细胞的信号转导和整合
细胞信号转导的机制
细胞信号转导的机制细胞信号转导是细胞内外信息交流和调控的关键过程，它调控着细胞的生理功能和行为。
在细胞内外环境改变时，细胞通过信号传递系统将外界信号转化为细胞内的生物信息，从而导致相应的生理反应。
本文将介绍细胞信号转导的基本机制和其中的重要分子参与者。
一、细胞信号的传递方式细胞信号的传递方式主要包括以下几种：1. 内分泌传递：内分泌激素通过血液循环到达靶细胞，通过与特定的受体结合，触发信号转导。
2. 神经传递：神经递质通过神经元的突触间隙传递到靶细胞上的受体，触发细胞内信号传递。
3. 细胞间传递：细胞之间通过细胞间连接或分泌的信号物质进行信息交流。
4. 化学信号传递：化学物质通过扩散或跨膜运输到达靶细胞上的受体，触发细胞内信号传递。
二、细胞信号转导的分子参与者1. 受体蛋白：受体蛋白是细胞外信号分子与细胞内信号传递分子之间的桥梁。
包括离子通道受体、酪氨酸激酶受体、G蛋白偶联受体等。
2. 第二信使：受体与第一信使结合后，激活细胞内的第二信使分子。
第二信使可以是环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸鸟苷酸（cGMP）、Ca2+等。
3. 细胞内信号分子：第二信使激活下游的一系列细胞内信号分子，如蛋白激酶、蛋白激酶激活因子、转录因子等。
4. 调节蛋白：细胞信号转导的过程中经常伴随着一些调节蛋白的参与，包括G蛋白、蛋白激酶C（PKC）、蛋白激酶A（PKA）等。
三、细胞信号转导的途径1. 酪氨酸激酶途径：酪氨酸激酶受体的激活会激发下游的一系列酪氨酸激酶，进而导致细胞内信号级联反应。
2. G蛋白偶联受体途径：G蛋白偶联受体与G蛋白结合后，激活腺苷酸环化酶，生成第二信使cAMP或cGMP。
3. 细胞内钙离子递增途径：第二信使Ca2+的浓度增加会激活一系列细胞内酶或蛋白，触发下游信号转导。
4. JAK-STAT途径：被细胞因子结合的受体激活JAK激酶，进而激活STAT转录因子，影响基因的转录。
四、细胞信号转导的调控机制1. 反馈调节：反馈调节是细胞信号转导的常见机制之一，包括正反馈和负反馈。
第九章 细胞信号转导知识点总结
第九章细胞信号转导细胞通讯：一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过信号转导产生靶细胞内一系列的生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应。
信号传导：是指信号分子从合成的细胞中释放出来，然后进行传递。
信号传导强调信号的产生、分泌与传送。
信号转导：是指信号的识别、转移与转换，包括配体与受体的结合、第二信使的产生及其后的级联反应等。
信号转导强调信号的接收与接收后信号转换的方式与结果。
受体：是一类能够结合细胞外特异性信号分子并启动细胞反应的蛋白质。
第二信使：细胞外信号分子不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，经信号转导，在细胞内产生非蛋白类小分子，这种细胞内信号分子称为第二信使。
分子开关：细胞信号传递级联中，具有关闭和开启信号传递功能的分子。
信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。
G蛋白偶联受体：指配体-受体复合物与靶细胞的作用是要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞行为的受体。
cAMP信号通路：细胞外信号与细胞相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP水平的变化而引起细胞反应的信号通路。
（磷脂酰肌醇信号通路）双信使系统：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活膜上的磷脂激酶C，使质膜上的PIP2分解成IP3和DAG两个第二信使，将胞外信号转导为胞内信号，两个第二信使分别激活两种不同的信号通路，即IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，实现对胞外信号的应答，因此将这种信号通路称为“双信使系统”。
钙调蛋白：真核细胞中普遍存在的Ca2+应答蛋白。
Ras蛋白：Ras基因的产物，分布于质膜胞质侧，结合GTP时为活化状态，结合GDP时失活状态，因此Ras蛋白属于GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，具有分子开关的作用。
概述细胞信号的整合方式与控制机制
概述细胞信号的整合方式与控制机制细胞信号的传递与控制机制是生物体内至关重要的生命活动之一。
在多细胞生物中，细胞间的信号传递对于维持组织器官的功能、生长和分化具有重要意义。
本文将概述细胞信号的整合方式与控制机制，主要包括以下五个方面：信号接收、信号转导、效应器反应、反馈调节和信号终止。
1.信号接收细胞信号的传递始于信号的接收。
细胞表面存在着多种受体，它们能够识别和结合细胞外环境中的信号分子。
这些信号分子可能来自细胞内或细胞外，包括激素、神经递质、生长因子等。
当受体与信号分子结合后，会产生一系列的构象变化，进而触发下游的信号转导过程。
2.信号转导信号转导是指将接收到的信号传递到细胞内部的过程。
这一过程涉及到一系列的化学反应，最终将外部信号转化为细胞内具体的生理反应。
信号转导的途径多种多样，主要包括：离子通道型、G蛋白偶联型、酶联型和受体型等。
这些途径中涉及到的关键元件包括酶、激酶、磷酸化酶、脱氢酶等，它们在特定的信号转导途径中发挥着不同的作用。
3.效应器反应效应器反应是指细胞对外部信号做出的具体生理反应。
根据信号的性质和类型，效应器反应可能涉及到细胞形态的改变、生长或分化、代谢调节等。
