2013第5章细胞信号转导药学

细胞针对外源信号所发生的胞内各种分子活性的变化，以及将这种变化依次传递至效应分子，产生细胞功能改变的全过程称为细胞信号转导（cellularsignaltransduction）。细胞信号转导细胞间信号转导的类型1.内分泌（endocrine）：激素从产生细胞合成后，通过血液运送到靶细胞而发挥作用。2.旁分泌（paracrine）：分泌的信号分子为局部介导物，通过扩散作用于邻近其它细胞。3.自分泌（autocrine）：细胞分泌的激素对自身或同类细胞发生作用4.其他：突触和细胞缝隙连接第一节信号转导的概述一、信号分子与受体按本质分包括：物理信号、化学信号或其他。细胞分泌的具有调节细胞生命活动的化学物质称为信号分子。具有特异性、高效性和可被灭活性，不具有酶的活性。通过与受体结合，把胞外信号转为胞内信号。（一）信号分子1.按信号分子的化学本质分类：蛋白质和肽、氨基酸及其衍生物、类固醇激素、脂肪酸衍生物、维生素类、气体分子等2.按细胞分泌信号分子的方式分类：神经递质、内分泌激素、局部化学介质和自分泌信号等。信号分子的分类是细胞膜上或细胞内能特别识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。（二）受体receptor能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配体(ligand)。不能进入细胞的水溶性化学信号分子和其它细胞表面的信号分子，如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、粘附分子等。接收的信号是可以直接通过脂双层胞膜进入细胞的脂溶性化学信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。膜受体胞内受体受体（receptor）的种类2、胞内受体（1）离子通道偶联受体（2）G-蛋白偶联受体（3）酶偶联爱体1、膜受体受体核内受体胞浆内受体存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：离子通道偶联受体，G蛋白偶联受体和酶偶联受体。1.膜受体(membranereceptor)(1)离子通道型膜受体离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，它们的开放或关闭直接受化学配体的控制，被称为配体-门控受体通道（ligand-gatedreceptorchannel）。配体主要为神经递质，改变相关离子的通透性。乙酰胆碱受体的结构与其功能乙酰胆碱受体功能模式图离子通道受体信号转导的最终作用是导致了细胞膜电位改变，即通过将化学信号转变成为电信号而影响细胞功能的。离子通道型受体可以是阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体；也可以是阴离子通道，如甘氨酸和γ-氨基丁酸的受体。G蛋白偶联受体的结构矩型代表-螺旋，N端被糖基化，C端半胱氨酸被棕榈酰化。(2)G蛋白偶联受体一条肽链，7次跨膜6个环胞外：糖基化位于受体的氨基端，与配体结合胞内：第二和第三个环与G-蛋白相偶联。归纳该受体结构的特点结合GTP或GDP的外周蛋白，具有GTP酶活性，由、、三个亚基构成，两种活性状态G蛋白无活性型GTPGDP活性型(3)酶偶联型受体NoImage含TPK结构域的受体EGF:表皮生长因子IGF-1:胰岛素样生长因子PDGF:血小板衍生生长因子FGF:成纤维细胞生长因子单次跨膜螺旋受体，分为酪氨酸蛋白激酶型和非酪氨酸蛋白激酶型与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰岛素受体insulingrowthfactorreceptor,IGF-R表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGF-R)。与配体结合后表现相关酶的活性，根据结合的酶不同，可分为酪氨酸激酶偶联受体、受体丝氨酸/苏氨酸激酶、组氨酸激酶偶联受体、受体鸟甘酸环化酶和类受体酪氨酸去磷酸酶等5种亚类。酪氨酸激酶偶联受体（非催化型受体），本身不具有酪氨酸激酶活性，但与配体结合后，可以与胞内的受体酪氨酸激酶偶联而表现出酶活性非酪氨酸蛋白激酶受体型酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）两类受体的位置位于细胞内的受体多为转录因子，与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。