1、分子生物學(xué)分子生物學(xué)大理學(xué)院生化學(xué)院大理學(xué)院生化學(xué)院 阿周存阿周存第四節(jié)第四節(jié) 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控 細(xì)胞外信號通過與細(xì)胞表面的受體相互作用轉(zhuǎn)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)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)（ ）。）。 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是多細(xì)胞生物細(xì)胞間協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是多細(xì)胞生物細(xì)胞間協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以及與外環(huán)境協(xié)調(diào)適應(yīng)的一個重要途徑。及與外環(huán)境協(xié)調(diào)適應(yīng)的一個重要途徑。通過細(xì)胞外通過細(xì)胞外信號分子信號分子與細(xì)胞的相應(yīng)與細(xì)胞的相應(yīng)受體受體相互作相互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞的基因表達(dá)、代謝和功能。用，調(diào)節(jié)細(xì)胞的基因表達(dá)、代謝和功

2、能。一、基本概念一、基本概念（一）信號分子（配體）（一）信號分子（配體）帶有生物信息的物質(zhì)分子。帶有生物信息的物質(zhì)分子。1、激素：、激素：含氮激素、甾醇類激素、脂肪酸衍生物。含氮激素、甾醇類激素、脂肪酸衍生物。2、神經(jīng)遞質(zhì)：、神經(jīng)遞質(zhì)：神經(jīng)細(xì)胞突觸釋放的信號分子。神經(jīng)細(xì)胞突觸釋放的信號分子。3、生長因子：、生長因子：細(xì)胞分泌的能促進(jìn)增殖生長的肽或蛋白質(zhì)細(xì)胞分泌的能促進(jìn)增殖生長的肽或蛋白質(zhì)4、細(xì)胞因子：、細(xì)胞因子：細(xì)胞受外界刺激產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白細(xì)胞受外界刺激產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白5、代謝物、光、離子、氣體藥物等小分子物質(zhì)。、代謝物、光、離子、氣體藥物等小分子物質(zhì)。從從產(chǎn)生和作用方式分為：從從產(chǎn)生和作用方式分為

3、：從溶解性來看又可分為從溶解性來看又可分為脂溶性脂溶性和和水溶性水溶性兩類。兩類。脂溶性信號分子脂溶性信號分子，如甾類激素和甲狀腺素，可直，如甾類激素和甲狀腺素，可直接穿膜進(jìn)入靶細(xì)胞，與胞內(nèi)受體結(jié)合形成激素接穿膜進(jìn)入靶細(xì)胞，與胞內(nèi)受體結(jié)合形成激素-受受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。水溶性信號分子水溶性信號分子，如神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子和水溶，如神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子和水溶性激素，不能穿過靶細(xì)胞膜，只能與膜受體結(jié)合，性激素，不能穿過靶細(xì)胞膜，只能與膜受體結(jié)合，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換機(jī)制，通過胞內(nèi)信使（如經(jīng)信號轉(zhuǎn)換機(jī)制，通過胞內(nèi)信使（如cAMP）或）或激活膜受體的激酶活性（如受體酪氨酸激酶），激活膜

4、受體的激酶活性（如受體酪氨酸激酶），引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)。引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)。 （二）、受體（二）、受體（receptor) 受體受體是細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中的一種分子，是細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中的一種分子，可以識別并特異地與有生物活性的化學(xué)信號物質(zhì)可以識別并特異地與有生物活性的化學(xué)信號物質(zhì)（配體）結(jié)合，從而激活或啟動一系列生物化學(xué)（配體）結(jié)合，從而激活或啟動一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最后導(dǎo)致該信號物質(zhì)特定的生物效應(yīng)。反應(yīng)，最后導(dǎo)致該信號物質(zhì)特定的生物效應(yīng)。兩個功能區(qū)域：兩個功能區(qū)域：與配體結(jié)合的區(qū)域與配體結(jié)合的區(qū)域 產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域兩個功能兩個功能：1、識別特異的配體；、識別特異的配體；2

5、、把識別和接、把識別和接受的信號準(zhǔn)確無誤的放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，產(chǎn)受的信號準(zhǔn)確無誤的放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，產(chǎn)生特定的細(xì)胞反應(yīng)。生特定的細(xì)胞反應(yīng)。靶細(xì)胞上受體存在的部位，可將受體分為兩類：靶細(xì)胞上受體存在的部位，可將受體分為兩類： 細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)親脂性信號分子的信息傳遞，如細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)親脂性信號分子的信息傳遞，如胞內(nèi)的甾體類激素受體。胞內(nèi)的甾體類激素受體。 細(xì)胞表面受體介導(dǎo)親水性信號分子的信息傳遞，細(xì)胞表面受體介導(dǎo)親水性信號分子的信息傳遞，可分為可分為離子通道型受體、離子通道型受體、G蛋白耦聯(lián)型受體蛋白耦聯(lián)型受體酶耦聯(lián)型受體（具有酶活性的受體）。酶耦聯(lián)型受體（具有酶活性的受體）。2、細(xì)胞表面受

