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1、同學(xué)們上午好,主 講 葉 輝,單 位 溫州醫(yī)學(xué)院生化教研室,復(fù)習(xí)與鞏固,上節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容,1.掌握基因工程和限制性內(nèi)切酶的概念;2.掌握限制性內(nèi)切酶的識(shí)別序列的特點(diǎn)。3.掌握轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)染和轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別;4.掌握重組DNA技術(shù)的大致操作過(guò)程;5.掌握分子雜交、基因診斷和基因治療的概念;6. 掌握PCR的原理和步驟。,細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo),第十五章,Cellular Signal Transduction,概 述,單細(xì)胞生物 ——直接作
2、出反應(yīng),多細(xì)胞生物 ——通過(guò)細(xì)胞間復(fù)雜的信號(hào)傳遞系統(tǒng)來(lái)傳遞信息,從而調(diào)控機(jī)體活動(dòng)。,外界環(huán)境變化時(shí),細(xì)胞間信息傳遞方式:,① 通過(guò)相鄰細(xì)胞的直接接觸(如:接觸抑制),② 通過(guò)細(xì)胞分泌各種化學(xué)物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)自身或其他細(xì)胞的代謝和功能,具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生命活動(dòng)的化學(xué)物質(zhì)稱為信號(hào)分子,,跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的一般步驟,特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì),信息物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞,與靶細(xì)胞的受體特異性結(jié)合,受體對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng),靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效
3、應(yīng),,,,,信號(hào)分子經(jīng)過(guò)各種相關(guān)成分跨膜的級(jí)聯(lián)傳遞最終引起生物效應(yīng),這一過(guò)程稱為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction),,,第一節(jié) 信息物質(zhì),一、細(xì)胞間信息分子:第一信使,細(xì)胞外信號(hào)分子是指由特定細(xì)胞釋放的各種對(duì)靶細(xì)胞有調(diào)節(jié)信號(hào)作用的化學(xué)物質(zhì)。,(一)定義:,,1.神經(jīng)遞質(zhì):,又稱突觸分泌信號(hào)(synaptic signal) —— 突觸分泌方式,特點(diǎn)由神經(jīng)元細(xì)胞分泌;通過(guò)突觸間隙到達(dá)下
4、一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞;作用時(shí)間較短。,例如: 乙酰膽堿、去甲腎上腺素等,(二)分 類:,2.內(nèi)分泌激素:,又稱內(nèi)分泌信號(hào)(endocrine signal) —— 內(nèi)分泌方式,特點(diǎn):由特殊分化的內(nèi)分泌細(xì)胞分泌;通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞;大多數(shù)作用時(shí)間較長(zhǎng)。,例如:胰島素、甲狀腺素、腎上腺素等,,按內(nèi)分泌激素的化學(xué)組成分為:,含氮激素:如腎上腺素、甲狀腺、 促甲狀腺激素 、胰高血糖素
5、、胰島素、生長(zhǎng)激素等,類固醇激素:如性激素、皮質(zhì)醇、醛固酮等,按激素受體的分布部位 :,胞內(nèi)受體激素: 甲狀腺素、類固醇激素 VA VD 胞膜受體激素: 除甲狀腺素外其他的含氮激素,3.局部化學(xué)介質(zhì):,又稱旁分泌信號(hào)(paracrine signal? —— 旁分泌方式,特點(diǎn):由體內(nèi)某些普通細(xì)胞分泌;
6、 不進(jìn)入血循環(huán), 通過(guò)擴(kuò)散作用到達(dá)附近的靶細(xì)胞;一般作用時(shí)間較短。,例如:生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、前列腺素等。,4.氣體信號(hào):,例如:* NO合酶(NOS)通過(guò)氧化L-精氨酸的胍基而產(chǎn)生NO *血紅素單加氧酶氧化血紅素產(chǎn)生的CO,5.其他:,有些細(xì)胞間信息物質(zhì)能對(duì)同種細(xì)胞或分泌細(xì)胞自身起調(diào)節(jié)作用,稱為自分泌信號(hào)(autocrine signal)
7、 ——自分泌方式,有些細(xì)胞間信息物質(zhì)可在不同的個(gè)體間傳遞信息,如昆蟲(chóng)的性激素。,還包括引起視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)的光線信號(hào)、氣味、味道分子等成分,(一)第二信使,肽類激素等第一信使不能透過(guò)細(xì)胞膜,其信號(hào)通過(guò)質(zhì)膜受體介導(dǎo),能激活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生其它傳遞信號(hào)的小分子,這些小分子信號(hào)物質(zhì)稱為第二信使(second messenger),①能轉(zhuǎn)換、放大胞外調(diào)節(jié)信號(hào);②能在細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散;③其直接作用是改變信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶或離子通道活性,可以最終引
