Signal transduction

signal transduction system

composes:

receptor, enzyme,pathway

regular protein

function:

1.Overview of cellular signals

(1) recognition of extra cellular

signaling molecules

A. produce of signaling

molecules

B. Chemical properties of

signaling molecules

C.Function of signaling molecules

D. Characters of signaling molecules

a. receptors

*concept

(2). effective pathway of secreting

signaling molecules

A.endocrine

B.paracrine

C.synapse

D.autocrine

E.gap junction

* characters

2. Membrane-bound receptors

A.types

a.ion- channel- linked receptor

b.G- protein-linked linked receptor

c. enzyme-linked receptor

B.function

a.ion- channel- linked receptor

* function

* characters

* instance

b.G- protein-linked linked receptor

c. enzyme-linked receptor

* function

* characters

3. Signal transduction mediated by G

protein linked receptors

A.family of G-protein linked

receptors

a. structure

b.character

B. Trimeric GTP -binding protein

a.structure

b.character

c.function

*concept of second messengers

信号分子与信号分子与 GG蛋白联系型受蛋白联系型受体膜外区域结体膜外区域结合合

信号分子与信号分子与 GG蛋白联系型受蛋白联系型受体膜外区域结体膜外区域结合合

GG 蛋白联系型蛋白联系型受体膜内区域受体膜内区域与与 GG 蛋白结合蛋白结合

GG 蛋白联系型蛋白联系型受体膜内区域受体膜内区域与与 GG 蛋白结合蛋白结合

GG 蛋白活性改蛋白活性改变变 GG 蛋白活性改蛋白活性改变变

酶活性改变酶活性改变 酶活性改变酶活性改变

细胞内小分子信号分子浓度变细胞内小分子信号分子浓度变化（细胞内介导物，细胞内信化（细胞内介导物，细胞内信使） 第二信使，如使） 第二信使，如 CaCa2+2+ , cAMP , cAMP

细胞内小分子信号分子浓度变细胞内小分子信号分子浓度变化（细胞内介导物，细胞内信化（细胞内介导物，细胞内信使） 第二信使，如使） 第二信使，如 CaCa2+2+ , cAMP , cAMP

靶蛋白活性变化靶蛋白活性变化 靶蛋白活性变化靶蛋白活性变化

生物学效应生物学效应 生物学效应生物学效应

C. Signaling transduction system

via cAMP

a. Control of cAMP concentration

by G protein linked receptor to

regulated activity of adenylate

cyclase

# Formation of cAMP

Material : ATP

Enzyme: adenylate cyclase

catalytic reaction:

ATP cAMP

characters

( Gs & Gi )

# Degradation of cAMP

b. How to activated adenylate

cyclase by G protein linked

receptor

c. Effect of cAMP mediated by

cAMP dependent protein

kinase

* the effect of cAMP

* the effect of kinase A

* the structure of kinase A

* The process of activation of

kinase A

•Example

• kinase A also can activated

transcription of other special

genes

D. Signal transduction

system mediated by Ca 2+

a . inositol phospholipid

signalling activated by G-

protein linked receptor

b. the formation of inositol

phospholipid c. the location of inositol phospholipid

d. inositol concerned signal

transduction PIP,PIP2

e. the pathway of signal transductionC. The fuction of IP3 & DG a. the fuction of IP3 b. the function of DG the facts needed to activate PKcD.The function of calmodulin

a. The structure

• b. the functure

4 . Signal transduction mediated

by enzyme linked receptor

(1) type

(2) character

(3) Receptor guanylyl cyclase

system

A. Character

(4) Receptor tyrosine kinase

system

a. receptor tyrosine kinase

b. the machanism of activation

of Tyr kinase

b. other components

# proteins with SH domain

# SOS protein

# Ras protein

# downstream mediators of

Ras protein

(5). Tyrosin-kinase associated

receptors

A.JAK-STAT signalling

pathway

a.JAK kinase

# Structure

# Function

# Character

b. STAT

# function

5. Signal transduction

mediated by fat-soluble extracellular signalling molecules

A. character

B. two domains

C. mechanism of regulation

of gene expression

信号细胞信号细胞

分泌分泌

信号分子信号分子

细胞膜 细胞膜结合细胞膜 细胞膜结合

作用于其它细胞（靶细胞） 作用于其它细胞（靶细胞）

信号细胞信号细胞

分泌分泌

信号分子信号分子

细胞膜 细胞膜结合细胞膜 细胞膜结合

作用于其它细胞（靶细胞） 作用于其它细胞（靶细胞）

信号分子（配体信号分子（配体 ligandligand ） ）

靶细胞膜外受体蛋白 扩散进入靶细胞膜外受体蛋白 扩散进入 结合 结合 靶细胞膜内受体蛋白靶细胞膜内受体蛋白 　 结合　 结合启动靶细胞内信号转导启动靶细胞内信号转导系统级联式反应 受体— 信号分子系统级联式反应 受体— 信号分子 复合体复合体

