第一节信号转导与疾病CAMPo0失活的PKA失活的催cAMP和调节调节亚基化亚基亚基复合体激活的催化亚基图10-8PKA的结构变化示意图存在于细胞核中的cAMP反应元件结合蛋白（cAMPresponseelementbindingprotein，CREB）是能被PKA磷酸化的重要蛋白，它被激活后与某一特定基因的启动子，即eAMP反应元件（CRE）发生特异性结合，在CREB结合蛋白（CREBbindingprotein，CBP）的协同下，促进特定基因的转录（图10-9）。PKA对底物的特异性要求较低，因此催化的底物相当广泛。由于不同类型细胞中PKA的底物是不尽相同的，因此，cAMP在不同细胞中可引发不同的效应。（二）环化鸟苷酸环化鸟苷酸（cyclicGMP，cGMP）或环一磷酸鸟苷，是另一个被较早确认的细胞内信使，由鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase，GC）催化水解GTP后形成。1.GC在细胞中有两种存在形式，即膜结合型GC和胞质可溶型GC。膜结合型GC是存在于细胞膜或膜性细胞器膜上的一次跨膜蛋白，是受体鸟苷酸环化酶，细胞外结构域是受体部分，细胞内结构域是鸟苷酸环化酶结构域。当其胞外域与细胞外配体（主要为神经肽类物质）结合后，胞内域的酶催化活性即被激活，催化GTP脱去焦磷酸第一信使细胞外上33355555551355555151515G细胞膜ACVWW细胞质CAMP蛋白质x细胞效应PKAA催化亚单位蛋白质合成细胞核CREB其他转录因子基因AIIIIIIIIIII启动区编码区mRNA图10-9CAMP通过PKA调节基因转录175医学细胞--正文.indd17520185-18 17:31:48
www.hep.com.cn 175 第一节 信号转导与疾病 图 10-8 PKA 的结构变化示意图 存在于细胞核中的 cAMP 反应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein， CREB）是能被 PKA 磷酸化的重要蛋白，它被激活后与某一特定基因的启动子，即 cAMP 反应元件（CRE）发生特异性结合，在 CREB 结合蛋白（CREB binding protein， CBP）的协同下，促进特定基因的转录（图 10-9）。PKA 对底物的特异性要求较低，因 此催化的底物相当广泛。由于不同类型细胞中 PKA 的底物是不尽相同的，因此，cAMP 在不同细胞中可引发不同的效应。 （二）环化鸟苷酸 环化鸟苷酸（cyclic GMP，cGMP）或环一磷酸鸟苷，是另一个被较早确认的细胞内 信使，由鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase，GC）催化水解 GTP 后形成。 1. GC 在细胞中有两种存在形式，即膜结合型 GC 和胞质可溶型 GC。膜结合型 GC 是存在于细胞膜或膜性细胞器膜上的一次跨膜蛋白，是受体鸟苷酸环化酶，细胞外 结构域是受体部分，细胞内结构域是鸟苷酸环化酶结构域。当其胞外域与细胞外配体 （主要为神经肽类物质）结合后，胞内域的酶催化活性即被激活，催化 GTP 脱去焦磷酸 图 10-9 cAMP 通过 PKA 调节基因转录 医学细胞-正文.indd 175 2018-5-18 17:31:48
