分子生物學(xué)筆記 第五章 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

第五章 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)胞外信號通過與細(xì)胞表面的受體相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)信號并在細(xì)胞內(nèi)傳遞的過程稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction) 跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程包括： 1，胞外信號被質(zhì)膜上的特異性受體蛋白識別，受體被活化； 2，通過胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)物(蛋白激酶，第二信使等) 的相互作用傳遞信號； 3，信號導(dǎo)致效應(yīng)物蛋白的活化，引發(fā)細(xì)胞應(yīng)答（如激活核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)基因表達(dá)）。 第一節(jié) 胞內(nèi)信使 細(xì)胞內(nèi)信使(intracellular messenger)是具有信息傳遞作用的一些小分子，也稱為第二信使(second messengers)。一、cAMP{環(huán)磷酸腺苷) ，生成： 腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成cAMP; 代謝： cAMP磷酸二酯酶水解cAMP產(chǎn)生5’-AMP 功能： ， ①激活蛋白激酶A ②抑制蛋白磷酸酯酶二、cGMP(環(huán)磷酸鳥苷) 生成酶：鳥苷酸環(huán)化酶代謝酶：cGMP磷酸二酯酶功能：①激活蛋白激酶G ②調(diào)控細(xì)胞膜離子通道三、三磷酸肌醇（inositol triphosphate,IP3）和甘油二酯（diacyglycerol, DAG） G-蛋白偶聯(lián)受體激活磷脂酶Cβ生成IP3及DAG 功能： 1、IP3：開放胞內(nèi)鈣庫，激活Ca2+途徑． 2、DAD：在Ca2+和磷脂酰絲氨酸存在下，激活蛋白激酶C，四、鈣離子細(xì)胞內(nèi)鈣離子主要貯存于胞內(nèi)鈣庫(如肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)， SR)和線粒體中。細(xì)胞質(zhì)膜兩鍘[Ca2+]跨膜梯度：細(xì)胞外液>>胞漿胞漿內(nèi)[Ca2+]的調(diào)節(jié)一通過(質(zhì)膜和鈣庫膜上的)鈣離子通道(進(jìn)入)和鈣泵(出)，鈣通道開放的條件： ①質(zhì)膜或鈣庫膜去極化(可興奮細(xì)胞)；成②IP3介導(dǎo)鈣庫膜上鈣通道開放(任何細(xì)胞)．鈣泵激活．線粒體鈣泵的作用． Ca2+功能：與鈣調(diào)蛋白(calmodulin, CaM)結(jié)合形成Ca2+•CaM復(fù)合物： ①激活腺苷酸環(huán)化酶和磷酸二酯酶，②激活Ca2+•CaM依賴蛋白激酶鈣通道阻斷劑及其臨床應(yīng)用。五、一氧化氮(N O) NO合成酶催化L-精氨酸生成NO和胍氨酸 NO合成酶(NOS)分類：①神經(jīng)元型(nNOS)． ②內(nèi)皮細(xì)胞型(ecNOS) ③誘導(dǎo)型（iNOS) 功能：激活烏苷酸環(huán)化酶，刺激cGMP合成。 NO的生理病理作用 第二節(jié) 蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶 蛋白激酶(Protein kinase，PK)催化蛋白質(zhì)的含羥基氨基酸(絲／蘇和酪)的側(cè)鏈羥基形成磷酸酯（ATP的γ磷酸基轉(zhuǎn)移至氧）．蛋白質(zhì)磷酸酯 酶(Protein phosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯鍵水解而去磷酸化。細(xì)胞內(nèi)任何一種蛋白質(zhì)的磷酸化狀態(tài)是由蛋白激酶和 蛋白磷酸酯酶的兩種相反酶活性之間的平衡決定的。蛋白質(zhì)可逆磷酸化的調(diào)節(jié)在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中有重要作用，是細(xì)胞生命活動的調(diào)控中心 。一、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的蛋白激酶 {一)絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶(Ser／Thr PK) 是一大類特異地催化蛋白質(zhì)的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化的激酶家族，參與多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。 1、蛋白激酶A（PKA) -cAMP依賴性蛋白激酶. PKA由兩個(gè)催化亞基C和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基R所構(gòu)成 PKA參與cAMP介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控。 PKA的其它(下游)底物：①多種代謝相關(guān)酶②核內(nèi)組蛋白和非組蛋白③膜蛋白等。 2、蛋白激酶C(PKC) -Ca2+激活的／磷脂依賴性蛋白激酶．