8、起細(xì)胞生物效應(yīng)。,特點(diǎn):,定義:,二、細(xì)胞內(nèi)信息分子,,,化學(xué)性質(zhì):,,(二)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶類及蛋白質(zhì),作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)組分的特異酶類,稱信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶類,作用:①蛋白質(zhì)磷酸化是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的最重要作用方式, ②酶反應(yīng)特異、高效催化多個(gè)底物分子轉(zhuǎn)變, 形成逐級(jí)放大的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)系統(tǒng),(三)靶細(xì)胞生物效應(yīng),信號(hào),,靶細(xì)胞,,,,代謝變化,離子通道或載體蛋白變化,基因表達(dá)變化,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)特點(diǎn):特異性,放
9、大性,時(shí)效性,整合性,,能與受體呈特異性結(jié)合的生物活性分子則稱 配體 (ligand)。,受體:是細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特異識(shí)別生物活性分子并與之結(jié)合的成分,它能把識(shí)別和接受的信號(hào)正確無(wú)誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部,進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì),個(gè)別是糖脂。,第二節(jié) 受 體,,受體,根據(jù)細(xì)胞定位:,一、受體的分類、一般結(jié)構(gòu)與功能,存在于細(xì)胞質(zhì)膜上的受體,絕大部分是鑲嵌的糖蛋白。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換信號(hào)的方式又分為三大類: G蛋白偶聯(lián)受體,離子通道
10、受體和單跨膜受體。,(一)膜受體(membrane receptor),,,,,目 錄,1. G 蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)又稱七個(gè)跨膜疏水?螺旋受體/蛇型受體 (serpentine receptor),G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)矩型代表?-螺旋, N端可被糖基化,C端的半胱氨酸被棕櫚?;?。,胞內(nèi)區(qū),胞外區(qū),兩種G蛋白的活性型和非活性型的互變,※ G蛋白(guanylate binding protein),是一類和GTP或GDP相
11、結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白,由?、?、? 三個(gè)亞基組成。有兩種構(gòu)象:非活化型;活化型,此類受體的信息傳遞可歸納為:,,2. 環(huán)狀受體 —— 離子通道型受體,,煙堿型乙酰膽堿受體,跨膜陽(yáng)離子通道,?-氨基丁酸受體甘氨基受體 陰離子通道,煙堿型乙酰膽堿受體結(jié)構(gòu),3. 單個(gè)跨膜?螺旋受體,含TPK結(jié)構(gòu)域的受體EGF:表皮生長(zhǎng)因子 IGF-1:胰島素樣生長(zhǎng)因子PDGF:血小板衍生
12、生長(zhǎng)因子 FGF:成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子,,,,,目 錄,與配體結(jié)合后具有酪氨酸蛋白激酶活性,如胰島素受體?insulin growth factor receptor, IGF-R?? 表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor, EGF-R)。,與配體結(jié)合后,可與酪氨酸蛋白激酶偶聯(lián)而表現(xiàn)出酶活性,如生長(zhǎng)激素受體、干擾素受體。,(2)非酪氨酸蛋白激酶受體型(細(xì)胞因子類受體),(1)酪氨酸蛋白
13、激酶受體型(催化型受體),,,,,目 錄,4. 鳥(niǎo)嘌呤環(huán)化酶(GC)活性受體,胞外,胞內(nèi),膜受體,PKH GC,具有鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶活性的受體結(jié)構(gòu) PKH:激酶樣結(jié)構(gòu)域 GC: 鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶結(jié)構(gòu)域,,,,,目 錄,心鈉素,⑴ 受體的結(jié)構(gòu),(二)胞內(nèi)受體(intracellular receptor)位于細(xì)胞漿和細(xì)胞核中的受體,全部為DNA結(jié)合蛋白。,高度可變區(qū),位于N端,具有轉(zhuǎn)錄活性,,DNA結(jié)合區(qū),,含有