第十章细胞的社会与疾病生成cGMP；胞质可溶型GC为颗粒状蛋白，由两个亚基组成，具有两个酶活性部位可在NO、CO的作用下被激活，催化GTP脱去焦磷酸生成cGMP。2.NO是可溶型CGC的天然配体，其辅基亚铁血红素与其结合后形成复合体，可激活可溶型GC，使cGMP浓度升高，导致神经传导、血管扩张、平滑肌舒张等生物学效应。NO可由NO合酶催化精氨酸转化而成，NO合酶的活性受Ca2+/钙调蛋白的调节，其分布具有组织特异性。细胞内Ca+浓度的增高可增强NO合酶的活性，导致NO的产生，使cGMP浓度升高，从而介导乙酰胆碱、谷氨酸、P物质以及组胺等神经递质对细胞的作用。NO能通过细胞膜扩散到细胞外，调节一些不具有NO合酶的细胞的代谢（图10-10 )。两种GC在分布上呈现出组织差异。膜结合型GC常存在于心血管组织、小肠、精子以及视网膜杆状细胞中，面可溶型GC则主要分布于脑、肺、肝等组织中。在同一细胞中，随着细胞生长过程的变化，两种CC的比例可发生变化，例如，与幼鼠相比成年鼠肝细胞中可溶型GC活性明显增高，而结合型GC活性明显降低。细胞中cGMP的含量高低同样受两种物质的双重调节，GC使GTP脱去焦磷酸形成cGMP，磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）催化水解cGMP形成5-GMP而失去信号功能。在细胞中cGMP形成后主要有两个方面的作用。D激活cGMP依赖性蛋白激酶G（cGMPdependentproteinkinaseG，PKG），使PKG的底物蛋白丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，引起细胞效应。②直接与阳离子通道结合并使其开放。3.PKG是由一个催化亚基和一个调节亚基组成的二聚体，即它是由两条多肽链组成的丝氨酸或苏氨酸蛋白激酶。其中，催化亚基具有激酶活性，能催化蛋白质上某些特定丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化，调节亚基上有2个cGMP结合位点，可与2个cGMP结合。相对分子质量及分子形状与PKA类似，其氨基酸组成有70%~90%与授体域第一信使7膜结合的鸟催化域GTP苷酸环化酶一胞内Ca库调节蛋白NO合酶NOArg催化域可溶性鸟苷酸环化酶CGMP各种生物学效应图10-10第一信使刺激鸟苷酸环化酶机制176医学细胞-正文.indd1762018-5-18 17:31:4
www.hep.com.cn 176 第十章 细胞的社会与疾病 生成 cGMP；胞质可溶型 GC 为颗粒状蛋白，由两个亚基组成，具有两个酶活性部位， 可在 NO、CO 的作用下被激活，催化 GTP 脱去焦磷酸生成 cGMP。 2. NO 是可溶型 GC 的天然配体，其辅基亚铁血红素与其结合后形成复合体，可 激活可溶型 GC，使 cGMP 浓度升高，导致神经传导、血管扩张、平滑肌舒张等生物学 效应。NO 可由 NO 合酶催化精氨酸转化而成，NO 合酶的活性受 Ca2+/ 钙调蛋白的调节， 其分布具有组织特异性。细胞内 Ca2+ 浓度的增高可增强 NO 合酶的活性，导致 NO 的产 生，使 cGMP 浓度升高，从而介导乙酰胆碱、谷氨酸、P 物质以及组胺等神经递质对细 胞的作用。NO 能通过细胞膜扩散到细胞外，调节一些不具有 NO 合酶的细胞的代谢（图 10-10）。 两种 GC 在分布上呈现出组织差异。膜结合型 GC 常存在于心血管组织、小肠、精 子以及视网膜杆状细胞中，而可溶型 GC 则主要分布于脑、肺、肝等组织中。在同一细 胞中，随着细胞生长过程的变化，两种 GC 的比例可发生变化，例如，与幼鼠相比，成 年鼠肝细胞中可溶型 GC 活性明显增高，而结合型 GC 活性明显降低。 细胞中 cGMP 的含量高低同样受两种物质的双重调节，GC 使 GTP 脱去焦磷酸形成 cGMP，磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）催化水解 cGMP 形成 5′-GMP 而失去信号 功能。 在细胞中，cGMP 形成后主要有两个方面的作用。