1、同學們上午好,主 講 葉 輝,單 位 溫州醫(yī)學院生化教研室,復習與鞏固,上節(jié)課的重點內容,1.掌握基因工程和限制性內切酶的概念；2.掌握限制性內切酶的識別序列的特點。3.掌握轉化、轉染和轉導的區(qū)別；4.掌握重組DNA技術的大致操作過程；5.掌握分子雜交、基因診斷和基因治療的概念；6. 掌握PCR的原理和步驟。,細胞信息轉導,第十五章,Cellular Signal Transduction,概 述,單細胞生物 ——直接作

2、出反應,多細胞生物 ——通過細胞間復雜的信號傳遞系統(tǒng)來傳遞信息，從而調控機體活動。,外界環(huán)境變化時,細胞間信息傳遞方式:,① 通過相鄰細胞的直接接觸（如：接觸抑制）,② 通過細胞分泌各種化學物質來調節(jié)自身或其他細胞的代謝和功能,具有調節(jié)細胞生命活動的化學物質稱為信號分子,,跨膜信號轉導的一般步驟,特定的細胞釋放信息物質,信息物質經(jīng)擴散或血循環(huán)到達靶細胞,與靶細胞的受體特異性結合,受體對信號進行轉換并啟動細胞內信使系統(tǒng),靶細胞產(chǎn)生生物學效

3、應,,,,,信號分子經(jīng)過各種相關成分跨膜的級聯(lián)傳遞最終引起生物效應，這一過程稱為信號轉導（signal transduction）,,,第一節(jié) 信息物質,一、細胞間信息分子：第一信使,細胞外信號分子是指由特定細胞釋放的各種對靶細胞有調節(jié)信號作用的化學物質。,(一)定義:,,1.神經(jīng)遞質:,又稱突觸分泌信號(synaptic signal) —— 突觸分泌方式,特點由神經(jīng)元細胞分泌；通過突觸間隙到達下

4、一個神經(jīng)細胞；作用時間較短。,例如： 乙酰膽堿、去甲腎上腺素等,(二)分 類:,2.內分泌激素:,又稱內分泌信號(endocrine signal) —— 內分泌方式,特點:由特殊分化的內分泌細胞分泌；通過血液循環(huán)到達靶細胞；大多數(shù)作用時間較長。,例如:胰島素、甲狀腺素、腎上腺素等,,按內分泌激素的化學組成分為:,含氮激素:如腎上腺素、甲狀腺、 促甲狀腺激素 、胰高血糖素

5、、胰島素、生長激素等,類固醇激素:如性激素、皮質醇、醛固酮等,按激素受體的分布部位 ：,胞內受體激素: 甲狀腺素、類固醇激素 VA VD 胞膜受體激素: 除甲狀腺素外其他的含氮激素,3.局部化學介質:,又稱旁分泌信號(paracrine signal? —— 旁分泌方式,特點:由體內某些普通細胞分泌；

6、 不進入血循環(huán), 通過擴散作用到達附近的靶細胞；一般作用時間較短。,例如:生長因子、細胞因子、前列腺素等。,4.氣體信號:,例如:* NO合酶（NOS）通過氧化L-精氨酸的胍基而產(chǎn)生NO *血紅素單加氧酶氧化血紅素產(chǎn)生的CO,5.其他:,有些細胞間信息物質能對同種細胞或分泌細胞自身起調節(jié)作用，稱為自分泌信號(autocrine signal)

7、 ——自分泌方式,有些細胞間信息物質可在不同的個體間傳遞信息，如昆蟲的性激素。,還包括引起視覺、嗅覺、味覺、觸覺的光線信號、氣味、味道分子等成分,（一）第二信使,肽類激素等第一信使不能透過細胞膜，其信號通過質膜受體介導，能激活細胞內產(chǎn)生其它傳遞信號的小分子，這些小分子信號物質稱為第二信使（second messenger）,①能轉換、放大胞外調節(jié)信號；②能在細胞內擴散；③其直接作用是改變信號轉導酶或離子通道活性，可以最終引

