21。第二信使(secondmessengers)

 

　　细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使，而将细胞外的信号称为先进信使(firstmessengers)。

 

　　第二信使至少有两个基本特性：①是先进信使同其膜受体结合后较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。

 

　　第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种较重要的第二信使：cAMP、cGMP、1，2-二酰甘油(diacylglycerol，DAG)、1，4，5-三磷酸肌醇(inosositol1，4，5-trisphosphate，IP3)、Ca2+等。

 

　　第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们能够激活级联系统中酶的活性，以及非酶蛋白的活性。第二信使在细胞内的浓度受先进信使的调节，它可以瞬间升高、且能助力降低，并由此调节细胞内代谢系统的酶活性，控制细胞的生命活动，包括：葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动以及细胞产物的分泌。第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。

 

　　22。GTP结合蛋白(GTPbindingprotein，G蛋白)

 

　　与GTP或GDP结合的蛋白质，又叫鸟苷酸结合调节蛋白(guaninenucleotide-bindingregulatoryprotein)。从组成上看，有单体G蛋白(一条多肽链)和多亚基G蛋白(多条多肽链组成)。G蛋白参与细胞的多种生命活动，如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、蛋白质合成等。

 

　　G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体，三个亚基分别是α、β、γ，总相对分子质量在100kDa左右，β亚基为36kDa左右，γ亚基为8-11kDa左右。β、γ两亚基通常紧密结合在一起，只有在蛋白变性时才分开，鸟苷结合位点位于α亚基上。此外，α亚基还具有GTPase的活性结构域和ADP核糖化位点。G蛋白属外周蛋白，它们在膜的细胞质面通过脂肪酸链锚定在质膜上。G蛋白是一个大家族，目前研究得较多的是Gs(转导激素对腺苷酸环化酶的活化过程)、Gi(转导激素对腺苷酸环化酶的抑制作用)，另外还有其他的一些三体G蛋白。G蛋白有多种调节功能，包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷脂酶C的调节、对细胞内Ca2+浓度的调节等。另外还参与门控离子通道的调节。

 

　　23。PKA系统(proteinkinaseAsystem，PKA)

 

　　是G蛋白偶联系统的一种信号转导途径。信号分子作用于膜受体后，通过G蛋白激活腺苷酸环化酶，产生第二信使cAMP后，激活蛋白激酶A进行信号的放大。故将此途径称为PKA信号转导系统。如胰高血糖素和肾上腺素都是很小的水溶性的胺，它们在结构上没有相同之处，并作用于不同的膜受体，但都能通过G蛋白激活腺苷酸环化酶，较后通过蛋白激酶A进行信号放大。

 

　　24。效应物(effector)

 

　　所谓效应物是指直接产生效应的物质，通常是酶，如腺苷酸环化酶、磷酸脂酶等，它们是信号转导途径中的催化单位。效应物通常也是跨膜糖蛋白。

 

　　25。腺苷酸环化酶(adenylatecyclase，AC)

 

　　腺苷酸环化酶是膜整合蛋白，它的氨基端和羧基端都朝向细胞质。AC在膜的细胞质面有两个催化结构域，还有两个膜整合区，每个膜整合区分别有6个跨膜的α螺旋。哺乳动物中已发现6个腺苷酸环化酶异构体。由于AC能够将ATP转变成cAMP，引起细胞的信号应答，故此，AC是G蛋白偶联系统中的效应物。

 

　　26。蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)

 

　　又称依赖于cAMP的蛋白激酶A(cyclic-AMPdependentproteinkinaseA)，是一种结构较简单、生化特性较清楚的蛋白激酶。

 

　　PKA全酶分子是由四个亚基组成的四聚体，其中两个是调节亚基(regulatorysubunit，简称R亚基)，另两个是催化亚基(catalyticsubunit，简称C亚基)。R亚基的相对分子质量为49～55kDa，C亚基的相对分子质量为40kDa，总相对分子质量约为180kDa；全酶没有活性。在大多数哺乳类细胞中，至少有两类蛋白激酶A，一类存在于胞质溶胶，另一类结合在质膜、核膜和微管上。

 

　　激酶是激发底物磷酸化的酶，所以蛋白激酶A的功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，被蛋白激酶磷酸化了的蛋白质可以调节靶蛋白的活性。

 

　　一般认为，真核细胞内几乎所有的cAMP的作用都是通过活化PKA，从而使其底物蛋白发生磷酸化而实现的。

 