①激活 cGMP 依赖性蛋白激酶 G （cGMP dependent protein kinase G，PKG），使 PKG 的底物蛋白丝氨酸或苏氨酸残基磷酸 化，引起细胞效应。②直接与阳离子通道结合并使其开放。 3. PKG 是由一个催化亚基和一个调节亚基组成的二聚体，即它是由两条多肽链 组成的丝氨酸或苏氨酸蛋白激酶。其中，催化亚基具有激酶活性，能催化蛋白质上某 些特定丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化，调节亚基上有 2 个 cGMP 结合位点，可与 2 个 cGMP 结合。相对分子质量及分子形状与 PKA 类似，其氨基酸组成有 70%～90% 与 图 10-10 第一信使刺激鸟苷酸环化酶机制 医学细胞-正文.indd 176 2018-5-18 17:31:49
第一节信号转导与疾病PKA相同，因而被认为与PKA同源。PKG催化的底物蛋白主要涉及组蛋白、磷酸化酶激酶、糖原合成酶和内酮酸激酶等。其催化的相关机制以及产生的细胞效应均有待进一步阐明。cGMP在光信号的转导中起着重要作用。在脊椎动物的视杆细胞中，光信号会引起cGMP水平降低，使阳离子通道关闭，然后引起细胞内超极化，神经递质释放减少，产生视觉反应。（三）三磷酸肌醇和二酰甘油三磷酸肌醇（inositol1，4，5-triphosphate，IP，）和二酰甘油（diacylglycerol，DAG）是细胞中由膜脂形成的两种重要的细胞内信使。二酰甘油和三磷酸肌醇可来自于磷脂酰肌醇或磷脂酰胆碱，从分子组成来看，它们都属于甘油磷脂，又称磷酸甘油酯，其母体结构是磷脂酸，即一分子甘油与两分子脂肪酸和一分子磷酸通过酯键结合而成的化合物。因此，膜脂不仅是细胞膜的主要成分，也参与多种细胞的信号转导。磷脂酶、脂激酶、脂磷酸酶是催化产生脂质第二信使的关键酶。例如，细胞外的某些信号分子与其相应的受体结合后，或通过膜上特定的G蛋白激活磷脂酶C-β，或通过酪氨酸激酶型受体激活磷脂酶C-，催化细胞膜脂质内层的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP,）水解，形成三磷酸肌醇（IP，）和二酰甘油（DAG）（图10-11）。目前认为，至少有三种膜脂是细胞内信使的主要来源，它们是磷脂酰肌醇、磷脂酰胆碱、鞘磷脂。1.三磷酸肌醇（IP3）是一种水溶性分子，形成后离开细胞膜，在细胞质内迅速扩散。当到达内质网时，与内质网膜上的特异性受体配体闸门Ca通道结合，致通道蛋白构象改变，通道打开，Ca2+由通道从内质网释放人细胞质，启动细胞内Ca2+信号系统，使细胞产生相应的反应。IP，信号的解除有两种终止途径：①通过特异性水解反应，降解一个磷酸形成1,4-二磷酸肌醇（IP,）1,4-二磷酸肌醇用于磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP，）的再合成：2②通过特异性激酶的耗能磷酸化反应形成13.45-四磷酸肌醇（IP），再经特异性水解，降解一个磷酸形成1,3,4-三磷酸肌醇而失活，1,3,4-三磷酸肌醇用于磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）的再合成。2.二酰甘油（DAG）是一种脂溶性分子，形成后仍留在细胞膜上，具有两个潜在的信号传递作用。①激活细胞膜中的蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC）。PKC是由一VWW4DAG细胞膜YPLCPKCPIPB细胞质G蛋白IP3.OOQ00IP受体CaMOca*OO图10-11细胞内信使IP，和DAG的产生177医学细胞-正文.indd 1772018-5-18 17:31:49
