细胞生物学 第五节 第二信使课件.pptVIP

?细胞内信息物质 ?在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内信息物质。 细胞内信息物质的组成: 无机离子，如Ca2+； 脂类衍生物，如甘油二酯（DG）、N-脂酰鞘氨醇（Cer）； 糖类衍生物，如1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）； 核苷酸。如cAMP、cGMP； 信号蛋白分子--多数为癌基因的产物，如Ras和底物酶。底物酶主要为酪氨酸或丝／苏氨酸蛋白激酶，但它们本身又是其他酶的底物，如JAK。Raf等。 通常将阶Ca2+、、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP等这类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使（second messager）。 第二信使至少有两个基本特性: ①是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子； ②能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。 第二信使学说是 E.W.Sutherland于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等作用于细胞膜的信号分子为第一信使。 cAMP生理作用的特点为： ①传递不同的细胞外信息，表达不同的生理效应。如下丘脑的生长激素(GH)的释放。而垂体后叶的抗利尿激素 (ADH)，则通过cAMP促进肾脏对水的回吸收。 ②介导不同的激素发挥相似的作用。如肾上腺素和胰高血糖素，都能通过cAMP增加糖原分解，抑制糖原合成。 ③介导一种激素发挥不同的作用。如促肾上腺皮质激素(ACTH)作用于肾上腺皮质,使cAMP增加,促进类固醇激素合成。但ACTH还可以通过cAMP促进脂肪分解。 作为第二信使，cAMP不单是对细胞外信息起转递作用，而且能使信息量得到显著放大。 如cAMP介导的下丘脑－垂体－甲状腺系统，从下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素(TRH)开始，经过刺激垂体分泌促甲状腺素(TSH)，到甲状腺分泌甲状腺素 (thyroxine /T4)，经过3级连续反应，信息量扩大近1000万倍。 细胞内Ca2+ 来源于细胞外液,分为两部分： ①细胞浆Ca2+ ； ②亚细胞结构（内质网、线粒体）中Ca2+ ，这一部分组成细胞内Ca2+ 库。 Ca2+ 在细胞内的主要生物功能是起第二信使作用。Ca2+ 在细胞浆中的浓度为10-7 mol/L,在细胞外液和某些细胞器(内质网、线粒体)内的浓度则高达10-3mol/L。在正常情况下,细胞必须维持Ca2+ 这样一种高浓度差，以发挥正常生理作用。 cGMP是第二信使，但它在细胞内的确切作用并不十分清楚。 催化 GTP变成cGMP的鸟苷酸环化酶，通常不与受体相联。而cGMP的形成常与磷酸肌醇酯通路的活化同时发生。 cGMP虽然能使某些蛋白质磷酸化，但这些蛋白质的功能尚不清楚。 在黑暗中，视网膜细胞内高水平的cGMP能保持细胞膜Na+通道的开通,心钠素通过增加cGMP在细胞内的浓度,使血管平滑肌松弛,借以调节血压。 第二信使的作用方式 ①直接作用。如Ca2+能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩; ②间接作用。这是主要的方式，第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。 由第二信使介导的细胞内信号通路 　 主要有两种： 以cAMP为第二信使的通路 IP3、DG和Ca2+为第二信使的联合式通路 以cAMP为第二信使的通路 信息传递包括如下步骤:外部信号（激素等）与细胞膜上特异受体结合，在 GTP参与下，通过激活G-蛋白，影响腺苷环化酶活化（以上在细胞膜内进行）,该酶使ATP转变为cAMP，cAMP刺激A-激酶,A-激酶将特异蛋白质磷酸化,最后激起细胞效应（以上在胞浆内进行）。 肾上腺素作用于脂肪细胞时，即循上述信号传递路线，最终将脂肪酶磷酸化，促进脂肪的分解代谢，释放出能量。对于某些组织细胞，cAMP通路引起的细胞应答,是通过调节细胞内Ca2+水平实现的。如肾上腺素对心肌的作用即属于此。 IP3、DG和Ca2+ 为第二信使的联合式通路 外部信号与细胞膜受体结合，通过G-蛋白活化PIP2磷酸二酯酶 (PDE)，该酶将PIP2裂解为第二信使IP3和DG。IP3是水溶性，进入胞浆后引起胞浆内质网中贮存的Ca2+释出,使胞浆Ca2+浓度升高。Ca2+与钙调素结合，激活蛋白激酶。DG则仍留在膜内，将C-激酶活化。IP3和DG组成这一通路的两个分支,最后都引起有关蛋白质的磷酸化，导致细胞的应答。 G蛋白耦联受体信号转导途径1）受体－G蛋白－cAMP－PKA途径2）受体－G蛋白－DG/PKC途径3）受体－G蛋白－IP3/Ca2+系统4）受体－G蛋白－离子通道途径 两条主要信息通路的共同点