导图社区 细胞通讯
《细胞生物学》第5章细胞通讯详细思维导图,包括酶联受体信号转导、细胞通讯的一般原理、细胞通讯的基本过程转导等内容。
编辑于2021-09-16 15:30:205.细胞通讯
酶联受体信号转导
与GPCR一样,酶联受体也是穿膜蛋白,但仅是一次穿膜
受体酪氨酸激酶(RTK)信号转导的特点
作用信号与受体的结构特点
根据结构特点分成20个亚家族,主要类型包括有7种
所有的RTK都是由3个部分组成
含配体结合位点的胞外结构域
单次穿膜的疏水α螺旋区
含有RTK活性的细胞内结构域
受体二聚化与磷酸化
配体介导的二聚化
反式自磷酸化
受体介导的二聚化
信号复合物的装配与下游途径的激活
不同的信号蛋白都含有不同的识别结构域,识别并与RTK受体磷酸化的酪氨酸位点结合,装配成信号复合物,启动下游途径
最常见的一种信号复合物的装配是直接在激活的PTK上进行的
SH结构域:蛋白质相互作用结构域
是Src同源结构域的简称,Src是一种癌基因
Ras/MAP激酶信号转导
Ras蛋白的信号途径的转导过程包括3个基本过程:受体激活、Ras蛋白激活、MAP级联反应
Ras蛋白
Ras蛋白介导大多数RTK途径的信号转导,涉及多种细胞外信号,包括表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、胰岛素生长因子等
单体GTPase的Ras超家族(表5-11)
不一定都是起信号转导作用
但作用方式基本一样:都具有GTPase活性
Ras蛋白的活性调节
受2个主要蛋白质的控制
鸟苷交换因子(GEF)
促使GDP从Ras释放下来,取而代之的是GTP
GTP酶激活蛋白(GAP)
激活Ras的GTP酶,将结合在Ras的GTP水解成GDP
Grb2和Sos蛋白
Grb2是生长因子受体结合蛋白2
RTK对Ras蛋白的激活
Ras激活MAP激酶级联反应
促分裂原激活的蛋白激酶组件
磷脂酰肌醇3(PI3K)激酶途径
PI3K主要是磷酸化肌醇磷脂,而不是磷酸化蛋白质的激酶
PI-3激酶在细胞质膜上产生脂锚定位点
磷脂酰肌醇(PI)
PI-3激酶-Akt途径
胰岛素样生长因子(IGF)
Akt,也称蛋白激酶B,PKB
胰岛素信号途径
胰岛素受体(INSR)
胰岛素通过MAP激酶级联途径调节基因表达
胰岛素通过PI-3激酶调节糖原合成
其他酶联受体信号途径
细胞因子受体激活的JAK-STAT信号途径
细胞因子
是细胞分泌的小分子蛋白质,如干扰素、白细胞介素等,能与特定细胞的表面受体结合,并引发细胞进行应答,包括细胞分化或增殖
细胞因子受体
TGF-β信号转导途径
其他形式的信号途径
通过泛素化控制的信号途径
Wnt/β-联蛋白信号途径
依赖于NF-κB的信号途径
Notch/Delta信号途径
植物的细胞通讯
乙烯信号途径
生长素信号途径
受体样蛋白激酶信号转导
信号转导的复杂性与信号的终止
受体与配体相互作用的复杂性
受体与配体相互作用的一般特性
特异性
高亲和力
饱和性
可逆性
生理效应
信号分子与受体相互作用的复杂性
三个方面表现
信号转导的重叠、趋同、趋异与串流
RTK与GPCR信号的重叠
胰岛素/RTK信号途径的趋异
信号转导途径的趋同
信号串流
信号的适应、解除与终止
靶细胞对细胞外信号分子的适应
靶细胞通过适应or脱敏的可逆过程进行调整
适应信号刺激的方式基本上都是使受体本身失活
