細胞通訊與信號轉導細胞生物學課件詳解演示文稿本文檔共91頁；當前第1頁；編輯于星期一\18點49分優選細胞通訊與信號轉導細胞生物學課件本文檔共91頁；當前第2頁；編輯于星期一\18點49分生物合成－分泌途徑3.高爾基體到細胞表面Biosynthetic-secretorypathway本文檔共91頁；當前第3頁；編輯于星期一\18點49分TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1974"fortheirdiscoveriesconcerningthestructuralandfunctionalorganizationofthecell"

AlbertClaude

ChristiandeDuve

GeorgeE.Palade

本文檔共91頁；當前第4頁；編輯于星期一\18點49分Intheearly1950’s,…Thechoiceofthepancreaticexocrinecell,averyefficientproteinproducer,astheobjectforourstudiesreflectedinpartourtraining,andinpartourenvironment.Iwascomingfromamedicalschool...PhilipSiekevitzwascomingfromagraduateschoolwithaPh.D.inBiochemistry...OurenvironmentwastheRockefellerInstituteforMedicalResearch.Butperhapsthemostimportantfactorinthisselectionwastheappealoftheamazingorganizationofthepancreaticacinarcellwhosecytoplasmispackedwithstackedendoplasmicreticulumcirsternaestuddedwithribosomes.

Itspictureshadformetheeffectofthesongofamermaid:irresistibleandhalftransparent.本文檔共91頁；當前第5頁；編輯于星期一\18點49分醫學問題:

霍亂毒素如何引起腹瀉?本文檔共91頁；當前第6頁；編輯于星期一\18點49分第十一章

細胞通訊與信號轉導

CellCommunication&Signaling

本文檔共91頁；當前第7頁；編輯于星期一\18點49分細胞生活在社會中單細胞：細胞與環境多細胞：細胞與細胞、與環境細胞生存要求它們能感知環境中信號，并對之作出反應。多細胞生物的不同細胞之間需要協調互相關系，共同應對環境信號。這些需求通過細胞通訊和信號轉導實現。本文檔共91頁；當前第8頁；編輯于星期一\18點49分酵母對鄰近細胞釋放的交配因子發生反應而形成朝向因子源頭的突起

shmoos卵子受精引發胞質溶膠鈣離子快速增加，并形成從精子進入部位向整個細胞播散的鈣波。這個鈣波刺激質膜發生改變，防止其他精子進入，并啟動受精卵發育電影本文檔共91頁；當前第9頁；編輯于星期一\18點49分細胞信號轉導：

細胞通訊：--細胞之間通過分泌信號分子或直接接觸而相互實施調控。--細胞感受環境信號、把這種信號轉導入細胞內，并做出反應的過程。本文檔共91頁；當前第10頁；編輯于星期一\18點49分細胞信號轉導是細胞對環境做出反應及細胞之間相互通訊、調控的手段。

物理性－光、溫度、壓力、輻射等 化學性－激素、生長因子、細胞因子、神經遞質、氣體等信號：本文檔共91頁；當前第11頁；編輯于星期一\18點49分細胞對信號的反應:1.細胞質：蛋白質活性改變2.細胞核：基因表達改變-轉錄出新的或更多的蛋白質本文檔共91頁；當前第12頁；編輯于星期一\18點49分細胞信號轉導的研究內容對環境作出反應：皮膚黑素細胞在紫外線照射下黑色素生成增多視網膜視桿細胞的感光作用細胞之間的通訊：心肌細胞的同步跳動運動神經末梢對肌肉的支配雄激素對靶細胞的作用白細胞的趨化運動本文檔共91頁；當前第13頁；編輯于星期一\18點49分上世紀90年代以來信號轉導研究領域獲諾貝爾獎的科學家1991，Nelzer和sokmann：離子通道1992，Krebs和Fisher： 糖原代謝中蛋白質的可逆磷酸化1994，Gilman和Rodbell：G蛋白信號傳導1998,Palmer，NO的信號傳導本文檔共91頁；當前第14頁；編輯于星期一\18點49分第一節細胞通訊與信號轉導的基本知識