例如，在神经元中，突触处的神经递质通过与受体结合触发一系列的效应器反应，导致神经元产生动作电位或改变其兴奋性。
4.反馈调节反馈调节是一种重要的细胞信号控制机制，它能够根据细胞内外的环境变化对细胞信号进行负反馈或正反馈调节。
负反馈调节能够减弱外部刺激引起的效应器反应，使细胞回到原始状态；而正反馈调节则能够放大外部刺激引起的效应器反应，使细胞状态进一步向刺激方向发展。
例如，在血糖调节中，胰岛素通过负反馈调节降低血糖水平，而胰高血糖素则通过正反馈调节提高血糖水平。
5.信号终止信号终止是细胞信号控制机制的最后一个环节，它能够确保细胞信号传递的短暂性和适应性。
信号终止的方式包括：通过酶降解受体、通过蛋白酶体降解受体、通过内吞作用将受体转运回细胞内等。
细胞生物学第八章细胞信号转导
内容提示
第一节 概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白耦连联受体介导的信号转
导 第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
第一节 概述
一、细胞通讯（cell communication）
1、概念：一个细胞发出的信息通过介质
美国科学家罗伯特· 莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩· 克比尔卡（Brian K. Kobilka ）因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化 学奖。
Robert J. Lefkowitz
Brian K.有：
肽类激素、局部介质、神经递质、氨基 酸或脂肪酸的衍生物、气味分子、光量 子、声等。50%的药物也是通过与G蛋白 偶联的受体结合发挥作用。
快速应答过程
激素
G蛋白偶联的受体 腺甘酸环化酶 cAMP依赖的蛋白激酶A cAMP 底物蛋白磷酸化
G蛋白
生物学效应
肾上腺素使血糖升高的信号通路
肾上腺素
G蛋白偶联的受体 cAMP 升高 磷酸化酶激酶被 磷酸化 糖原分解为 葡萄糖
G蛋白
激活腺甘酸环 化酶 激活cAMP依赖的蛋白激 酶A
糖原磷酸化酶 被磷酸化
第二节 细胞内受体介导的信号转导
亲脂性信号分子通过扩散进入细胞，与胞内受体
结合（前列腺素除外）。通常表现为影响细胞分 化等长期的生物学效应。 一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 1、细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的 基因调控蛋白。有三个结构域。 C-端激素结合位点 三个结构域 中部的DNA或Hsp90结合位点： 富含Cys、锌指结构 N-端转录激活结构域
receptor)
（三）酶耦联的受体（enzyme-linked
细胞生物学第11章-细胞通讯与信号转导
（3）不同的细胞通过各自的受体，对胞外信号应答， 产生相同的效应。如：肝细胞肾上腺素受体和胰 高血糖素受体结合各自的配体激活以后，都能促 进血糖的升高。
（4）一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种 不同的胞外信号，从而启动细胞的不同生物学效 应。
（３）自分泌（autocrine）：
细胞对自身分泌物产生反应，常见于病理 条件下。如：肿瘤细胞合成释放生长因子刺 激自身。
（4）化学突触传递神经信号：
神经细胞兴奋后，动作电位的传递，引起突 触前突起终末分泌化学信号，扩散至突触后细 胞，实现电信号和化学信号之间的转换。
2 通过细胞的直接接触（contactdependent signaling）：即细胞间接 触性依赖的通讯
（3）气体信号分子： 第一个发现的气体信号分子是NO，可以进入细胞直 接激活效应酶，参与体内众多的生理和病理过程。
2. 受体（receptor）
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子, 通过和配体的结合，经信号转导作用，最终表现为生 物学效应。
▪ 受体的结构特点：
多为糖蛋白，至少包含配体结合区和效应区2个 功能区域，分别具有结合特异性和效应特异性。
▪ 特异性 ▪ 放大作用 ▪ 信号终止或下调特征 ▪ 整合作用
第二节
细胞内受体介导的信号传递
一、细胞内受体与基因表达
细胞内受体活化的机制：
激活前：受体和抑制性蛋白结合成复合物 激活后：如果甾类激素和受体结合，导致抑制
性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露出 DNA结合位点，激素－受体复合物与基因调 控区（激素应答元件，hormone response element, HRE）结合，影响基因的转录。
细胞传递信息的信号转导途径
细胞传递信息的信号转导途径细胞在一个有机体中承担着信息传递的重要任务，细胞所接收到的外部信号必须被传递到内部，从而激活或抑制特定的行为和功能。
这种信号传递的过程称为信号转导。
信号转导的途径主要包括细胞表面受体和细胞内信号转导蛋白。
一、细胞表面受体细胞表面受体是指定位于细胞膜上的蛋白质，可以感受到外部环境的信号，并将这些信号转化为细胞内部的信号。
有两种主要类型的细胞表面受体：离子通道受体和型受体。
离子通道受体的作用是通过感受到化学或电学信号来调节细胞的电位或离子浓度。
这些受体如神经元细胞表面的神经递质受体，可以让离子穿过细胞膜，从而改变细胞膜电位。
型受体基本上都是蛋白质，包括G蛋白偶联受体和酪氨酸激酶受体（TK受体）。
G蛋白偶联受体广泛分布在人体内，不仅能感受到最靠近细胞表面的化学信号，也能感受到内分泌系统在人体内分泌的激素。