若将受体水解,则称之为受体下调
cAMP信号的终止
严格把控cAMP浓度,以免细胞一直处于过敏状态
4种方式
IP3/DAG/Ca2+信号的终止
DAG信号的解除
IP3信号的解除
Ca2+信号的解除
磷酸酶在细胞信号解除中的作用
受体内化
CPCR脱敏
受体脱敏
酶联受体途径的信号终止
细胞通讯的基本过程概括
信号分子的合成
信号分子从信号生成细胞释放到周围环境中
信号分子向靶细胞运输
靶细胞对信号分子的识别和检测
细胞对细胞外信号进行穿膜转导,产生细胞内的信号
细胞内信号作用于效应分子,进行逐步放大的级联反应,引起细胞代谢、生长、基因表达等方面的一系列变化
细胞完成信号应答后,进行信号解除,终止细胞应答
G蛋白偶联受体(GPCR)介导的信号转导
G蛋白偶联受体的结构与作用机制
结构特点
所有的GPCR都含有7次穿膜的α螺旋区
三体G蛋白α亚基的激活
三体G蛋白是膜结合蛋白。静息状态时Gα结合一个GDP,并与Gβγ形成三体复合物
当有配体或配体类似物与受体结合时,受体就会改变细胞质面环的构型,并与Gα亚基结合。由于受体的结合,使Gα结合的GDP被释放,代之的是与GTP结合,因此,激活的受体充当了鸟苷交换银子(GEF)的作用
Gα·GTP
GTPase-激活蛋白(GAP)
还有一种类型的GAP,即G蛋白信号调节子(RGS)
三体G蛋白与效应物
GPCR途径中所有的效应物要么是膜结合的离子通道,要么是能够催化生成第二信使的膜结合酶(表5-5)
刺激型的G蛋白(Gs蛋白)
PKA系统的信号转导机制
cAMP(第二信使)通过激活蛋白激酶A引起的信号转导系统称为PKA
腺苷酸环化酶与cAMP
Gαs·TP与腺苷酸环化酶结合时,后者即被激活,将ATP转变成cAMP
cAMP介导的激素信号诱导的细胞应答涉及到很多激素(表5-6)
腺苷酸环化酶活性的竞争性调节
在很多类型的细胞中,腺苷酸环化酶受到激活与抑制双重调控
蛋白激酶A(PKA)的结构与功能
蛋白激酶A的结构组成
4个亚基组成的四聚体,其中2个是调节亚基
蛋白激酶A的功能
PKA是丝氨酸/苏氨酸磷酸化激酶
PKA与葡萄糖代谢
典例:哺乳动物细胞中糖原代谢是第二信使cAMP通过PKA激活细胞质中的靶酶引起信号转导
PKA与基因表达调控
被cAMP激活的PKA可以进入细胞核,通过调节特异基因的转录进行慢速反应
典例:分泌肽类激素——促生长素抑制素
cAMP反应原件(CRE)
A激酶锚定蛋白(AKAP)
作用于G蛋白的毒素
霍乱弧菌
百日咳毒素
PKC系统的信号转导机制
在G蛋白偶联系统的信号转导中,除了以cAMP作为第二信使外,某些信号分子作用于受体后,可产生磷脂酰肌醇作为第二信使,故此称为磷脂酰肌醇信号途径。 途径中,膜上磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)分解为2个细胞内的第二信使:二酰甘油(DAG)和肌醇三磷酸(IP3)。 而DAG在Ca2+的协同下激活蛋白激酶C(PKC)。
作用于PKC途径的信号、受体、G蛋白与效应物
也由3个膜蛋白组成
作用于PKC系统的信号种类很多
第二信使的产生
磷脂酶C-β的激活
其相当于cAMP系统中的效应物腺苷酸环化酶,也是膜整合蛋白,活性受Gq蛋白调节
第二信使IP3/DAG的生成
被激活的磷脂酶C-β水解质膜上的PIP2,产生IP3和DAG
IP3启动第二信使Ca2+的释放