　　27。PKC系统(proteinkinaseCsystem，PKCsystem)

 

　　由于该系统中的第二信使是磷脂肌醇，故此这一系统又称为磷脂肌醇信号途径(phosphatidylinositolsignalpathway)。

 

　　在这一信号转导途径中，膜受体与其相应的先进信使分子结合后，激活膜上的Gq蛋白(一种G蛋白)，然后由Gq蛋白激活磷酸脂酶Cβ(phospholipaseCβ，PLC)，将膜上的脂酰肌醇4，5-二磷酸(phosphatidylinositolbiphosphate，PIP2)分解为两个细胞内的第二信使：二酰甘油(diacylglycerol，DAG)和1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)。IP3动员细胞内钙库释放Ca2+到细胞质中与钙调蛋白结合，随后参与一系列的反应；而DAG在Ca2+的协同下激活蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)，然后通过蛋白激酶C引起级联反应，进行细胞的应答，故此将该系统称为PKC系统，或称为IP3、DAG、Ca2+信号通路。

 

　　28。IP3受体(IP3receptor)

 

　　IP3受体是一种内质网通道蛋白，由四个相对分子质量为260kDa的糖蛋白组成的四聚体。四个亚基组成一个跨膜的通道，每个亚基都有IP3结合的部位，当3～4个部位被IP3占据时，受体复合物构象发生改变，打开离子通道，储藏在内质网中的Ca2+随即释放，进入胞质溶胶。

 

　　29。蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)

 

　　蛋白激酶C是G蛋白偶联受体系统中的效应物，在非活性状态下是水溶性的，游离存在于胞质溶胶中，激活后成为膜结合的酶。蛋白激酶C的激活是脂依赖性的，需要膜脂DAG的存在，同时又是Ca2+依赖性的，需要胞质溶胶中Ca2+浓度的升高。当DAG在质膜中出现时，胞质溶胶中的蛋白激酶C被结合到质膜上，然后在Ca2+的作用下被激活。

 

　　同蛋白激酶A一样，蛋白激酶C属于多功能丝氨酸和苏氨酸激酶。

 

　　蛋白激酶C能激活细胞质中的靶酶参与生化反应的调控，同时也能作用于细胞核中的转录因子，参与基因表达的调控，不过所调控的基因多与细胞的生长和分化相关。

 

　　30。钙调蛋白(calmodulin)

 

　　钙调蛋白是真核生物细胞中的胞质溶胶蛋白，由148个氨基酸组成单条多肽，相对分子质量为16。7kDa。钙调蛋白的外形似哑铃，有两个球形的末端，中间被一个长而富有弹性的螺旋结构相连，每个末端有两个Ca2+结构域，每个结构域可以结合一个Ca2+，这样，一个钙调蛋白可以结合4个Ca2+，钙调蛋白与Ca2+结合后的构型相当稳定。在非刺激的细胞中钙调蛋白与Ca2+结合的亲和力很低；然而，如果由于刺激使细胞中Ca2+浓度升高时，Ca2+同钙调蛋白结合形成钙-钙调蛋白复合物(calcium-calmodulincomplex)，就会引起钙调蛋白构型的变化，增强了钙调蛋白与许多效应物结合的亲和力。

 

　　31。受体酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase，RTKs)

 

　　RTKs是较大的一类酶联受体，它既是受体，又是酶，能够同配体结合，并将靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化。所有的RTKs都是由三个部分组成的：含有配体结合位点的细胞外结构域、单次跨膜的疏水α螺旋区、含有酪氨酸蛋白激酶(RTK)活性的细胞内结构域。

 

　　已发现50多种不同的RTKs，主要的几种类型包括：

 

　　①表皮生长因子(epidermalgrowthfactor，EGF)受体；

 

　　②血小板生长因子(platelet-derivedgrowthfactor，PDGF)受体和巨噬细胞集落刺激生长因子(macrophagecolonystimulatingfactor，M-CSF)；

 

　　③胰岛素和胰岛素样生长因子-1(insulinandinsulin-likegrowthfactor-1，IGF-1)受体；

 

　　④神经生长因子(nervegrowthfactor，NGF)受体；

 

　　⑤成纤维细胞生长因子(fibroblastgrowthfactor，FGF)受体；

 

　　⑥血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor，VEGF)受体和肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor，HGF)受体等。