当受体与信号分子结合时，G蛋白偶联受体在细胞内活动，引起了多种反应，包括调节细胞膜、细胞内酶和G蛋白的活性等。
与刚刚提到的不同，TK受体是通过细胞内部酪氨酸激酶的活性改变来改变细胞功能。
当信号分子和TK结合后，活性发生了改变，细胞内往往会发生一系列反应，以改变细胞的酶活性、内部的蛋白合成和其他生化反应。
二、细胞内信号转导蛋白一旦细胞表面受体被信号分子激活，细胞内信号转导蛋白就被激活了，信息转导向细胞内部进行传递。
参与信息转导的蛋白主要包括激酶和磷酸酶。
激酶被激活时会磷酸化其下游的靶蛋白，磷酸酶则终止下游靶蛋白的振荡。
细胞内信息转导途径主要包括以下几种途径：1.丝裂原激活蛋白（MAPK）途径：MAPK途径的激活是通过一条多步骤的反应路径来完成的。
当活化G蛋白特异性GTP酶时，会导致下游的Mek被磷酸化，引起MAPK的激活。
MAPK激活后可以调节许多细胞转录程序中的基因表达。
2.磷脂酶C（PLC）途径：PLC途径的激活是磷酸水解的结果。
当激活Rhodopsin时，可以激发PLC的活性，从而导致IP3和钙出现，IP3会引起胞质内钙的释放。
细胞的信号转导
一、细胞信号转导概述（一）信号转导的概念在多细胞生物体中，细胞间的信号转导(signaltransduction)与交换对细胞的生存非常重要。
细胞的信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子，并产生生物效应的过程。
通常所指的信号转导是指跨膜信号转导(transmembrane signal transduction)，即生物活性物质（如神经递质、激素、细胞因子等）通过受体或离子通道的作用，将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而对细胞的功能、代谢、生长速度、迁移等生物学行为产生影响。
（二）信号转导系统的基本组成细胞信号转导系统通常由信息分子(signaling molecule)、受体(receptor)、转导体(transducer)及效应体(effector)四个环节组成。
信息分子的受体位于靶细胞的质膜上、胞质或核内，与之相结合的相应信息分子统称为配体(ligand)。
配体与受体的结合可诱导受体的构象发生变化，激活转运体，进而启动细胞内的信息转导途径（如效应体的级联反应），最终导致细胞功能的改变。
（三）信号转导的主要途径根据介导的配体和受体的不同，信号转导可分为两大类，一类是水溶性配体或物理信号作用于膜受体，随后经历跨膜和细胞内信号转导体的依次作用，最终作用于效应体，产生效应。
依据膜受体特性的不同，这类信号转导又有多种通路，主要是由离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联受体和招募型受体介导的信号转导。
另一类是脂溶性配体直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用，这类方式通常都是通过影响基因表达而产生效应。
应当注意到膜受体介导的信号转导也大多可以影响转录因子的活性而改变基因的表达。
（四）信号转导途径间的交互联系细胞信号转导通路的细节非常复杂，涉及蛋白质等相互作用以及相关基因表达的过程，而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成错综复杂的信号网络(signaling network)。
细胞生物学 第十二章 细胞的信号转导
第十二章细胞的信号转导信号转导：细胞之间联系的信号有许多种，由细胞分泌的、能够调节机体功能的生物活性物质是一类重要的化学信号分子，它们通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合，将信号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信号做出适当的反应，这一过程称为信号转导。
第一信使：细胞所接收的信号包括物理信号、化学信号等，其中最重要的是由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质，它们是细胞间通讯的信号，被称为“第一信使”。
激素：由内分泌细胞合成，经血液或淋巴循环到达机体各部位靶细胞的化学信号分子，如胰岛素、甲状腺素等，作用特点是距离远、范围大、持续时间长。
神经递质：由神经元的突触前膜终端释放，作用于突触后膜上的特殊受体，如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等，特点是作用时间短、作用距离短。
局部化学介质：由某些细胞产生并分泌的一大类生物活性物质，包括生长因子、前列腺素和一氧化氮等，它们通过细胞外液的介导作用于附近的靶细胞。
胞外信号分子可根据与受体结合后细胞所产生的效应不同，分为激动剂和拮抗剂。
激动剂：指与受体结合后能使细胞产生效应的物质。
①Ⅰ型激动剂：与受体结合的部位与内源性配体相同，产生的细胞效应与内源性配体相当或更强者②Ⅱ型激动剂：与受体结合的部位不同于内源性配体，本身不能使细胞产生效应，但可增强内源性配体对细胞作用者拮抗剂：指与受体结合后不产生细胞效应，但可阻碍激动剂对细胞作用的物质。
①Ⅰ型拮抗剂：结合于受体的部位与内源性配体相同，可阻断或减弱内源性配体对细胞的效应②Ⅱ型拮抗剂：结合于受体的部位与内源性配体不同，能阻断或减弱内源性配体对细胞的作用。
受体：是一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，能特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。
配体（ligand）：与受体结合的生物活性物质统称为配体，包括激素、神经递质、生长因子、某些药物和毒物等。