8、起細胞生物效應。,特點:,定義:,二、細胞內信息分子,,,化學性質:,,（二）信號轉導酶類及蛋白質,作為信號轉導組分的特異酶類，稱信號轉導酶類,作用：①蛋白質磷酸化是信號轉導的最重要作用方式， ②酶反應特異、高效催化多個底物分子轉變， 形成逐級放大的信號轉導級聯(lián)系統(tǒng),（三）靶細胞生物效應,信號,,靶細胞,,,,代謝變化,離子通道或載體蛋白變化,基因表達變化,信號轉導特點：特異性，放

9、大性，時效性，整合性,,能與受體呈特異性結合的生物活性分子則稱 配體 (ligand)。,受體:是細胞膜上或細胞內能特異識別生物活性分子并與之結合的成分，它能把識別和接受的信號正確無誤地放大并傳遞到細胞內部，進而引起生物學效應的特殊蛋白質，個別是糖脂。,第二節(jié) 受 體,,受體,根據(jù)細胞定位:,一、受體的分類、一般結構與功能,存在于細胞質膜上的受體，絕大部分是鑲嵌的糖蛋白。根據(jù)其結構和轉換信號的方式又分為三大類： G蛋白偶聯(lián)受體，離子通道

10、受體和單跨膜受體。,（一）膜受體(membrane receptor),,,,,目 錄,1. G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）又稱七個跨膜疏水?螺旋受體/蛇型受體 (serpentine receptor),G蛋白偶聯(lián)受體的結構矩型代表?-螺旋， N端可被糖基化，C端的半胱氨酸被棕櫚酰化。,胞內區(qū),胞外區(qū),兩種G蛋白的活性型和非活性型的互變,※ G蛋白(guanylate binding protein),是一類和GTP或GDP相

11、結合、位于細胞膜胞漿面的外周蛋白，由?、?、? 三個亞基組成。有兩種構象：非活化型；活化型,此類受體的信息傳遞可歸納為:,,2. 環(huán)狀受體 —— 離子通道型受體,,煙堿型乙酰膽堿受體,跨膜陽離子通道,?-氨基丁酸受體甘氨基受體 陰離子通道,煙堿型乙酰膽堿受體結構,3. 單個跨膜?螺旋受體,含TPK結構域的受體EGF:表皮生長因子 IGF-1:胰島素樣生長因子PDGF:血小板衍生

12、生長因子 FGF:成纖維細胞生長因子,,,,,目 錄,與配體結合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰島素受體?insulin growth factor receptor, IGF-R?? 表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGF-R)。,與配體結合后，可與酪氨酸蛋白激酶偶聯(lián)而表現(xiàn)出酶活性，如生長激素受體、干擾素受體。,(2)非酪氨酸蛋白激酶受體型（細胞因子類受體）,(1)酪氨酸蛋白

13、激酶受體型（催化型受體）,,,,,目 錄,4. 鳥嘌呤環(huán)化酶（GC）活性受體,胞外,胞內,膜受體,PKH GC,具有鳥苷酸環(huán)化酶活性的受體結構　　　　 PKH：激酶樣結構域　　　 　 GC： 鳥苷酸環(huán)化酶結構域,,,,,目 錄,心鈉素,⑴ 受體的結構,（二）胞內受體(intracellular receptor)位于細胞漿和細胞核中的受體，全部為DNA結合蛋白。,高度可變區(qū),位于N端，具有轉錄活性,,DNA結合區(qū),,含有

14、鋅指結構,激素結合區(qū),,位于C端，結合激素、熱休克蛋白，使受體二聚化，激活轉錄,鉸鏈區(qū),,與轉錄因子作用和受體向核內轉運,核受體結構示意圖,,,,,目 錄,,轉錄激活域（TAD）,,配體結合域（LBD）,⑵ 相關配體:類固醇激素、甲狀腺激素和1，25-二羥維生素D3、視黃酸等,二、受體作用的特點,配體－受體結合曲線,,第 三 節(jié),信息的轉導途徑,Signal Transduction Pathway,一、膜受體介導的信息傳遞,cAMP