 

　　受体酪氨酸激酶在没有同信号分子结合时是以单体存在的，并且没有活性；一旦有信号分子与受体的细胞外结构域结合，两个单体受体分子在膜上形成二聚体，两个受体的细胞内结构域的尾部相互接触，激活它们的蛋白激酶的功能，结果使尾部的酪氨酸残基磷酸化。磷酸化导致受体细胞内结构域的尾部装配成一个信号复合物(signalingcomplex)。刚刚磷酸化的酪氨酸部位立即成为细胞内信号蛋白(signalingprotein)的结合位点，可能有10～20种不同的细胞内信号蛋白同受体尾部磷酸化部位结合后被激活。信号复合物通过几种不同的信号转导途径，扩大信息，激活细胞内一系列的生化反应；或者将不同的信息综合起来引起细胞的综合性应答（如细胞增殖）。

 

　　32。胰岛素受体(insulinreceptor)

 

　　胰岛素受体是一个四聚体，由两个α亚基和两个β亚基通过二硫键连接。两个α亚基位于细胞质膜的外侧，其上有胰岛素的结合位点；两个β亚基是跨膜蛋白，起信号转导作用。无胰岛素结合时，受体的酪氨酸蛋白激酶没有活性。当胰岛素与受体的α亚基结合并改变了β亚基的构型后，酪氨酸蛋白激酶才被激活，激活后可催化两个反应∶①使四聚体复合物中β亚基特异位点的酪氨酸残基磷酸化，这种过程称为自我磷酸化(autophosphorylation)；②将胰岛素受体底物(insulinreceptorsubstrate，IRSs)上具有重要作用的十几个酪氨酸残基磷酸化，磷酸化的IRSs能够结合并激活下游效应物。

 

　　33。胰岛素受体底物(insulinreceptorsubstrate，IRSs)

 

　　能够被激活的胰岛素受体酪氨酸激酶作用的底物，其上具有十几个酪氨酸残基可被磷酸化，磷酸化的IRSs能够结合并激活下游效应物。

 

　　IRSs在被胰岛素受体磷酸化以后，如同一块“磁铁”与那些具有SH2结构域的蛋白结合，根据所结合蛋白的具体结构产生不同的效应，如激活SH2蛋白的酶活性、改变蛋白质构型并同另外的蛋白结合或者引起蛋白质从细胞的一个部位转移到另一个部位。

 

　　已知有三种胰岛素受体酪氨酸激酶作用的底物(IRSs)。先进种是胰岛素受体底物1(IRS1)，是一种蛋白质，其上有多个(至少8个)可被受体激酶磷酸化的位点，磷酸化后可同多种效应物结合，包括：PI(3)K、Syp(一种磷酸酪氨酸磷酸酶)、Nck(一种连接蛋白)、GRB2(growthfactorreceptor-boundprotein2，一种通过SH2同磷酸化的酪氨酸结合的连接蛋白)。第二种是Shc(是通过cDNA克隆筛选到的编码SH结构域的基因的蛋白产物)，也是一种连接蛋白。Shc的酪氨酸被磷酸化后能够同GRB2结合，然后激活Ras，触发细胞的增殖。第三种底物是IRS2。IRS2的酪氨酸被磷酸化后能够同磷脂酰肌醇-3-激酶结合，将该酶激活，并影响磷脂的代谢。

 

　　34。SH结构域(SHdomain)

 

　　SH结构域是“Src同源结构域”(Srchomologydomain)的缩写(Src是一种癌基因，较初在Roussarcomavirus中发现)。这种结构域是能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残基紧紧结合，形成多蛋白的复合物进行信号转导。

 

　　SH2大约由100个氨基酸组成。SH2结构域能够与生长因子受体(如PDGF和EGF)自我磷酸化的位点结合。

 

　　含有SH2结构域的蛋白也常常含有SH3结构域。SH3结构域较初也是在Src中鉴定到的由50个氨基酸组成的组件，后来在其他一些蛋白质中也发现了SH3结构域。SH3能够识别富含脯氨酸和疏水残基的特异序列的蛋白质并与之结合，从而介导蛋白与蛋白相互作用。

 

　　35。表皮生长因子(epidermalgrowthfactor，EGF)

 