靶细胞内生物学效应靶细胞内生物学效应

信号分子（配体信号分子（配体 ligandligand ） ）

靶细胞膜外受体蛋白 扩散进入靶细胞膜外受体蛋白 扩散进入 结合 结合 靶细胞膜内受体蛋白靶细胞膜内受体蛋白 　 结合　 结合启动靶细胞内信号转导启动靶细胞内信号转导系统级联式反应 受体— 信号分子系统级联式反应 受体— 信号分子 复合体复合体

靶细胞内生物学效应靶细胞内生物学效应

受体受体 ++ 配体配体受体受体 ++ 配体配体

受体变构受体变构

离子通道关闭或开放离子通道关闭或开放

阴、阳离子流动增加或减少阴、阳离子流动增加或减少 传递信息传递信息

受体变构受体变构

离子通道关闭或开放离子通道关闭或开放

阴、阳离子流动增加或减少阴、阳离子流动增加或减少 传递信息传递信息

α2 受体 α2 受体 Gi Gi cAMP cAMP

肾上腺素

受体

肾上腺素

受体cAMPcAMPβ2 受体β2 受体 GsGs

αsαs 与与 ACAC 结合结合

αsαs 所具有的所具有的 GTPGTP 酶活性升高酶活性升高  

使与之结合的使与之结合的 GTPGTP 转变为转变为 GDPGDP

  

αsαs 、、 ACAC 活性均下降活性均下降  

αsαs 与与 ββ 、、 γγ 肽链结合肽链结合  

重新形成不具活性的重新形成不具活性的 三聚体三聚体 GTP-GTP- 结合蛋白结合蛋白

αsαs 与与 ACAC 结合结合

αsαs 所具有的所具有的 GTPGTP 酶活性升高酶活性升高  

使与之结合的使与之结合的 GTPGTP 转变为转变为 GDPGDP

  

αsαs 、、 ACAC 活性均下降活性均下降  

αsαs 与与 ββ 、、 γγ 肽链结合肽链结合  

重新形成不具活性的重新形成不具活性的 三聚体三聚体 GTP-GTP- 结合蛋白结合蛋白

受体与胞外信号分子结合受体与胞外信号分子结合

  

GiGi 活化活化  

αiαi 与与 GTPGTP 结合结合  

并从三聚体中解离并从三聚体中解离  

与与 ACAC 结合抑制其活性结合抑制其活性 αi βγαi βγ 复合物 复合物 与解离的与解离的 αsαs 结合阻止结合阻止 间接抑制间接抑制 AC AC 其激活其激活 ACAC

受体与胞外信号分子结合受体与胞外信号分子结合

  

GiGi 活化活化  

αiαi 与与 GTPGTP 结合结合  

并从三聚体中解离并从三聚体中解离  

与与 ACAC 结合抑制其活性结合抑制其活性 αi βγαi βγ 复合物 复合物 与解离的与解离的 αsαs 结合阻止结合阻止 间接抑制间接抑制 AC AC 其激活其激活 ACAC

下丘脑，胰島 δ 细胞

下丘脑，胰島 δ 细胞

cAMP 促进 分泌 cAMP 促进 分泌

GHRIHGHRIH

A 激酶 A 激酶 CREB CREB CREB-P+CRE CREB-P+CRE CREB-P-CRE CREB-P-CRE

GHRIH 基因转录加速GHRIH 基因转录加速（识别 CRE 的

转录因子） （识别 CRE 的

转录因子） （ GHRIH 基因调控区中的反应元件）

（ GHRIH 基因调控区中的反应元件）

IP3IP3 （水溶性）（水溶性）

扩散扩散

胞浆胞浆

与内质网特异与内质网特异 CaCa2+2+ 通道结合 通道结合

  

内质网中的内质网中的 CaCa2+2+ 释放入胞浆（正反馈）释放入胞浆（正反馈）

IP3IP3 （水溶性）（水溶性）

扩散扩散

胞浆胞浆

与内质网特异与内质网特异 CaCa2+2+ 通道结合 通道结合

  