www.hep.com.cn 177 第一节 信号转导与疾病 PKA 相同，因而被认为与 PKA 同源。PKG 催化的底物蛋白主要涉及组蛋白、磷酸化酶 激酶、糖原合成酶和丙酮酸激酶等。其催化的相关机制以及产生的细胞效应均有待进一 步阐明。 cGMP 在光信号的转导中起着重要作用。在脊椎动物的视杆细胞中，光信号会引起 cGMP 水平降低，使阳离子通道关闭，然后引起细胞内超极化，神经递质释放减少，产 生视觉反应。 （三）三磷酸肌醇和二酰甘油 三磷酸肌醇（inositol 1，4，5-triphosphate，IP3）和二酰甘油（diacylglycerol，DAG） 是细胞中由膜脂形成的两种重要的细胞内信使。二酰甘油和三磷酸肌醇可来自于磷脂 酰肌醇或磷脂酰胆碱，从分子组成来看，它们都属于甘油磷脂，又称磷酸甘油酯，其母 体结构是磷脂酸，即一分子甘油与两分子脂肪酸和一分子磷酸通过酯键结合而成的化合 物。因此，膜脂不仅是细胞膜的主要成分，也参与多种细胞的信号转导。磷脂酶、脂激 酶、脂磷酸酶是催化产生脂质第二信使的关键酶。例如，细胞外的某些信号分子与其相 应的受体结合后，或通过膜上特定的 G 蛋白激活磷脂酶 C-β，或通过酪氨酸激酶型受体 激活磷脂酶 C-γ，催化细胞膜脂质内层的磷脂酰肌醇 -4,5- 二磷酸（PIP2）水解，形成 三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）（图 10-11）。目前认为，至少有三种膜脂是细胞 内信使的主要来源，它们是磷脂酰肌醇、磷脂酰胆碱、鞘磷脂。 1. 三磷酸肌醇（IP3） 是一种水溶性分子，形成后离开细胞膜，在细胞质内迅速扩 散。当到达内质网时，与内质网膜上的特异性受体配体闸门 Ca2+ 通道结合，致通道蛋白 构象改变，通道打开，Ca2+ 由通道从内质网释放入细胞质，启动细胞内 Ca2+ 信号系统， 使细胞产生相应的反应。IP3 信号的解除有两种终止途径：①通过特异性水解反应，降 解一个磷酸形成 1，4- 二磷酸肌醇（IP2），1，4- 二磷酸肌醇用于磷脂酰肌醇 4，5- 二磷 酸（PIP2）的再合成；②通过特异性激酶的耗能磷酸化反应形成 1，3，4，5- 四磷酸肌醇 （IP4），再经特异性水解，降解一个磷酸形成 1，3，4- 三磷酸肌醇而失活，1，3，4- 三磷酸 肌醇用于磷脂酰肌醇 4，5- 二磷酸（PIP2）的再合成。 2. 二酰甘油（DAG） 是一种脂溶性分子，形成后仍留在细胞膜上，具有两个潜在 的信号传递作用。①激活细胞膜中的蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）。PKC 是由一 图 10-11 细胞内信使 IP3 和 DAG 的产生 医学细胞-正文.indd 177 2018-5-18 17:31:49
第十章细胞的社会与疾病条肽链构成的蛋白质，有一个亲水的催化活性中心和一个膜结合区，在未受到外界信号刺激的细胞中，它主要分布于细胞质中，呈非活性结构。其激活过程如下：细胞质中由IP,引发的Ca2*浓度升高导致PKC结合到了细胞膜的胞质面，此处PKC在Ca+、DAG以及带负电荷的膜脂磷脂酰丝氨酸的共同作用下被激活。活化的PKC以磷酸化的方式对多种细胞内下游蛋白进行修饰，由此启动细胞的一系列生理和生化反应。②被进一步分解释放花生四烯酸，以充当信使，或被用来合成其他类花生酸类物质（如前列腺素、凝血烷、白三烯等），类花生酸类物质具有多种生物学活性。在不同种类的细胞中，PKC的激活会导致一系列截然不同的细胞反应。DAG只是由PIP,水解得到的暂时性产物，寿命只有几秒钟，靠两种方式进行降解：①被DAG磷酸激酶磷酸化，生成磷脂酸（PA），随后PA被CTP磷酸化为CMP-磷脂酸，再与肌醇作用合成磷脂酰肌醇（PI)。