细胞信号转导
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第一节 概述 第二节 胞内受体信号转导途径 第三节 膜受体的类型及其转导途径 第四节 信号转导的基本特征
第一节
一、基本概念
概述
信号转导signal transduction 胞外 胞内 信号分子 受体
（一）信号分子
也称配体（ ），不参与细胞的 也称配体（ligand），不参与细胞的 配体 ）， 物质代谢和能量代谢， 物质代谢和能量代谢，但能与细胞表 面受体或细胞内受体进行特异性的结 面受体或细胞内受体进行特异性的结 合，然后经信号转导机制变为细胞内 信号， 信号，从而引起细胞内产生一系列的 生物学效应。 生物学效应。
转换部 效应部
(discriminator） ） （transducer）： ） 体向着细胞质的部分， 体向着细胞质的部分， 受体向着细胞外 一般具有酶的活性， 一般具有酶的活性， 识别部与效应部 部分， 部分，多为糖蛋 ， 配体与受体结合前， 配体与受体结合前 ， 之间的偶联部分， 之间的偶联部分 白的糖链， ，只有 白的糖链，可识 它是无活性的， 它是无活性的 将识别部所接受 别不同的配体， 别不同的配体， 受体与配体结合后才 的信号经过转换 被激活， 被激活，引起一系列 狭义受体指此部 传给效应部。 传给效应部。 变化， 变化 位。 ，产生相应的生
细胞信号类型 细胞信号类型 化学信号：激素、神经递质、 化学信号：激素、神经递质、生 长因子等 物理信号：磁场、电场、 物理信号：磁场、电场、声、光、 温度、 电、温度、辐射等 生物大分子信号：蛋白质、多糖、 生物大分子信号：蛋白质、多糖、 核酸等
信号分子根据其溶解性分类
脂溶性信号分子： 甾醇类激素（性激素、肾上腺皮 质激素、蜕皮激素等）。 水溶性信号分子： 神经递质、生长因子、细胞因子、 局部化学递质和大部分激素。
受体（ （二） 受体（receptor） ）
位于细胞表面或细胞内亚细胞结构中 的一种糖蛋白 糖脂分子，它能够选 糖蛋白或 的一种糖蛋白或糖脂分子，它能够选 择性地识别外来信号，并与之结合， 择性地识别外来信号，并与之结合， 外来信号 从而激活或启动一系列生化反应， 从而激活或启动一系列生化反应，产 生特定的生物学效应。（水溶、脂溶） 生特定的生物学效应。（水溶、脂溶） 。（水溶 胞内受体：脂溶性信号分子的受体。 胞内受体：脂溶性信号分子的受体。 膜受体：水溶性信号分子的受体。 膜受体：水溶性信号分子的受体。
偶联G蛋白受体 偶联 蛋白受体
（G-proteinlinked receptor） ） 是指受体和酶或离 子通道之间的相互 作用通过一种结合 GTP的调节蛋白 的调节蛋白 （GTP-binding regulatory protein）介导来 ） 完成。例如M-乙 完成。例如 乙 酰胆碱受体、 肾 酰胆碱受体、β肾 上腺素受体。 上腺素受体。
二、信号转导具有共同的作用机制
磷酸化 去磷酸化
三、信号传导机制的放大作用
四、信号转导具适应性
对刺激反应降低
催化受体（catalytic receptor）受体 ）
的胞质侧部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。 的胞质侧部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。 当配体与受体结合后， 当配体与受体结合后，可激活其酪氨酸蛋 白激酶活性， 白激酶活性，使靶蛋白的酪氨酸残基磷酸 触发细胞内一系列生理活动的变化。 化，触发细胞内一系列生理活动的变化。 例如： 受体。 例如：EGF受体。 受体
R αi β γ cyclase
L
抑制腺苷酸环化酶活性 β γ αi cyclase
R
cAMP的形成与降解
cAMP的生物学效应：特异性活化蛋白激酶A 的生物学效应：
cAMP信号体系产生生物学效应（例） 信号体系产生生物学效应（
cGMP信号体系
cGMP 作 用 于 cGMP 依 赖 性 蛋 白 激 酶 （cGMP dependent Protein Kinase, cGPK) ， 亦 称 为 蛋 白 激 酶 G (Protein Kinase G、PKG)。蛋白激酶 以cGMP 、 。蛋白激酶G以 作为变构效应剂， 作为变构效应剂 ， 在脑和平滑肌中含 量较丰富。 量较丰富。 cGMP与 cAMP在细胞中的浓度及作用 与 在细胞中的浓度及作用 相反， 相反 ， 两者的拮抗作用对调节细胞的 正常代谢是十分重要的。 正常代谢是十分重要的。