内质网中的内质网中的 CaCa2+2+ 释放入胞浆（正反馈）释放入胞浆（正反馈）

促进 促进 IPIP

33 胞浆内胞浆内 CaCa2+2+ 与与 PKCPKC 结合 结合 PKCPKC 移动至细胞移动至细胞膜膜 细胞膜 磷脂酰细胞膜 磷脂酰 SerSer

DG DG （辅因子）（辅因子） 活化活化 PKCPKC

  

靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化  

生物学效应生物学效应

促进 促进 IPIP

33 胞浆内胞浆内 CaCa2+2+ 与与 PKCPKC 结合 结合 PKCPKC 移动至细胞移动至细胞膜膜 细胞膜 磷脂酰细胞膜 磷脂酰 SerSer

DG DG （辅因子）（辅因子） 活化活化 PKCPKC

  

靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化  

生物学效应生物学效应

CaCa2+2+ Ca Ca2+2+-- 钙调蛋白（钙调蛋白变构激活） 钙调蛋白（钙调蛋白变构激活）

激活 激活

多种靶蛋白结合 多种靶蛋白结合

CaMCaM 激酶 酶：激酶 酶： ACAC ， 磷酸二酯酶 ， 磷酸二酯酶

CaCa2+2+-- 钙调蛋白钙调蛋白 -- 靶蛋白 靶蛋白

靶蛋白靶蛋白 Ser/Thr Ser/Thr 转运蛋白：转运蛋白： CaCa2+2+- ATP- ATPE E

磷酸化磷酸化

靶蛋白的活性改变靶蛋白的活性改变

CaCa2+2+ Ca Ca2+2+-- 钙调蛋白（钙调蛋白变构激活） 钙调蛋白（钙调蛋白变构激活）

激活 激活

多种靶蛋白结合 多种靶蛋白结合

CaMCaM 激酶 酶：激酶 酶： ACAC ， 磷酸二酯酶 ， 磷酸二酯酶

CaCa2+2+-- 钙调蛋白钙调蛋白 -- 靶蛋白 靶蛋白

靶蛋白靶蛋白 Ser/Thr Ser/Thr 转运蛋白：转运蛋白： CaCa2+2+- ATP- ATPE E

磷酸化磷酸化

靶蛋白的活性改变靶蛋白的活性改变

胞外信号分子（心钠素等）胞外信号分子（心钠素等） + + 受体受体

GCGC 活性增加活性增加

胞浆内胞浆内 cGMPcGMP （第二信使）增加（第二信使）增加

激活 激活

GG 激酶激酶

  

靶蛋白靶蛋白 Ser/Thr Ser/Thr 磷酸化磷酸化

靶蛋白活性变化靶蛋白活性变化

胞外信号分子（心钠素等）胞外信号分子（心钠素等） + + 受体受体

GCGC 活性增加活性增加

胞浆内胞浆内 cGMPcGMP （第二信使）增加（第二信使）增加

激活 激活

GG 激酶激酶

  

靶蛋白靶蛋白 Ser/Thr Ser/Thr 磷酸化磷酸化

靶蛋白活性变化靶蛋白活性变化

TyrTyr 蛋白蛋白

激酶激酶

TyrTyr 蛋白蛋白

激酶激酶

TyrTyr 蛋白蛋白

激酶活激酶活

化化

TyrTyr 蛋白蛋白

激酶活激酶活

化化 TyrTyrPP

靶蛋白靶蛋白 -Tyr-Tyr 靶蛋白靶蛋白 -Tyr-Tyr 靶蛋白靶蛋白 -Tyr P-Tyr P

（活性变化）（活性变化）靶蛋白靶蛋白 -Tyr P-Tyr P

（活性变化）（活性变化）

二个单体分子 二聚体 胞浆内二个受体的二个单体分子 二聚体 胞浆内二个受体的 Tyr Tyr

激酶结构域彼此交联 激酶结构域彼此交联

  

自身磷酸化自身磷酸化

二个单体分子 二聚体 胞浆内二个受体的二个单体分子 二聚体 胞浆内二个受体的 Tyr Tyr

激酶结构域彼此交联 激酶结构域彼此交联

  

自身磷酸化自身磷酸化

膜上的二个受体 交联结合形成二聚体膜上的二个受体 交联结合形成二聚体

  

膜内膜内 TyrTyr 激酶活性升高激酶活性升高

自身磷酸化自身磷酸化

膜上的二个受体 交联结合形成二聚体膜上的二个受体 交联结合形成二聚体

  