②DAG被DAG酯酶水解生成单酰甘油，再进一步水解成游离的多不饱和脂肪酸和花生四烯酸甘油，花生四烯酸甘油再被氧化成许多生物活性代谢物，如前列腺素、白三烯等。从细胞中释放出来的这些生物活性代谢物可作用于自身或邻近细胞上的受体，引起细胞应答。（四）钙离子钙离子（Ca2+）是一个广泛存在的细胞内信使，它参与细胞的多条信号转导通路，细胞收缩、运动、分泌、分裂等重要活动都需要Ca的参与和调节。Ca2的信使作用是通过其浓度的升高和降低来实现的。1.Ca2信号的产生细胞内游离Ca2+浓度是10-*~10-mol/L，比细胞外Ca浓度低10°~10倍。当细胞受到特异性信号刺激后，细胞内的内质网或肌质网等的钙通道或细胞膜上的钙通道开放，致使细胞内Ca2+浓度瞬时升高，其局部浓度可达10-°mol/L，比原来增加10～~20倍，由此激活细胞内的Ca2+应答蛋白，产生相应的细胞效应。介导Ca+信号转导的Ca2+通道主要有三种：位于细胞膜上的电压闸门Ca通道、内质网膜上的配体（IP，）闸门Ca2*通道、ryanodine（兰尼定：一种植物碱）受体Ca2通道。不同细胞中钙信号的产生途径存在差异，例如，神经细胞中，细胞膜钙通道的开放是产生钙信号的主要途径；而在肌细胞中，钙信号的产生则依赖于钙库膜上和细胞膜上的钙通道的同时开放。与其他细胞内信使一样，Ca需要与其靶蛋白或靶酶结合才能传递信息，产生细胞效应。Ca泵是维持细胞质内Ca2低浓度的重要蛋白。Ca2+在细胞质中的浓度变化可以是局部的，也可以是整体的，还可能是沿着细胞以波的形式流动的。但Ca2作为第二信使仅在局部起特定作用。内质网腔具有与Ca2+结合的蛋白，这些Ca2+结合蛋白在肌细胞中是集钙蛋白（calsequestrin），而在非肌细胞中是钙网蛋白（calreticulin），它们与Ca2+结合的亲和力较低，因而易于实现结合Ca+与游离Ca2+之间的快速转换。99%的Ca+是与其结合蛋白结合在一起的结合Ca2+，仅有1%的Ca+是游离Ca。细胞对Ca2+信号通路的具体效应取决于Ca结合的效应蛋白的类型，有些效应蛋白可以直接发挥细胞效应，如Ca2+激活的离子通道可直接介导离子的穿膜流动；有些效应蛋白则没有直接的效应，如钙调蛋白通过调节一系列的下游蛋白（包括蛋白激酶、腺苷酸环化酶等），间接引起细胞效应。2.钙调蛋白（calmodulin，CaM）细胞中有多种能够与Ca2结合的、功能复杂的蛋白质，CaM是其中最重要的一种。CaM是真核细胞中的胞质溶胶蛋白，是由148个氨基酸组成的单条多肽构成的酸性蛋白质，相对分子质量为16.7×10。等电点为4.3。不178医学细胞--正文.indd 1782018-5-1817:31
www.hep.com.cn 178 第十章 细胞的社会与疾病 条肽链构成的蛋白质，有一个亲水的催化活性中心和一个膜结合区，在未受到外界信号 刺激的细胞中，它主要分布于细胞质中，呈非活性结构。其激活过程如下：细胞质中由 IP3 引发的 Ca2+ 浓度升高导致 PKC 结合到了细胞膜的胞质面，此处 PKC 在 Ca2+、DAG 以及带负电荷的膜脂磷脂酰丝氨酸的共同作用下被激活。活化的 PKC 以磷酸化的方式对 多种细胞内下游蛋白进行修饰，由此启动细胞的一系列生理和生化反应。②被进一步分 解释放花生四烯酸，以充当信使，或被用来合成其他类花生酸类物质（如前列腺素、凝 血 烷、白三烯等），类花生酸类物质具有多种生物学活性。在不同种类的细胞中，PKC 的激活会导致一系列截然不同的细胞反应。 DAG 只是由 PIP2 水解得到的暂时性产物，寿命只有几秒钟，靠两种方式进行降解： ①被 DAG 磷酸激酶磷酸化，生成磷脂酸（PA），随后 PA 被 CTP 磷酸化为 CMP- 磷脂 酸，再与肌醇作用合成磷脂酰肌醇（PI）。② DAG 被 DAG 酯酶水解生成单酰甘油，再 进一步水解成游离的多不饱和脂肪酸和花生四烯酸甘油，花生四烯酸甘油再被氧化成许 多生物活性代谢物，如前列腺素、白三烯等。