調(diào)節(jié)：可被Ca2+，DAG和磷脂酰絲氨酸激活．TPA(佛波酯)也可激活． PKC分子由N-端的調(diào)節(jié)區(qū)和C―端催化區(qū)（親水的蛋白激酶結(jié)構(gòu)域）所組成。 PKC有多種亞型(>12種)． PKC可激活： ①受體，如EGFR，胰島素受體，細(xì)胞因子受體等。 ②細(xì)胞骨架蛋白如Map，Tau． ②膜蛋白，如Na+-H+交換蛋白，Ca2+-ATP酶等． ④核蛋白／轉(zhuǎn)錄因子，起始因子等， ⑤信號轉(zhuǎn)導(dǎo)物如鳥苷酸環(huán)化酶，Raf-1等． 3、Ca2+•鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶(Cam-PK) Cam-PKII是一種多功能的蛋白激酶． 4。cGMP依賴的蛋白激酶(PKG) 功能：調(diào)節(jié)胞內(nèi)鈣離子． 5，DNA依賴的蛋白激酶(DNA-PK) 調(diào)節(jié)：結(jié)合游離DNA片段后被激活，底物：核內(nèi)DNA結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄因子，如SPl，F(xiàn)os／Jun，Myc和P53，作用：① 參與DNA修復(fù)和重組, ②通過激活TF調(diào)節(jié)基因表達(dá); ③參與細(xì)胞周期的關(guān)卡機(jī)制(Checkpoint). 6．絲裂原激活的蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase， MAPK) 調(diào)節(jié)：MAPK激酶-MAPKK（MEK）。下游底物：核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子如Myc，Jun，Ets及其它胞內(nèi)蛋白． (二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase，TPK) ―特異地催化蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基磷酸化，蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸化在細(xì)胞生長，分化和轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)中起重要作用。 1、經(jīng)典的src激酶家族原癌基因c-src蛋白產(chǎn)物Src是一種酪氨酸蛋白激酶，它有三個(gè)基本結(jié)構(gòu)域：從C-端至N--端依次 為SH1、SH2，SH3(SH=src homolog)。 SHl結(jié)構(gòu)域：具酪氨酸激酶活性， SH2結(jié)構(gòu)域：能識別并結(jié)合含磷酸化酪氨酸的短序列， SH結(jié)構(gòu)域：通過脯氨酸和疏水性氨基酸殘基與靶蛋白結(jié)合， Src家族：包括原癌基因src，yes，lyn，fyn，lck，blk，fgr，bcd和yrk編碼蛋白，它們都有TPK活 性．共同參與細(xì)胞轉(zhuǎn)化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程． SH2結(jié)構(gòu)域在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的重要作用：由于含SH2結(jié)構(gòu)域的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子可以識別和結(jié)合其他含磷酸化酪氨酸的蛋白，因此，通 過蛋白質(zhì)的酪氨酸磷酸化／去磷酸化調(diào)節(jié)可以決定信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的結(jié)合與解離，從而導(dǎo)致信號的開啟或關(guān)閉。 2、JAK嫩酶家族 JAK(Janus kinase)激酶家族包括Jakl，Jak2，Jak3，Tyk2等， Jak激酶具有一個(gè)TPK結(jié)構(gòu)域和一個(gè)激酶樣結(jié)構(gòu)域，它們與Src的TPk激酶結(jié)構(gòu)域具有同源性，但JaK激酶沒有SH2，SH 3結(jié)構(gòu)域； Jak激酶主要參與細(xì)胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)．二、蛋白磷酸酯酶對磷酸化的調(diào)節(jié) (一)、絲氨酸／蘇氨酸蛋白磷酸酯酶 這類酶選擇性地作用于含磷酸絲氨酸或磷酸蘇氨酸殘基的肽鏈，使之脫去磷酸基團(tuán)并改變生物活性．主要成員：PPl，PP2A，PP 2B，PP2C，等． PP2A，催化亞基及其功能． (二)酪氨酸蛋白磷酸酯酶(PTPase) 蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酯酶催化磷酸化酪氨酸殘基的去磷酸化反應(yīng)，與相應(yīng)的酪氨酸蛋白激酶共同調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的磷酸化水平， PTPase家族可分為2類： 1、胞質(zhì)型(非受體型)：小的可溶性蛋白，只有一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域，特點(diǎn)是合有SH2 domain，如PTPlC，，PTPlB等． ， 2．受體型(PTPR)，是大的跨膜蛋白，特點(diǎn)是有2個(gè)串聯(lián)的胞漿催化結(jié)構(gòu)域，如白細(xì)胞共同抗原CD45， PTPlC(存在于造血細(xì)胞)：N端2個(gè)串聯(lián)重復(fù)的SH2結(jié)構(gòu)域{識別Tyr•P，并指導(dǎo)蛋白與蛋白結(jié)合)，C端為 磷酸酯酶催化結(jié)構(gòu)域。 Jak可作為PTP1C底物． PTPase基因可能是腫瘤抑制基因．