膜受体：主要为镶嵌在胞膜上糖蛋白，由与配体相互作用的细胞外域、将受体固定在细胞膜上的穿膜域和起传递信号作用的胞内域三部分构成，其配体是一些亲水的、不能直接穿过细胞膜脂质双分子层的肽类激素、生长因子和递质。
简述细胞信号转导的过程
简述细胞信号转导的过程
第一步，细胞接受外部信号，这些信号可以是化学物质、光信号、声波或机械刺激，它们被接受并转换为电化学信号。
第二步，信号转导，即信号在细胞内传递和转化的过程。
这个过程通常涉及到细胞膜上的受体、信号分子、转导蛋白、酶等多种分子机制。
当信号分子结合到受体上时，受体会发生构象变化，从而进一步激活下游分子。
信号分子和下游蛋白之间的相互作用和信号的传递会不断增强，形成复杂的信号通路。
第三步，信号通路会导致一系列的效应功能，这些功能包括基因表达、代谢和细胞运动等多种生物学过程。
这些生物学过程会进一步影响到细胞的生理和病理状态。
第四步，信号终止，即信号通路的终止。
这个过程包括调节机制和负反馈回路，以避免过度的信号传递和细胞损伤。
信号终止通常包括信号分子的分解、受体的内吞和分解等多种机制。
总之，细胞信号转导是一个复杂的过程，它涉及到多种分子机制和生物学过程。
对于细胞的生理和病理状态来说，细胞信号转导起着至关重要的作用。
- 1 -。
第八章-细胞信号转导
• 化学信号根据其溶解性分为: 亲脂性信号分子：分子小、疏水性强、可透膜与胞内受体结合。
如甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子：分子较大、亲水性强、不能透膜、只能与胞 外受体结合。如神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数 激素… 气体性信号分子(NO)：可以透膜直接激活效应酶。
• 化学信号根据作用方式分为： 内分泌信号、旁分泌信号、突触信号、接触依赖性信号 P220
接触性依赖的通讯
细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。这种通讯方式 在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。（胚胎诱导）
P218
细胞通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯步骤
①信号分子的产生; ②运送信号分子至靶细胞; ③信号分子与靶细胞受体特异性结合,并激活 受体; ④活化受体启动胞内一种或多种信号转导途 径; ⑤引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥信号的解除并导致细胞反应终止。
G-蛋白耦联的受体（G-protein-linked receptor）
酶连受体（enzyme-linked receptor） 受体的两个功能区域：配体结合区（结合特异性）
效应区（效应特异性）
P221
亲水性信号
胞 外 受 体
亲脂性信号
胞 内 受 体
胞外受体和胞内受体
三种类型的细胞表面受体
NO合酶 (NOS)
L-Arg+NADPH
NO+L-瓜氨酸
• NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少 直接与NO的合成有关。
P229
Guanylate cyclase
内源性 NO 由 NOS 催化合成后，扩散到邻近细胞，与鸟苷酸环化酶活 性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性的增加和cGMP 合成增 强。 cGMP作为第二信使介导蛋白质的磷酸化，引起生理生化反应。
细胞生物学笔记-信号转导
细胞的信号转导信号转导(signal transduction):指在信号传递中,细胞将细胞外的信号分子携带的信息转变为细胞内信号的过程完整的信号传递程序:1、合成信号分子;2、细胞释放信号分子;3、信号分子向靶细胞转运;4、信号分子与特异受体结合;5、转化为细胞内的信号,以完成其生理作用;6、终止信号分子的作用;第一节、细胞外信号1、由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质。
如：配体2、配体的概念：指细胞外的信号分子，或凡能与受体结合并产生效应的物质。
3、配体的类型：1）水溶性配体：N递质、生长因子、肽类激素2）脂溶性配体：甲状腺素、性激素、肾上腺激素4、第一信使：指配体，即细胞外来的信号分子。
第二节、受体一、受体的概念：细胞膜上或细胞内一类特殊的蛋白质，能选择性地和细胞外环境中特定的活性物质结合，从而引起细胞内的一系列效应。
二、受体的类型：细胞表面受体胞内受体（胞浆和核内）1、细胞表面受体类型1）离子通道偶联受体：特点：本身既有信号结合位点又是离子通道组成：几个亚单位组成的多聚体，亚单位上配体的结合部位，中间围成离子通道，通道的“开”关受细胞外配体的调节。
2）酶偶联受体：或称催化受体、生长因子类受体，既是受体，又是“酶”。
特点：N端细胞外区有配体结合部，C端细胞质区含特异酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性。
组成：一条肽链一次跨膜的糖蛋白。
3、 G蛋白偶联受体：是N递质、激素、肽类配体的受体。
1）特点：指配体与细胞表面受体结合后激活偶联的G蛋白，活化的G蛋白再激活第二信使的酶类。
通过第二信使引起生物学效应。
2）组成：由一条350-400个氨基酸残基组成的多肽链组成，具有高度的同源性和保守性。
3）G蛋白偶联受体作用特点:分布广，转导慢，敏感，灵活，类型多。
G蛋白偶联受体:G蛋白（由G蛋白偶联受体介导的信号转导）1）、G蛋白的概念：指鸟苷酸结合蛋白配体—G蛋白偶联受体—G蛋白2）、G蛋白的结构特征：①由α、β、γ3个不同的亚单位构成异三聚体（异聚体），β、γ二个亚单位极为相似且结合为二聚体，共同发挥作用。