第二節受體及其信號轉導途徑

第三節細胞信號轉導的調節第四節細胞信號轉導途徑之間的相互作用本文檔共91頁；當前第15頁；編輯于星期一\18點49分第一節細胞通訊與信號轉導的基本知識一、細胞通訊的分類二、細胞通訊與信號轉導系統的構成三、細胞通訊與信號轉導的一些特點本文檔共91頁；當前第16頁；編輯于星期一\18點49分一、細胞通訊的分類1.接觸依賴型2.旁分泌型3.突觸型4.內分泌型5.自分泌型6.間隙連接型本文檔共91頁；當前第17頁；編輯于星期一\18點49分1.接觸依賴型2.旁分泌型3.突觸型5.自分泌型4.內分泌型6.間隙連接型GAPJUNCTIONAUTOCRINE本文檔共91頁；當前第18頁；編輯于星期一\18點49分細胞通訊的分類

(信號發放細胞-靶細胞)

1.接觸依賴型

錨著于質膜上的信號分子直接接觸靶細胞質膜上受體。如膜抗原遞呈分子被免疫細胞識別。2.旁分泌型

信號釋放至附近基質，作用于局部。如生長因子。3.突觸型信號為神經遞質，釋放至突觸間隙，作用于突觸后膜（另一個神經元）。如乙酰膽堿與其受體。

4.內分泌型

信號為激素，經血液作用于全身靶細胞。如性激素與其受體。5.自分泌型

信號釋放至周圍基質，作用于自身。如細胞因子。6.間隙連接型

信號經縫隙連接作用于相鄰細胞。如cAMP。本文檔共91頁；當前第19頁；編輯于星期一\18點49分二、細胞通訊與信號轉導系統的構成

信號轉導的基本模式:

細胞外信號分子被細胞的信號接收裝置(受體)所感知,然后細胞內的信號轉導裝置(一系列信號轉導蛋白)被依次激活,信號借此逐步傳遞下去,最后,特定的靶蛋白(參與代謝的酶、基因調節蛋白、細胞骨架蛋白等)被激活，由此引起細胞的各種反應。本文檔共91頁；當前第20頁；編輯于星期一\18點49分二、細胞通訊與信號轉導系統的構成信號接收裝置信號轉導裝置靶蛋白信號分子效應本文檔共91頁；當前第21頁；編輯于星期一\18點49分細胞信號轉導系統的構成信號接收裝置：受體(膜、胞內)信號轉導裝置：G蛋白、蛋白激酶、 接合蛋白細胞內信使：cAMP,cGMP,IP3,DG, Ca2+效應分子：轉導蛋白或信使的靶分子靶蛋白： 代謝酶、

基因調控蛋白（轉錄因子）等本文檔共91頁；當前第22頁；編輯于星期一\18點49分二、細胞通訊與信號轉導系統的構成信號轉導系統的構成： 1.信號接收裝置 2.信號轉導裝置 3.第二信使本文檔共91頁；當前第23頁；編輯于星期一\18點49分信號接收裝置:入室線座(電信號)-膜受體

信號轉導裝置:座機-轉導蛋白

信號傳出裝置:聽筒(聲音)-第二信使本文檔共91頁；當前第24頁；編輯于星期一\18點49分信號：黃體生成素細胞：睪丸間質細胞反應：雄激素生成增多細胞信號轉導模式圖本文檔共91頁；當前第25頁；編輯于星期一\18點49分受體:位于細胞膜表面或細胞內部的一類特殊蛋白質,能特異地識別信號分子(配體),并以很高的親和力與之結合,從而啟動細胞內信號轉導通路。1.細胞表面受體(膜受體)2.細胞內受體（核受體）信號接收裝置-受體receptors本文檔共91頁；當前第26頁；編輯于星期一\18點49分信號接收裝置-受體receptors細胞表面受體(膜受體membranereceptors)－其配體為水溶性2.細胞內受體（核受體nuclearreceptors）

－其配體為脂溶性本文檔共91頁；當前第27頁；編輯于星期一\18點49分膜受體種類：

1.離子通道偶聯受體存在于電興奮性細胞（神經、肌肉細胞）之間的突觸部位，是神經遞質的受體，將化學信號轉變為電信號。如乙酰膽堿受體。2.G蛋白偶聯受體許多激素和神經遞質的受體,如腎上腺素受體。3.酶偶聯受體