从细胞中释放出来的这些生物活性代谢物 可作用于自身或邻近细胞上的受体，引起细胞应答。 （四）钙离子 钙离子（Ca2+）是一个广泛存在的细胞内信使，它参与细胞的多条信号转导通路， 细胞收缩、运动、分泌、分裂等重要活动都需要 Ca2+ 的参与和调节。Ca2+ 的信使作用是 通过其浓度的升高和降低来实现的。 1. Ca2+ 信号的产生 细胞内游离 Ca2+ 浓度是 10-8～10-7 mol/L，比细胞外 Ca2+ 浓度 低 104 ～105 倍。当细胞受到特异性信号刺激后，细胞内的内质网或肌质网等的钙通道 或细胞膜上的钙通道开放，致使细胞内 Ca2+ 浓度瞬时升高，其局部浓度可达 10-6 mol/L， 比原来增加 10～20 倍，由此激活细胞内的 Ca2+ 应答蛋白，产生相应的细胞效应。 介导 Ca2+ 信号转导的 Ca2+ 通道主要有三种：位于细胞膜上的电压闸门 Ca2+ 通道、 内质网膜上的配体（IP3）闸门 Ca2+ 通道、ryanodine（兰尼定：一种植物碱）受体 Ca2+ 通道。不同细胞中钙信号的产生途径存在差异，例如，神经细胞中，细胞膜钙通道的开 放是产生钙信号的主要途径；而在肌细胞中，钙信号的产生则依赖于钙库膜上和细胞膜 上的钙通道的同时开放。与其他细胞内信使一样，Ca2+ 需要与其靶蛋白或靶酶结合才能 传递信息，产生细胞效应。Ca2+ 泵是维持细胞质内 Ca2+ 低浓度的重要蛋白。 Ca2+ 在细胞质中的浓度变化可以是局部的，也可以是整体的，还可能是沿着细胞以 波的形式流动的。但 Ca2+ 作为第二信使仅在局部起特定作用。内质网腔具有与 Ca2+ 结合 的蛋白，这些 Ca2+ 结合蛋白在肌细胞中是集钙蛋白（calsequestrin），而在非肌细胞中是 钙网蛋白（calreticulin），它们与 Ca2+ 结合的亲和力较低，因而易于实现结合 Ca2+ 与游离 Ca2+ 之间的快速转换。99% 的 Ca2+ 是与其结合蛋白结合在一起的结合 Ca2+，仅有 1% 的 Ca2+ 是游离 Ca2+。细胞对 Ca2+ 信号通路的具体效应取决于 Ca2+ 结合的效应蛋白的类型， 有些效应蛋白可以直接发挥细胞效应，如 Ca2+ 激活的离子通道可直接介导离子的穿膜流 动；有些效应蛋白则没有直接的效应，如钙调蛋白通过调节一系列的下游蛋白（包括蛋 白激酶、腺苷酸环化酶等），间接引起细胞效应。 2. 钙调蛋白（calmodulin，CaM） 细胞中有多种能够与 Ca2+ 结合的、功能复杂的 蛋白质，CaM 是其中最重要的一种。CaM 是真核细胞中的胞质溶胶蛋白，是由 148 个氨 基酸组成的单条多肽构成的酸性蛋白质，相对分子质量为 16.7×103 。等电点为 4.3。不 医学细胞-正文.indd 178 2018-5-18 17:31:49
第一节信号转导与疾病同生物来源的钙调蛋白，其氨基酸组成和顺序或完全一样，或仅有少许差异。它耐酸耐热，十分稳定。钙调蛋白与细胞内很多种酶的作用有关。在每个钙调蛋白分子内，有4个可与Ca2结合的区域，它们的一级结构极为相似。3.Ca2+的作用机制细胞内Ca水平通常维持在10-mol/L左右。当外来的刺激使细胞内Ca2+的浓度瞬息间升高至10-6~10-mol/L时，钙调蛋白即与Ca2+结合形成Ca2+CaM复合物，构象改变，螺旋度增加，成为活性分子，进而与其特异性酶结合，使之转变成活性态。当Ca浓度低于10-mol/L时，钙调蛋白就不再与Ca+结合，钙调蛋白和其特异性酶都复原为无活性态。因此，可以根据Ca浓度的变化来控制细胞内很多重要的生化反应。