生物学中的细胞信号转导
生物学中的细胞信号转导在生物学中，细胞信号转导指的是生物体对外界刺激的应答过程。
它是细胞内外信息交流的方式之一，是调节细胞功能协调性的重要机制之一。
细胞信号转导涉及到多种细胞因子、受体、激酶、蛋白质等分子的参与，这些分子通过不同的途径相互作用，最终导致细胞内的生理响应发生改变。
细胞信号转导在生命起源、正常生长发育、免疫应答、代谢调节、疾病治疗等方面都有着重要的作用。
一、细胞信号转导的基本原理细胞信号转导的关键是信号转导通路。
通路的起点是外界刺激分子与受体结合，触发内部信号转导步骤，最终导致下游分子的生理响应。
信号转导的传导方式主要有两种：离子通道介导的直接转导和酶媒介的间接转导。
对于一些水溶性分子，它们可以直接结合受体，形成复合物后通过跨膜通道进入细胞内部，影响细胞内环境。
对于另一些大分子如蛋白质，它们需要通过受体介导的酶结合，启动下游级联反应。
这种级联反应是一种信号放大的机制，一个刺激分子可以激活多个受体，每个受体又能活化很多的下游因子，最终传导效应有可能达到几百倍甚至几千倍。
二、信号通路的分类细胞信号转导通路按照信号的类型、具体传导路线，以及参与分子的类别等多种角度进行分类。
目前最常用的分类方法是按照信号的传导路线：内质网应激、细胞器受损、氧化应激等压力信号通路；Wnt、Notch、TGF-β、Hedgehog等发育调节传导通路；PKC、Ca2+、cAMP等第二信使传导的途径；JNK、NF-κB、MAPK等一系列蛋白质酶级联反应的经典信号传导通路以及几种新型信号通路如PI3K/Akt、APC/β-catenin和Jak/Stat等。
三、信号通路中的基本元素不同的信号通路有不同的特点，但一般都包括信号分子、受体、酶活化、级联反应、二级信使的产生、细胞核入口等基本元素。
信号分子作为通路的起点，是通过途径发挥作用的重要分子。
信号分子可以是内部因子，也可以是外部刺激物，这些刺激物可以分为化学物质、光线、温度以及机械刺激等多种形式。
细胞信号转导的四种途径
细胞信号转导的四种途径
细胞信号转导是指外界刺激通过细胞表面受体传递到细胞内部的过程。
根据信号传递的途径和方式的不同，细胞信号转导可以分为以下四种途径：
1. 直接途径：有些信号分子可以直接通过细胞膜渗透到细胞内，与胞内的受体或靶分子结合，从而触发信号转导。
例如，甲状腺激素可以通过细胞膜渗透到细胞内，与核内的甲状腺激素受体结合，从而调节基因转录。
2. 离子通道途径：一些信号分子可以通过调节细胞膜上的离子通道的开关状态来转导信号。
例如，神经递质乙酰胆碱可以通过结合细胞膜上的乙酰胆碱受体，打开或关闭离子通道，引发细胞内的信号转导过程。
3. 酶级联途径：某些信号分子通过激活或抑制多个酶的活性来转导信号。
例如，酪氨酸激酶受体在受到外界信号刺激后，会自磷酸化并激活下游的信号转导酶，从而引发一系列的酶级联反应。
4. 细胞内信号传导通路：某些信号分子可以通过调节细胞内的信号传导通路来转导信号。
例如，细胞因子肿瘤坏死因子可以通过结合细胞膜上的肿瘤坏死因子受体，激活NF-κB信号传
导通路，引发细胞内的炎症反应。
细胞信号转导的途径不仅多样化，同时也会相互影响和交叉调控，从而产生复杂的信号网络，调节细胞的生理和病理过程。
细胞中的信号转导机制
细胞中的信号转导机制信号转导是细胞内生命活动发生的重要过程之一。
简单来说，信号转导是一种细胞间传递信息的方式，通过生化反应或物理信号，将外部信息传递进入细胞内部，引发一系列生物学效应。
细胞在接受到信号后，会有响应产生，如细胞增殖、分化、死亡、移动、信号的维持、调节等。
本文将从细胞中信号转导的基本模型、内部调节机制以及未来展望三方面展开阐述。
一、信号转导的基本模型细胞内部信号转导的基本模型包括四个环节，分别是信号识别、信号转移、信号放大和信号反应。
其中，信号识别是指细胞膜上的信号受体感知信号并进行转导。
信号转移是指信号分子通过细胞膜、胞内信号通路或胞外分子传递信息。
信号放大是指在信号传递的过程中，信号分子的浓度不断增加。
信号反应则是指最终产生的生物学效应。
而所有这些环节都是相互配合、衔接组成一个完整的整体。
在信号识别阶段，细胞膜上的反应性蛋白具有感知信号并引起相关生物效应的能力。
细胞表面的嵌入式受体可以与外部环境中的诸多信号进行结合，包括化学信号、光信号、机械信号等，通过配体的结合与配体空位的改变，来引起反应性蛋白的构象改变。
在信号转移阶段，外部信号传遍细胞膜后，必须要进入胞内。
通过离子通道和离子泵等直接进入细胞内，并触发胞内信号传导通路步入信号放大阶段。
这个过程中因为需要移动大量的材料，必须利用酶学反应与离子通道协调完成。
在信号放大阶段，胞内信号通路开始发生作用，通过酶学反应、白细胞介素、蛋白激酶或细胞激素等助力，将离子、分子或细胞因子的浓度翻倍，完成了信号传导中的放大。
在信号反应阶段，则是指信号分子引发的稳态生理过程，例如：某种信号分子得以触发铁锤形式的分子动力学方法、或某个质子能流激活一个酸口感受受体等。
二、信号转导的内部调节机制细胞内信号转导不只是简单的“感知-传递-运作”，更多的时候是一个复杂的细胞内反馈系统，具有可调节、可维持和可适应的特点。
在信号识别阶段，受体的数量和类型就可以影响信号传递效率。
细胞信号转导
A、钙信号系统
各种胞外刺激信号可能直接或间接地调 节钙运输系统而引起胞内游离Ca2+浓度的 变化，并导致不同的细胞反应。(静息态细 胞质Ca2+浓度：10-7~10-6mol.L-1,质外体 Ca2+浓度：10-4~10-3mol.L-1，而Ca2+ 库的 Ca2+浓度更高。
高〔Ca2+〕 低〔Ca2+〕 高〔Ca2+〕
• 胞内Ca2+信号通过其受体-钙结合蛋白转 导信号。现在研究得较清楚的植物中的 钙结合蛋白主要有两种：钙调素与钙依 赖型蛋白激酶。
