第15章细胞信息转导

第15章细胞信息转导学习要求1．掌握细胞信息传递的概念、方式和通路；信息物质分类；七跨膜受体和单跨膜受体的结构；AC-cAMP-PKA通路、PLC-IP3/DAG-PKC通路和Ras-MAPK途径的特点。2．熟悉信息分子、受体等物质的特点和作用机制；JAK-STAT途径和核因子κB途径的参与成分及调节机制。3．了解信息途径的交互联系，细胞信息转导与医学的关系。基本知识点一、细胞信号转导概述细胞信号转导是多细胞生物对环境应答引起生物学效应的重要过程。信号转导过程包括：特定的细胞释放信息物质→信息物质经扩散或血液循环到达靶细胞→与靶细胞的受体特异性结合→受体对信号进行转换并启动靶细胞信使系统→靶细胞产生生物学效应。目前已知的细胞间信息物质的化学本质有蛋白质和肽类、氨基酸及其衍生物、类固醇激素、脂酸衍生物和气体分子等。细胞膜和细胞内存在细胞间化学信号的受体，分别接受水溶性和脂溶性化学信号。受体与配体结合具有高度专一性、高度亲和力、可饱和性、可逆性及特定的作用模式等特点。二、细胞内信号转导相关分子细胞内众多分子参与信号转导。主要的细胞内生物化学变化是小分子第二信使的浓度和分布的变化及蛋白质构象的变化。蛋白激酶和蛋白磷酸酶、GTP结合蛋白是两大类最重要的信号转导通路开关分子。细胞信号转导通路的结构基础是蛋白质复合物，蛋白质相互作用的结构基础是SH2、SH3等蛋白质相互作用结构域，多种衔接蛋白和支架蛋白是构成蛋白质复合物的重要分子。三、各种受体介导的细胞内基本信号转导通路细胞膜受体介导的信号转导是本章讨论的重点内容。离子通道型膜受体是化学信号与电信号转换器，介导多种神经递质信号。七跨膜受体通过G蛋白的活化传递信号，故又称为G蛋白偶联受体(GPCR)。重要的GPCR信号通路有AC-cAMP-PKA和PLC-IP3/DAG-PKC等，第二信使的变化是GPCR信号通路的共同特征。单跨膜受体依赖于酶的催化作用传递信号，酶活性可以存在于受体本身，也可以存在于直接与受体结合的分子。PTK-Grb2-Ras-MAPK信号通路可以被多种生长因子受体活化；白细胞介素利用JAK-STAT通路影响基因表达；NF-κB通路主要涉及机体的防御反应；TGF-β受体具有蛋白丝/苏氨酸激酶活性，通过Smad磷酸化转导信号。细胞内信号转导过程具有迅速产生并迅速终止、级联放大、复杂的交叉联系的特点，全面阐明这些错综复杂的调节网络是生命科学研究的重要任务。信号转导机制研究在医学发展中的意义主要体现在两个方面：一是对发病机制的深入认识，二是为新的诊断和治疗技术提供靶位。自测练习题一、选择题(一)A型题1．下列哪种物质不是细胞间或细胞内的信息分子A．胰岛素B．COC．乙酰胆碱D．葡萄糖E．NO2．通过核内受体发挥作用的激素是A．乙酰胆碱B．肾上腺素C．甲状腺素D．NOE．表皮生长因子3．下列哪种物质不是第二信使A．cAMPB．cGMPC．IP3D．DAGE．cUMP4．膜受体的化学性质多为A．糖蛋白B．胆固醇C．磷脂D．酶E．脂蛋白5．下列哪种转导途径需要单跨膜受体A．cAMP-蛋白激酶通路B．cGMP-蛋白激酶通路C．酪氨酸蛋白激酶体系D．Ca2+-依赖性蛋白激酶途径E．细胞膜上Ca2+通道开放6．活化G蛋白的核苷酸是A．GTPB．CTPC．UTPD．ATPE．TTP7．生成NO的底物分子是A．甘氨酸B．酪氨酸C．精氨酸D．甲硫氨酸E．胍氨酸8．催化PIP2水解为IP3的酶是A．磷脂酶AB．磷脂酶A2C．磷脂酶CD．PKAE．PKC9．第二信使DAG的来源是由A．PIP2水解生成B．甘油三脂水解而成C．卵磷脂水解产生D．在体内合成E．胆固醇转化而来的10．IP3受体位于A、细胞膜B、核膜C、内质网D、线粒体内膜E、溶酶体11．IP3与内质网上受体结合后可使胞浆内A．Ca2+浓度升高B．Na2+浓度升高C．cAMP浓度升高D．cGMP浓度下降E．Ca2+浓度下降12．激活的G蛋白直接影响下列哪种酶的活性A．磷脂酶AB．蛋白激酶AC．