1、肌醇磷脂信号系统肌醇磷脂信号系统第十二组第十二组李春艳李春艳 王春莹王春莹 申春燕申春燕 刘俊刘俊 季世强季世强 肌醇磷酸代谢循环过程肌醇磷酸代谢循环过程 肌醇磷酯信号系统肌醇磷酯信号系统 这是以这是以肌醇磷酸代谢肌醇磷酸代谢为基础的细胞信号系统为基础的细胞信号系统特点特点胞外信号被膜受体接受胞外信号被膜受体接受肌醇三磷酸肌醇三磷酸（IP3）二酰甘油二酰甘油（DAG）同时产生两个胞内信号分子同时产生两个胞内信号分子IP3/Ca2+途径途径DAG/PKC途径途径因此把这一信号系统称为因此把这一信号系统称为“双信号系双信号系统统” 一、 系统组成与信号分子 系统组成v由三个成员组成：受体、G蛋白和
2、效应物。Gq蛋白也是异源三聚体，其亚基上具有GTP/GDP结合位点，作用方式与cAMP系统中的G蛋白完全相同。该系统的效应物是磷酸肌醇特异的磷脂酶C- （PLC ）,此处的 表示一种异构体。信号分子v与该系统受体结合的信号分子有各种激素、神经递质和一些局部介质二、第二信使的产生 v该途径有三个第二信使：IP3、DG、Ca2+。产生过程包括磷脂酶C的激活，IP3/DG的生成，Ca2+的释放。v磷脂酶C相当于cAMP系统中的腺苷酸环化酶，也是膜整合蛋白，它的活性受Gq蛋白调节。当信号分子识别并同受体结合后，激活Gq蛋白的亚基。激活的Gq-a亚基通过扩散与磷脂酶C接触，并将磷脂酶C激活。v被激活的磷
3、脂酶C水解质膜上的4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）,产生三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）.vIP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高，激活各类依赖钙离子的蛋白。vDG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（PKC）。PKC以非活性形式分布于细胞质中，当细胞接受刺激，产生IP3,使Ca+浓度升高，PKC便转位到质膜内表面，被DG活化，PKC可以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化使不同的细胞产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和分化等。三、IP3 激活 Ca2+ 信号途径膜电位、受体膜电位、受体G蛋白、蛋白、PKA胞浆胞浆Ca2+（1
4、mol/L）膜钙通道膜钙通道IP3内质网钙通道内质网钙通道PKC（一） IP3 受体 IP3受体为四聚体。每个亚基含有三个结构域：受体为四聚体。每个亚基含有三个结构域：配体结合域配体结合域调节调节/转导域转导域通道域通道域NCIP3受体受体 （二）影响IP3R钙通道活性的因素：Ca2促进开放：巯基试剂、促进开放：巯基试剂、ATP抑制开放：肝素、抑制开放：肝素、 Mg2与与H被被PKA磷酸化后对磷酸化后对IP3敏感性下降敏感性下降（三）第二信使Ca2+的作用v由IP3动员释放到细胞内的Ca2+除了参与蛋白激酶C的激活以外，在细胞的生命活动中还有许多重要作用，包括细胞分裂、分泌活动、内吞作用、受精
5、、突触传递、代谢以及细胞运动。（四）细胞中Ca2+浓度及其控制v在静息状态的细胞中，Ca+浓度维持在非常低的水平，通常只有10-7M。但在细胞外和某些膜结合细胞器，如ER中Ca2+浓度比胞质溶胶中要高10000倍。v细胞质中的低Ca2+浓度是通过各种通道和运输泵控制的 1. 钙库钙库肌细胞肌质网系统肌细胞肌质网系统(SR)非肌细胞内质网非肌细胞内质网(ER) 钙库具备：钙库具备：高浓度的钙高浓度的钙高容量低亲和力的钙结合蛋白高容量低亲和力的钙结合蛋白ATP酶系统酶系统钙释放受体通道钙释放受体通道 Ca2/磷脂结合蛋白：磷脂结合蛋白：是一种可结合磷脂的是一种可结合磷脂的Ca2结合蛋白，结合蛋白，
