二、胞内受体介导的信息传递
目前已知通过细胞内受体调节的激素有糖皮质激素、盐皮质激素、雄激素、孕激素、雌
激素、甲状腺素(T3及T4)和1,25(OH)2-D3等,上述激素除甲状腺素外均为类固醇化合物。细胞内受体又可分为核内受体和胞浆内受体,如雄激素、孕激素、雌激素和甲状腺素受体位于细胞核内,而糖皮质激素的受体位于胞浆中。
类固醇激素与核内受体结合后,可使受体的构象发生改变,暴露出DNA结合区。在胞
浆中形成的类固醇激素-受体复合物以二聚体形式穿过核孔进入核内。在核内,激素一受体复合物作为转录因子与DNA特异基因的激素反应元件(hormone response element)结合,从而使特异基因易于(或难于)转录。
甲状腺素进入靶细胞后,能与胞内的核受体结合,甲状腺素一受体复合物可与DNA
上的甲状腺素反应元件(TRE)结合,调节许多基因的表达。此外,在肾、肝、心及肌肉
构线粒体内膜上也存在甲状腺素受体,结合后能促进线粒体某些基因的表达,可能与甲
地腺素能加速氧化磷酸化有关。
现将细胞内受体的调节机制总结于图16-13。
本节中,着重介绍了PKA、PKC和TPK,强调了蛋白质的磷酸化作用,但必须牢记
下列两个基本概念:①蛋白质并非磷酸化就一定被激活,而去磷酸化则被灭活。众所周知,磷酸化的糖原合成醇是无活性的,而去磷酸化的糖原合成酶则是有活性的。②与蛋
白激酶相对应,细胞中也存在专一性的蛋白磷酸酶(protein phosphataset),特异性地催化
丝/苏氨酸磷酸化磷蛋白和酪氨酸磷酸化磷蛋白脱磷酸化。蛋白质磷酸化和脱磷酸化是
细胞内信息传递的主要方式。细胞内蛋白质存在磷酸化和脱磷酸化两种构象的互变,说
用细胞内既有激活机制,又有抑制机制,是细胞内调节生理效应的最快、最有效的方
式。现已发现数百种蛋白激酶和1000多种磷酸酶,行使调节细胞代谢、生长、增殖。
分裂和分化甚至癌变的功能。
第四节 信息传递途径的交互联系
细胞内众多的信息传递途径并非毫无联系,而是交联对话(cross talk),类似于信息
高速公路,形成错综复杂的网络,共同协调机体的生命活动。信息传递途径的交联对话
表现为:
1.一条信息途径的成员,可参与激活或抑制另一条信息途径。如促甲状腺素释放激素与靶细胞膜的特异性受体结合后,通过Ca2+一磷脂依赖性蛋白激酶系统可激情PKC,同时细胞内Ca2+浓度增高还可激活腺苷酸环化酶,生成cAMP进而激活PKA。又如EGF受体是具TPK活性的催化型受体。佛波酯能激活PKC,活化的PKC能催化EGF受体第654位Thr磷酸化,此磷酸化受体降低了EGF受体对EGF的亲和力和它的TPK活性。
2.两种不同的信息途径可共同作用于同一种效应蛋白或同一基因调控区而协同发挥作用。例如,糖原磷酸化酶为多亚基蛋白质(aβγδ)4,其中a、β亚基是PKA的底物,
PKA通过催化a、β亚基磷酸化而使其活化。该酶的δ亚基是钙调蛋白,Ca2+一磷脂依赖
性蛋白激酶系统的第二信使——Ca2+能与δ亚基结合而使之活化。上述两条途径在细胞
核内都可使转录因子CREB的Ser133对磷酸化而激活。活化的CREB可与DNA上的顺式作
用元件结合而启动多种基因的转录。
3.一种信息分子可作用几条信息传递途径。 例如,胰岛素与细胞膜上的受体结合
后,可通过胰岛素受体废物(insulin。receptor substrate)激活磷脂酸肌醇 3一激酶(PI3-kinase)、亦可激活PLCγ 而水解PIP2,产生IP3和DAG,进,步激活PKC;另外还可激活Ras途径。
第五节信息传递与疾病
正常信息传递是人体正常代谢和功能的基础。信息传递环节的异常则会导致功能障
碍。例如,家族性高胆固醇血症是一种典型的受体异常性疾病。这是由于病人低密度脂
蛋白(LDL)受体缺陷,致使胆固醇不能被肝组织摄取,进而发生高胆固醇血症。又如,
非胰岛素依赖型糖尿病的发病原因主要是胰岛素受体数量的减少或功能发生障碍,并伴
有受体后信息传递的异常,因此对胰岛素的敏感性下降所致。此外,霍乱和百日咳的发
生也与G蛋白的异常有关。关于细胞信息传递在疾病中的作用,将在病理生理学课程
中进一步讨论。
小结
细胞信息传递是多细胞生物体对信息物质应答引起生物学效应的重要过程。信息传
递体系包括:信息物质一信息转导,细胞内信使系统一生物学效应。细胞间信息物质有
蛋白质、多肽等多种物质,根据其作用方式可分为局部化学介质、激素、神经递质雾
妞胞内信息物质有无机离子(Ca2+)、脂类和糖类衍生物、环核苷酸及信号蛋白(如蛋白激
酶)等。受体在细胞信息传递中起重要作用,按照其分布情况有细胞膜受体与细胞内受体
两大类。受体与配体结合的特点是:高度专一性,高度亲和性、可饱和性及可逆性等。
细胞膜受体介导的信息传递途径是本章讨论的重点内容。G蛋白是一类与鸟苷酸结合的蛋白,由a、β、γ三个亚基组成,有非活化型和活化型两种构象,并可相互转变。
常见G蛋白有激动型G蛋白、抑制型G蛋白和磷脂酶C型G蛋白。G蛋白是细胞膜受