Ca-CaM复合物激活的酶主要包括蛋白质磷酸化酶激酶（phosphorylasekinase，PhK）、肌球蛋白轻链激酶（myosinlightehainkinase，MLCK）、钙调蛋白依颖性蛋白激酶（CaMdependentproteinkinase，CaM-PK）三种类型。Ca+-CaM本身还可通过激活细胞膜上的Ca2+泵，调节细胞内的Ca2浓度。Ca2+也可直接对离子通道进行调节例如活化多种组织细胞膜的K*通道，致使K+顺着电化学梯度扩散到细胞外，使细胞膜处于超极化状态。一些非专一的阳离子通道，在受到Ca2+活化后可使Nat、K的通透性增加。Ca信号的解除主要是通过降低胞质溶胶中的Ca浓度。由IP,磷酸化生成的四磷酸肌醇参与打开细胞膜上的Ca+通道，让胞外的Ca+（10-）进人细胞内，使细胞质中的Ca2浓度较为持久地升高。胞内Ca浓度持久升高，会使钙调蛋白活化，活化的钙调蛋白与膜（细胞膜-内质网膜）上的Ca-ATP酶结合，提高了它对Ca+的亲和力，并使酶的活力提高6~7倍，从而提高转运钙的能力。通过将胞质溶胶中的Ca+迅速泵到细胞外以及泵进内质网腔中，从而使胞质中的Ca2+浓度迅速恢复到基态水平（10-mol/L）并使激活的CaM-蛋白激酶复合物解离，从而失去活性，最终使细胞恢复到静息状态。（五）磷脂酰肌醇-34-二磷酸和磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇（PI）又称肌醇磷脂、肌醇磷酸脂、一磷酸肌醇磷脂，属于磷脂中的磷酸甘油酯，是一类独特的膜脂。PI主要由两部分组成，一是磷酸1,2-二酰甘油，二是肌醇（inositol）。PI的肌醇环上有5个可被可逆地磷酸化的位点，多种激酶可同时或分别磷酸化PI肌醇环上的第4和第5位点，从而产生多种不同的肌醇磷脂。因此，肌醇磷脂是一类化合物的总称，它们除了分子中有不同的两条脂肪酸外，还有二磷酸肌醇磷脂和三磷酸肌醇磷脂。它们在细胞中对于细胞形态、代谢调控、信号传导和细胞的各种生理功都起着非常重要的作用。1.PI（3,4）P和PI（3,4,5）P的生成PI（3,4)P,和PI（3.4,5）P属于二磷酸肌醇磷脂和三磷酸肌醇磷脂，在信息传递中是关键物质之一。它们的前体物质是单磷酸肌醇磷脂和二磷酸肌醇磷脂，起催化作用的酶是磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol3kinase，PI3K），此酶催化磷脂酰肌醇的肌醇环3位发生磷酸化。也就是说，磷脂酰肌醇-4-单磷酸在磷脂酰肌醇3激酶的催化作用下形成磷脂酰肌醇-3，4-二磷酸P1（34）P，，磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸在磷脂酰肌醇3激酶的催化作用下形成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸［PI（3,45）P3]。PI（3,4）P,和PI（3,4,5）P可被特异的肌醇磷脂磷酸酶去磷酸化，以除去肌醇环的3位磷酸，通过这种磷酸化与去磷酸化反应维持其在细胞中的浓度和作用。2.P（34）P和P（3,4,5）P3的作用PI（3,4）P,和PI（3,45）P充当细179医学细胞--正文.indd1792018-5-1817:31
www.hep.com.cn 179 第一节 信号转导与疾病 同生物来源的钙调蛋白，其氨基酸组成和顺序或完全一样，或仅有少许差异。它耐酸， 耐热，十分稳定。钙调蛋白与细胞内很多种酶的作用有关。在每个钙调蛋白分子内，有 4 个可与 Ca2+ 结合的区域，它们的一级结构极为相似。 3. Ca2+ 的作用机制 细胞内 Ca2+ 水平通常维持在 10-7 mol/L 左右。当外来的刺激使 细胞内 Ca2+ 的浓度瞬息间升高至 10-6～10-5 mol/L 时，钙调蛋白即与 Ca2+ 结合形成 Ca2+- CaM 复合物，构象改变，螺旋度增加，成为活性分子，进而与其特异性酶结合，使之转 变成活性态。