6、體。、細(xì)胞表面受體。1、細(xì)胞內(nèi)受體、細(xì)胞內(nèi)受體（三）受體與配體的結(jié)合特點（三）受體與配體的結(jié)合特點1、 高度的特異性高度的特異性2、高親和力：極低濃度的配體也能被受體識別結(jié)合、高親和力：極低濃度的配體也能被受體識別結(jié)合3、可逆性：非共價鍵結(jié)合、可逆性：非共價鍵結(jié)合4、可飽和性、可飽和性二、細(xì)胞表面受體與信號的跨膜傳遞二、細(xì)胞表面受體與信號的跨膜傳遞RGE第二信使級聯(lián)反應(yīng)生物效應(yīng)信號分子 受體效應(yīng)器第一信使：第一信使：胞外信號分子。胞外信號分子。第二信使：第二信使：通過第一信使作用細(xì)胞產(chǎn)生的胞內(nèi)信號分子。通過第一信使作用細(xì)胞產(chǎn)生的胞內(nèi)信號分子。cAMPCa2+cGMP甘油二酯（甘油二酯（DG）三

7、磷酸肌醇（三磷酸肌醇（IP3）NO（一）離子通道型受體的信號傳遞（一）離子通道型受體的信號傳遞 是有多亞基組成是有多亞基組成受體受體/離子通道離子通道復(fù)合體，除本復(fù)合體，除本身有信號接受部位外，又是離子通道，其跨膜信身有信號接受部位外，又是離子通道，其跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟，反應(yīng)快，一般只需幾毫秒，號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟，反應(yīng)快，一般只需幾毫秒，改變細(xì)胞膜的興奮性。改變細(xì)胞膜的興奮性。 開放或關(guān)閉直接受配體的控制，開放或關(guān)閉直接受配體的控制，無配體時，關(guān)閉無配體時，關(guān)閉， 配體與受體結(jié)合時開放配體與受體結(jié)合時開放。乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺的受體乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺的受體 （二）（二）G蛋

8、白偶聯(lián)受體的信號傳遞蛋白偶聯(lián)受體的信號傳遞1、G蛋白的結(jié)構(gòu)和類型蛋白的結(jié)構(gòu)和類型 受體與配體結(jié)合后即與膜上的偶聯(lián)蛋白結(jié)合，受體與配體結(jié)合后即與膜上的偶聯(lián)蛋白結(jié)合，使其釋放活性因子，再與效應(yīng)蛋白發(fā)生反應(yīng)。由于使其釋放活性因子，再與效應(yīng)蛋白發(fā)生反應(yīng)。由于這些偶聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能極為類似，且都能結(jié)合這些偶聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能極為類似，且都能結(jié)合并水解并水解GTP，所以通常稱，所以通常稱G蛋白，即鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋蛋白，即鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白白 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 、 、 三個亞基組成；三個亞基組成；上有上有GTP或或GDP的的結(jié)合位點，具結(jié)合位點，具GTP酶活性酶活性,并能與效應(yīng)蛋白結(jié)合，激活并能與效應(yīng)蛋白結(jié)合，激活后

9、者后者無活性狀態(tài)：無活性狀態(tài)： 有活性狀態(tài)：有活性狀態(tài)： +類型：類型：（1）Gs：激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生：激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP第二信使第二信使（2）Gi：Gs相反的生物學(xué)效應(yīng)。相反的生物學(xué)效應(yīng)。 （3）Gt：激活：激活cGMP磷酸二酯酶，同視覺有關(guān)。磷酸二酯酶，同視覺有關(guān)。 （4）Gq： 激活磷脂酶激活磷脂酶C，（5）Ras蛋白蛋白 2、 cAMP信號途徑信號途徑效應(yīng)蛋白是腺苷酸環(huán)化酶（效應(yīng)蛋白是腺苷酸環(huán)化酶（AC），第二信為使），第二信為使cAMPAC與與cAMP ATP 腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 Gs Gi cAMP A A激酶激酶 cAMP磷酸二酯酶磷酸二酯酶 5-cAMP(