最直接的作用有2个
协同DAG激活蛋白激酶C
Ca2+与钙调蛋白结合引起细胞的其他反应
蛋白激酶C(PKC)的激活
第二信使IP3/DAG的信号级联反应需要通过PKC,所以这个信号转导过程又称为PKC途径
PKC的作用
第二信使Ca2+及CaM蛋白激酶的作用
钙调蛋白(CaM)
Ca2+/钙调蛋白复合物的信号放大作用
作用于离子通道的G蛋白偶联受体信号转导途径
心肌中乙酰胆碱受体经由G蛋白打开K+通道
GPCR与脊椎动物眼睛的光信号转导
GPCR与嗅觉、味觉信号转导
Ga2+/NO/cGMP信号转导途径
NO的性质及形成
鸟苷酸环化酶受体与第二信使cGMP
Ca2+/NO/cGMP信号途径与血管平滑肌的松弛
细胞通讯的一般原理
细胞通讯网络
功能
基本组成
信号分子
受体
信号蛋白
第二信使
不起始或结束一个通讯过程,仅仅起中介传递作用
细胞通讯的快速/慢速反应
细胞的信号传导与信号转导
信号分子
主要用来在细胞间和细胞内传递信息
通讯方式
旁分泌通讯
通讯细胞向细胞外液中分泌信号分子(称为局部介质)
突触通讯
释放神经递质
内分泌通讯
分泌激素(3类,有表格),通过血液流通
蛋白质和肽类激素
类固醇激素
氨基酸衍生物
接触依赖性通讯
细胞之间的接触
受体
接收信号的分子称为受体,信号分子被称为配体
G蛋白偶联受体(GPCR)
最大的一类细胞表面受体,参与的信号转导作用要与GTP结合的调节蛋白相偶联
可结合细胞外的蛋白质、肽以及具有氨基酸结构的信号
可介导很多细胞外信号的转导,如激素、局部介质和神经递质
最重要的特点:一旦受体被激活,它能同时激活多个相同的G蛋白
种类很多、结构相似即都是一条多肽链,并且有7次α穿膜区
进化地位相当原始,真核生物有,细菌中也存在与G蛋白偶联受体相似的膜蛋白
受体蛋白激酶(receptor kinase)
既是受体又是酶,一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大,故又称催化受体或酶联受体
结构
与GPCR不同,至少有2个亚基,因此具有四级结构,每个亚基都有一次单次穿膜的α螺旋结构域,所以它们很容易在质膜中进行扩散
它们的细胞质尾部含有蛋白激酶结构域,它能将磷酸基团加到特定的氨基酸侧链上
分类
受体酪氨酸激酶(RTK)
反式自磷酸化
受体丝氨酸/苏氨酸激酶(RSTK)
大多数都不会进行反式磷酸化,而是将不同的信号蛋白磷酸化
配体门控离子通道受体(又称配体门控通道)
见于可兴奋细胞间的突触信号传导,产生一种电效应
穿膜支架
受体鸟苷酸环化酶(GC)
形式
膜结合型GC
可溶型GC
核受体
以上的5种受体都是位于质膜中的受体,其配体通常是亲水的信号。对于一些疏水的固醇类的激素信号而言,其受体一般是基因的转录因子,也就是说受体与信号结合之后要进入细胞核,启动基因的转录,故将此类受体称为核受体
结构域
抑制蛋白结合结构域
信号分子结合结构域
DNA结合结构域
信号分子与级联放大
细胞内的信号分子有两大类:蛋白质和第二信使
信号蛋白与分子开关
最大的一类分子开关是由磷酸化作用控制其活性或非活性状态的蛋白质
另一类重要的分子开关是GTP结合蛋白,简称G蛋白
第二信使
2个基本特性
都是小的分子或离子,有4个优越性
级联反应
通过信号分子将信号级联放大或级联反应
细胞内信号复合物
常涉及支架蛋白
3种类型的信号复合物装配方式