1、第六章第六章 cAMP、cGMP信号转导通路信号转导通路 第七章第七章 肌醇三磷酸、二酰甘油与信号转导肌醇三磷酸、二酰甘油与信号转导 第二信使信号转导通路第二信使信号转导通路 本教学幻灯引用了大量网上图片，在此对作者表示衷心的感谢。本教学幻灯引用了大量网上图片，在此对作者表示衷心的感谢。细胞信号转导的根本过程及其受体的位置细胞信号转导的根本过程及其受体的位置 No cell lives in isolation 重点：各种第二信使的发现、重点：各种第二信使的发现、产生、产生、靶分子、靶分子、信号通路、信号通路、生物学效应。生物学效应。第二信使：第二信使：cAMP cGMP IP3 DAG Ca
2、2+第六章第六章 一、一、cAMP的发现和第二信使学说的发现和第二信使学说 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1971 for his discoveries concerning the mechanisms of the action of hormones Earl W.Sutherland,Jr.USA Vanderbilt University Nashville,TN,USA b.1915,d.1974 2.肾上腺素磷酸化酶原肾上腺素磷酸化酶原 后者活性不升高后者活性不升高 肾上腺素的作用是间接的肾上腺素的作用是间接的 肾上腺素通过
3、肝细胞颗粒局部肾上腺素通过肝细胞颗粒局部膜或细胞膜或细胞器器里的一种物质使磷酸化酶活性里的一种物质使磷酸化酶活性 3.肝匀浆肝匀浆ATP,Mg2+肾上腺素，磷酸化酶活性肾上腺素，磷酸化酶活性 匀浆上清匀浆上清ATP,Mg2+肾上腺素，磷酸化酶活性不肾上腺素，磷酸化酶活性不 4.进一步研究发现关键物质进一步研究发现关键物质cAMP，并进而发现了腺苷酸环化酶。，并进而发现了腺苷酸环化酶。1.肾上腺素肝组织肾上腺素肝组织（肝糖原）（肝糖原）糖原磷酸化酶活性糖原磷酸化酶活性 葡萄糖葡萄糖 肾上腺素可以激活磷酸化酶肾上腺素可以激活磷酸化酶 Sutherland提出的第二信使学说：胞外化学物质提出的第二信
4、使学说：胞外化学物质第一信使不能进入细胞内部，它作用于细胞第一信使不能进入细胞内部，它作用于细胞外表特异受体，导致胞内第二信使的产生，从而外表特异受体，导致胞内第二信使的产生，从而激发一系列的生化反响，产生一定的细胞生理效激发一系列的生化反响，产生一定的细胞生理效应，最后第二信使降解，其信号作用终止。应，最后第二信使降解，其信号作用终止。cAMP的的 信号通路信号通路 二、二、cAMP的信号转导通路的信号转导通路 一一cAMP的产生的产生 腺苷酸环化酶的作用腺苷酸环化酶的作用 adenylate cyclase，AC 或者：或者：guanylyl cyclase AC系统系统 胞外信号及受体胞
5、外信号及受体 G蛋白蛋白 AC催化亚单位催化亚单位 活化活化AC的协同因子的协同因子 激素激素 神经递质神经递质 腺苷酸环化酶系统腺苷酸环化酶系统 adenylate cyclase，AC 1.AC 大多是膜结合型大多是膜结合型 1165个氨基酸个氨基酸 分区：分区：M1,M2 胞内区域：胞内区域：C1,C2 AC至少有至少有9种哺乳类亚型种哺乳类亚型，一，一种细胞可以有多种亚型，调节不同的生理功能种细胞可以有多种亚型，调节不同的生理功能及不同的细胞内定位。及不同的细胞内定位。可溶性可溶性soluble AC，sAC sAC存在于胞质和细胞器中存在于胞质和细胞器中 激活物与质膜激活物与质膜AC
6、不同不同 下游底物与质膜下游底物与质膜AC也不同也不同 2.活化活化AC的协同分子的协同分子 GTP：维持：维持G蛋白活化蛋白活化 NDPK（核苷二磷酸激酶）：（核苷二磷酸激酶）：快速运输快速运输GTP到到G蛋白蛋白 Mg2 NDPK的其它作用的其它作用 二二cAMP作用的靶分子：作用的靶分子：cAMP产生后做什么？产生后做什么？1.蛋白激酶蛋白激酶A protein kinase A，PKA：2.被被cAMP活化，使下游靶蛋白的丝氨酸活化，使下游靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。或苏氨酸残基磷酸化。催化亚基催化亚基C：灰色和黄褐色：灰色和黄褐色 磷酸化结合区：黄色磷酸化结合区：黄色 调节亚基
