09-1-细胞信号系统在线视频

同学们好

今天我们开始学习第十二章

“细胞信号转导”

细胞之间的联系主要通过

信号分子来传达信息

我们把细胞通过细胞表面

或细胞内受体

来感知信号分子的刺激

进一步通过细胞信号转导通路

对信息进行转换、加工处理

和传递的过程

称为细胞信号转导或称为细胞通信

下面我们首先来谈谈细胞信号系统

世间万物都有刺激反应性

细胞也能够感受任何刺激信号

这些信号包括物理的、化学的

生物的各种信号

在细胞信号转导过程当中

最广泛、最重要的信号

是由细胞分泌产生的化学信号分子

从化学形态上来看 信号分子可以分为

像气体分子 比如NO、CO等

还有有机小分子

比如像氨基酸、核苷酸的衍生物等

还有就是生物大分子

像多肽、蛋白质以及多糖等等

从信号分子的作用方式和特点来看

我们把它分为像内分泌激素

神经递质和局部化学介质这么些类型

激素是由内分泌细胞产生

经过循环系统送达效应靶细胞

它的作用具有距离远、范围广

和时间长的特点

而神经递质是由神经细胞突触前膜

它的终端释放出来的

作用于突触后膜接头受体

它的作用时间较短、距离也比较近

局部的化学介质则是由

组织当中的某些细胞分泌产生

的一些生物活性物质

它是作用于邻近靶细胞

或者是它自身

从分子的极性上来看

信号分子可以分为两大类

一类是我们称为亲脂性的

或者是疏水性的信号分子

还有就是亲水性的

又称为及极性的信号分子

亲脂性的信号分子像

甾类激素和我们的甲状腺激素

它很容易通过细胞膜进入细胞内

主要是通过细胞内的

一些特异性受体来传递信号

而亲水性的信号分子

像多肽、蛋白质还有许多化学介质

它不能够通过细胞膜

需要通过细胞膜的表面受体

把信号经过跨膜的传递传递到细胞内

另外 我们可以从信号分子作用的

时空顺序上来看

可以把胞外的信号分子我们称为

第一信使

而把胞外信号分子

通过跨膜传递进入到细胞内之后

引起细胞产生的一个

其它形式的信号分子称为第二信使

当前已经明确的第二信使包括像

环磷酸腺苷、环磷酸鸟苷

还有三磷酸肌醇、二酯酰甘油

以及钙离子、还有一氧化氮一些

第二信使

当然还有一些

越来越多的其他的第二信使

还在发现之中

“第二信使”学说的内涵越来越丰富

从而为细胞信号转导的级联性

放大作用、反馈控制

还有它的网络对话我们重要的机制

奠定了基础

从而呈现出细胞信号转导的一个

时空有序的复杂的图景

细胞信号转导系统的第二个构成要件

就是受体 receptor

我们已经多次提到受体的名称

广义上讲

凡是能够具有互补结合的分子

它们都可以称为

要么称为配体要么称为受体

在此 我们把细胞信号转导受体

定义为一类能够识别和特异性结合

特定信号分子的大分子

其中绝大多数受体是蛋白质

且多为糖蛋白

少数为糖脂

有些受体是蛋白和糖脂的复合体

根据受体存在的部位

一般区分为

细胞表面受体和细胞内受体

下面我们先看一下细胞表面受体

顾名思义

这类受体它定位在细胞膜的表面

现已证明

细胞表面受体主要为一些跨膜糖蛋白

它都含有胞外区、跨膜区

和胞内区三个结构部分

它的跨膜可以是一次也可以是多次

受体也可能是由一条多肽链构成

我们称为单体型受体

也可能是由两条以上的多肽链构成

我们称为复合型受体

按信号转导机制

和受体蛋白质的类型不同

我们把细胞表面受体分为

以下三种主要类型

第一种称为离子通道偶联受体

这是一类多次跨膜的受体

主要转导神经递质刺激的信号

离子通道偶联的受体

它的作用机制是

一旦受体在相应的信号分子刺激下

通过偶联的离子通道的开关

引起细胞离子快速的跨膜流动

从而传递细胞的电化学冲动

要么是兴奋要么是抑制

第二类细胞膜表面受体我们称为

G蛋白偶联受体

简称GPCR

这是细胞表面受体当中一个最大的家族

它分布非常广泛、种类众多

参与大量不同的刺激信号的转导

GPCR的作用机制是

一旦受体结合了相应的信号分子

它引起受体的结构构象变化

进一步调节它所偶联的G蛋白的活性

将信号传递到细胞内

GPCR具有共同的一些结构特征

主要包括

首先它是一个单体型的七次跨膜蛋白

就是在细胞膜上要往返穿过细胞膜七次

第二 它的氨基末端也就是N端

是朝向细胞的外面

它的羧基是朝向细胞的内侧

也就是C端朝向细胞的内侧

胞外和胞内各有四个功能区

第三 它的N端有糖基化的位点

在C端有磷酸化的位点

这些蛋白质修饰的位点

对于GPCR受体活性的调控都非常重要

第三类细胞膜表面受体

我们称为酶联受体

简称为ELR

这是一类单次跨膜的蛋白质

它除了当作受体跟信号分子结合之外

它本身具有酶的催化活性

或者是它结合了一个酶分子

因此称为酶联受体

它的作用机制是

信号分子一旦与受体结合

即可以触发它自身的酶活性

或者是结合的蛋白激酶的活性