• 钙调素(calmodulin,CaM)是最重要的多功 能Ca2+信号受体，由148个氨基酸组成的单 链的小分子(分子量为17 000～19 000)酸 性蛋白。CaM分子有四个Ca2+结合位点。当 外界信号刺激引起胞内Ca2+浓度上升到一定 阈值后(一般≥１０－６mol.L-1), Ca2+ 与 CaM结合，引起CaM构象改变。而活化的CaM 又与靶酶结合，使其活化而引起生理反应。 目前已知有十多种酶受Ca2+-CaM的调控，如 蛋白激酶、NAD激酶、H+-ATPase等。在以光 敏色素为受体的光信号传导过程中Ca2+-CaM 胞内信号起了重要的调节作用。
受体：指位于细胞质膜上能与化学信 号物质特异地结合，并能将胞外信号转换 为胞内信号，发生相应细胞反应的物质。
特点：特异性、高亲和性、可逆性、 饱和性等，多为蛋白质。
细胞生物学 第8章 细胞信号转导
Adenylate cyclase
④环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase, PDE）：降解
cAMP生成5’-AMP，起终止信号
的作用。
Degredation of cAMP
⑤蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催 化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合， 使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激 活蛋白激酶A的活性。
通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的 受体分子相结合，影响其他细胞。如精子和卵子之间的识 别，T与B淋巴细胞间的识别。
3.细胞间隙连接
两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。
连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小分 子物质如Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞
1. 信号分子的产生
信号分子
2. 细胞识别（Cell recognition）
受体蛋白 3. 信号转导（Signal transduction） 4. 引发生物学效应 5. 信号的解除
细胞信号转导
指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)
结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋
白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一)、 G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成：αβγ三个亚基， β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态， 结合GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性， 能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体 状态。α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。
细胞信号转导的特点
细胞信号转导的特点
细胞信号转导是指细胞外因子通过与受体（膜受体或核受体）结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始表达、各种生物学效应形成的过程。
其特点主要包括以下几点：
1. 反应迅速：对外源信息的反应信号的发生和终止十分迅速。
2. 级联放大效应：信号转导过程是多级酶促反应，因而具有级联放大效应，以保证细胞反应的敏感性。
3. 通用性：细胞信号转导系统具有一定的通用性，一些信号转导分子和信号转导通路常常为不同的受体所共用。
4. 信息交流：不同信号转导通路之间存在广泛的信息交流。
5. 高度亲和力与高度特异性：细胞能够识别与之相接触的细胞，或者识别周围环境中存在的各种信号（来自于周围或远距离的细胞），并将其转变为细胞内各种分子功能上的变化，这一过程具有高度亲和力和高度特异性。
6. 改变细胞功能：细胞信号转导能将这种分子活性的变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能。
7. 适应性：细胞信号转导的最终目的是使机体在整体上对外界环境的变化发生最为适宜的反应，以维持细胞的生长、代谢和功能。
了解这些特点有助于更好地理解细胞如何感知和响应外部刺激，以及如何维持机体的稳态。
如需了解更多相关信息，建议查阅细胞生物学教材或文献。
生理学研究中的细胞信号转导
生理学研究中的细胞信号转导细胞是生命的基本单位，在人体内扮演着重要的角色。
为了完成各种生理活动和维持正常的生命活动，细胞需要与周围环境进行沟通。
这种沟通是通过各种信号转导方式来实现的。
信号转导包括一个或多个分子的信号在细胞内或之间传递的过程。
凭借这种方便的交流机制，细胞可以感知外界变化，与周围环境协调反应，从而保持正常的生理状态。
下面，我们将探讨生理学研究中的细胞信号转导。
1. 信号转导的类型信号转导分为三种类型：内源性信号、外源性信号和混合型信号。
内源性信号是指生物体内部细胞产生的信号。
人体内产生的各种激素就是内源性信号。
激素是一种化学物质，能够通过血液循环或者直接作用于特定的细胞跨越短距离或者远距离发挥生物调节作用。
