复旦医学细胞生物学课件09细胞信号转导

细胞信号转导G蛋白下游效应蛋白种类：离子通道、AC、磷脂酶C、磷脂酶A２、磷酸二酯酶。细胞外信号分子（配体）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递，所以又称为第一信使。效应蛋白在跨膜信号传递过程中促使细胞产生第二信使，在细胞内延续信号传递。第二信使Secondmessenger第二信使主要有：cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+、NO第二信使的作用：信号转换、信号放大。第二信使介导的下游信号体系腺苷酸环化酶与cAMP20世纪50年代，Sutherland发现cAMP，cAMP由腺苷酸环化酶合成。腺苷酸环化酶（adenylatecyclase,AC）是G蛋白的效应蛋白，目前发现6种亚型，位于细胞膜上，跨膜12次。催化结构域在胞质面，Mg2+或Mn2+存在的条件下可催化ATP生成cAMP。AC是cAMP信号传递系统的关键酶。cAMP作为第二信使可以直接激活离子通道。人体的嗅觉即依靠该途径产生。气味分子与G蛋白偶联型受体结合，可激活AC，产生cAMP，开启cAMP门控通道，引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉。更多细胞中，cAMP可以特异性活化cAMP依赖性蛋白激酶A（cAMPdependentproteinkinase,PKA）。PKAPKA可进入细胞核中，将cAMP反应元件结合蛋白（cAMPresponsiveelementbindingprotein,CREB）磷酸化，后者激活后调控特定基因的表达。细胞质中的PKA可以激活磷酸化酶激酶，后者将糖原降解。cAMP实现其第二信使的使命后在环核苷酸磷酸二酯酶（cAMPphosphodiesterase，PDE）的作用下被降解成5’-AMP，浓度降低，停止后续反应。cAMP被降解成5’-AMP活化的激酶在磷酸酶的作用下去磷酸化，进入失活状态。海南霍乱疫情从10月29日开始，海南大学部分学院有少数学生发生腹泻。截止到11月1日12时，共发现有腹泻症状者30人，其中22例症状较轻的病人隔离在海大医院并进行采样和预防性服药，8例病人在市医院传染病科进行隔离治疗。经核实为诊断病例7例，疑似病例1例。10月3至11月2日，海南省共发生霍乱病人51例，已治愈出院29例，康复11例，现患病人11例，无死亡病例。霍乱是由霍乱弧菌引起的急性肠道传染病，患者剧烈腹泻、呕吐、发烧，短时间内即可发生死亡。霍乱毒素能与膜受体结合，催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上，致使α亚基处于持续激活状态并丧失GTP酶的活性，持续激活AC，大量产生cAMP，细胞因此持续分泌Cl-和HCO3-，细胞内Na+和水大量外流，造成严重腹泻而脱水。第二信使介导的下游信号体系磷脂酰肌醇途径该途径是G蛋白激活了磷脂酶C（phospholipaseC,PLC），将PIP2(phosphatidyliositol4,5-biphospate)分解成两个第二信使：IP3(inositol1,4,5-triphospate)和DAG(diacylglycerol)。配体主要有生长因子、神经递质、肽类激素等。PIP2Hydrolysis磷脂酰肌醇途径IP3与内质网上的IP3受体门控钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高，激活各类依赖钙离子的蛋白。DAG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（ProteinKinaseC，PKC）。PKC以非活性形式分布于细胞质中，有一个催化中心和一个膜结合区域。当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca2+浓度升高，同时PKC转位到质膜内表面，被DAG活化，此时它与Ca2+的亲和力增加，在Ca2+、DAG和膜磷脂的共同作用下具有了对底物进行磷酸化的功能。IP3可在酶作用下水解。DAG通过两种途径终止其信使作用：一是被DAG激酶磷酸化成为磷脂酸，进入肌醇脂循环再生；二是被DAG酯酶水解成甘油和花生四烯酸。Ca2+-CaM介导的胞外信号诱导的细胞反应Ca2+-钙调蛋白(calmodulin,CaM)-钙调蛋白依赖性蛋白CaM为钙结合蛋白，有4个Ca2+结合位点，结合钙离子后可发生构象改变，形成的Ca2+-CaM复合物具有活性，磷酸化蛋白质的丝氨酸/苏氨酸，激活蛋白激酶或磷酸酶。Ca2+-CaM的底物谱广泛:激活磷酸二脂酶(PDEⅠ)、肌球蛋白轻链激酶转录因子活化Ca2+-CaM→神经钙蛋白→NFAT→启动转录间接激活GCCa2+由质膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交换器泵出细胞外，或由内质网膜上的钙泵抽进内质网HRGCGTPcGMPcGMP-依赖性蛋白激酶蛋白激酶G（PKG）（效应蛋白磷酸化）第二信使介导的下游信号体系GC与cGMP鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase,GC）与AC类似，可分解GTP成为cGMP作为第二信使。GC一般有胞膜结合型和可溶性两种存在形式。胞膜结合型GC是跨膜蛋白，胞外区域是配体结合部位，能与神经肽等配体结合，引发构象改变；胞内区域为GC催化结构域，可分解GTP产生cGMP。cGMP作为第二信使可以直接激活离子通道。视觉：视杆细胞中含视紫红质（rhodopsin,Rh），Rh是G蛋白偶联受体。由跨膜蛋白和一个11顺-视黄醛组成。黑暗条件下视杆细胞中cGMP浓度较高，cGMP门控离子通道开放，离子内流，引起膜去极化，突触持续向神经元释放神经递质。光照使视黄醛的构象变为反式，Rh分解为视黄醛和视蛋白，构象改变的视蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，将细胞中的cGMP水解，关闭离子通道，减少神经递质释放，产生视觉。味觉：咸味、酸味由钠离子或质子通过相应的离子通道引起。甜味或苦味由糖类或碱类物质与G蛋白偶联受体相互作用引起。可溶性GC是二聚体蛋白，有2个酶活性部位，它的活化需要NO的激活。cGMP作为第二信使可以活化cGMP依赖性蛋白激酶G（cGMPdependentproteinkinase,PKG）。PKG可作用于底物蛋白，引起细胞产生不同反应。心绞痛是一种因通过心脏冠状动脉的血流量减少而导致输送到心肌里的氧缺乏所引起的症状。医生们很早就已知道硝酸甘油在治疗心绞痛上的效用，但当时医生们还不知道这种物质发生作用的机理。20世纪发现硝酸甘油的作用是引起冠状动脉扩张，从而增加了心脏的血流量。1979年，穆拉德教授发现硝酸甘油等有机硝酸酯必须代谢为一氧化氮后才能发挥扩张血管的药理作用。1980年，弗奇戈特教授发现主动脉内皮细胞在受到化学物质（乙酰胆碱）刺激后能产生一种起信使作用的分子，该分子能将放松的指令传送到肌肉细胞。弗奇戈特将这种信使分子称之为“内皮细胞松弛因子”1986年伊格纳罗鉴定内皮细胞松弛因子为一氧化氮（NO）分子。LouisIgnarroFeridMuradRobertFurchgottfortheirdiscoveriesconcerningnitricoxideasasignallingmoleculeinthecardiovascularsystemTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1998血管内皮细胞上的受体结合乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高，Ca2+－CaM复合物激活一氧化氮合酶（nitricoxidesynthase，NOS）。NOS以精氨酸为底物，催化生成NO和瓜氨酸。细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质中可溶性GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性的增强，cGMP合成增多。cGMP作用于PKG，可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度，抑制肌动蛋白－肌球蛋白复合物，引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。完成信号传递后cGMP被降解成5’-GMP，浓度降低，停止后续反应。Theend