14、鋅指結(jié)構(gòu),激素結(jié)合區(qū),,位于C端,結(jié)合激素、熱休克蛋白,使受體二聚化,激活轉(zhuǎn)錄,鉸鏈區(qū),,與轉(zhuǎn)錄因子作用和受體向核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn),核受體結(jié)構(gòu)示意圖,,,,,目 錄,,轉(zhuǎn)錄激活域(TAD),,配體結(jié)合域(LBD),⑵ 相關(guān)配體:類固醇激素、甲狀腺激素和1,25-二羥維生素D3、視黃酸等,二、受體作用的特點(diǎn),配體-受體結(jié)合曲線,,第 三 節(jié),信息的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,Signal Transduction Pathway,一、膜受體介導(dǎo)的信息傳遞,cAMP
15、- 蛋白激酶A途徑,Ca2+-鈣調(diào)蛋白激酶信號(hào)途徑,cGMP- 蛋白激酶G途徑,酪氨酸蛋白激酶途徑,核因子? ?途徑,TGF-β途徑,,環(huán)核苷酸依賴型蛋白激酶途徑,肌醇磷脂介導(dǎo)的信號(hào)途徑,,生長(zhǎng)因子.細(xì)胞因子信號(hào)途徑,DAG-PKC信號(hào)傳遞途徑,,,(一)cAMP - 蛋白激酶A途徑,1.組成:,胞外信息分子,受體,G蛋白,腺苷酸環(huán)化酶 (adenylate cyclase,AC), cAMP,蛋白激酶A (protein kinase
16、 A,PKA),,2.PKA的作用:,⑴ 對(duì)代謝的調(diào)節(jié)作用:,通過(guò)對(duì)效應(yīng)蛋白的磷酸化作用,實(shí)現(xiàn)其調(diào)節(jié)功能。物質(zhì)代謝關(guān)鍵酶磷酸化、質(zhì)膜Ca2+通道磷酸化、 微絲(微管)蛋白磷酸化、受體磷酸化。,,腎上腺素對(duì)糖原代謝的影響,腎上腺素+受體,,腎上腺素· 受體復(fù)合物,,激活G蛋白,,激活A(yù)C,ATP,,cAMP,,(cAMP-dependent protein kinase,PKA),R: 調(diào)節(jié)亞基C: 催化亞基,,,,c
17、AMP,cAMP蛋白激酶A活性的調(diào)節(jié),C,C,,,,,,,,ATP,cAMP,,,,,靶蛋 白 磷 酸 化,(2) 對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用:,,C,C,,,結(jié)構(gòu)基因,,CREB,CREB,細(xì)胞核,CRE,DNA,,,蛋白質(zhì),(二)肌醇磷脂介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,甲狀腺素釋放激素、抗利尿激素、組胺、5-羥色胺、神經(jīng)遞質(zhì)等,,G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合,激活磷脂酶C型G蛋白(Gq),,活化磷脂酶C?,磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2
18、),,IP3 +二酰基甘油(DAG),DAG,IP3的生物合成和功能,PIP2,,PLC,DAG + IP3,IP3 :與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上的受體結(jié)合, 促使細(xì)胞內(nèi) Ca2+釋放DAG:在磷脂酰絲氨酸和Ca2+協(xié)同下激活PKC,,1. Ca2+-鈣調(diào)蛋白激酶信號(hào)途徑,受體、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、鈣調(diào)蛋白、CaM激酶,( Ca2+-CaM激酶途徑 ),鈣調(diào)蛋白(calmodulin , CaM)有四個(gè)
19、Ca2+結(jié)合位點(diǎn)。與Ca2+一起激活CaM激酶,磷酸化多種功能蛋白質(zhì)(絲、蘇氨基酸殘基)。,組 成,,,,,受體,,??,?,GDP,,??,,質(zhì)膜,G蛋白,?,,GTP,,磷脂酶C,,PIP2,,,,,IP3,,,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),,,,Ca2+通道,,Ca2+,Ca2+-CaM,CaM,,,CaM激酶,,CaM激酶(有活性),,靶蛋白磷酸化,,生物效應(yīng),DAG,,,IP3介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,2. DAG-PKC信號(hào)傳遞途徑,組 成,胞外信
20、息分子,G蛋白,蛋白激酶C (protein kinase C, PKC),磷脂酶C (phospholipase C, PLC),甘油二脂 (diacylglycerol, DAG),三磷酸肌醇 ( inositol 1, 4, 5 triphosphate, IP3 ),,,,受體,,??,?,GDP,,??,,質(zhì)膜,G蛋白,?,,GTP,,磷脂酶C,,PIP2,,,,IP3,,,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),,,,Ca2+通道,,Ca2+,靶蛋白磷酸
21、化,,生物效應(yīng),DAG,,,二酰基甘油-PKC信號(hào)傳遞途徑,,PKC,,,,靶蛋白,,ATP,ADP,,,,:磷脂酰絲氨酸(PS),② 調(diào)節(jié)基因表達(dá)PKC 對(duì)基因的活化分為早期反應(yīng)和晚期反應(yīng)。,* PKC的生理功能,① 調(diào)節(jié)代謝活化的PKC引起一系列靶蛋白的絲 、蘇氨酸殘基磷酸化。靶蛋白包括: 質(zhì)膜受體、膜蛋白和多種酶。,,二、胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信息傳遞,胞內(nèi)受體 核內(nèi)受體 胞漿內(nèi)受體配體類固醇激素甲狀腺激素,,,類
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