10、1) cAMP信號體系信號體系靶蛋白靶蛋白刺激型：刺激型：G蛋白為蛋白為Gs， Gs 激活激活A(yù)CAC，cAMPcAMP升高升高抑制型：抑制型： G蛋白為蛋白為Gi， Gi抑制抑制AC， Gi游離的游離的兩個亞基與兩個亞基與Gs Gs 結(jié)合抑制結(jié)合抑制Gs 的活性的活性cAMP降低降低（2）cAMP信號途徑的類型信號途徑的類型如生長激素釋放抑制因子受體如生長激素釋放抑制因子受體如腎如腎-上腺素受體上腺素受體3、甘油二酯（、甘油二酯（DG）和三磷酸肌醇（）和三磷酸肌醇（IP3）途徑）途徑細(xì)胞膜中約細(xì)胞膜中約5%的肌醇磷脂（的肌醇磷脂（PI） ，分布于膜內(nèi)層，分布于膜內(nèi)層，在在ATP作用下，作用下

11、， PI磷酸化形成磷酸化形成PIP2 （4，5二磷酸二磷酸肌醇）。肌醇）。 受體受體+配體配體 活化活化Gq 磷脂酶磷脂酶C 磷脂酶磷脂酶C活化活化 P1P2 IP3+DG （第二信使）（第二信使）(1)DG（DAG） 和和IP3的產(chǎn)生的產(chǎn)生(G蛋白為蛋白為Gq)（2） DG使使蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）磷酸化后被活化。磷酸化后被活化?；罨蟮幕罨蟮腜KC可附著于膜上，調(diào)節(jié)可附著于膜上，調(diào)節(jié)Na+-H+的交換的交換器促進(jìn)器促進(jìn)Na+流入，流入，H+流出，使流出，使PH升高。升高。PKC可對可對胞內(nèi)的多種靶蛋白磷酸化，改變其功能，促進(jìn)細(xì)胞胞內(nèi)的多種靶蛋白磷酸化，改變其功能，促進(jìn)細(xì)胞增殖等。增

12、殖等。 IP3作用于作用于肌漿網(wǎng)上的肌漿網(wǎng)上的Ca2+受體通道蛋白受體通道蛋白，使通，使通道開放，肌漿網(wǎng)內(nèi)的道開放，肌漿網(wǎng)內(nèi)的Ca+流入細(xì)胞質(zhì)，作為第三流入細(xì)胞質(zhì)，作為第三信使，調(diào)節(jié)相關(guān)的蛋白質(zhì)的功能。信使，調(diào)節(jié)相關(guān)的蛋白質(zhì)的功能。配配體體 +受受體體活活化化Gq磷磷脂脂酶酶C活活化化P1P2DG IP3PKC活化活化Na+-H+的交換器的交換器PH升高升高靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化細(xì)胞功能變化細(xì)胞功能變化肌漿網(wǎng)肌漿網(wǎng)Ca2+通道通道Ca2+升高升高胞內(nèi)效應(yīng)胞內(nèi)效應(yīng)總途徑：總途徑：3、 Ca2+信號途徑信號途徑 Ca2+可通過兩種途徑進(jìn)入胞質(zhì)：可通過兩種途徑進(jìn)入胞質(zhì)：通過膜通過膜CaCa2+2+

13、通道通道 ( (胞外胞外胞質(zhì)內(nèi)胞質(zhì)內(nèi)) )通過通過ERER上上CaCa2+通道通道( (內(nèi)質(zhì)網(wǎng)庫內(nèi)質(zhì)網(wǎng)庫胞質(zhì)內(nèi)胞質(zhì)內(nèi)) )(1)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 通常情況下，細(xì)胞質(zhì)中通常情況下，細(xì)胞質(zhì)中Ca2+ 的濃度極低的濃度極低10-7M。 Ca2+的排出的排出： 細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體上的鈣泵細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體上的鈣泵（2）Ca2+結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 Ca2+作為信號分子，通過與鈣結(jié)合蛋白作用，作為信號分子，通過與鈣結(jié)合蛋白作用，調(diào)節(jié)這些蛋白的功能，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能活動調(diào)節(jié)這些蛋白的功能，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能活動如促進(jìn)細(xì)胞增殖、分泌、骨骼肌收縮等。如促進(jìn)細(xì)胞增殖、分泌、骨骼肌收縮等

