hào)胞外信

30、號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)信號(hào)胞內(nèi)信號(hào)分子胞內(nèi)信號(hào)分子（第二信使）（第二信使）亞基使酶活化亞基使酶活化v將細(xì)胞外信號(hào)分子稱為將細(xì)胞外信號(hào)分子稱為“第一信使第一信使”v第一信使與受體結(jié)合后，在細(xì)胞內(nèi)最早產(chǎn)第一信使與受體結(jié)合后，在細(xì)胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號(hào)分子稱為生的信號(hào)分子稱為“第二信使第二信使”第二信使（第二信使（second messenger）:胞內(nèi)生成的小分子胞內(nèi)生成的小分子物質(zhì)，其濃度的變化（上升或降低）應(yīng)答于胞外信號(hào)與物質(zhì)，其濃度的變化（上升或降低）應(yīng)答于胞外信號(hào)與細(xì)胞表面受體的結(jié)合，并在細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)中行駛功能。細(xì)胞表面受體的結(jié)合，并在細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)中行駛功能。公認(rèn)的第二信使：公認(rèn)的第二信使：cAMP、cGMP、

31、DAG、IP3、Ca2+、等。、等。cGMP2.2 G蛋白作用的靶蛋白蛋白作用的靶蛋白四種主要的靶蛋白四種主要的靶蛋白(1)腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶(2)磷脂酶磷脂酶C（PLC）(3)cGMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶(4)K+離子通道離子通道靶蛋白（酶）直接影響靶蛋白（酶）直接影響第第二信使（二信使（second messenger）的濃度的濃度亞基活化靶亞基活化靶蛋白蛋白GTP的水解導(dǎo)致的水解導(dǎo)致亞基的失活亞基的失活，并與靶蛋白分，并與靶蛋白分離，離，亞基亞基重新與重新與亞基結(jié)合成為異三聚體亞基結(jié)合成為異三聚體靶蛋白靶蛋白第二信使第二信使cAMP ATP （腺苷三磷酸）（腺苷三磷酸）cAMP

32、（環(huán)腺苷一磷酸）（環(huán)腺苷一磷酸）（環(huán)腺苷酸）（環(huán)腺苷酸）5-AMP（腺苷一磷酸）（腺苷一磷酸）（腺苷酸）（腺苷酸）腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶PDE：環(huán)化腺苷磷酸二酯酶：環(huán)化腺苷磷酸二酯酶(1)靶蛋白靶蛋白：腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶第二信使第二信使DAG和和IP3二?；视投；视停―AG)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3)磷脂酶磷脂酶C4，5-二磷酸肌醇二磷酸肌醇(2)靶蛋白靶蛋白：磷脂酶磷脂酶C(3)靶蛋白：靶蛋白：cGMP 磷酸二酯酶（磷酸二酯酶（PDE）視桿細(xì)胞，光受體（視紫紅質(zhì)，視桿細(xì)胞，光受體（視紫紅質(zhì)，Rh）Na離子內(nèi)流，超極化離子內(nèi)流，超極化光信號(hào)光信號(hào)Rh激活激活Gt活化活化cGM

33、P磷酸二酯酶激活磷酸二酯酶激活胞內(nèi)胞內(nèi)cGMP減少減少Na+離子通道關(guān)閉離子通道關(guān)閉離子濃度下降離子濃度下降膜超極化膜超極化神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少視覺反應(yīng)視覺反應(yīng)(4)G蛋白蛋白亞基激活亞基激活K+離子通道離子通道乙酰膽堿乙酰膽堿心肌細(xì)胞心肌細(xì)胞(1)腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶(2)磷脂酶磷脂酶C（PLC）(3)cGMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶cAMP、DAG、IP3、2.2.1 cAMP信號(hào)通路信號(hào)通路 v第二信使第二信使cAMP激活激活蛋白激酶蛋白激酶A（protein kinase A，即，即PKA），），PKA催化靶蛋白的絲催化靶蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，呈現(xiàn)生物學(xué)效應(yīng)。氨