15、- 蛋白激酶A途徑,Ca2+－鈣調蛋白激酶信號途徑,cGMP- 蛋白激酶G途徑,酪氨酸蛋白激酶途徑,核因子? ?途徑,TGF-β途徑,,環(huán)核苷酸依賴型蛋白激酶途徑,肌醇磷脂介導的信號途徑,,生長因子．細胞因子信號途徑,DAG-PKC信號傳遞途徑,,,（一）cAMP - 蛋白激酶Ａ途徑,1.組成:,胞外信息分子，受體，G蛋白，腺苷酸環(huán)化酶 (adenylate cyclase，AC)， cAMP，蛋白激酶A (protein kinase

16、 A，PKA),,2．PKA的作用:,⑴ 對代謝的調節(jié)作用:,通過對效應蛋白的磷酸化作用，實現(xiàn)其調節(jié)功能。物質代謝關鍵酶磷酸化、質膜Ca2＋通道磷酸化、 微絲（微管）蛋白磷酸化、受體磷酸化。,,腎上腺素對糖原代謝的影響,腎上腺素＋受體,,腎上腺素· 受體復合物,,激活Ｇ蛋白,,激活AC,ATP,,cAMP,,（cAMP-dependent protein kinase，PKA）,R： 調節(jié)亞基C： 催化亞基,,,,c

17、AMP,cAMP蛋白激酶A活性的調節(jié),Ｃ,Ｃ,,,,,,,,ATP,cAMP,,,,,靶蛋 白 磷 酸 化,(2) 對基因表達的調節(jié)作用:,,Ｃ,Ｃ,,,結構基因,,ＣＲＥＢ,ＣＲＥＢ,細胞核,ＣＲＥ,DNA,,,蛋白質,（二）肌醇磷脂介導的信號轉導途徑,甲狀腺素釋放激素、抗利尿激素、組胺、5-羥色胺、神經(jīng)遞質等,,G蛋白偶聯(lián)受體結合,激活磷脂酶C型G蛋白（Gq）,,活化磷脂酶C?,磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2

18、）,,IP3 ＋二酰基甘油（DAG）,DAG，IP3的生物合成和功能,PIP2,,PLC,DAG + IP３,IP3 ：與內質網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結合， 促使細胞內 Ca2+釋放DAG：在磷脂酰絲氨酸和Ca2+協(xié)同下激活PKC,,1. Ca2+－鈣調蛋白激酶信號途徑,受體、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、鈣調蛋白、CaM激酶,( Ca2+－CaM激酶途徑 ),鈣調蛋白(calmodulin , CaM)有四個

19、Ca2+結合位點。與Ca2+一起激活CaM激酶，磷酸化多種功能蛋白質（絲、蘇氨基酸殘基）。,組 成,,,,,受體,,??,?,GDP,,??,,質膜,G蛋白,?,,GTP,,磷脂酶C,,PIP2,,,,,IP3,,,內質網(wǎng),,,,Ca2＋通道,,Ca2＋,Ca2＋-CaM,CaM,,,CaM激酶,,CaM激酶（有活性）,,靶蛋白磷酸化,,生物效應,DAG,,,IP3介導的信號轉導途徑,2. DAG-PKC信號傳遞途徑,組 成,胞外信

20、息分子，G蛋白,蛋白激酶C (protein kinase C, PKC),磷脂酶C (phospholipase C, PLC),甘油二脂 (diacylglycerol, DAG),三磷酸肌醇 ( inositol 1, 4, 5 triphosphate, IP3 ),,,,受體,,??,?,GDP,,??,,質膜,G蛋白,?,,GTP,,磷脂酶C,,PIP2,,,,IP3,,,內質網(wǎng),,,,Ca2＋通道,,Ca2＋,靶蛋白磷酸

21、化,,生物效應,DAG,,,二?；视停璓KC信號傳遞途徑,,PKC,,,,靶蛋白,,ATP,ADP,,,,：磷脂酰絲氨酸（PS）,② 調節(jié)基因表達PKC 對基因的活化分為早期反應和晚期反應。,* PKC的生理功能,① 調節(jié)代謝活化的PKC引起一系列靶蛋白的絲 、蘇氨酸殘基磷酸化。靶蛋白包括： 質膜受體、膜蛋白和多種酶。,,二、胞內受體介導的信息傳遞,胞內受體 核內受體 胞漿內受體配體類固醇激素甲狀腺激素,,,類