磷脂酶CD．蛋白激酶CE．蛋白激酶G13．关于激素，下列叙述正确的是A．都由特殊分化的内分泌腺分泌B．激素与受体结合是可逆的C．与相应的受体共价结合，所以亲和力高D．激素仅作用于细胞膜表面E．激素作用的强弱与其浓度成正比14．1，4，5-三磷酸肌醇作用是A．细胞膜组成成B．可直接激活PKCC．是细胞内第二信使D．是肌醇的活化形式E．在细胞内供能15．酪氨酸蛋白激酶的作用是A．分解受体中的酪氨酸B．使蛋白质中大多数酪氨酸磷酸化C．使各种含有酪氨酸的蛋白质活化D．使蛋白质结合酪氨酸E．使特殊蛋白质分子上酪氨酸残基磷酸化16．cGMP能激活A．PKAB．PKCC．PKGD．PLCE．PTK17．MAPK属于A．蛋白丝/苏氨酸激酶B．蛋白酪氨酸激酶C．蛋白半胱氨酸激酶D．蛋白天冬氨酸激酶E．蛋白谷氨酸激酶18．蛋白激酶的作用是使蛋白质或酶A．磷酸化B．去磷酸化C．乙酰化D．去乙酰基E．合成19．胰岛素受体具有下列哪种酶的活性A．PKAB．PKGC．PKCD．Ca2+-CaM激酶E．酪氨酸蛋白激酶20．DAG能特异地激活A．PKAB．PKCC．PKGD．PLCE．PTK（二）B型题A．胰岛素B．胰高血糖素C．肾上腺素D．促性腺激素E．甲状腺素1．可通过细胞膜，并与细胞核内受体结合的激素是2．激活腺苷酸环化酶，使cAMP升高，从而升高血糖的激素是A、细胞膜B、细胞内C、细胞间D、内质网E、线粒体3．腺苷酸环化酶位于4．雌激素受体位于A．cAMPB．cGMPC．IP3D．DAGE．Ca2+5．NO的第二信使是6．胰高血糖素的第二信使是（三）X型题1．受体与配体结合的特点是A．高度专一性B．高度亲和力C．可饱和性D．可逆性E．可调节性2．下列哪些是膜受体激素A．甲状腺素B．胰岛素C．肾上腺素D．维生素D3E．胰高血糖素3．通过G蛋白偶联通路发挥作用的激素有A．胰高血糖素B．抗利尿激素C．促肾上腺皮质激素D．肾上腺素E．促甲状腺激素释放激素4．在信息传递过程中，不产生第二信使的是A．活性VitD3B．雌激素C．雄激素D．糖皮质激素E．甲状旁腺素5．90%以上的Ca2+储存于A．内质网B．高尔基体C．线粒体D．细胞核E．细胞浆二、是非题1．细胞外化学信号有可溶性的和膜结合型的两种形式，细胞表面分子是重要的膜结合型的细胞外信号。2．神经递质不属于可溶性的细胞外化学信号。3．受体与配体以共价键结合，当生物效应发生后，二者常被立即灭活。4．细胞内信号转导分子就是一些小分子有机化合物。5．蛋白激酶/蛋白磷酸酶和G蛋白的GTP/GDP结合状态是信号通路的两个开关。6．细胞内蛋白质通过蛋白质相互作用结构域而相互作用，形成的信号转导复合物，是信号转导通路和信号转导网络的结构基础。7．离子型通道受体是通过将化学信号转变成为电信号而影响细胞功能的，其信号转导的最终效应是细胞膜电位的改变。8．G蛋白循环是七跨膜受体和单跨膜受体转导信号的共同通道。9．胰高血糖素受体通过AC-cAMP-PKA通路转导信号的主要特征是：靶细胞内cAMP浓度改变和激活PKA为主要特征。10．cAMP在细胞内的浓度除与AC活性有关外，还与PDE活性有关。11．CaM可以被看作是细胞内Ca2+的受体。12．G蛋白的α亚基激活后，使AC激活，cAMP浓度增高。13．单跨膜受体又称酶偶联受体，其自身不具有酶活性，只是与酶分子结合存在。14．EGF受体（EGFR）是一典型的受体型PTK，它的主要信号通路是Ras-MAPK途径。15．MAPK不属于丝/苏氨酸激酶，可使酪氨酸磷酸化。16．SH2、SH3和PTB等是细胞内信号转导分子中的重要结构域，是蛋白质相互作用形成信号转导复合物的结构基础。17．甲状腺激素的受体在细胞膜。18．信号转导分子的结构改变可导致许多疾病的发生。三、填空题1．根据化学信号分子作用距离可将其分为_____、_____和_____三大类。2．细胞转导信号的基本方式包括：（1）_____；（2）_____；（3）促进各种信号转导分子复合物的形成和解聚；（4）_____。