34、酸或蘇氨酸殘基磷酸化，呈現(xiàn)生物學(xué)效應(yīng)。催化亞基催化亞基調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基無活性的無活性的PKA是聚合物是聚合物活化的活化的PKA使催化亞基分離出來使催化亞基分離出來蛋白激酶蛋白激酶A由調(diào)節(jié)亞基由調(diào)節(jié)亞基R和催化亞基和催化亞基C組成，當(dāng)組成，當(dāng)2個(gè)個(gè)cAMP與與1個(gè)調(diào)節(jié)個(gè)調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，則亞基結(jié)合，則R與與C分離，催化亞基呈活化狀態(tài)。分離，催化亞基呈活化狀態(tài)。PKAPKA與與PKAPKA底物底物PKA在不同類型的細(xì)胞中作用于不同的底物：在不同類型的細(xì)胞中作用于不同的底物：v在肝細(xì)胞和肌肉細(xì)胞中在肝細(xì)胞和肌肉細(xì)胞中PKA激活激活葡萄糖磷酸酶葡萄糖磷酸酶，促使糖原分解為葡萄糖；促使糖原分解為葡萄糖；v在

35、脂肪細(xì)胞中在脂肪細(xì)胞中PKA激活激活磷脂酶磷脂酶，促使甘油三酯水，促使甘油三酯水解生成脂肪酸和甘油；解生成脂肪酸和甘油；v在卵巢細(xì)胞中在卵巢細(xì)胞中PKA促進(jìn)類固醇激素（雌激素和孕促進(jìn)類固醇激素（雌激素和孕酮）的合成。酮）的合成。通過通過 PKA/CREB 激活目激活目標(biāo)基因標(biāo)基因的表達(dá)的表達(dá)PKA的催化亞基的催化亞基PKA催化催化CREB磷酸化磷酸化磷酸化的磷酸化的CREB與與CRE序列結(jié)合，序列結(jié)合，啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄信號(hào)放大效應(yīng)信號(hào)放大效應(yīng)腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶蛋白激酶蛋白激酶A酶酶產(chǎn)物產(chǎn)物細(xì)胞信號(hào)通路細(xì)胞信號(hào)通路 受受 體體外界刺激外界刺激 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)生物效應(yīng)生物效

36、應(yīng)細(xì)胞外細(xì)胞外 信號(hào)分子信號(hào)分子受體蛋白受體蛋白細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi) 信號(hào)分子信號(hào)分子或蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)靶蛋白靶蛋白（酶、（酶、基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控蛋白、細(xì)胞骨架）蛋白、細(xì)胞骨架）改變代謝活動(dòng)、基因表改變代謝活動(dòng)、基因表達(dá)、細(xì)胞形態(tài)或運(yùn)動(dòng)達(dá)、細(xì)胞形態(tài)或運(yùn)動(dòng)信號(hào)通路的反饋調(diào)節(jié)信號(hào)通路的反饋調(diào)節(jié)stimulusreceptortransductioneffectorfeedback may occur at these steps negative feedback is a common method，避免信號(hào)通路的過渡調(diào)節(jié)避免信號(hào)通路的過渡調(diào)節(jié) positive feedback is rare

37、ly used，因?yàn)闀?huì)造成內(nèi)在的不穩(wěn)定性因?yàn)闀?huì)造成內(nèi)在的不穩(wěn)定性副反饋副反饋熒光蛋白熒光蛋白正反饋正反饋cAMP信號(hào)如何終止信號(hào)如何終止?1.環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶（環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶（PDE）催化）催化cAMP生成生成5-AMP，使信號(hào)終止使信號(hào)終止基礎(chǔ)基礎(chǔ)PDE活性活性PKA增加增加cAMPPDE因磷酸因磷酸化而被活化，化而被活化，并降低并降低cAMP2.G蛋白失活，蛋白失活，恢復(fù)三聚體恢復(fù)三聚體 亞基與亞基與ADP結(jié)合，（結(jié)合，（GAP、RGS）1971 Nobel Prize in Physiology or MedicineEarl W.Sutherland 英國科學(xué)家薩瑟蘭英國科學(xué)家薩