外源性信号是指生物体外部环境产生的信号。
例如，光线、温度、湿度、气味等都是外源性信号。
细胞可以通过其表面的质量传感器、受体、酶以及信号转导器等接受外源性信号。
混合型信号是内源性和外源性信号组成的信号。
2. 细胞膜上信号转导大多数的细胞都包裹着一个由脂质和蛋白质构成的膜，称为细胞膜。
细胞膜上的信号转导主要通过靠近膜表面的受体蛋白来完成。
不同的细胞膜上受体可响应不同种类的信号分子，例如荷尔蒙、神经递质、光线、气味、声音等。
膜上受体在感受到信号分子后，会掀起一系列的反应，最终导致细胞内的一些特定的变化。
例如，肌肉细胞上的钙离子通道就是一种膜上受体，它响应神经递质的信号分子，从而使钙离子流入肌细胞，从而使肌肉收缩。
膜上受体激活后，会引起一些特定的酶的活化，如蛋白激酶、蛋白激酶C等。
这些酶活化后，将自身磷酸化或者磷酸化其他蛋白，进而调节了各种生物过程。
3. 细胞内信号转导除了膜上信号转导，细胞内信号转导也是极为重要的一种信号转导方式。
它通过蛋白质间的物质相互作用，从而发生信号传递。
细胞内信号转导主要包括三个步骤：激活、传递和反应。
在第一步激活中，细胞内激活子被特定的受体激活。
这些激素、神经递质或内生性化学物质等在细胞内激活了特定的受体，而激活受体的化学过程就是激活子。
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6.1.4 基于G蛋白信号转导的感受器响应
两位美国科学家理查德· 阿克塞尔和琳 达· 巴克荣获2004年的诺贝尔生理学及医 学奖。他们所进行的的研究阐释了我们 的嗅觉系统是如何运作的。他们发现了 一个大型的基因家族。这一基因家族由 1000种不同的基因组成(占我们基因总数 的百分之三)，这些基因构成了相当数量 的嗅觉受体种类。这些受体位于嗅觉受 体细胞之内，这些细胞在鼻上皮的上端， 可以探测到吸入的气味分子。
嗅觉系统
气味分子与嗅觉系统中的嗅觉神经元上的纤毛 质膜上的气味分子受体蛋白结合，通过G蛋白 偶联受体介导的信号途径产生高水平cAMP， cAMP引起纤毛质膜上环核苷酸门控通道开启， 引起Na电流，膜电位变化，生物电信号沿着 神经元轴突传向脑中嗅球，传向嗅觉中枢，产 生嗅觉。
味觉系统
味觉分子（sugar）与味觉细胞上的受体蛋 白结合后，通过G蛋白偶联受体介导的信号 转导途径产生cAMP；接着cAMP触发蛋白激 酶A转导途径：活化的蛋白激酶A使质膜上 的K离子通道关闭，于是质膜对K离子通透 性减小，导致电压门控Ca离子通道开启， Ca离子扩散进入味觉细胞；胞内Ca浓度增 加引起突触小泡向质膜方向运动并释放神 经递质；神经递质与感觉神经元末梢膜受 体结合，将化学信号转化成电信号传入中 枢产生味觉。
6.1 细胞表面受体介导的信号转导
6.1.1 活化腺苷环化酶的G蛋白偶联受体
6.1.2 活化磷脂酶C的G蛋白偶联受体
6.1.3 通过G蛋白偶联受体活化基因转录 6.1.4 基于G蛋白信号转导的感受器响应
跨膜信号转导过程包括：
胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识 别，受体被活化； 通过胞内信号转导物(蛋白激酶，第二信 使等) 的相互作用传递信号； 信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞 应答（如激活核内转录因子，调节基因 表达）。
6.2 细胞内受体介导的信号转导
6.2.1 定位于细胞内的亲脂性分子的受体 1. 受体存在部位 细胞质：糖皮质激素和盐皮质激素 细胞核：雌激素、孕酮、甲状腺素
细胞内受体的本质：激素激 活的基因调控蛋白。 三部分组成： C-端激素结合位点 中部的DNA或Hsp90结合位 点 N-端转录激活结构域 Fig. 细胞内受体蛋白超家族
6.4.4 脑的高级功能
觉醒和睡眠 觉醒（arousal）：指一种可以感知外部世界、 大脑处于正常工作的生理状态。 睡眠（sleep）：指一种不断的接受外部的刺 激却没有感知到刺激存在时的生理状态。 网状激动系统（RAS）在调控，RAS被抑制就 由觉醒转入睡眠 血清素（5-羟色胺）--睡眠神经递质 牛奶 褪黑色素白天夜里多
小脑：接收整合大脑发出的有关运动指令，协 调运动和平衡；接收听觉和视觉信息；协调知 觉和识别功能并进行纠错，与学习记忆有关 间脑：包括上丘脑、丘脑和下丘脑 上丘脑：松果腺和脉络从 丘脑：感觉信息传入大脑的输入中心；运动 信息的主要输出中心；调节人的情绪和觉醒。 下丘脑：负责内环境调节
大脑：左右半球 半球：大脑皮质（外面覆盖的灰质）、内部 的白质（髓质）和深部的基底神经节 实施高级功能的关键部位
G蛋白
G-蛋白(G-protein)是一种鸟苷酸结合蛋白，是由α、 β和γ三个亚基组成的异三聚体，β和γ亚基总是紧 密结合在一起作为一个功能单位Gβγ
G-蛋白介导的信号转导的机制：G-蛋白循环。
Gα亚基可分为Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍乱毒 素（CT）或百日咳毒素（PT）修饰。 G-pr的效应物：离子通道、腺苷酸环化酶、磷脂 酶C、磷脂酶A2等
6.4 脑科学和认知科学
6.4.1 人脑的结构 6.4.2 大脑皮质功能特征 6.4.3 人类大脑的进化 6.4.4 脑的高级功能
6.4.1 人脑的结构
人脑：由神经元和神经胶质细胞组成（前后中） 脑干：由中脑、脑桥和延脑组成，是呼吸中枢 和活命中枢。 延脑：控制呼吸、心脏和血管功能以及吞咽、 呕吐和消化等内脏功能 脑桥：参与调节延脑的呼吸中枢 中脑：包含若干接收和整合多种感觉信息的 中心
第六章
细胞的信号转导与整合
主要内容
6.1 细胞表面受体介导的信号转导 6.2 细胞内受体介导的信号转导
6.3 通过突触传导神经信号 6.4 脑科学
总论（概念）