生長因子和細胞因子的受體。其胞內結構域本身具有酶活性或與酶偶聯。本文檔共91頁；當前第28頁；編輯于星期一\18點49分膜受體分類G蛋白偶聯受體(Gproteincoupledreceptor,GPCR)離子通道偶聯受體(Ion-coupledreceptor)酶活性相關受體

1)

酪氨酸激酶偶聯受體(Tyrosinekinase coupledreceptor) 2)酪氨酸激酶活性受體(受體酪氨酸激酶, Receptortyrosineprotein,RTK)

3)其他酶活性受體本文檔共91頁；當前第29頁；編輯于星期一\18點49分信號接收裝置:膜受體G蛋白偶聯受體離子通道偶聯受體酶偶聯受體本文檔共91頁；當前第30頁；編輯于星期一\18點49分1、一系列蛋白質

2、依次經歷活化-失活,構成從膜受體到細胞核之間的信號傳導鏈。 信號轉導裝置-轉導蛋白transductionproteins本文檔共91頁；當前第31頁；編輯于星期一\18點49分信號轉導裝置:轉導蛋白1.接力蛋白-將信號傳至相鄰下游分子2.信使蛋白-將信號傳至細胞內另一亞區3.接合蛋白-通過特定結構域偶聯其上下分子4.信號放大蛋白-生成大量調節性小分子即第二信使5.信號轉換蛋白-將信號轉換成另一種形式6.切分蛋白-接收一條線路輸出至多條7.整合蛋白-接收多條線路并整合/輸出至一條8.潛在基因調節蛋白-膜受體自身活化后移入核內本文檔共91頁；當前第32頁；編輯于星期一\18點49分信號轉導裝置:轉導蛋白圖15－16接合蛋白信號放大蛋白本文檔共91頁；當前第33頁；編輯于星期一\18點49分－在細胞內信號途徑上某些節點快速大量增多、能迅速將信號播散至各個下游通路、然后又被快速滅活的小分子。又被稱為第二信使（胞外信號為第一信使）腺苷酸環化酶(AC)ATPcAMP細胞內信使intracellularmessenger本文檔共91頁；當前第34頁；編輯于星期一\18點49分細胞內信使(第二信使)－在細胞內信號途徑上某些節點快速大量增多、能迅速將信號播散至各個下游通路的小分子。本文檔共91頁；當前第35頁；編輯于星期一\18點49分Ca2+作為細胞信使的基礎胞漿與胞內Ca2+庫或胞外Ca2+存在巨大的濃度梯度化學特性決定了Ca2+易與靶蛋白形成特異、緊密的結合高效率的Ca2+轉移系統：Ca2+泵、Ca2+通道問題：為什么細胞進化出肌質網這樣的“鈣庫”？思考：Ca2+啟動哪些生物學效應？本文檔共91頁；當前第36頁；編輯于星期一\18點49分信號從轉導蛋白經細胞內信使向下游擴散：G蛋白激活后激活腺苷酸環化酶(AC),導致cAMP大量產生ATPcAMP大量信使分子cAMP迅速擴散,作用于細胞內各部分的其他轉導蛋白或靶蛋白.AC本文檔共91頁；當前第37頁；編輯于星期一\18點49分信號轉導系統信號接收裝置：膜受體LHR信號轉導裝置：G蛋白、cAMP依賴的蛋白激酶第二信使：cAMP靶蛋白：類固醇合成酶系SGEs、cAMP反應元件結合蛋白CREB信號接收裝置信號轉導蛋白細胞內信使(第二信使)靶蛋白信號黃體生成素LH反應雄激素生成增多本文檔共91頁；當前第38頁；編輯于星期一\18點49分三、細胞通訊與信號轉導的一些特點1.信號組合及其效應2.信號轉導蛋白的“分子開關”特性3.信號蛋白通過特定結構域相互作用4.信號轉導復合體的形成本文檔共91頁；當前第39頁；編輯于星期一\18點49分1.信號組合及其效應同一細胞對不同的信號(或其組合)有不同的反應