38、瑟蘭 在分子水平上闡明激素的作用機(jī)理在分子水平上闡明激素的作用機(jī)理,發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了cAMP作為第二信使的作用作為第二信使的作用 cAMP第二信使的發(fā)現(xiàn)第二信使的發(fā)現(xiàn)v向肝組織切片加入向肝組織切片加入腎上腺素腎上腺素時(shí)，可在懸浮液中測(cè)出時(shí)，可在懸浮液中測(cè)出葡萄糖，而且糖原磷酸化酶活性增加；葡萄糖，而且糖原磷酸化酶活性增加；v腎上腺素直接加入酶制劑，則不能改變酶的活性；腎上腺素直接加入酶制劑，則不能改變酶的活性；v腎上腺素加入肝細(xì)胞勻漿的膜組分后能促使酶的活腎上腺素加入肝細(xì)胞勻漿的膜組分后能促使酶的活化；在補(bǔ)充了化；在補(bǔ)充了ATP和和Mg2+的細(xì)胞勻漿膜組分中，生的細(xì)胞勻漿膜組分中，生成了一種熱穩(wěn)定

39、、可透析的小分子成了一種熱穩(wěn)定、可透析的小分子cAMP；v進(jìn)一步證實(shí)許多肽類激素都能影響靶細(xì)胞中進(jìn)一步證實(shí)許多肽類激素都能影響靶細(xì)胞中cAMP的的濃度，提出濃度，提出激素作用的第二信使說激素作用的第二信使說。2.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)通路通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)通路 v離子通道偶聯(lián)的信號(hào)通路離子通道偶聯(lián)的信號(hào)通路 配體式離子通道配體式離子通道 vG蛋白偶聯(lián)的信號(hào)通路蛋白偶聯(lián)的信號(hào)通路 cAMP信號(hào)通路信號(hào)通路 磷脂酰肌醇信號(hào)通路磷脂酰肌醇信號(hào)通路 v具有酶活性的受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路具有酶活性的受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路2.2.2 磷脂酰肌醇信號(hào)通路磷脂酰肌醇信號(hào)通路 v磷脂酶磷脂酶C（PLC）

40、催化細(xì)胞膜上的催化細(xì)胞膜上的4，5-二磷酸磷二磷酸磷脂酰肌醇脂酰肌醇(PIP2)水解為水解為:1，4，5-三磷酸三磷酸肌醇（肌醇（IP3）和和 二 酰 基 甘 油二 酰 基 甘 油（DAG）磷脂酶磷脂酶C三磷酸肌醇三磷酸肌醇二?；视投；视土字＜〈剂字＜〈糚KCPLCDAGCa2+binds to PKC.Ca2+-bound PKC binds to DAG.PKC becomes active,and phosphorylates a wide range of target proteins磷脂酶磷脂酶CCa2+通道通道蛋白激酶蛋白激酶CPKC使底物蛋白磷酸化使底物蛋白磷酸化Ca

41、2+通道通道IP3和和DAG信號(hào)信號(hào)如何終止如何終止?vIP3信號(hào)的終止信號(hào)的終止是通過是通過依次去磷酸化形成自由依次去磷酸化形成自由的肌醇。的肌醇。vDG信號(hào)的終止信號(hào)的終止是通過是通過DG激酶使激酶使DG磷酸化成磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)；或被肌醇循環(huán)；或被DG酯酯酶水解為單?；视?。酶水解為單酰基甘油。磷脂酰肌醇信號(hào)通路磷脂酰肌醇信號(hào)通路vIP3激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣通道，使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣通道，使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Ca2+濃度提高；濃度提高；vCa2+和和DAG共同活化共同活化蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)，催催化靶蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，呈化靶蛋白

42、的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，呈現(xiàn)生物學(xué)效應(yīng)；現(xiàn)生物學(xué)效應(yīng)；vCa2+與與鈣調(diào)蛋白（鈣調(diào)蛋白（CaM）結(jié)合結(jié)合,形成復(fù)合物，形成復(fù)合物，Ca2+-CaM復(fù)合物再與靶酶結(jié)合將其激活。復(fù)合物再與靶酶結(jié)合將其激活。鈣調(diào)蛋白（鈣調(diào)蛋白（CaM）4 4個(gè)結(jié)構(gòu)域，各結(jié)合一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)域，各結(jié)合一個(gè)CaCa2+2+MAP激酶激酶因磷酸化因磷酸化而活化而活化Ik-B因磷因磷酸化而酸化而失活失活PKC信號(hào)整合作用信號(hào)整合作用信號(hào)通路的脫敏現(xiàn)象信號(hào)通路的脫敏現(xiàn)象受體失活受體失活信號(hào)蛋白失活信號(hào)蛋白失活產(chǎn)生抑制蛋白產(chǎn)生抑制蛋白（負(fù)反饋）（負(fù)反饋）受體數(shù)量下調(diào)受體數(shù)量下調(diào)受體與配體分離受體與配體分離5種方式種方式Examp