当 Ca2+ 浓度低于 10-6 mol/L 时，钙调蛋白就不再与 Ca2+ 结合，钙调蛋白和 其特异性酶都复原为无活性态。因此，可以根据 Ca2+ 浓度的变化来控制细胞内很多重 要的生化反应。Ca2+-CaM 复合物激活的酶主要包括蛋白质磷酸化酶激酶（phosphorylase kinase，PhK）、肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）、钙调蛋白依赖性 蛋白激酶（CaM dependent protein kinase，CaM-PK）三种类型。Ca2+-CaM 本身还可通过 激活细胞膜上的 Ca2+ 泵，调节细胞内的 Ca2+ 浓度。Ca2+ 也可直接对离子通道进行调节， 例如活化多种组织细胞膜的 K+ 通道，致使 K+ 顺着电化学梯度扩散到细胞外，使细胞膜 处于超极化状态。一些非专一的阳离子通道，在受到 Ca2+ 活化后可使 Na+ 、K+ 的通透性 增加。 Ca2+ 信号的解除主要是通过降低胞质溶胶中的 Ca2+ 浓度。由 IP3 磷酸化生成的四磷 酸肌醇参与打开细胞膜上的 Ca2+ 通道，让胞外的 Ca2+（10-3）进入细胞内，使细胞质中 的 Ca2+ 浓度较为持久地升高。胞内 Ca2+ 浓度持久升高，会使钙调蛋白活化，活化的钙调 蛋白与膜（细胞膜 - 内质网膜）上的 Ca2+-ATP 酶结合，提高了它对 Ca2+ 的亲和力，并使 酶的活力提高 6～7 倍，从而提高转运钙的能力。通过将胞质溶胶中的 Ca2+ 迅速泵到细 胞外以及泵进内质网腔中，从而使胞质中的 Ca2+ 浓度迅速恢复到基态水平（10-7 mol/L）， 并使激活的 CaM- 蛋白激酶复合物解离，从而失去活性，最终使细胞恢复到静息状态。 （五）磷脂酰肌醇 -3，4- 二磷酸和磷脂酰肌醇 -3，4，5- 三磷酸 磷脂酰肌醇（PI）又称肌醇磷脂、肌醇磷酸脂、一磷酸肌醇磷脂，属于磷脂中的磷 酸甘油酯，是一类独特的膜脂。PI 主要由两部分组成，一是磷酸 1，2- 二酰甘油，二是 肌醇（inositol）。PI 的肌醇环上有 5 个可被可逆地磷酸化的位点，多种激酶可同时或分 别磷酸化 PI 肌醇环上的第 4 和第 5 位点，从而产生多种不同的肌醇磷脂。因此，肌醇 磷脂是一类化合物的总称，它们除了分子中有不同的两条脂肪酸外，还有二磷酸肌醇磷 脂和三磷酸肌醇磷脂。它们在细胞中对于细胞形态、代谢调控、信号传导和细胞的各种 生理功都起着非常重要的作用。 1. PI（3，4）P2 和 PI（3，4，5）P3 的生成 PI（3，4）P2 和 PI（3，4，5）P3 属于二磷酸 肌醇磷脂和三磷酸肌醇磷脂，在信息传递中是关键物质之一。它们的前体物质是单磷酸 肌醇磷脂和二磷酸肌醇磷脂，起催化作用的酶是磷脂酰肌醇 3 激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K），此酶催化磷脂酰肌醇的肌醇环 3 位发生磷酸化。也就是说，磷脂酰 肌醇 -4- 单磷酸在磷脂酰肌醇 3 激酶的催化作用下形成磷脂酰肌醇 -3，4- 二磷酸［PI （3，4）P2］，磷脂酰肌醇 -4，5- 二磷酸在磷脂酰肌醇 3 激酶的催化作用下形成磷脂酰肌 醇 -3，4，5- 三磷酸［PI（3，4，5）P3］。PI（3，4）P2 和 PI（3，4，5）P3 可被特异的肌醇磷 脂磷酸酶去磷酸化，以除去肌醇环的 3 位磷酸，通过这种磷酸化与去磷酸化反应维持其 在细胞中的浓度和作用。 2. PI（3，4）P2 和 PI（3，4，5）P3 的作用 PI（3，4）P2 和 PI（3，4，5）P3 充当细 医学细胞-正文.indd 179 2018-5-18 17:31:49