应。（迟缓） 。（迟缓） 迟缓
第三节 膜受体的类型及转导途径
离子通道受体（ion channel
receptor） ）
催化受体（catalytic receptor） ） 偶联G蛋白受体（G-proteinlinked receptor） ）
离子通道受体
（ion channel receptor）本身是 ） 离子通道， 离子通道，或者与 离子通道相偶联， 离子通道相偶联， 离子通道的开关受 细胞外配体ຫໍສະໝຸດ Baidu调节。 细胞外配体的调节。 例如： 乙酰胆碱 例如：N-乙酰胆碱 受体。 受体。
偶联G蛋白受体 偶联 蛋白受体
偶联G 偶联G蛋白受体结构 G蛋白的结构 G蛋白的类型 偶联G 偶联G蛋白受体信号转导体系
偶联G 偶联G蛋白受体结构
G蛋白的结构
G蛋白的类型
Gα Associated Effect 2nd Messenger Subclass Effector Protein Gs Gi Gp Gt ↑ ↓ ↑ ↑ Adenylyl cyclase Adenylyl cyclase Phospholipase C Guanyl cyclase cAMP cAMP IP3, DAG cGMP
物效应。 物效应。
第二节 胞内受体介导的信号转导模式
亲脂性信号分子 质膜 非活化状态 受体受体- Hsp90 活化状态 受体受体-配体复合物 核膜
与DNA结合，调节基因的表达 DNA结合， 结合 初级反应阶段 ： 受体-激素与DNA结合，引起转录。（迅速） 受体-激素与DNA结合，引起转录。（迅速） DNA结合 。（迅速 次级反应阶段 ： 初级反应的产物 ，诱导活化更多的基因产生反
cAMP与cGMP的拮抗作用对细胞正常
代谢的调节
第二信使 浓度变化
cAMP cGMP
肝细胞 糖原分解 糖原合成
一般细胞 细胞分化 细胞分裂
Ca
细胞内： 细胞内：10-7 mol/L 细胞外： 细胞外：10-3 mol/L
2+
信号体系
Ca2+在细胞内外的分布
Ca2+进入细胞充当胞内介质的两种方式
（三）膜受体的生物学特征
1. 特异性
受体与配体结合是靠分子之间的 立体构象的互补，具有专一性； 受体与配体结合会引起构象变化， 从而引起细胞内一系列功能转换； 一种配体可以多种受体结合，多 种配体也可与同种受体结合。
（三）膜受体的生物学特征
1. 特异性 2. 高亲和性 解离常数 Kd
Kd ＜10－8 mol/L
信使
第一信使（第一信号）：与膜受体结合的配体（ 第一信使（第一信号）：与膜受体结合的配体（化 ）：与膜受体结合的配体 学信号），不直接参与细胞的物质和能量代谢， 学信号），不直接参与细胞的物质和能量代谢，而 ），不直接参与细胞的物质和能量代谢 作为一种信使起传递信息的作用。 作为一种信使起传递信息的作用。 第二信使（第二信号）：可改变靶细胞中已存在的 第二信使（第二信号）：可改变靶细胞中已存在的 ）： 酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。 酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。
信号转导对细胞生理功能的影响
第二信使（secondary messenger） ）
细胞外信号分子作用于细胞膜上的受 体后，诱导产生的细胞内信号分子。 体后，诱导产生的细胞内信号分子。
第一信使
cyclic AMP
cyclic GMP
IP3/DAG Nitric Arachidonic Oxide Ca2+ Acid
Ca2+/钙调素复合体的分子结构及对酶的调节
Ca2+ calmodulin
Ca2+/ calmodulin
甘油二酯和三磷酸肌醇信号体系（双信使途径） 双信使途径）
甘油二酯、 甘油二酯、三磷酸肌醇双信使的产生及效应
第四节 细胞信号转导的基本特征
一、信号转导是特异性的级联反应过程
识别 一系列反应 网络
（三）膜受体的生物学特征
1. 特异性 2. 高亲和性 3. 饱和性 4. 可逆性 5. 特定的细胞定位
ligand
Receptor
二、受体的结构
胞内受体的结构 DNA结合结构域 转录激活结构域 配体结合位点 抑制蛋白结合位点 膜受体的结构
膜受体的结构
识别部
效应部 识别部 转换部 ） （effector）：受
偶联G 偶联G蛋白受体信号转导体系
cAMP信号体系 cGMP信号体系 Ca 信号体系
2+
甘油二酯和三磷酸肌醇信号体系
双信使体系与Ca2+信 号体系之间的关系
cAMP信号体系