43、les:與與GPCR有有關(guān)的生理活關(guān)的生理活動(dòng)動(dòng)G蛋白的激活和抑制作用蛋白的激活和抑制作用G蛋白的蛋白的亞基調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶（腺苷酸環(huán)化酶（AC)的的活性活性 Gs 亞基激活亞基激活A(yù)C Gi 亞基抑制亞基抑制AC腺苷酸腺苷酸環(huán)化酶環(huán)化酶激活激活抑制抑制腎上腺素腎上腺素胰高血糖素胰高血糖素前列腺素前列腺素1腺苷腺苷促腎上腺皮促腎上腺皮質(zhì)激素質(zhì)激素G蛋白的蛋白的、和亞基亞基人類基因組編碼人類基因組編碼27種種,5種種和和13種種亞亞基，組成基，組成1000多種異三聚體多種異三聚體G蛋白。蛋白。細(xì)菌毒素細(xì)菌毒素對(duì)對(duì)G蛋白的修飾作用，會(huì)引起多蛋白的修飾作用，會(huì)引起多種疾病。種疾病?；魜y毒素霍

44、亂毒素催化催化Gs的的亞基發(fā)生亞基發(fā)生ADP-核糖基核糖基化，致使化，致使亞基喪失亞基喪失GTP水解酶的活性，水解酶的活性，GTP永久結(jié)合在永久結(jié)合在Gs的的亞基上，亞基上，亞基處于亞基處于持續(xù)活化狀態(tài)，則腺苷酸環(huán)化酶永久活化。持續(xù)活化狀態(tài)，則腺苷酸環(huán)化酶永久活化。導(dǎo)致小腸上皮細(xì)胞中導(dǎo)致小腸上皮細(xì)胞中cAMP增加增加100倍以上，倍以上，則則Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。水。The function of heterotrimeric G-Protein coupled receptors is affected in common diseasesch

45、olera toxinpertussis toxinwhooping cough-600,000 deaths/yrcholera-500,000 deaths/yrClassVariantMechanismSensitivitys(s)s(L)(+)Adenylyl cyclase(+)Ca2+channel(-)Na+channelCholeraGsolf(+)Adenylyl cyclaseCholerai1i2i3(-)Adenylyl cyclasePertussisoaob(-)Ca2+channel(+)Phospholipase C(+)Phospholipase A2Pert

46、ussist1t2(+)cGMPphosphodiesteraseCholera andpertussisg(+)Phospholipase CPertussisGi2(-)Adenylyl cyclaseGqq11141516(+)Phospholipase CG121213?百日咳毒素百日咳毒素催化催化Gi的的亞基發(fā)生亞基發(fā)生ADP-核核糖基化，結(jié)果抑制了糖基化，結(jié)果抑制了GDP的釋放，使的釋放，使Gi的的亞基不能活化，從亞基不能活化，從而阻斷了而阻斷了Ri受體引起受體引起的對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的的對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用抑制作用這些毒素可用于研這些毒素可用于研究究G 蛋白的蛋白的Gs 或或 G

47、i 信號(hào)通路信號(hào)通路1994 Nobel Prize in Physiology or MedicineAlfred G.Gilman美國科學(xué)家吉爾曼美國科學(xué)家吉爾曼 Martin Rodbell美國科學(xué)家羅德貝爾美國科學(xué)家羅德貝爾 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)G蛋白及其在細(xì)胞中轉(zhuǎn)導(dǎo)信息的作用蛋白及其在細(xì)胞中轉(zhuǎn)導(dǎo)信息的作用 G蛋白的發(fā)現(xiàn)蛋白的發(fā)現(xiàn)v羅德貝爾羅德貝爾發(fā)現(xiàn)在破損細(xì)胞中激素激活或抑制腺苷酸發(fā)現(xiàn)在破損細(xì)胞中激素激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶，環(huán)化酶，需要需要GTP的存在的存在；v吉爾曼吉爾曼發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)G蛋白缺失的突變細(xì)胞蛋白缺失的突變細(xì)胞雖然具有正常水雖然具有正常水平的受體和腺苷酸環(huán)化酶，但是腎上腺素不能使腺平的受