3．蛋白磷酸酶包括_____和_____两大类。4．根据存在的部位，受体可分为_____和_____两类。5．受体与配体结合的特点是_____、_____、_____、_____和_____。6．离子通道受体转导的最终效应是_____，可以认为，离子通道受体是通过将_____转变为_____而影响细胞功能的。7．胰高血糖素与受体结合后，通过_____蛋白介导激活_____，使细胞内_____浓度增高，继而激活_____系统。8．细胞内作为第二信使的物质有_____、_____、_____、_____和_____。9．G蛋白是由_____、_____和_____三个亚基组成的，其非活化型的为_____，活化型的为_____。10．细胞膜上的PIP2可被_____水解生成_____和_____两种第二信使。11．七跨膜受体又称为_____，它是由一条肽链组成的_____，_____端位于细胞外表面，______端在胞膜内侧。12．JAK为_____激酶，与_____受体结合存在，活化作用在_____分子使之发生酪氨酸磷酸化，再形成_____进入胞核影响基因表达。13．NF-κB含_____、_____两个亚基，发挥功能的是_____。NF-κB结构内包括_____、_____和_____。14．_____酶催化_____转变成cAMP，_____酶催化cAMP降解成_____而失去活性。15．PKA被_____激活后，能在_____存在的情况下，使许多蛋白质特定的_____残基和/或_____残基磷酸化，从而调节细胞的物质代谢和基因表达。四、名词解释1．signaltransduction2．signalmatter3．receptor4．secondmessenger5．Gprotein6．CaM7．cAMP-dependentproteinkinase（cAPK）8．ligand9．PKA10．cellcommunication11．signaltransducer12．signaltransductionpathway13．Gproteincoupledreceptor（GPCR）14．Gproteincycle15．enzymecoupledreceptor五、问答题1．细胞内小分子第二信使有哪些？其具有哪些共同特点？2．GPCR介导的信号转导主要过程是什么？3．简述信号转导途径的共同特点和规律。4．试述Ras-MAPK途径。5．试述G蛋白对腺苷酸环化酶的调节作用。6．信号转导通路上的两对开关是什么？其如何发挥作用？7．受体与配体的结合有哪些特点？8．叙述信息物质的分类。9．分别叙述七跨膜受体和单跨膜受体的结构特点。参考答案一、选择题（一）A型题1．D2．C3．E4．A5．C6．A7．C8．C9．A10．C11．A12．C13．B14．C15．E16．C17．A18．A19．E20．B（二）B型题1．E2．B3．A4．B5．B6．A（三）X型题1．ABCD2．BCE3．ABCDE4．ABCD5．AC二、是非题1．A2．B3．B4．B5．A6．A7．A8．B9．A10．A11．A12．B13．B14．A15．B16．A17．B18．A三、填空题1．内分泌信号旁分泌信号神经递质2．改变细胞内各种信号转导分子的构象改变信号转导分子的细胞内定位改变小分子信使的细胞内浓度或分部。3．蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶蛋白酪氨酸磷酸酶4．细胞膜受体细胞内受体5．高度专一性高度亲和力结合可逆性饱和性特定的作用模式6．细胞膜电位改变化学信号电信号7．G腺苷酸环化酶cAMPPKA8．cAMPcGMPIP3DAGCa2+9．αβγ三聚体共存并与GDP结合α亚基与GTP结合并导致β、γ二亚基脱落10．磷脂酰肌醇特异性磷脂酶CIP3DAG11．G蛋白偶联型受体糖蛋白氨基羧基12．非受体型蛋白酪氨酸细胞因子STAT二聚体13．P50P65P50-P65二聚