第三節(jié) 細(xì)胞膜受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 一、受體的分類質(zhì)膜受體和胞內(nèi)受體（胞漿或核受體，如類固醇激素受體）膜受體的分類：（一）G蛋白耦聯(lián)受體家族又稱為七次胯膜受 體家族，特點(diǎn)是具有七段跨膜的α螺旋結(jié)構(gòu)，本身無酶活性，胞漿側(cè)肽鏈上有磷酸化位點(diǎn)，受體功能受磷酸化調(diào)節(jié)。成員；腎上腺素受體 、多巴受體、視紫紅蛋白等。（二）酪氨酸激酶受體家族受體本身胞漿側(cè)有蛋白酪氨酸激酶活性，并且胞漿側(cè)肽鏈上有自身磷酸化位點(diǎn)， 配基結(jié)合后受體形成二聚體，二聚體中每個(gè)亞基可以磷酸化對應(yīng)的另一亞基，從而啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。這類受體主要包括多數(shù)生長因子受體( 如IGF，EGF，PDGF，NGF，SCF，HGF等生長因子的受體)，除胰島素受體外，這類受體均由一條肽鏈組成． (三)細(xì)胞因子受體家族這類受體本身無TPK活性，但其胞漿側(cè)近膜部分有非受體酪氨酸蛋白激酶的結(jié)合位點(diǎn)，在配基與受體結(jié)合后， 受體發(fā)生二聚化或寡聚化，并激活Jak族蛋白酪氨酸激酶．此類受體包括細(xì)胞因子受體以及生長激素、促乳素等受體．細(xì)胞因子(cy tokine)：是淋巴細(xì)胞和造血細(xì)胞產(chǎn)生的一大類對細(xì)胞生長和分化有調(diào)節(jié)作用的蛋白因子。包括干擾素(IFN)、白細(xì)胞介素( IL)、白血病抑制因子（LIF）、抑癌素M等 (但I(xiàn)L-8R為G蛋白藕聯(lián)受體) (四)離子通道受體與配基結(jié)合后構(gòu)成離子通道，主要存在于神經(jīng)突觸，如乙酰膽堿(ACH)，5-HT受體等。二、G蛋白介導(dǎo)的信 號轉(zhuǎn)導(dǎo) 。 G蛋白藕聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑由三部分組成： ①細(xì)胞膜受體；②G蛋白③效應(yīng)物(effector)，其中G蛋白將受體與效應(yīng)物藕聯(lián)． G-蛋白(G-protein)是一種鳥苷酸結(jié)合蛋白，是由α、β和γ三個(gè)亞基組成的異三聚體， 多，β和γ亞基總是緊密結(jié)合在一起作為一個(gè)功能單位Gβγ Gα亞基可分為Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍亂毒素（CT）或百日咳毒素（PT）修飾。 G-蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制：G-蛋白循環(huán)。 G-pr的效應(yīng)物：離子通道、腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等三、RAS-MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 1、途徑中的信號分子 Ras：具鳥苷酸結(jié)合活性的一種胞漿蛋白（與G-蛋白不同) Ras活性與其結(jié)合的鳥苷酸有關(guān)。 鳥苷酸交換因子（SOS） Ras•GDP Ras•GTP (失活) GTP酶激活蛋白（GAP） （激活） 接頭蛋白：生長因子受體結(jié)合蛋白Grb2，通過其SH2結(jié)構(gòu)域與Tyr被磷酸化的受體結(jié)合，同時(shí)通過其SH3域與具有pro富集 區(qū)的SOS結(jié)合，并通過SOS活化Ras蛋白． 2、Ras-MAPK途徑： 生長因子→生長因子受體(具酪氨酸激酶活性)→含有SH2結(jié)構(gòu)域的接頭蛋白(如Grb2)→鳥苷酸交換因子SOS→Ras-GT P→Rafl→MAPKK（MEK）→MAPK→轉(zhuǎn)錄因子→調(diào)節(jié)基因表達(dá)。 3．Ras-MAPK途徑的調(diào)節(jié) ①Ras-MAPK途徑中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的突變(如Ras)和表達(dá)量的改變． ②其他信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的影響 cAMP-PKA：抑制Raf-1； PKC：活化Raf~l，四、Jak-stat途徑： STAT：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)物與轉(zhuǎn)錄激活劑（signal transducer and activators of transcription）至少6種，分子量84-113KD，含一個(gè)SH2結(jié)構(gòu)域(羧端)，一個(gè)SH3樣結(jié)構(gòu)域，并合有DN A結(jié)合域，Stat的激活依賴通過磷酸化形成二聚體． Jak-Stat途徑：細(xì)胞因子→受體(二聚體化)→Jak→Stat→Stat二聚體(活化)→易位至核，影響轉(zhuǎn)錄．