48、體和腺苷酸環(huán)化酶，但是腎上腺素不能使腺苷酸環(huán)化酶活化；苷酸環(huán)化酶活化；v如果將突變細(xì)胞的細(xì)胞膜制劑與如果將突變細(xì)胞的細(xì)胞膜制劑與G蛋白混合，并在蛋白混合，并在GTP存在的條件下，腎上腺素能使酶活化；存在的條件下，腎上腺素能使酶活化；v用純化的腎上腺素受體、刺激型用純化的腎上腺素受體、刺激型 G蛋白和腺苷酸環(huán)蛋白和腺苷酸環(huán)化酶在人工脂質(zhì)體上重組了有活性的腎上腺素激活化酶在人工脂質(zhì)體上重組了有活性的腎上腺素激活的腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)。的腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)。vG G蛋白是一種蛋白是一種 聚體，其中聚體，其中 亞基與亞基與GDPGDP結(jié)合時(shí)為結(jié)合時(shí)為 狀態(tài)，與狀態(tài)，與GTPGTP結(jié)合時(shí)為結(jié)合時(shí)為 狀態(tài)。狀態(tài)

49、。vG G蛋白偶聯(lián)的受體是一種蛋白偶聯(lián)的受體是一種 次跨膜的細(xì)胞膜內(nèi)在次跨膜的細(xì)胞膜內(nèi)在蛋白。當(dāng)它與配體結(jié)合后，其胞內(nèi)部分的構(gòu)象發(fā)生蛋白。當(dāng)它與配體結(jié)合后，其胞內(nèi)部分的構(gòu)象發(fā)生改變，從而能活化改變，從而能活化 ，引起，引起 亞基與亞基與 亞基的分離。亞基的分離。v在在cAMPcAMP信號(hào)通路中產(chǎn)生的第二信使是信號(hào)通路中產(chǎn)生的第二信使是 ，它，它能與能與 的調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，活化激酶的催化亞的調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，活化激酶的催化亞基，使底物蛋白磷酸化，引起細(xì)胞內(nèi)酶活性、基，使底物蛋白磷酸化，引起細(xì)胞內(nèi)酶活性、或或 的改變。的改變。v在磷脂酰肌醇信號(hào)通路中產(chǎn)生的第二信使是在磷脂酰肌醇信號(hào)通路中產(chǎn)生的第二信使是

50、 和和 。其中。其中 能使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上能使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上配體式配體式Ca2+Ca2+通道的打開，引起細(xì)胞內(nèi)通道的打開，引起細(xì)胞內(nèi)CaCa2+2+濃度的提高。濃度的提高。vPKA PKA 和和 PKC PKC 都能催化底物蛋白的都能催化底物蛋白的 上的羥上的羥基發(fā)生磷酸化，產(chǎn)生信號(hào)通路的生物效應(yīng)?；l(fā)生磷酸化，產(chǎn)生信號(hào)通路的生物效應(yīng)。vGaGa亞基本身具有亞基本身具有 酶活性，當(dāng)酶活性，當(dāng)Ga-ATPGa-ATP水解成水解成Ga-Ga-ADPADP時(shí)，則可失活而重新組成時(shí)，則可失活而重新組成 ，終止信號(hào)傳，終止信號(hào)傳遞。遞。v磷脂酰肌醇信號(hào)通路的終止過程中，三磷酸肌醇通過磷脂酰肌醇信號(hào)通路的終止過程中

51、，三磷酸肌醇通過 過程最終產(chǎn)生過程最終產(chǎn)生 ，二?；视蛣t通，二?；视蛣t通過過 過程產(chǎn)生過程產(chǎn)生 ，兩者結(jié)合又可以形，兩者結(jié)合又可以形成磷酸酰肌醇。成磷酸酰肌醇。作業(yè)作業(yè)3v寫出寫出cAMP信號(hào)通路的起始、轉(zhuǎn)導(dǎo)和終止的信號(hào)通路的起始、轉(zhuǎn)導(dǎo)和終止的全過程。全過程。2.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)通路通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)通路 v離子通道偶聯(lián)的信號(hào)通路離子通道偶聯(lián)的信號(hào)通路 配體式離子通道配體式離子通道 vG蛋白偶聯(lián)的信號(hào)通路蛋白偶聯(lián)的信號(hào)通路 cAMP信號(hào)通路信號(hào)通路 磷脂酰肌醇信號(hào)通路磷脂酰肌醇信號(hào)通路 v具有酶活性的受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路具有酶活性的受體所介導(dǎo)的信號(hào)通路與酶連接的受體是與酶