信号传导（signal transduction）：指信号从一种 物理的或化学的形式转化为另一种形式。或指通 过一种胞外的信号与受体结合而引发的一系列过 程，并最终触发一种或多种特意的细胞应答。 细胞信号分子（singnal molecule）：指任何存在 于胞外或胞内可以介导细胞对其外界环境或其他 细胞做出应答的分子。 第一信使：细胞外信号分子 第二信使：指第一信使与受体作用后在胞内最早 产生的信号分子。
NO信号分子的作用机制
Fig. NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
血管神经末梢释放乙酰胆碱作用于血管内皮细胞， 被激活的血管内皮细胞产生并释放NO，通过扩散进 入临近平滑肌细胞，导致血管平滑肌舒张
6.3 通过突触传导神经信号
6.3.1 神经元结构 由细胞体、轴突和树突三部分 基本结构和功能： 1.胞体有尼氏体的核外染色质； 2.树突为胞体突起，多而细，增加接受信息面； 3.每个神经元只有一个轴突； 4.树突是信息的接收端，轴突是信息的输出端。 即在神经元中信息传导具有方向性。
近似昼夜规律 生物钟：24小时11分 输入途径-----光照、温度、声音等引起其运作 生物钟本身------基因调控的震荡机制 输出途径 语言和说话 发声：Broca区 听到说话：Wernicke区
情绪 杏仁核、海马、嗅球；大脑皮质叶一些内部 部分和丘脑、下丘脑的某些部分 调节情绪-----额叶皮质 记忆和学习 短时记忆 长时记忆 意识
细胞内信使 （ INTRACELLULAR MESSENGER ）
cAMP cGMP IP3和DAG Ca2+ NO
6.1.1 活化腺苷环化酶的G蛋白偶联受体
M.Rodbell和A.Gilman荣获1994年诺贝尔生理学及医学奖
1.cAMP信号通 路 （1）细胞外信 号结合所诱导 的G蛋白的活化
视觉系统
光线照射视杆细胞活化视紫红质；活化的视 紫红质活化转导蛋白G蛋白；G蛋白活化磷脂 二酯酶（PDE）；活化的PDE促使cGMP水解 成GMP，使原结合在Na离子通道上的cGMP 离开，因此Na离子通道关闭，膜对Na离子通 透性降低，视杆细胞膜内电位向负值加大方 向变化，阻断了谷氨酸释放，停止了它对双 极神经细胞和神经节细胞的“抑制”，视杆 细胞将光能转化成生物电，沿着双极神经细 胞、神经节细胞和视神经轴突传到大脑，产 生视觉。
细胞表面受体与跨膜信号转导的 三种模式
1、激动剂控制的离子通道型受体 2、G蛋白偶联型受体 3、具有酶活性的受体
离子通道型受体
共同特点是： 是有多亚基组成受体/离子通道复合 体，除本身有信号接受部位外，又 是离子通道，其跨膜信号转导无需 中间步骤，反应快，一般只需几毫 秒
（1）配体（非电压）依赖性复合体； nAchR （2）电压依赖性复合体
细胞信号
1、生物大分子的结构信号： 蛋白质、多糖、核酸的结构信息
2、物理信号：电、光、磁
3、化学信号： 细胞间通讯的信号分子：激素、神经递质与神经肽、 局部化学介导因子、抗体、淋巴因子 4、细胞内通讯的信号分子 ：cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, DG、NO
受体： 是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识 别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体） 结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最 后导致该信号物质特定的生物效应。 两个功能： 1、识别特异的配体；2、把识别和接受的信号准 确无误的放大并传递到细胞内部，产生特定的细 胞反应。 结合特点： 1、同一配体可能有两种或两种以上的不同受体； 2、配体与受体结合的饱和性 受体数目恒定；但是相对的
NO通过扩散进入血管平滑肌细胞，与NO受体 结合，激发细胞内可溶性鸟苷环化酶活性，鸟 苷环化酶催化GTP生成cGMP和PPi； cGMP导致蛋白激酶G（PKG）活化，该酶触发 的通路使肌肉松弛和血管舒张； 刺激ANF（心钠素）位于平滑肌细胞表面的受 体，同样可刺激内源鸟苷酸环化酶激活，导致 cGMP量增加，肌肉松弛。
6.4.2 大脑皮质功能特征
皮质功能单侧化（不对称性） 左半球：语言、数学、逻辑思维、相互关联 的信息加工； 右半球：模型识别、脸部识别、空间关系、 非语言思考、一般情感处理以及多种信息同时 处理、应激反应、音调类型 信息在大脑皮层中的加工
6.4.3 人类大脑的进化
大脑结构的比较 脑容量：黑猩猩的3倍 大脑新皮质：高度褶皱 皮质细胞组成：层数最多 皮质祖细胞：分裂次数最多 局部特征：灵长类动物视觉发达（人眼狗鼻） 皮质功能不对称性：由不对称基因调控 智力与大脑皮质发育：智力与皮质活化程度相关 与大脑功能相关基因的进化
6.1.2 活化磷脂酶C的G蛋白偶联受 体
6.1.3 通过G蛋白偶联受体活化基因转录
举例：配体与G蛋白偶联受体结合活
化基因表达的过程
1.配体与G蛋白偶联受体结合激活腺苷环化酶， 催化ATP生成cAMP； 2.cAMP活化蛋白激酶PKA； 3.进入细胞核的活化PKA在ATP参与下使cAMP 应答元件结合蛋白（CREB）磷酸化； 4.磷酸化的CREB蛋白与含有CRE的靶基因结合， 并与CBP/P300相互作用控制基因的转录。
6.3.2 神经元动作电位
静息电位 动作电位
6.3.3 突触的结构 突触（synapse）：指神经元之间或神经元与 效应器（接受神经冲动而完成反射活动者，如 肌肉、腺体等）细胞之间传导信息的结构。 突出的结构：前膜、间隙、后膜；突触小泡中 含神经递质 神经递质：神经元分泌的、传递神经信息的信 使；兴奋性：ACh、多巴胺、去甲骨肾上腺素 抑制性：γ-氨基丁酸、甘氨酸