7.2.1 常见信号转导机制1在线视频

同学们好

这一节课我们来学习

常见的细胞信号转导机制

尽管细胞接收不同的信号

但是进行细胞信号转导

却只采用几种保守的机制

接下来我们就来看看

有哪些常见的细胞信号转导机制

常见的细胞信号转导机制有六种

包括受体酶 没有内在酶活性的受体

G蛋白偶联受体信号 门控离子通道

类固醇类受体 以及黏附受体

我们首先来看一下

受体酶的信号转导机制

受体酶在细胞膜外表面

具有配体结合的结构域

在包浆侧有酶活性位点

两个结构域通过单一的跨膜片段连接

通常受体酶是蛋白激酶

可以磷酸化特异的靶蛋白的Tyr残基

在植物中

受体蛋白激酶磷酸化

特异的Ser或Thr残基

胰岛素的信号转导

就是典型的通过受体酶机制

进行信号转导的过程

胰岛素是由胰腺的β细胞

分泌的一种激素

其信号转导主要影响

细胞相关的基因表达和葡萄糖的代谢

我们来看一下胰岛素受体

信号通路的具体过程

胰岛素与其受体结合

可以使受体C端的酪氨酸残基

发生自磷酸化

从胰岛素受体的结构图中

我们可以看到磷酸化发生的位点

随后胰岛素受体

可以催化其底物的磷酸化

也就是磷酸化IRS-1蛋白

其中的酪氨酸残基

所以我们可以看到

胰岛素受体是一个酪氨酸激酶

其功能就是

磷酸化IRS-1的酪氨酸残基

然后Grb2蛋白通过其SH2结构域

与IRS-1的酪氨酸残基结合

另一侧结合Sos蛋白

Grb2蛋白是一个接头蛋白

其主要功能

就是连接IRS-1和SOS蛋白

在Grb2蛋白上

有一个SH2和一个SH3结构域

SH2结构域

可以与磷酸化的酪氨酸残基结合

SH3可以结合富含脯氨酸的结构域

其连接的SOS蛋白

再结合Ras蛋白

从而使Ras蛋白被激活

Ras蛋白是一个GTP结合蛋白

这是一种小G蛋白

它可以通过结合GTP激活

而Ras蛋白本身具有GTP酶的活性

可以水解GTP

当GTP水解为GDP的时候

Ras蛋白就失活了

而SOS蛋白

因为能促进Ras蛋白结合GTP

因此SOS蛋白也叫做鸟苷酸交换因子

也就是GEF蛋白

被激活的Ras蛋白

可以磷酸化Raf-1蛋白

而Raf1蛋白可以磷酸化

MEK蛋白的两个丝氨酸残基

并使其激活

激活的MEK蛋白

再磷酸化ERK蛋白的

苏氨酸和酪氨酸残基

从而激活ERK蛋白

这里我们可以看到

Raf-1 MEK和ERK

这三个蛋白都是激酶

但是磷酸化的残基位点不同

它们分属于三个蛋白激酶家族

ERK蛋白属于MAPK家族的

MEK是属于MAPKK

也就是MAPK的激酶

而Raf-1蛋白则是依次属于

MAP KKK的家族

这三个蛋白家族是细胞内常见的

介导信号级联放大的蛋白激酶家族

许多信号蛋白可以被磷酸化调控

而本身也是蛋白激酶

这些蛋白是属于

磷酸化级联的中间环节

一个蛋白激酶被磷酸化激活

再顺序去磷酸化下一个蛋白激酶

依此类推

就可以使受体接收的信号

被级联放大

而放大的程度则取决于

信号的后续转导过程

我们再接着看胰岛素信号转导的过程

被激活的ERK蛋白进入细胞核

并磷酸化核转录因子

比如说Elk-1蛋白

而磷酸化的Elk-1

可以结合SRF蛋白

进而促进细胞分裂所需的

一系列基因的转录和表达

以上就是胰岛素受体

影响细胞基因表达的信号转导过程

那与胰岛素类似的受体酶

还有表皮生长因子受体

血小板衍生生长因子受体

成纤维细胞生长因子受体等等

它们都具有一个

胞外的配体结合结构域

以及一个胞内的激酶结构域

我们都知道

胰岛素的另一个重要作用

就是调节血糖

接下来我们就来看一下

这个信号转导过程

胰岛素受体信号的这一过程

主要是促进葡萄糖的摄取

用于合成糖原

信号的起始步骤与前面介绍的

调节基因表达的过程是相同的

被激活的胰岛素受体底物IRS-1蛋白

后续会激活PI-3K

也就是磷酸肌醇3激酶

它将PIP2转化为PIP3

这里同学们需要注意几个

容易混淆的名称

PI代表的是磷脂酰肌醇

IP则是代表的磷酸肌醇

然后 PIP3会结合PKB

使PKB被PDK1磷酸化激活

激活的PKB则进一步磷酸化

糖原合成酶激酶GSK3

这里需要注意的是

GSK3被磷酸化后会失活

不能够再磷酸化糖原合成酶

而糖原合成酶

同样是在磷酸化状态下失活的

这样GSK3不能磷酸化糖原合成酶

糖原合成酶得以保持其活性

从而加速了葡萄糖合成糖原的过程

另一方面

PKB能激活葡萄糖转运蛋白4

从胞内转运小泡向细胞膜移动

从而增加其在细胞膜上的含量

从而提高葡萄糖的摄取率

那为了防止PI-3K-PKB的信号途径

持续的激活

细胞中采用一种PIP3特异性的

磷酸化酶 也就是PTEN蛋白

用来移除PIP3的3’位置上的

磷酸基团

从而生成PIP2

而PIP2不再结合PKB

这个信号链就被打破了

某些肿瘤细胞中

能够检测到PTEN的基因会发生突变

这使细胞会积累高浓度的PIP3

导致不停的细胞分裂

促进了肿瘤的生长

当然

受体酶不仅是酪氨酸激酶

还可以是具有其它酶活性的

比如说心钠素受体

鸟苷素受体

以及可溶性的NO激活的鸟苷酸环化酶

都是具有鸟苷酸环化酶活性的受体酶

这些受体的激活

可以促进cGMP的合成

而cGMP是胞内的一种第二信使

在动物中大多数cGMP的作用

是通过cGMP-依赖的蛋白激酶介导的

从而产生下游的细胞信号

cGMP信号通路

可以被特异的磷酸二酯酶

也就是cGMP PDE失活

将cGMP转化为5’-GMP

这也是这种受体酶信号转导的

一种脱敏机制

第二种机制是通过

没有内在酶活性的受体介导的

这种受体与受体酶类似

只是没有酶活性

代表性的受体是红细胞生成素受体

当红细胞生成素结合时

可以引起受体蛋白的二聚

以及构象的变化

进而释放信号传感器

和转录激活子STAT蛋白

并通过Grb2蛋白

激活胞内磷酸化级联

二者同时作用

可以影响细胞的基因表达

以上是关于受体酶

和没有内在酶活性的受体

所介导的细胞信号转导的过程

本节课就上到这里