52、連接的受體是單次跨膜蛋白單次跨膜蛋白，配體結(jié)合部位在細(xì)胞的表面，配體結(jié)合部位在細(xì)胞的表面.受體的胞內(nèi)部位受體的胞內(nèi)部位(the cytoplasmic domain)具有酶活性。具有酶活性。2.3 與酶連接的受體與酶連接的受體GPCREnzyme-linkedG protein coupled 受體酪氨酸蛋白激酶受體酪氨酸蛋白激酶(Receptor tyrosine kinases RTKs)受體本身具有酪氨酸激酶的活性受體本身具有酪氨酸激酶的活性，胞外區(qū)是結(jié)合配體的結(jié)，胞外區(qū)是結(jié)合配體的結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)區(qū)是酪氨酸蛋白激酶的催化部位構(gòu)域，胞內(nèi)區(qū)是酪氨酸蛋白激酶的催化部位RTKs 的配體是可溶性的，

53、或者是膜結(jié)合的多肽或蛋白質(zhì)的配體是可溶性的，或者是膜結(jié)合的多肽或蛋白質(zhì)激素，例如：神經(jīng)生長因子，表皮生長因子，成纖維生長激素，例如：神經(jīng)生長因子，表皮生長因子，成纖維生長因子，胰島素等因子，胰島素等RTKs的下游信號(hào)涉及到的下游信號(hào)涉及到Ras-MAP-kinase pathway，這條通路在細(xì)胞的增殖、分化、生存和代謝中起著重要的這條通路在細(xì)胞的增殖、分化、生存和代謝中起著重要的作用作用這條信號(hào)通路的缺陷會(huì)引起發(fā)育缺陷，以及腫瘤發(fā)生這條信號(hào)通路的缺陷會(huì)引起發(fā)育缺陷，以及腫瘤發(fā)生表皮生長表皮生長因子受體因子受體神經(jīng)生長神經(jīng)生長因子受體因子受體成纖維生長成纖維生長因子受體因子受體血管內(nèi)皮生長血管

54、內(nèi)皮生長因子受體因子受體胰島素受體胰島素受體受體及其二聚化特性受體及其二聚化特性配體配體受體受體1受體受體2RTKs的二聚體和自身磷酸化的二聚體和自身磷酸化受體二聚化受體二聚化受體自身磷酸化受體自身磷酸化（互相催化酪氨酸（互相催化酪氨酸殘基磷酸化）殘基磷酸化）激活與磷酸化的酪氨酸激活與磷酸化的酪氨酸殘基結(jié)合的底物蛋白殘基結(jié)合的底物蛋白R(shí)as蛋白的開和關(guān)蛋白的開和關(guān)Ras蛋白是一種蛋白是一種GTP水解酶水解酶vRas蛋白由蛋白由190個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基組成，經(jīng)過脂修飾而殘基組成，經(jīng)過脂修飾而結(jié)合在細(xì)胞膜的胞質(zhì)一側(cè)；結(jié)合在細(xì)胞膜的胞質(zhì)一側(cè)；vRas 與與GDP結(jié)合為無活性結(jié)合為無活性狀態(tài)狀態(tài),R

55、as 與與GTP結(jié)合為結(jié)合為活化狀態(tài)；活化狀態(tài)；vGEF和和GAP與與Ras蛋白蛋白GTP-GDP轉(zhuǎn)換相關(guān)；轉(zhuǎn)換相關(guān)；vRas調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖或分化；調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖或分化；臨床上臨床上30%的腫瘤表現(xiàn)為的腫瘤表現(xiàn)為Ras 過度活化。過度活化。鳥苷酸交換因子鳥苷酸交換因子（Ras激活蛋白）激活蛋白）GTP酶活化蛋白酶活化蛋白表皮生長因子（表皮生長因子（EGF)信號(hào)通路信號(hào)通路受體酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體二聚化受體二聚化受體自身的酪氨受體自身的酪氨酸殘基磷酸化酸殘基磷酸化配體配體EGF EGF信號(hào)通路信號(hào)通路接頭蛋白接頭蛋白（適配器蛋白適配器蛋白)GDP/GTP交換交換GRB2的的SH2結(jié)構(gòu)域與磷酸

