细胞通讯和信息传导-分子生物学教学课件.ppt
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1、第七章 细胞通讯和信息传导,第一节 概述 一、信息 通讯技术是当代技术发展的重要前沿之一。人类已进入信息时代。所谓信息:是生物或具有自动控制的系统通过感觉器官或相应的设备与外界交换的一切内容。它是高技术的前导(信息技术以微电子为基础,包括通讯、自动化、微电子、光电子、光导、计算机和人工智能技术)。,二、信息的重要性 掌握了信息的意义是十分重要的,如: (一)竞争的胜负在很大程度上取决于信息的掌握; (二)生产者掌握了市场信息;就可优质价廉占领市场,战胜竞争对手; (三)投资者掌握了股票(期货)利率的走向,就会获取高额利润; (四)指挥员掌握了战地地形、气象、敌我双方的态势,就会克敌制胜; (五
2、)考生们掌握了信息,就会金榜题名; (六)高等生物掌握了信息,就会迅速准确的对周围环境作出反应。反之,如果不掌握信息或依赖错误信息,就会导致失败、灾难性失败。(信息、情报与知识,英文写法一样“information”,但中文解释不一样。情报是准备传逆发生效用的知识,最有生气的知识(情报)知识信息,情报处于核心地位。),三、国家对信息通讯的重视和我们讨论的主要内容 在信息与通讯方面,发达国家均投以巨资使经 济高速运转获取高效益,如: 美国的信息高速公路光纤信息网 日本研究信息流通的新干线网 通讯建设先行、是我国四化建设的战略重点之一,所以人们称现代的通讯网络人类社会的神经系统。但是,我们不讨论这
3、些问题,我们主要讨论: 1.细胞通讯的分子基础; 2.信息传递中信息分子结构与功能及其调节; 3.细胞识别与信息传递障碍。,四、细胞间的信息传递性是维持机体正常机能的基本机制之一 细胞是生物体结构和功能单位,是生命活动的基本单位,生命活动绝大部分生化反应是在胞内进行的。大约在15亿年以前,结构简单的原核细胞(procaretic cell)演化成结构复杂的真核C(Encaryatic cell),以多个真核C为基础构成了高等的、复杂的、多细胞的生物有机体。多细胞生物学特点是细胞产生了特化,同时又能协作,使众多细胞联合成一个协调的整体。多细胞机体内细胞间的信息传递是维持机体正常机能的基本生物学机
4、制之一。 高等生化清楚可辨的特化C 200多种,这些特化细胞具有很多微细差异构成了不同的C系统,在所有系统中有2个系统:IS(免疫细胞系统)和NS(神经系统)。,五、特化了的细胞的协作和协调 这些特化了的细胞怎样协作和协调呢?请看下列 (一)IS具有化学识别能力,能够识别“异己”,消灭其致病作用,当 侵入体内,辅佐C提呈 激活 消灭致病作用。ICC(免疫活 性细胞)吞噬病毒、细菌,首先涉及到识别异己的能力,如何识别并把信息传递给其它ICC,这就涉及细胞通讯和信息传递问题。 (二) NS其功能是传递兴奋,它迅速将感受器 CNS,使多细胞高等生物适应周围环境,且使C各部分协调一致。这种IS识别“异
5、己”到消灭“异己”,NC传递“兴奋”都属细胞通讯和信息传递范畴。,病毒,TDAg,TiAg,TC,BC,介导细胞免疫应答(CML),介导细胞体液免疫应答(Ig),细菌,六、人体通讯的三大干线和两类信息物质及三种传递方式 假若大脑是人的通讯总站,人的细胞通讯和信息传递至少有3大干线: (一)“硬线”NS (二)“软线” IS (三)经络系统。 目前,了解比较深入的细胞外信息物质有两大类,一类是甾体激素,它们可以通过膜脂双层,自由进入细胞与胞浆或核内相应受体反应,从而影响基因活动。另一类包括蛋白质、多肽、生物胺等其它小分子,它们共同特点是不能通过脂双层,其信息传递方式有如下几种。 (一)简单直接摄