14、。（三）酶耦聯(lián)型受體的跨膜信號傳遞（三）酶耦聯(lián)型受體的跨膜信號傳遞受體受體 胞外與配體結(jié)合區(qū)胞外與配體結(jié)合區(qū)跨膜區(qū)跨膜區(qū)胞內(nèi)酶活性區(qū)胞內(nèi)酶活性區(qū)與配體結(jié)合后，自身的酶活性被激活。與配體結(jié)合后，自身的酶活性被激活。鳥苷酸環(huán)化酶（鳥苷酸環(huán)化酶（GC）還有一種類型存在于細(xì)胞質(zhì)中，）還有一種類型存在于細(xì)胞質(zhì)中，受其它信號分子（受其它信號分子（NO）調(diào)節(jié)。）調(diào)節(jié)。細(xì)胞中細(xì)胞中cGMP的含量大約是的含量大約是cAMP的的1/10，其作用，其作用與與cAMP相對抗。相對抗。cGMPcAMP糖原糖原分解分解合成合成細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂抑制抑制促進(jìn)促進(jìn)細(xì)胞分化細(xì)胞分化促進(jìn)促進(jìn)抑制抑制二者的相互拮抗、相互制約，共同調(diào)

15、節(jié)細(xì)胞的功能二者的相互拮抗、相互制約，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能和生理活動。和生理活動。2、受體酪氨酸蛋白激酶信號途徑、受體酪氨酸蛋白激酶信號途徑（1）受體本身具有酪氨酸蛋白激酶（）受體本身具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）活性，）活性，活化后能使自身的酪氨酸磷酸化。活化后能使自身的酪氨酸磷酸化。（2）在無配體時，受體與單體的形式存在，與）在無配體時，受體與單體的形式存在，與配體結(jié)合后形成二聚體被激活，引起自身磷酸化配體結(jié)合后形成二聚體被激活，引起自身磷酸化（酪氨酸磷酸化酪氨酸磷酸化）。）。特點：特點：在細(xì)胞質(zhì)中還有一類非受體的酪氨酸蛋白激酶。在細(xì)胞質(zhì)中還有一類非受體的酪氨酸蛋白激酶。轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：配

16、體配體 +TPK受體受體TPK 受受體二聚體體二聚體（活化）（活化）受體自身磷酸化受體自身磷酸化SH2蛋白蛋白RAS蛋白活化蛋白活化效應(yīng)效應(yīng)RAS信號途徑信號途徑許多生長因子的受體為許多生長因子的受體為TPK。（四）跨膜信號傳遞的級聯(lián)作用（四）跨膜信號傳遞的級聯(lián)作用在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，信號逐級放大在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，信號逐級放大 三、三、 脂溶性細(xì)胞外信號分子介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)脂溶性細(xì)胞外信號分子介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在細(xì)胞質(zhì)中或細(xì)胞核中在細(xì)胞質(zhì)中或細(xì)胞核中（二）細(xì)胞內(nèi)受體（二）細(xì)胞內(nèi)受體-轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子( (蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)) ) 三個結(jié)構(gòu)域三個結(jié)構(gòu)域: : 激素結(jié)合區(qū)激素結(jié)合區(qū) DNADNA結(jié)合區(qū)結(jié)

17、合區(qū) : :高度同源性高度同源性. .富含富含CysCys, ,鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) 變區(qū)變區(qū) : :激活轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄 ( (啟動子啟動子/ /細(xì)胞專一性細(xì)胞專一性) )（三）專一三）專一DNA序列序列:反應(yīng)元件反應(yīng)元件 激素反應(yīng)元件激素反應(yīng)元件(HRE): 能對激素作出反應(yīng)順式作用元件能對激素作出反應(yīng)順式作用元件信號途徑：信號途徑：本章小結(jié)本章小結(jié)1、真核生物的基因結(jié)構(gòu)、真核生物的基因結(jié)構(gòu)-斷裂基因斷裂基因2、真核生物不同水平的基因表達(dá)調(diào)控。、真核生物不同水平的基因表達(dá)調(diào)控。3、真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及、真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及DNA的的空間結(jié)構(gòu)方面的差異空間結(jié)構(gòu)方面的差

18、異 4、配體與受體的結(jié)合特點，主要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。、配體與受體的結(jié)合特點，主要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。5、 基因概念基因概念斷裂基因，受體，第二信使，激素反應(yīng)元件，鋅指斷裂基因，受體，第二信使，激素反應(yīng)元件，鋅指基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增,簡單轉(zhuǎn)錄單位簡單轉(zhuǎn)錄單位, 復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位 由由5個個亞基組亞基組成，形成，形成了成了5個個跨膜區(qū)?？缒^(qū)。 CAMP信號途徑：刺激型 1、信號與受體結(jié)合，受體活化，、信號與受體結(jié)合，受體活化，構(gòu)象改變，暴露與構(gòu)象改變，暴露與G蛋白的蛋白的結(jié)合部位。結(jié)合部位。2、配體受體復(fù)合物與配體受體復(fù)合物與G蛋白蛋白結(jié)合，結(jié)合，G活化，活化，Gs構(gòu)象改構(gòu)象改變，結(jié)合變，結(jié)合GTP3、Gs-GT