EGF:分裂RA:分化TNF:死亡腎上腺素:特化的生物學行為,如分泌,收縮,糖原分解不同細胞對同一信號如乙酰膽堿有不同反應

心肌細胞:心率及收縮力降低唾液腺細胞:分泌唾液骨骼肌細胞:收縮本文檔共91頁；當前第40頁；編輯于星期一\18點49分同一細胞對不同的信號(或其組合)有不同的反應不同細胞對同一信號如乙酰膽堿有不同反應動畫本文檔共91頁；當前第41頁；編輯于星期一\18點49分2.信號轉導蛋白的“分子開關”特性信號轉導蛋白收到上游信號后迅速活化，在活化狀態下完成信號向下游傳遞，然后自身失活，恢復非活化狀態，以接收新一次的上游信號。信號轉導蛋白每經歷一次活化－非活化

變換，就傳導一次信號。具有這種特征的信號轉導蛋白叫作分子開關molecularswicth。本文檔共91頁；當前第42頁；編輯于星期一\18點49分1、磷酸化-去磷酸化phosphorylation-dephosphorylation2、G蛋白(proteineG)上GTP-GDP分子開關有兩大類型：本文檔共91頁；當前第43頁；編輯于星期一\18點49分磷酸化-去磷酸化phosphorylation-dephosphorylation2.信號轉導蛋白的“分子開關”特性激酶（kinase）使底物磷酸化磷酸酶（phosphotase）使底物去磷酸化每個信號轉導蛋白可以是激酶的底物，自身又可以作為激酶，使其他底物磷酸化，從而將信號逐級傳遞并放大本文檔共91頁；當前第44頁；編輯于星期一\18點49分GTP結合蛋白(GTPbindingprotein)2.信號轉導蛋白的“分子開關”特性G蛋白就是GTP結合蛋白，能與GTP結合并能水解GTPG蛋白與GTP結合時為活化狀態，將信號向下游傳遞。GTP被水解成GDP后G蛋白失活。本文檔共91頁；當前第45頁；編輯于星期一\18點49分3.信號蛋白通過特定結構域相互作用許多信號轉導蛋白之間可以通過能互相識別的特定結構域發生直接的相互作用，發生聚合，形成三維網絡，由此決定信號的傳遞途徑。這些結構域有相似結構。本文檔共91頁；當前第46頁；編輯于星期一\18點49分3.信號蛋白通過特定結構域相互作用本文檔共91頁；當前第47頁；編輯于星期一\18點49分4.信號轉導復合體的形成通過形成信號轉導復合體,提高信號轉導的速度、效率和特異性。兩種形式：1〕通過腳手架蛋白把一組轉導蛋白組織為一個信號轉導復合體。2〕激活的受體胞內段暫時性地為多個轉導蛋白提供錨定位點，復合體形成。本文檔共91頁；當前第48頁；編輯于星期一\18點49分4.信號轉導復合體的形成1.腳手架蛋白把一組轉導蛋白組織為一個信號轉導復合體2.受體胞內段暫時地為多個轉導蛋白提供錨定位點,從而形成信號轉導復合體本文檔共91頁；當前第49頁；編輯于星期一\18點49分第二節受體及其信號轉導途徑一、G蛋白偶聯受體信號轉導途徑二、酶偶聯受體信號轉導途徑三、受調蛋白水解依賴的受體信號轉導途徑四、細胞內受體本文檔共91頁；當前第50頁；編輯于星期一\18點49分G蛋白偶聯受體