6、入,如Na+、K+、ATP酶转运细胞内Na+、K+可视为特殊信息物质、影响细胞内代谢过程。 (二)与载体蛋白结合后进入细胞、如VitB12和胆固醇。 (三)通过受体跨膜信息传递。 本章进述将要涉及到这3种方式。,七、细胞通讯和信息传递 细胞通讯生物体内C与C之间的联络、识别以及相互作用称C通讯。 信息传递通过受体将外来信号刺激传至胞内,产生一系列新的信息分子和有规律的生化级联反应,最终对C和整个生物体的生理功能进行调控的过程,称为受体介导的信息传递(机制)。,第一节 细通讯的分子基础,信息分子1种C释放一种物质传给靶C发挥作用,该物质称之。 信息分子(引起靶C应答反应)作用6个步骤: 1.信息
7、C合成信息分子; 2.信息C释放信息分子; 3.信息分子弥散或血运至靶C; 4.信息分子同靶C特异性结合; 5.信息分子通过膜R传至胞内(其它Pr); 6.靶C产生效应。,信息分子4个一般特点: 1.在调节C功能中,除与R结合外,几乎无任何作用,不能降解成有用的产物,不能直接介导C内反应,唯一的是导致受体结构和活性的变化。 2.基本上可分2大类: 水溶性信息分子 脂溶性信息分子 例:神经介质、局部化学介质 甾体激素、甲状腺素 大部分激素 前列腺素 特点:不能通过膜脂双层 *除前列腺外、其它脂溶激素R 均位于胞内。 传不到C内 能通过脂质双层 通过膜R发挥作用。 血中借助载体运至靶C。,*各种不
8、同的前列腺素与不同的CR结合,产生不同的生物效应,与其它的信息分子不同,一旦合成(不贮存),立即释放分泌到C间液,发挥作用后在局部迅速被降介。 3.维持时间、大不相同,从仅几毫秒几天。如:维持时间:几毫秒几秒几分钟几小时几天 降解速度:神经介质、前列腺素、水溶性激素、类固醇激素、甲状腺素 4.作用距离:有远有近 从仅数百 数公里 作用距离 数百 1 米左右(遍及全身) 数公里 例: N-M接头处 激素 雌蛾吸引公蛾交配信息 素顺风传布数公里。,一、信息分子通讯方式及其作用特点,二、受体 受体是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子(激素,神经递质,抗原细胞粘附分子、药物毒素等)并与之相结合的生物大
9、分子。它们能将生物活性分子产生的信息传递致应器,从而引起相应的生物效应。其化学本质多为蛋白质,个别是糖脂。,(一)受体的功能 受体是(生物大)分子、化学本质是蛋白质或糖脂,在每个细胞数目悬殊很大,约为51021105,分布不平衡,有胞内,胞外,有集中,有分散。 1.识别和结合功能 受体对相应配体有特异识别和结合过程。 2.传递信息功能 受、配体结合后,能将二者相互作用产生的信息传递到第二信使或效应器上,如酶、离子通道等。 配体能与受体特异性结合的生物活性分子,从生物学效应可以分为2类: 1.与受体结合后产生效应者称为激动剂; 2.不产生效应或阻碍激动剂与受体结合者称拮抗剂。,(二)(配、受体结
10、合的4个特点)受体性质: 1.专一性 取决于配受体之间高度亲和力和空间结构互补决定的。 2.包和性 因为受体数目是有限的。 3.可逆性 “配、受体一般以非共价键(H键、离子键、VDW力)结合,结合是可逆的,使之可接受调节。 4.配、受体结合后有强大的生物效应。,附讲:受体应答偶联的复杂性,表现在: 1.不同细胞对同一信息分子产生不同的反应,如:Ach 可使骨骼肌收缩增强(+),促进某些腺体分泌(+);但减弱心肌收缩(-) 2.同一细胞含有不同的受体,对不同的信息分子,产生相同的效应。如:,导致糖原分解和游离葡萄糖入血,3.信息分子与受体结合的偶联反应,有的作用快而短暂,有的作用慢而持久。,如:
11、N-M接头处,Ach释放导致肌肉收缩,几毫秒即可完成。 C分泌胰岛素几分钟内促进糖原合成,血糖脂肪从而血糖浓度生长激素促进骨骼发育及雌二醇使动物青春期第二性征的出现都是1个逐步成熟的过程。 4.不同的信息分子有类似的作用和相同的受体: 如:雌二醇促进乳腺C生长 甲状腺素促进肌肉软骨C生长 生长激素径生长介素(somatomelin) 间接促进骨骼和肌内生长,这些都类似生长因子的作用,而:胰岛素 生长激素和 表皮生长因子,的受体都是酪氨酸蛋白激酶,后者与细胞的生长增殖及癌变发生有关,(三)受体的分类 1.传统法(按照配体的功能效应将R分为9类),2.据受体在效应细胞上的部位分2类,3.据受体结构
12、和信号转导机制、分为4型:,(讲义P180表7-2,重点),(四)受体的结构与功能(现代分类I-IV基本特性),关闭,或切断,阴离子流动,传递信息,第二节 信息传递 一、概 述 1.信息传递如前所述,通过受体将外来信号刺激传至胞内,产生一系列信息分子和有规律的生化级联反应,最终对细胞和整个生物体的生理功能进行调控的过程,称(受体介导的)信息传递。 2.信息分子传递信息的媒介称为信息分子。 3.信息传递的方式,可分为: 1)直接传递如局部化学介质,在邻近小群C之间传递信息; 间接传递如激素细胞因子(第一信使)膜R结合,活化,偶联蛋白(G蛋白)或效应酶活化级联反应细胞功能性应答。,第二信使活化胞内
13、效应酶,生物信号是怎样从胞外传至胞内的?即生物信息跨膜传递机制如何?这一直是细胞分子生学研究的热点与前沿课题,从胞外信号作用于膜受体到胞内信使物质的生成,便间味着胞外信号的跨膜传递的完成。 4.第二使信至少cAMP/cGMP、IP3、DG、PG、Ca2+及CaM等起到胞内信使作用。 5.跨膜传递机制中还涉及到 (1)受体操纵的离子通道系统; (2)受体酪氨酸蛋白激酶的自身转导; (3)受体内部化的信息传导途径。,6.信息分子分水溶信息分子和脂溶性信息分子;受体分膜受体和细胞内受体。 疏水性甾体激素是脂溶性较大的配体可透过膜与胞浆中受体结合成复合物跨过核膜与核内染色体结合进而启动或抑制DNA转录
14、翻译过程诱导或抑制新的蛋白质生成产生各种生理生化反应,这属配体跨膜基因表达的信息传递途径。(参图7-7核受体作用示意图,比较图7-8膜受体信息传递的一般模式)。,二、信息传递中的信息分子及其调节 信息传递的第一站是膜受体和胞内受体,这里不准备讨论受体本身的调节机制,主要介绍受体后的信息分子及其调节机制,包括膜上的G蛋白和效应酶胞内的激酶和磷酸酶以及一些小分子信使。 (一)G蛋白与效应酶的调节 G蛋白全称为GTP结合蛋白或GTP结合调节蛋白它广泛存在于各种组织细胞膜上,是(G蛋白偶联)受体与效应酶(酶或离子通道)之间的中介物质,是一种酶,在反应过程中与GTP结合故称为G蛋白。受体活化后引起GTP
15、与(不同的)G蛋白结合使之活化对效应酶产生抑制或活化作用影响胞内信使产生产生不同的调控效应。(1971年,由Rodbell等人发现) G蛋白的种类较多,可以分成2大类,即: 兴奋性G蛋白(GS)和抑制性G蛋白(Gi)。,1.G蛋白的结构及其作用 (1)结构 G蛋白种类繁多,但在结构功能上都有相似之处,所有此类G蛋白都是膜蛋白,都由3个不同亚基组成,不同G蛋白不同, 相同(似),互换不影响G蛋白功能。 MW3946KD,含GTP、GDP受体3个结合位点,有GTPase活性,可水解GTPGDPPi,是决定G蛋白功能亚基。 35KD 10KD,常组成紧密二聚体,其主要功能是调节亚基活性在某些细胞也直
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