56、化的酪氨酸殘基結(jié)合，結(jié)構(gòu)域與磷酸化的酪氨酸殘基結(jié)合，SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域與與Ras激活蛋白結(jié)激活蛋白結(jié)合，合，SH2和和SH3 為為Src同源區(qū)同源區(qū)(Src homolog region)。鳥苷酸交換因子鳥苷酸交換因子（Ras激活蛋白）激活蛋白）Ras-GDP結(jié)合結(jié)合在細(xì)胞膜上在細(xì)胞膜上活化的活化的Ras蛋蛋白白改變改變蛋白蛋白活性活性改變改變基因基因表達(dá)表達(dá)激酶的級(jí)激酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)聯(lián)反應(yīng)Ras-MAP-kinase pathwayvMAP-kinase=Mitogen Activated Protein-Kinase(有絲分裂原活化蛋白激酶有絲分裂原活化蛋白激酶)v 激活的激活的Ras 啟動(dòng)啟

57、動(dòng) serine/threonine kinases的的級(jí)聯(lián)反應(yīng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)v Phospho-S/T lasts longer than phospho-Y;helps to prolong proliferation/differentiation signals.Ras-MAP-kinase pathwayv級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的三種激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的三種激酶:MAP-Kinase-Kinase-Kinase(MAPKKK;mammalian form is called Raf).MAP-Kinase-Kinase(MAPK-Kinase;mammalian form is called MEK).M

58、itogen-activated protein kinase(MAP-kinase;mammalian form called Erk).vMAP-K 使細(xì)胞核內(nèi)的成分磷酸化使細(xì)胞核內(nèi)的成分磷酸化,調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期v With so many kinases around,this is a useful safety mechanism to minimize accidental activation of MAP-K.活化的活化的Ras蛋蛋白白改變改變蛋白蛋白活性活性改變改變基因基因表達(dá)表達(dá)激酶的級(jí)激酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)聯(lián)反應(yīng)Raf,MAPKKKErk,MAPKMEK,MAPKKv通過

59、各種通過各種抑制劑抑制劑進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)通進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)通路的研究路的研究 Receptor tyrosine kinases 受體酪氨酸蛋白激酶受體酪氨酸蛋白激酶 受體本身具有酪氨酸激酶的活受體本身具有酪氨酸激酶的活性，催化底物蛋白的酪氨酸殘基磷酸化性，催化底物蛋白的酪氨酸殘基磷酸化 Tyrosine-kinase associated receptors酪氨酸蛋白激酶相關(guān)的受體酪氨酸蛋白激酶相關(guān)的受體-受體不具有酪氨酸激酶受體不具有酪氨酸激酶的活性，但受體相聯(lián)的蛋白質(zhì)具有酪氨酸激酶的活性的活性，但受體相聯(lián)的蛋白質(zhì)具有酪氨酸激酶的活性 Receptor serine/threonine kinas

60、es 受體絲氨酸受體絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蘇氨酸蛋白激酶-受體本身具有激酶的活受體本身具有激酶的活性，催化底物蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化性，催化底物蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化 Receptor-like tyrosine phosphatases受體受體酪氨酸磷酸酯酶酪氨酸磷酸酯酶 催化酪氨酸殘基脫磷酸催化酪氨酸殘基脫磷酸 Receptor guanylyl cyclases 受體鳥苷酸環(huán)化酶受體鳥苷酸環(huán)化酶-直接催化細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的直接催化細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的cGMP 合成合成There are five major classes of enzyme-linked cell surface rec