该型受体结合的信息物质有类固醇激素、甲状腺素、维甲酸、维生素D等。I型核受体和II型核受体。2.胞内受体配体-受体结合曲线1.高度专一性2.高度亲和力3.可饱和性4.可逆性5.特定的作用模式（特定的生物学效应）（三）受体与信号分子的结合特点细胞应答反应细胞外信号受体细胞内多种分子的浓度、活性、位置变化（一）信号转导的基本过程二、信号转导的基本过程细胞信号转导的基本路线：细胞内信息物质(intracellularsignalmolecules)第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质，具有如下特点：①短时间、快速改变浓度和分布；②不位于能量代谢途径的中心；③阻断该分子的变化可以阻断细胞对外源信号的反应；④作为变构效应剂作用于细胞内相应的靶分子。1、第二信使（secondmessenger）（二）细胞内信号转导相关分子常见的第二信使无机离子：如Ca2+，NO,CO和H2S脂类衍生物：如DAG、IP3环核苷酸：如cAMP、cGMP1957年，E.Sutherland在研究肾上腺素促进肝糖原分解的机制时发现，这些激素的作用依赖于细胞产生一种小分子化合物环腺苷酸（cyclicAMP，cAMP），从而提出了cAMP是激素在细胞内的第二信使这一著名的激素信号跨膜传递学说。2、酶分子（1）催化小分子信使生成和转化的酶：腺苷酸环化酶AC、鸟苷酸环化酶GC、磷酸二酯酶和磷脂酶C等。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHAMP磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸环化酶(adenylatecyclase,AC)(2)蛋白激酶和蛋白磷酸酶1.催化蛋白质的可逆性磷酸化修饰：实现活性调节和信号级联放大作用。2.根据其磷酸化的氨基酸残基的种类，可分为5类：3.丝氨酸/苏氨酸激酶（PKA,PKC,PKG和MAPK）；4.酪氨酸蛋白激酶（PTK，可分为受体型、胞内型和核内型）；5.组氨酸/赖氨酸/精氨酸激酶6.色氨酸激酶7.天冬酰基和谷氨酰基激酶3、调节蛋白胞内信号分子，没有酶活性的蛋白质，通过分子间的互相作用激活或被激活，调节下游信号分子的活性。与第二信使不同，主要表现为活性变化而不是量的变化。主要包括：G蛋白和衔接蛋白。结合GTP或GDP的外周蛋白，具有GTP酶活性，由、、三个亚基构成，两种活性状态（1）G蛋白无活性型GTPGDP活性型RＲHACγαβGDPGTPβγ腺苷酸环化酶ACATPcAMPG蛋白活化小G蛋白1.一组具有与G蛋白类似激活方式和功能的小分子蛋白质2.通常是一个亚基组成，分子量约20~30kD3.主要包括：Ras家族、Rho家族和Rab家族等也称接头蛋白，连接上游和下游信号转导分子，激活下游信号分子含有蛋白质相互作用结构域，如SH2、SH3、PH和PTB结构域等。功能是募集和组织信号转导复合物常见的有Grb2、SOS等。（2）衔接蛋白第二节主要信号转导途径（一）G蛋白简介鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotidebindingprotein，Gprotein）简称G蛋白，亦称GTP结合蛋白，是一类信号转导分子，在各种细胞信号转导途径中转导信号给不同的效应蛋白。G蛋白结合的核苷酸为GTP时为活化形式，作用于下游分子使相应信号途径开放；当结合的GTP水解为GDP时则回到非活化状态，使信号途径关闭。一、G蛋白偶联受体信号转导途径是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、、三个亚基组成。有两种构象：非活化型；活化型G蛋白循环信息传递过程中的Ｇ蛋白Ｇss激活腺苷酸环化酶Ｇii抑制腺苷酸环化酶Ｇpp激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶ＣＧo*o大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道ＧT**Ｔ激活视觉Ｇ蛋白的类型亚基功能Ｇss激活腺苷酸环化酶Ｇii抑制腺苷酸环化酶Ｇpp激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶ＣＧo*o大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道ＧT**Ｔ激活视觉Ｇ蛋白的类型亚基功能*o表示另一种(other)＊＊T：传导素(transductin)2、G蛋白的结构α亚基（Gα）β、γ亚基(Gβγ)具有多个功能位点α亚基具有GTP酶活性与受体结合并受其活化调节的部位βγ亚基结合部位GDP/GTP结合部位与下游效应分子相互作用部位主要作用是与α亚基形成复合体并定位于质膜内侧；在哺乳细胞，βγ亚基也可直接调节某些效应蛋白。