引起受体胞内区的自磷酸化

也就是自己发生磷酸化

或者是引起受体胞内区自磷酸化

和二聚化

进而可以招募一系列信号蛋白质

顺序的发生磷酸化作用

从而把信号转导到细胞内

并且逐级的传递下去

接下来我们再看看细胞内受体

细胞内受体是指

位于细胞质或者是细胞核内的一些受体

其中细胞质中的受体

与相应的信号分子结合之后

也通常会转移到细胞核

因此我们把细胞内受体

又经常统称为核受体 简称为NR

一般把细胞质的受体称为I型核受体

比如像雄激素受体、雌激素受体

糖皮质激素受体还有孕激素受体

而把位于细胞核内的受体称为

II型核受体

例如像维甲酸的受体、视黄醇受体

维生素D的受体以及甲状腺素的受体

但也有例外

像一氧化氮 NO的受体

它就位于细胞质当中

结合一氧化氮之后

它不会迁移到细胞核

而是激发鸟苷酸环化酶

催化生成另外一种第二信使环磷酸鸟苷

核受体具有相似的高级结构

共性的结构特征包括以下几点

首先核受体的C端含有配体结合区

简称LBD

在它的中间就是中央区含有

DNA结合结构 简称为DBD

另外在它的N末端

含有转录激活的调节区

信号分子调控细胞内受体

在活化与失活两种状态之间进行切换

从而激活核受体结合于相应的

DNA的靶序列上面

进而启动相应基因的表达

从而调节细胞的生命活动

我们讲了信号分子还有它相互作用的受体

在信号传递过程当中

还有一类关键的成员

我们把它称为分子开关

就像电灯开关

或者是电器的电源开关一样

最重要的两类分子开关

是以下两种

第一种就是G蛋白 G protein

它的全称叫GTP结合蛋白

其中有三聚体的GTP结合蛋白

也就是我们通常所讲的G蛋白

在这个家族当中还有一些

是单体的GTP结合蛋白

也是我们常说的小G蛋白

比如像Ras和类Ras蛋白

G蛋白的开关机制是

当结合GTP时

它呈现“开启”的活化状态

而一旦结合了GDP时就呈现了

“关闭”的失活状态

当然G蛋白的开关

在切换的时候还需要其他蛋白质的参与

比如鸟苷交换因子 简称为GEF

它是来帮忙“开”的

也就是把G蛋白结合的GDP换成GTP

还需要GTP水解酶来帮忙“关”

也就是把GTP水解变成GDP

此外 像GTP水解的速率

还可能被GTP水解酶促进蛋白来加速

或者是被鸟苷解离抑制因子 简称GDI

来减缓GTP的水解的速率

从而影响G蛋白开关的程度和效率

这一开关机制

我们学习起来确实有点儿复杂

但它的意义非常重大

为此 艾尔佛列·吉尔曼和马丁·罗德贝尔

揭示了这其中的奥妙

他们荣获了1994年的诺贝尔生理学

和医学奖

第二类分子开关我们称为蛋白的可逆磷酸化

这是一类功能更为广泛

也分布更普遍的分子开关系统

细胞内很多受信号分子调控的效应靶蛋白

都含有可逆的磷酸化修饰位点

特定位点的磷酸化修饰与否

决定了靶蛋白活性的“开”或者是“关”

通过蛋白激酶protein kinase

使靶蛋白磷酸化

反过来通过蛋白磷酸酶

可以使靶蛋白去磷酸化

这一可逆的蛋白质磷酸化、去磷酸化反应

是非常有效的一种分子开关方式

埃德温·克雷布斯和埃德蒙·费希尔

因阐明了这一奥秘

他们荣获了1992年的

诺贝尔生理学和医学奖

细胞信号转导当中是否还有

其它类似的分子开关呢

答案是肯定的

比如像钙调蛋白

就通过与钙离子的结合或者是解离

来进行“开关”的切换

还有就是

蛋白质活性调控的其它可逆的修饰方式

也可以作为分子开关

同学们课后可以深入的进行学习和总结

下面我们总结一下信号通路

或者是信号转导系统

它的基本步骤与特点

我们把细胞信号转导系统

关键要素把它串起来

完成一个动态的信号转导过程

我们就把它称为是信号通路

它主要包括5个步骤

如下所示

首先就是信号分子与受体结合

第二步 信号的跨膜转导

第二信使的生成和信号蛋白的活化

第三步就是信号在胞内

的级联放大和传递

第四步就是细胞做出相应的应答反应

产生细胞效应

最后这种应答效应不能长期持续

而是必须要及时的进行降低

及时的终止

细胞通过上述5个基本步骤

对各种刺激信号作出适当、适度的应答

细胞的信号通路具有以下几个主要特点

首先就是它的特异性

主要体现在配体

或者是信号分子与受体结合的特异性

还有就是效应分子的靶向性

第二个特点就是它具有放大作用

主要表现在信号传递的每一步

都是放大的信号级联过程

第三个特点它具有反馈的网络调节特征

细胞信号转导的反馈环路

还有发生串话以及网络化

是信号调控的基本方式

和生命活动的重要特征

最后一个特点就是它的整合作用

细胞在其“社会”环境当中

必须面对和调整大量的信息

才能够调节细胞的行为

维持生命活动的有序性

好了 有关细胞信号转导系统的主要构成

以及主要步骤还有主要特点

我们就给大家讲这些

下次课我们继续学习

细胞膜受体介导的信号转导

同学们再见