61、eptorsPollard,1st ed,Figure 26-1突變型受體會(huì)發(fā)生突變型受體會(huì)發(fā)生?突變的受體處于抑制狀態(tài)突變的受體處于抑制狀態(tài)正常的受體活化（自身磷酸化）正常的受體活化（自身磷酸化）如果突變的受體處于激活狀態(tài)是怎樣一種情況如果突變的受體處于激活狀態(tài)是怎樣一種情況?軟骨發(fā)育不全軟骨發(fā)育不全-短肢侏儒短肢侏儒FGF 受體信號(hào)通路受體信號(hào)通路 97%的的軟骨發(fā)育不全是由于軟骨發(fā)育不全是由于FGF受體的受體的G380R 區(qū)域的突變?cè)斐傻摹^(qū)域的突變?cè)斐傻摹GF Receptor Signaling 97%of achondroplasia is associated with a G

62、380R mutation within FGF receptor 3 Mutation results in constitutive activation of receptor in ligand-independent manner+/+/FGFR3G374R+/+/FGFR3G374R+/+/FGFR3G374R骨生長盤骨生長盤軟骨發(fā)育不全小鼠軟骨發(fā)育不全小鼠-FGFR3G374R突變突變胰島素信號(hào)通路與糖代謝胰島素信號(hào)通路與糖代謝胰島素胰島素胰島素受體胰島素受體糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白胞內(nèi)體胞內(nèi)體糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白胰島素信號(hào)通路胰島素信號(hào)通路促進(jìn)增殖與分化促進(jìn)增殖與分化抑制脂肪分解抑

63、制脂肪分解抑制細(xì)胞凋亡抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)糖原合成促進(jìn)糖原合成促進(jìn)脂肪酸合成促進(jìn)脂肪酸合成促進(jìn)蛋白質(zhì)合成促進(jìn)蛋白質(zhì)合成促進(jìn)促進(jìn)Na+轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)促進(jìn)促進(jìn)NO生成和血管舒張生成和血管舒張細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖張力纖維張力纖維線狀偽足線狀偽足上皮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上皮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定受體酪氨酸激酶的生物學(xué)效應(yīng)受體酪氨酸激酶的生物學(xué)效應(yīng)粘著斑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)刺激細(xì)胞生長和增殖粘著斑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)刺激細(xì)胞生長和增殖GRB2(接頭蛋白接頭蛋白)Sos(鳥苷酸交換因子鳥苷酸交換因子)Ras蛋白蛋白R(shí)af(MAP激酶的激酶的激酶的激酶的激酶激酶)MEK(MAP激酶的激酶）激酶的激酶）Erk(MAP激酶）激酶）信號(hào)反應(yīng)的收斂性、發(fā)散性和整合性信號(hào)反應(yīng)

64、的收斂性、發(fā)散性和整合性PKAPKCG蛋白蛋白R(shí)as蛋白蛋白1992 Nobel Prize in Physiology or MedicineEdmond H.Fischer美國科學(xué)家費(fèi)希爾美國科學(xué)家費(fèi)希爾 Edwin G.Krebs美國科學(xué)家克雷布斯美國科學(xué)家克雷布斯 在逆轉(zhuǎn)蛋白磷酸化作為生物調(diào)節(jié)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)中做出巨大貢獻(xiàn)在逆轉(zhuǎn)蛋白磷酸化作為生物調(diào)節(jié)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)中做出巨大貢獻(xiàn) G-protein coupledreceptor Tyrosine kinasereceptor Ligand-gatedchannelsCell signaling summaryvContact mediated,

65、local and long distance signalsvSignaling begun by binding of ligand to receptorvCascades of proteins can amplify initial signalvRegulates cellular activity in cytoplasm/nucleus討論題討論題v腎上腺素引起的是怎樣一種信號(hào)通路？腎上腺素引起的是怎樣一種信號(hào)通路？能產(chǎn)生怎樣的生物學(xué)效應(yīng)能產(chǎn)生怎樣的生物學(xué)效應(yīng)?v胰島素引起的是怎樣一種信號(hào)通路？胰島素引起的是怎樣一種信號(hào)通路？能產(chǎn)生怎樣的生物學(xué)效應(yīng)能產(chǎn)生怎樣的生物學(xué)效應(yīng)?絲氨酸絲氨酸/蘇氨酸磷酸化蘇氨酸磷酸化酪氨酸磷酸化酪氨酸磷酸化異三聚體異三聚體G蛋白蛋白谷氨酸受體谷氨酸受體谷氨酸受體谷氨酸受體