cAMP信号体系的组成
刺激型cAMP信号体系
刺激型cAMP信号体系
刺激型cAMP信号体系
抑制型cAMP信号体系
第一节
一、基本概念
概述
信号转导signal transduction 胞外 胞内 信号分子 受体
（一）信号分子
也称配体（ ），不参与细胞的 也称配体（ligand），不参与细胞的 配体 ）， 物质代谢和能量代谢， 物质代谢和能量代谢，但能与细胞表 面受体或细胞内受体进行特异性的结 面受体或细胞内受体进行特异性的结 合，然后经信号转导机制变为细胞内 信号， 信号，从而引起细胞内产生一系列的 生物学效应。 生物学效应。
转换部 效应部
(discriminator） ） （transducer）： ） 体向着细胞质的部分， 体向着细胞质的部分， 受体向着细胞外 一般具有酶的活性， 一般具有酶的活性， 识别部与效应部 部分， 部分，多为糖蛋 ， 配体与受体结合前， 配体与受体结合前 ， 之间的偶联部分， 之间的偶联部分 白的糖链， ，只有 白的糖链，可识 它是无活性的， 它是无活性的 将识别部所接受 别不同的配体， 别不同的配体， 受体与配体结合后才 的信号经过转换 被激活， 被激活，引起一系列 狭义受体指此部 传给效应部。 传给效应部。 变化， 变化 位。 ，产生相应的生
细胞信号类型 细胞信号类型 化学信号：激素、神经递质、 化学信号：激素、神经递质、生 长因子等 物理信号：磁场、电场、 物理信号：磁场、电场、声、光、 温度、 电、温度、辐射等 生物大分子信号：蛋白质、多糖、 生物大分子信号：蛋白质、多糖、 核酸等
信号分子根据其溶解性分类
脂溶性信号分子： 甾醇类激素（性激素、肾上腺皮 质激素、蜕皮激素等）。 水溶性信号分子： 神经递质、生长因子、细胞因子、 局部化学递质和大部分激素。
受体（ （二） 受体（receptor） ）
位于细胞表面或细胞内亚细胞结构中 的一种糖蛋白 糖脂分子，它能够选 糖蛋白或 的一种糖蛋白或糖脂分子，它能够选 择性地识别外来信号，并与之结合， 择性地识别外来信号，并与之结合， 外来信号 从而激活或启动一系列生化反应， 从而激活或启动一系列生化反应，产 生特定的生物学效应。（水溶、脂溶） 生特定的生物学效应。（水溶、脂溶） 。（水溶 胞内受体：脂溶性信号分子的受体。 胞内受体：脂溶性信号分子的受体。 膜受体：水溶性信号分子的受体。 膜受体：水溶性信号分子的受体。
偶联G蛋白受体 偶联 蛋白受体
（G-proteinlinked receptor） ） 是指受体和酶或离 子通道之间的相互 作用通过一种结合 GTP的调节蛋白 的调节蛋白 （GTP-binding regulatory protein）介导来 ） 完成。例如M-乙 完成。例如 乙 酰胆碱受体、 肾 酰胆碱受体、β肾 上腺素受体。 上腺素受体。
二、信号转导具有共同的作用机制
磷酸化 去磷酸化
三、信号传导机制的放大作用
四、信号转导具适应性
对刺激反应降低
催化受体（catalytic receptor）受体 ）
的胞质侧部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。 的胞质侧部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。 当配体与受体结合后， 当配体与受体结合后，可激活其酪氨酸蛋 白激酶活性， 白激酶活性，使靶蛋白的酪氨酸残基磷酸 触发细胞内一系列生理活动的变化。 化，触发细胞内一系列生理活动的变化。 例如： 受体。 例如：EGF受体。 受体
R αi β γ cyclase
L
抑制腺苷酸环化酶活性 β γ αi cyclase
R
cAMP的形成与降解
cAMP的生物学效应：特异性活化蛋白激酶A 的生物学效应：
cAMP信号体系产生生物学效应（例） 信号体系产生生物学效应（
cGMP信号体系
cGMP 作 用 于 cGMP 依 赖 性 蛋 白 激 酶 （cGMP dependent Protein Kinase, cGPK) ， 亦 称 为 蛋 白 激 酶 G (Protein Kinase G、PKG)。蛋白激酶 以cGMP 、 。蛋白激酶G以 作为变构效应剂， 作为变构效应剂 ， 在脑和平滑肌中含 量较丰富。 量较丰富。 cGMP与 cAMP在细胞中的浓度及作用 与 在细胞中的浓度及作用 相反， 相反 ， 两者的拮抗作用对调节细胞的 正常代谢是十分重要的。 正常代谢是十分重要的。
应。（迟缓） 。（迟缓） 迟缓
第三节 膜受体的类型及转导途径
离子通道受体（ion channel