　　表皮生长因子是一种小肽，由53个氨基酸残基组成，是类EGF大家族的一个成员。EGF同应答细胞表面的特异受体结合，一旦结合，便促进受体二聚化并使细胞质位点磷酸化。被激活的受体至少可与5种具有不同信号序列的蛋白结合，进行信号转导。EGF能够广泛促进细胞的增殖。

 

　　36。EGF受体(EGFreceptor)

 

　　EGF受体是一种糖蛋白，广泛分布于哺乳动物的上皮细胞、人的成纤维细胞、胶质细胞、角质细胞等。EGF受体是一条含有1186个氨基酸残基的多肽链，相对分子质量为170kDa，由三个部分组成：①很大的细胞外结构域：约621个氨基酸残基，富含半胱氨酸(51个)，并形成多对二硫键，其上结合有糖基，是EGF结合的位点。②跨膜区∶由23个氨基酸残基组成；③细胞质结构域，由542个氨基酸残基组成，含有无活性的酪氨酸激酶和几个酪氨酸磷酸化的位点。

 

　　37。Ras蛋白(Rasprotein)

 

　　Ras是大鼠肉瘤(ratsarcoma，Ras)的英文缩写。Ras蛋白是原癌基因c—ras的表达产物，相对分子质量为21kDa，属单体GTP结合蛋白，具有弱的GTP酶活性。Ras蛋白的活性状态对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等都具有影响，其活性则是通过与GTP或GDP的结合进行调节。

 

　　Ras的活性受两个蛋白的控制，一个是鸟苷交换因子(guaninenucleotideexchangefactor，GEF)，它的作用是促使GDP从Ras蛋白上释放出来，取而代之的是GTP，从而将Ras激活，GEF的活性受生长因子及其受体的影响。另一个控制Ras蛋白活性的是GTP酶激活蛋白(GTPaseactivatingprotein，GAP)，存在于正常细胞中，主要作用是激活Ras蛋白的GTP酶，将结合在Ras蛋白上的GTP水解成GDP，成为失活型的Ras蛋白—GDP。所以在正常情况下，Ras蛋白基本上都与GDP结合在一起，定位在细胞质膜内表面上。

 

　　38。Grb2蛋白(growthfactorreceptor-boundprotein2)

 

　　Grb2是生长因子受体结合蛋白2，又叫Ash蛋白。该蛋白参与细胞内各种受体激活后的下游调节。它能够直接与激活的表皮生长因子受体磷酸化的酪氨酸结合，参与EGF受体介导的信号转导，也能通过与Shc磷酸化的酪氨酸结合间接参与由胰岛素受体介导的信号转导。Grb2能够同时与Shc、Sos结合形成Shc-Grb2-Sos复合物，并将Sos激活，激活的Sos与质膜上的Ras蛋白结合，并将其激活，引起信号级联反应。

 

　　Grb2蛋白含有一个SH2结构域和两个SH3结构域，属SH蛋白。

 

　　39。Sos蛋白(Sosprotein)

 

　　Sos蛋白是编码鸟苷释放蛋白的基因sos的产物（sos是sonofsevenless的缩写）。Sos蛋白在Ras信号转导途径中的作用是促进Ras释放GDP，结合GTP，使Ras蛋白由非活性状态转变为活性状态，所以，Sos蛋白是Ras激活蛋白。

 

　　Sos蛋白不含SH结构域，不属于SH蛋白。

 

　　40。信号趋异(divergence)

 

　　信号趋异是指同一种信号与受体作用后在细胞内分成几个不同的信号途径进行传递，较典型的是受体酪氨酸激酶的信号转导。

 

　　在EGF受体酪氨酸激酶信号转导中，EGF与受体结合后导致受体细胞内结构域特定部位的酪氨酸自我磷酸化，形成磷酸酪氨酸。新形成的磷酸酪氨酸作为SH2结构域的锚定位点，将具有SH2结构域的不同效应物激活。由于这些效应物自身的功能不同，因而引起不同的信号转导。如Grb2作为接头蛋白将信号经Sos蛋白传给Ras，引起MAP激酶的级联系统的信号转导。另一种具有SH2结构域的效应物是磷脂酶Cγ，通过SH2与磷酸酪氨酸结合并被激活后可使PIP2水解产生两种第二信使，通过与Ras不同的信号转导途径进行信号转导。另外，PI(3)K和Src也是具有SH2结构域并能被EGF磷酸酪氨酸激活的效应物，但是引起的信号转导途径不同。