G蛋白偶联受体简略图G蛋白偶联受体的结构矩型代表-螺旋，N端被糖基化，C端半胱氨酸被棕榈酰化。RＲHACγαβGDPGTPβγ腺苷酸环化酶ACATPcAMP（二）G蛋白偶联受体信号转导的基本过程（三）AC-cAMP-PKA信号转导途径和PLCB-IP/DG信号转导途径1.AC-cAMP-PKA信号转导途径蛋白激酶A是cAMP的靶分子cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependentproteinkinase，cAPK），即蛋白激酶A（proteinkinaseA，PKA）。PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖、脂代谢相关的酶类、离子通道和某些转录因子。cAMP的作用机理PKA的激活R：调节亚基C：催化亚基cAMP激活PKA影响糖代谢示意图PKA的作用⑴对代谢的调节作用通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。磷酸化酶激酶ｂ磷酸化酶激酶ａATP磷酸化酶ｂ磷酸化酶ａATPPPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPiPKA抑制物Ｉa抑制物ＩbATP磷蛋白磷酸酶PPi肾上腺素对糖原代谢的影响肾上腺素＋受体肾上腺素·受体复合物激活Ｇ蛋白激活ACATPcAMPPKA胰高血糖素受体通过AC-cAMP-PKA通路转导信号受cAMP调控的基因中，在其转录调控区有一共同的DNA序列(TGACGTCA)，称为cAMP应答元件(cAMPresponseelement,CRE)。可与cAMP应答元件结合蛋白(cAMPresponseelementboundprotein,CREB)相互作用而调节此基因的转录。(2)对基因表达的调节作用ＣＣ结构基因ＣＲＥＢＣＲＥＢ细胞核PiPiＣＲＥＢPiＣＲＥＢPiＣＲＥDNA蛋白质血管紧张素II受体通过PLC-IP3/DAG-PKC通路介导信号转2、PLCβ-IP/DG信号转导途径（1）DG-PKC途径组成胞外信息分子，G蛋白蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)磷脂酶C(phospholipaseC,PLC)甘油二脂(diacylglycerol,DAG)三磷酸肌醇(inositol1,4,5triphosphate,IP3)(1)DAG，IP3的生物合成和功能PIP2PLCDAG+IP３DAG，IP3的功能DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活PKCIP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内Ca2+释放催化结构域Ca2+DAG磷脂酰丝氨酸调节结构域催化结构域底物Ca2+DAG磷脂酰丝氨酸调节结构域假底物结合区DAG活化PKC的作用机制示意图(2)PKC的结构与生理功能•结构与分型：其氨基酸序列有四个保守区（C1、C2、C3、C4)和可变区（Ｖ），分为调节域和催化域。C1：富含Cys，DAG、TPA结合部位C2：Ca2+结合部位调节域C3：ATP结合部位C4：结合底物并进行磷酸化转移的场所催化域②调节基因表达PKC对基因的活化分为早期反应和晚期反应。*PKC的生理功能①调节代谢活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基磷酸化。靶蛋白包括：质膜受体、膜蛋白和多种酶。PKC对基因的早期活化和晚期活化（2）IP3-Ca2+途径Ca2+－钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径受体、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、CaM激酶钙调蛋白(ca