receptor） ）
催化受体（catalytic receptor） ） 偶联G蛋白受体（G-proteinlinked receptor） ）
离子通道受体
（ion channel receptor）本身是 ） 离子通道， 离子通道，或者与 离子通道相偶联， 离子通道相偶联， 离子通道的开关受 细胞外配体ຫໍສະໝຸດ Baidu调节。 细胞外配体的调节。 例如： 乙酰胆碱 例如：N-乙酰胆碱 受体。 受体。
偶联G蛋白受体 偶联 蛋白受体
偶联G 偶联G蛋白受体结构 G蛋白的结构 G蛋白的类型 偶联G 偶联G蛋白受体信号转导体系
偶联G 偶联G蛋白受体结构
G蛋白的结构
G蛋白的类型
Gα Associated Effect 2nd Messenger Subclass Effector Protein Gs Gi Gp Gt ↑ ↓ ↑ ↑ Adenylyl cyclase Adenylyl cyclase Phospholipase C Guanyl cyclase cAMP cAMP IP3, DAG cGMP
物效应。 物效应。
第二节 胞内受体介导的信号转导模式
亲脂性信号分子 质膜 非活化状态 受体受体- Hsp90 活化状态 受体受体-配体复合物 核膜
与DNA结合，调节基因的表达 DNA结合， 结合 初级反应阶段 ： 受体-激素与DNA结合，引起转录。（迅速） 受体-激素与DNA结合，引起转录。（迅速） DNA结合 。（迅速 次级反应阶段 ： 初级反应的产物 ，诱导活化更多的基因产生反
cAMP与cGMP的拮抗作用对细胞正常
代谢的调节
第二信使 浓度变化
cAMP cGMP
肝细胞 糖原分解 糖原合成
一般细胞 细胞分化 细胞分裂
Ca
细胞内： 细胞内：10-7 mol/L 细胞外： 细胞外：10-3 mol/L
2+
信号体系
Ca2+在细胞内外的分布
Ca2+进入细胞充当胞内介质的两种方式
（三）膜受体的生物学特征
1. 特异性
受体与配体结合是靠分子之间的 立体构象的互补，具有专一性； 受体与配体结合会引起构象变化， 从而引起细胞内一系列功能转换； 一种配体可以多种受体结合，多 种配体也可与同种受体结合。
（三）膜受体的生物学特征
1. 特异性 2. 高亲和性 解离常数 Kd
Kd ＜10－8 mol/L
信使
第一信使（第一信号）：与膜受体结合的配体（ 第一信使（第一信号）：与膜受体结合的配体（化 ）：与膜受体结合的配体 学信号），不直接参与细胞的物质和能量代谢， 学信号），不直接参与细胞的物质和能量代谢，而 ），不直接参与细胞的物质和能量代谢 作为一种信使起传递信息的作用。 作为一种信使起传递信息的作用。 第二信使（第二信号）：可改变靶细胞中已存在的 第二信使（第二信号）：可改变靶细胞中已存在的 ）： 酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。 酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。
信号转导对细胞生理功能的影响
第二信使（secondary messenger） ）
细胞外信号分子作用于细胞膜上的受 体后，诱导产生的细胞内信号分子。 体后，诱导产生的细胞内信号分子。
第一信使
cyclic AMP
cyclic GMP
IP3/DAG Nitric Arachidonic Oxide Ca2+ Acid
Ca2+/钙调素复合体的分子结构及对酶的调节
Ca2+ calmodulin
Ca2+/ calmodulin
甘油二酯和三磷酸肌醇信号体系（双信使途径） 双信使途径）
甘油二酯、 甘油二酯、三磷酸肌醇双信使的产生及效应
第四节 细胞信号转导的基本特征
一、信号转导是特异性的级联反应过程
识别 一系列反应 网络
（三）膜受体的生物学特征
1. 特异性 2. 高亲和性 3. 饱和性 4. 可逆性 5. 特定的细胞定位
ligand
Receptor
二、受体的结构
胞内受体的结构 DNA结合结构域 转录激活结构域 配体结合位点 抑制蛋白结合位点 膜受体的结构
膜受体的结构
识别部
效应部 识别部 转换部 ） （effector）：受
偶联G 偶联G蛋白受体信号转导体系
cAMP信号体系 cGMP信号体系 Ca 信号体系
2+
甘油二酯和三磷酸肌醇信号体系
双信使体系与Ca2+信 号体系之间的关系
cAMP信号体系
cAMP信号体系的组成
刺激型cAMP信号体系
刺激型cAMP信号体系
刺激型cAMP信号体系
抑制型cAMP信号体系