7、调节亚基R：蓝绿色：蓝绿色 R亚基抑制区：红色亚基抑制区：红色 G螺旋：绿色螺旋：绿色 PKA的底物的底物 酶酶 离子通道离子通道 调节和结构蛋白调节和结构蛋白 转录因子转录因子 广泛，不断发现新的底物广泛，不断发现新的底物 底物磷酸化肽段的共有序列：底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY精精？丝酪精精？丝酪 PKA的非的非cAMP底物功能：底物功能：PKA的催化亚的催化亚基基C具有不依赖于具有不依赖于cAMP的功能，调节亚基的功能，调节亚基R也也有不同的独立功能。有不同的独立功能。cAMP的底物的底物 问题：不同细胞、不同信号都通过问题：不同细胞、不同信号都通过cAMP引起引起细胞效应，如何保
8、持细胞效应的特异性？细胞效应，如何保持细胞效应的特异性？a.PKA有不同亚型，对有不同亚型，对cAMP的亲和力不同，其的亲和力不同，其作用底物时序不同；作用底物时序不同；b.不同细胞不同细胞PKA底物蛋白不同底物蛋白不同 c.cAMP信号区域化：有浓度梯度，信号区域化：有浓度梯度，PKA有锚定有锚定蛋白。蛋白。cAMP的底物的底物 2.环核苷门控阳离子通道环核苷门控阳离子通道 CNG 存在于嗅觉感受器和窦房结起搏细胞，直接与存在于嗅觉感受器和窦房结起搏细胞，直接与cAMP结合，通道活性受其调控。结合，通道活性受其调控。嗅觉细胞上嗅觉细胞上cAMP与离子通道的直接结合使通道开放与离子通道的直接结
9、合使通道开放 cAMP的底物的底物 经典途径经典途径 2004年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国哥伦比亚大学霍年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国哥伦比亚大学霍华华 休斯医学研究所休斯医学研究所(HHMI)的研究人员的研究人员Richard Axel和任职于和任职于弗雷德弗雷德 哈钦森癌症研究中心的哈钦森癌症研究中心的HHMI研究人员研究人员Linda Buck。这这两位科学家因为说明了整个嗅觉系统的工作原理而受到表彰两位科学家因为说明了整个嗅觉系统的工作原理而受到表彰。每个气味受体首先激活一种成对存在的每个气味受体首先激活一种成对存在的G蛋白蛋白，后者又转后者又转而刺激环一磷酸腺苷而刺激环一磷酸腺
10、苷又称环腺苷酸又称环腺苷酸，cAMP的形成的形成。cAMP是一种信使分子是一种信使分子，可直接激活离子通道可直接激活离子通道CNG)，让其开让其开通通，然后嗅觉细胞被激活然后嗅觉细胞被激活。3.鸟苷酸交换因子鸟苷酸交换因子GEF 可直接与可直接与cAMP结合，调节结合，调节Ras家族成员家族成员Rap1的的活性。活性。cAMP的底物的底物 三三cAMP信号的灭活信号的灭活 被特异的环核苷酸磷酸二酯酶被特异的环核苷酸磷酸二酯酶 phosphodiesterase，PDE所分解。所分解。PDE的主要结构局部：的主要结构局部：保守的催化中心保守的催化中心 决定其底物特异性的决定簇决定其底物特异性的决
11、定簇 起调节作用的特异决定簇起调节作用的特异决定簇 PDE的作用的作用 PDE的根本结构的根本结构 四四cAMP信号转导通路信号转导通路 包括产生包括产生cAMP的上游组分和的上游组分和cAMP的作用底物。的作用底物。下游组分下游组分 PKA CNG GEF PDE 分解灭活分解灭活 作用底物及其效应作用底物及其效应 受体受体 上游组分上游组分 刺激性受体刺激性受体 Rs 抑制性受体抑制性受体 Ri G蛋白蛋白 Gs Gi AC 催化催化ATP产生产生cAMP 胞外信号胞外信号 表表62 cAMP信号转导通路的放大效应信号转导通路的放大效应 其它信号通路遵循相同的原那么其它信号通路遵循相同的原