(Gprotein-coupledreceptor,

GPR)CREBCRE結果:糖元合成減少分解增多一.G蛋白偶聯受體激活途徑－例如：腎上腺素促發肌肉細胞糖原分解成葡萄糖本文檔共91頁；當前第51頁；編輯于星期一\18點49分膜受體偶聯的G蛋白異三聚體－Gα,Gβ,Gr靶分子：膜上的酶、離子通道不同組合形成各種G蛋白異三聚體,分類:與激活型受體偶聯，激活腺苷酸環化酶:Gs與抑制型受體偶聯，抑制腺苷酸環化酶:GiG蛋白:兩類--游離的單體與膜偶聯的異三聚體本文檔共91頁；當前第52頁；編輯于星期一\18點49分G蛋白偶聯受體的激活信號分子激活膜受體,受體激活G蛋白(GDP變成GTP)G蛋白激活AC,自己失活(GTP變成GDP).AC產生cAMP,自己失活.AC產生cAMP,cAMP激活A激酶,A激酶激活CREB,CREB結合至CRE,啟動基因轉錄.本文檔共91頁；當前第53頁；編輯于星期一\18點49分膜受體激活GαGα與GDP解離,與GTP結合,激活腺苷酸環化酶釋放Gβ/GrGα(GTP酶活性)水解GTP變成GDPGα失活并與Gβ/Gr重新結合G蛋白異三聚體的作用:修飾Gα,使之無法失活下游效應持續鈉、水外流霍亂毒素:本文檔共91頁；當前第54頁；編輯于星期一\18點49分GPR-cAMP-PKA信號途徑本文檔共91頁；當前第55頁；編輯于星期一\18點49分GPR-cAMP-PKA信號途徑

配體可以是激素等受體激活后激活G蛋白，活化G蛋白激活腺苷酸環化酶(AC)AC以ATP為原料，快速大量生成cAMPcAMP激活PKAPKA是激酶，通過使底物發生磷酸化而引起各種生理效應

GPR-cAMP-PKA途徑調節的生理活動糖原分解animation類固醇激素合成本文檔共91頁；當前第56頁；編輯于星期一\18點49分二.酶偶聯受體激活途徑(受體酪氨酸激酶)

－例如:生長因子促進細胞增殖信號分子結合至膜受體(RTK),受體發生二聚化和磷酸化而激活.Sos激活Ras,活化的Ras將信號傳導下去,主要下游途徑是MAPK,促進有絲分裂.激活的RTK通過接合蛋白Grb2與Sos結合,形成信號復合體(RTK-Grb2-Sos).本文檔共91頁；當前第57頁；編輯于星期一\18點49分

RTK-Ras-MAPK信號途徑

MAPK途徑(MAPK:絲裂原激活蛋白激酶，激活后促進細胞分裂)本文檔共91頁；當前第58頁；編輯于星期一\18點49分RTK-Ras-MAPK信號途徑配體為生長因子受體聚合為寡聚體自身磷酸化，構象變化通過接合蛋白（含SH2結構域）Grb2和Sos激活RasRas引起MAPKKK-MAPKK-MAPK級聯激活最終激活轉錄因子:cMyc,cJun,cFos(轉錄因子結合到基因啟動子，促進轉錄出促增殖蛋白質。）創傷愈合中的細胞擴增animationRTK-Ras-MAPK途徑調節的生理活動本文檔共91頁；當前第59頁；編輯于星期一\18點49分三.受調蛋白水解依賴的受體信號

轉導途徑－例如：腫瘤壞死因子造成細胞死亡膜受體激活,通過接合蛋白激活受體作用蛋白激酶RIP,后者又激活一系列激酶.抑制性信號分子被磷酸化,再被泛素化,然后經歷蛋白水解.轉錄因子被解除抑制而激活,進入胞核,與DNA作用促進新蛋白質的轉錄.本文檔共91頁；當前第60頁；編輯于星期一\18點49分四.細胞內受體(核受體)信號轉導途徑

－例如：皮質激素促進脂肪細胞增多和特殊分布疏水性信號分子：甾體類激素、甲狀腺素、維生素D3、維甲酸受體本身是轉錄因子受體與DNA結合造成靶基因活化皮質醇質膜細胞內受體蛋白激活的靶基因轉錄細胞核DNARNA本文檔共91頁；當前第61頁；編輯于星期一\18點49分細胞內受體(核受體)激活效應原發/繼發

皮質激素細胞內受體DNA激活靶基因轉錄出新的蛋白質新的蛋白質對另一些基因起調控作用促進或抑制其轉錄本文檔共91頁；當前第62頁；編輯于星期一\18點49分轉錄因子(transcriptionfactor)在GPCR-cAMP-PKA途徑中有CREB在RTK-Ras-MAPK途徑中有cMyc,cJun,cFos在受調蛋白水解依賴的信號轉導途徑中有NF-κB