6、与磷脂的结合可以使其与磷脂的结合可以使其Ca2亲和性和酶亲和性和酶活性增加。活性增加。如膜联蛋白族和如膜联蛋白族和C2区结构蛋白。区结构蛋白。 膜联蛋白族膜联蛋白族介导膜融合、促进细胞分泌、控制介导膜融合、促进细胞分泌、控制激素与递质释放、抑制激素与递质释放、抑制PLA2与与PKC的活的活性、参与细胞增殖与分化。性、参与细胞增殖与分化。 C2区结构蛋白区结构蛋白C2区名称源于区名称源于cPKC的的Ca2/磷脂结磷脂结合域，含有合域，含有C2区的蛋白称为区的蛋白称为C2蛋白。蛋白。PKC、PLA2、PLC、GAP、突触、突触结合蛋白等都属于结合蛋白等都属于C2蛋白。蛋白。它们具有它们具有Ca2依
7、赖性转位，并可与依赖性转位，并可与细胞内活化的细胞内活化的PKC受体（受体（receptors for activated PKC，RACK）结合。）结合。 2. Ca2释放通道受体释放通道受体有有Ryanodine受体（受体（RyR）和）和IP3受受体。体。 Ca2对于对于IP3受体和受体和RyR受体具有双向受体具有双向作用。作用。 3. Ca2的信号传递的信号传递依靠细胞内外的依靠细胞内外的Ca2浓度差，有时浓度差，有时间和空间两种传递形式：间和空间两种传递形式：空间形式，亦称空间形式，亦称Ca2波；波；时间形式，称为时间形式，称为Ca2振荡，是振荡，是Ca2周期性瞬变，以频率编码外来刺激
8、的信周期性瞬变，以频率编码外来刺激的信息。息。 4. Ca2平衡的维持平衡的维持细胞内细胞内Ca2蛋白质表达异常、激活蛋白质表达异常、激活Ca2依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶蛋白质降解、活化核酸内切酶引起蛋白质降解、活化核酸内切酶引起DNA分解分解不可逆的细胞损伤不可逆的细胞损伤 （1） 质膜钙泵质膜钙泵(Ca2-ATP酶酶)依赖依赖ATP将胞内的将胞内的Ca2排到胞外。排到胞外。主要受主要受CaM、酸性磷脂和激酶介导、酸性磷脂和激酶介导的磷酸化所调控。的磷酸化所调控。 （2） Na/Ca2交换交换Na/Ca2交换的能量来源于交换的能量来源于Na的电化学梯度与膜电位，主要受胞内外的电化学梯度与膜
9、电位，主要受胞内外Ca2和和Na的浓度以及的浓度以及ATP的支配。的支配。cytosol （3） 胞内钙库胞内钙库Ca2-ATP酶酶有多种异构体，并具组织特异性，有多种异构体，并具组织特异性，统称为内质网钙泵（统称为内质网钙泵（SERCA）。）。能被能被PKA和和CaMK活化。活化。 四、四、DAG激活激活PKC信号途径信号途径 活化的活化的PKC可使多种蛋白质磷酸化：可使多种蛋白质磷酸化：v激活激活AC，调节，调节cAMP的浓度；的浓度；v对基因转录激活调节：对基因转录激活调节：磷酸化磷酸化AP-1家族；家族；磷酸化转录因子抑制物。磷酸化转录因子抑制物。 PKC参与调节的主要细胞效应：参与调
10、节的主要细胞效应：v对膜离子转运功能的调节；对膜离子转运功能的调节；v对膜受体功能的调节；对膜受体功能的调节；v参与生物活性物质的合成与分泌；参与生物活性物质的合成与分泌；v参与糖代谢的调节；参与糖代谢的调节；v对转录过程的调节。对转录过程的调节。五、第二信使的终止vIP3信号的终止时通过去磷酸化形成IP2,或被磷酸化形成IP4。Ca2+由质膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交换器将抽出细胞，或由内质网膜上的钙泵抽进内质网。vDG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。由于DG代谢周期很短，不可能长期维持PKC活性，而细
11、胞增殖或分化行为的变化又要求PKC长期活性所产生的效应。现发现一种DG生成途径，即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生的DG,用来维持PKC的长期效应。六、双信使途径之间的相互作用六、双信使途径之间的相互作用在大多数情况下，在大多数情况下，DAG/PKC 通路和通路和 IP3/Ca2+通路相互协同起作用。如血小板活通路相互协同起作用。如血小板活化、平滑肌收缩、基因表达调控、细胞增化、平滑肌收缩、基因表达调控、细胞增殖等生理活动都需要两条通路的协同。殖等生理活动都需要两条通路的协同。图3 IP3和DG的作用致谢：致谢：v感谢老师给我们这次实践的机会感谢老师给我们这次实践的机会v感谢小组成员的支持与帮助感谢小组成员的支持与帮助