12、那么 一个上游分子可以激活许多下游分子，一个上游分子可以激活许多下游分子，每一级都使信号得以放大，形成瀑布效应。每一级都使信号得以放大，形成瀑布效应。如何判断一种激素是否通过如何判断一种激素是否通过cAMP第二信使发挥作用？第二信使发挥作用？1.激素使细胞激素使细胞cAMP浓度浓度 2.2.作用出现在作用出现在cAMP浓度浓度之后之后 3.3.外源性给予外源性给予cAMP可模拟激素作用可模拟激素作用 4.抑制抑制PDE可加强激素的作用可加强激素的作用 5.激素可激活激素可激活PKA 三、三、cAMP信号通路调节的生理过程信号通路调节的生理过程(自学为主自学为主)对基因表达的调节对基因表达的调节
13、 FK,forskolin福斯克林福斯克林 CRE,cAMP response element.CREB,CRE binding protein AP,alkaline phosphatase 教科书图67有误 FK激活激活AC，促进碱性磷酸酶的合成和释放；，促进碱性磷酸酶的合成和释放；抑制型抑制型G蛋白受体冲动剂对抗蛋白受体冲动剂对抗FK的作用。的作用。请注意方法学的应用请注意方法学的应用 AC在复杂研究中的意义及其生物信息学方法在复杂研究中的意义及其生物信息学方法 四、四、cGMP信号转导通路信号转导通路 cGMP的分子结构和水解部位的分子结构和水解部位 灭活灭活 二二 cGMP的产生和灭
14、活的产生和灭活 鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶 guanylate cyclase，GC GC Soluble(sGC)Membrane(mGC,rGC)2.cGMP的发生的发生 通过鸟苷酸环化酶通过鸟苷酸环化酶GC的酶促反响的酶促反响 三三cGMP作用的靶分子作用的靶分子 1.PDE 通过激活或抑制通过激活或抑制PDE从而调节从而调节cAMP通路；通路；2.CNG 直接与离子通道蛋白结合，影响其开放；直接与离子通道蛋白结合，影响其开放；3.GCAPscGMP激活蛋白，激活蛋白，Guanylate cyclase-activating proteins 一种钙依赖性蛋白，影响视一种钙依赖性蛋白，影响
15、视觉功能；觉功能；BBRC 2004;322(1):1123-1130 Guanylate cyclase-activating proteins:structure,function,and diversity.4.PKG 主要靶分子主要靶分子 PKG 哺乳动物有三型哺乳动物有三型PKG：I,I I,PKG有三个结构域：有三个结构域：N端、调节、催化端、调节、催化 底物众多：是丝氨酸、苏氨酸激酶底物众多：是丝氨酸、苏氨酸激酶 共同结构域：共同结构域：RKXS/T,KRKKS/T 还在不断发现新的底物还在不断发现新的底物 Structure 18,116126,January 13,2022
16、guanylate cyclase-activating proteins(GCAPs)guanylate cyclase-inhibitory proteins(GCIPs)四四cGMP调节的生理功能调节的生理功能 在视觉信号转导中的作用在视觉信号转导中的作用 NO-cGMP-PKG 通路通路 开放钾离子通道开放钾离子通道 关闭钙离子通道关闭钙离子通道 抑制内质网释放钙抑制内质网释放钙 PKG使使MLC去磷酸化去磷酸化 血管平滑肌细胞舒张的典型过程血管平滑肌细胞舒张的典型过程 University of California-Los Angeles State University of New York in Brooklyn University of Texas Medical School in Houston.1998 Nobel Prize Winners in Physiology or Medicine:Nobel prize committee say Yes to NO!cGMP及及其激酶在其激酶在心肌肥大心肌肥大中的作用中的作用 Nature Reviews D