在核受體信號途徑中,核受體自身為轉錄因子。轉錄因子就是基因調控蛋白，通過與DNA上基因調控序列結合，調節基因轉錄。本文檔共91頁；當前第63頁；編輯于星期一\18點49分細胞受調控后的快速反應：

蛋白質活性改變(細胞質)NF-κB

P50nucleartranslocation(IF)ControlTNF-α30mim本文檔共91頁；當前第64頁；編輯于星期一\18點49分細胞受調控后的慢速反應：基因表達改變-轉錄出新的或更多的蛋白質(細胞核)ControlTNF-α1hSurvivinTNF-α4h本文檔共91頁；當前第65頁；編輯于星期一\18點49分請查閱組胚學、生理學書

后回答:

什么信號觸發胰腺腺泡細胞的

分泌顆粒釋放

(胰腺消化酶分泌)本文檔共91頁；當前第66頁；編輯于星期一\18點49分第三節細胞信號轉導的調節一、信號轉導的一過性二、信號轉導的記憶性三、信號轉導的放大效應四、信號轉導的負性調節本文檔共91頁；當前第67頁；編輯于星期一\18點49分三、信號轉導的放大效應放大效應:少量胞外信號分子—大量胞內效應分子1個受體/配體復合物激活多個G蛋白1個G蛋白激活多個AC1個AC產生多個cAMP1個cAMP激活多個PKA(級聯反應cascade)放大效應也是嚴格受控的本文檔共91頁；當前第68頁；編輯于星期一\18點49分信號傳導中的級聯反應(Cascade)：放大效應本文檔共91頁；當前第69頁；編輯于星期一\18點49分本文檔共91頁；當前第70頁；編輯于星期一\18點49分第四節細胞信號轉導途徑之間的相互作用（略）一、細胞信號轉導途徑之間的交談二、細胞信號轉導網絡的形成三、信號網絡中信號轉導的專一性各條途徑有相互作用，甚至形成網絡以互相協調，但又保持專一性。本文檔共91頁；當前第71頁；編輯于星期一\18點49分激素與生長因子信號系統之間的交談本文檔共91頁；當前第72頁；編輯于星期一\18點49分G蛋白偶聯受體與受體酪氨酸激酶兩條途徑共用部分環節激酶激活本文檔共91頁；當前第73頁；編輯于星期一\18點49分肌肉收縮時腎上腺素和神經沖動對糖元分解的協調糖元降解增加糖元合成減少能量供應增加本文檔共91頁；當前第74頁；編輯于星期一\18點49分饑餓時肝細胞中腎上腺素對糖元分解的協調糖元降解增加糖元合成減少血糖升高，能量供應增加本文檔共91頁；當前第75頁；編輯于星期一\18點49分細胞核細胞質細胞外胞間信使第二信使第一信使本文檔共91頁；當前第76頁；編輯于星期一\18點49分看－視網膜光感受細胞中的信號轉導本文檔共91頁；當前第77頁；編輯于星期一\18點49分人們是如何獲得這些知識的？本文檔共91頁；當前第78頁；編輯于星期一\18點49分1992年諾貝爾生理醫學獎蛋白質磷酸化"fortheirdiscoveriesconcerningreversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism"EdmondH.Fischer

EdwinG.Krebs本文檔共91頁；當前第79頁；編輯于星期一\18點49分1994年諾貝爾生理醫學獎G蛋白"fortheirdiscoveryofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells"

AlfredG.Gilman

MartinRodbell

本文檔共91頁；當前第80頁；編輯于星期一\18點49分本文檔共91頁；當前第81頁；編輯于星期一\18點49分1960‘年代本文檔共91頁；當前第82頁；編輯于星期一\18點49分1970‘年代本文檔共91頁；當前第83頁；編輯于星期一\18點49分轉導器概念的形成RealizingfrompainfulexperienceasagraduatestudentthatcommercialpreparationsofATPcontainav