膜内膜内 TyrTyr 激酶活性升高激酶活性升高

自身磷酸化自身磷酸化

细胞外信号分子与四聚体受体结合细胞外信号分子与四聚体受体结合  

膜内膜内 TyrTyr 激酶结构域变构激活激酶结构域变构激活  

自身磷酸化而活化自身磷酸化而活化 催化催化  

RIRI 受体底物受体底物 1 IRS-11 IRS-1 中多个中多个 TyrTyr 残基磷酸化残基磷酸化 （（ IRS-1IRS-1 ） ） 激活激活 细胞内信号分子细胞内信号分子

细胞外信号分子与四聚体受体结合细胞外信号分子与四聚体受体结合  

膜内膜内 TyrTyr 激酶结构域变构激活激酶结构域变构激活  

自身磷酸化而活化自身磷酸化而活化 催化催化  

RIRI 受体底物受体底物 1 IRS-11 IRS-1 中多个中多个 TyrTyr 残基磷酸化残基磷酸化 （（ IRS-1IRS-1 ） ） 激活激活 细胞内信号分子细胞内信号分子

SOSSOS （鸟嘌呤核苷酸交换因子，（鸟嘌呤核苷酸交换因子， GEFGEF ））

  

与与 GRB2GRB2 中的中的 SH3SH3 结合 再与结合 再与 RasRas 蛋白结蛋白结合合

  

Ras-GDP Ras-GTPRas-GDP Ras-GTP

SOSSOS （鸟嘌呤核苷酸交换因子，（鸟嘌呤核苷酸交换因子， GEFGEF ））

  

与与 GRB2GRB2 中的中的 SH3SH3 结合 再与结合 再与 RasRas 蛋白结蛋白结合合

  

Ras-GDP Ras-GTPRas-GDP Ras-GTP

Ras-GTPRas-GTP 与与 RafRaf 蛋白（蛋白（ Ser/ThrSer/Thr 蛋白激酶）蛋白激酶） 的的 NN 端结合 端结合

Ras-GTP-N-Raf-CRas-GTP-N-Raf-C

MEKMEK 蛋白 （蛋白 （ Tyr/SerTyr/Ser 蛋白激酶）蛋白激酶） Ras-GTP-N-Raf-C-MEKRas-GTP-N-Raf-C-MEK 蛋白蛋白 磷酸化磷酸化 MEKMEK 蛋白蛋白 MEK——PMEK——P

   MAP MAP-PMAP MAP-P

（（ Ser/ThrSer/Thr 蛋白激酶）蛋白激酶）  

多种蛋白质磷酸化多种蛋白质磷酸化  

调节基因表达调节基因表达

Ras-GTPRas-GTP 与与 RafRaf 蛋白（蛋白（ Ser/ThrSer/Thr 蛋白激酶）蛋白激酶） 的的 NN 端结合 端结合

Ras-GTP-N-Raf-CRas-GTP-N-Raf-C

MEKMEK 蛋白 （蛋白 （ Tyr/SerTyr/Ser 蛋白激酶）蛋白激酶） Ras-GTP-N-Raf-C-MEKRas-GTP-N-Raf-C-MEK 蛋白蛋白 磷酸化磷酸化 MEKMEK 蛋白蛋白 MEK——PMEK——P

   MAP MAP-PMAP MAP-P

（（ Ser/ThrSer/Thr 蛋白激酶）蛋白激酶）  

多种蛋白质磷酸化多种蛋白质磷酸化  

调节基因表达调节基因表达

JAKJAK 激酶激酶

STAT STAT STATSTAT STAT STAT

P PP P

二聚体（同或异）二聚体（同或异） 转移转移 细胞核细胞核  

与顺式作用元件结合与顺式作用元件结合  

调节靶基因调节靶基因

JAKJAK 激酶激酶

STAT STAT STATSTAT STAT STAT

P PP P

二聚体（同或异）二聚体（同或异） 转移转移 细胞核细胞核  

与顺式作用元件结合与顺式作用元件结合  

调节靶基因调节靶基因

DNADNA 结合的结构域 结合的结构域 44 个锌指结构个锌指结构

与靶基因反应元件结合不与靶基因反应元件结合不

二个结构域 同受体间有较高的同源性二个结构域 同受体间有较高的同源性

  

激素结合的结构域 与激素结合同源性差激素结合的结构域 与激素结合同源性差

一个可变区 激活结构域一个可变区 激活结构域

DNADNA 结合的结构域 结合的结构域 44 个锌指结构个锌指结构

与靶基因反应元件结合不与靶基因反应元件结合不

二个结构域 同受体间有较高的同源性二个结构域 同受体间有较高的同源性

  

激素结合的结构域 与激素结合同源性差激素结合的结构域 与激素结合同源性差

一个可变区 激活结构域一个可变区 激活结构域