信号转导(研究生)
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细胞信号转导 Cellular signal transduction
秦燕 生理学与病理生理学教研室
第一节 概 述
多细胞生物体必须具备完善的信号转导系统统 一协调其正常的生理功能。
细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、 激素、细胞因子等。
代谢或功能改变
一、细胞信号转导的定义及特征
1. 定义：通常是指细胞通过细胞表面受体（或胞 内核受体）接受外界信号，通过系统级联传递机 制，将胞外信号转导为胞内信号，最终引起细胞 生理效应或诱导特定基因的表达，引起细胞的应 答反应。
(2) 细胞信号转导不仅仅是简单的信号传递，同时还具有信号 放大功能。
(3)跨膜信号转导虽然涉及多种刺激信号在多种细胞引发的多种 功能改变，但转导过程都是通过少数几种类似的途径或方式 实现的。
二、信号转导的网络化
1.不同种类受体或配体的相互作用 2.不同类型蛋白激酶的相互作用 3.不同转录因子与DNA元件的相互作用
一个受体可以激活多个G蛋白，一个G蛋白可以转导 多个信息效应机制，调节许多细胞功能。
4.细胞内受体
可穿过细胞的第一信使 亲脂性化学信号分子
产生新的mRNA 蛋白质
胞质或核内 受体结合
激活胞质或核内 的化学级联反应
胞内受体通常与抑制性蛋白结合，信号分子与受体结合后 受体与抑制性蛋白分开，受体不再受抑制，其表面暴露出 一段DNA结合区域。可直接作用于核DNA，影响转录。
如：神经营养因子受体TrK家族、某些生长因子 胰岛素的受体
3.G蛋白偶联受体 G-protein coupled receptors GPCR 由七个α螺旋组成的独立蛋白质分子
7次跨膜，6个袢 羧基、氨基内外放
G-蛋白耦联受体的数量最多，如α、β肾上腺素、 M-乙 酰胆碱、 5-羟色胺、多巴胺、阿片类、嘌呤类、前列腺素及 多肽激素的受体
信号转导参与所有的细胞生命活动：
⑴ 细胞代谢 ⑵ 细胞分裂 ⑶ 细胞分化 ⑷ 细胞功能活动 ⑸ 细胞死亡
细胞跨膜信号转导主要涉及： ☆胞外信号的识别与结合;
化学信号、物理性刺激信号（温度、机械 力、生物电、电磁波等）
☆信号跨膜转导; ☆胞内效应
细胞代谢和功能的变化
2、跨膜信号转导的共同特征
(1) 不同形式的外界信号作用于细胞时，这些外界信号通常 并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面 的相应受体(即膜受体），受体被激活后再引起受体后的其他信 号分子的顺序激活和信号转导，将外界环境变化的信息以新的 信号形式传递到膜内，再引发细胞相应的功能改变，包括细胞 出现电反应或其他功能改变。
2.与载体蛋白结合后进入细胞
典型代表：维生素B12、胆固醇 acceptor
胆固醇 在血液中
结合特异性载体蛋白（LDL）
细胞膜上的受体识别载体蛋白并将其摄入
3.通过受体的跨膜信息传递： 如神经递质、神经营养因子
这些分子存活期短，或代谢快速，或被结合的受体内吞。
通常所说的跨膜机制传递多指此类机制！
（二）可穿过细胞的信息分子
是指可以通过脂质双分子层，自由进入细胞， 与胞质或胞核内的相应受体结合，从而影响基因的 活动。如神经甾体
（三）和细胞偶联的信息分子
通常位于细胞外侧，作用于物理位置紧邻的靶 细胞。如整合素、影响突触生长的神经细胞粘附分子等
二、受 体 Receptor
（一）定义：细胞在进化过程中形成的蛋白组分，能识别周 围环境中某种微量化学物质，首先与之结合，并通过中介的信 息转导与放大系统，触发随后的生理反应或药理效应。
能与受体特异性结合的物质----配体 能激活受体的配体----激动药
阻断受体活性的配体----拮抗药
识别→→→转导→→→效应
（二）.分类：
根据受体本身的结构及其效应体系的不同，可以把受体 分成两大类：
离子通道偶联型受体 表面受体 酶偶联型受体
G蛋白偶联受体
细胞内受体
1.离子通道偶联型受体 channel-linked receptor
N型乙酰胆碱受体----2α、 β 、γ 、δ 5个亚单位组成 效应：将化学信号转变为电信号而影响细胞的功能。
受体活化→ →离子通道开放→ →细胞膜去极化或超极化→ →引起兴奋或抑制效应。
离子通道 型受体
阳离子通道：乙酰胆碱受体、谷氨酸受体、 五羟色胺受体
阴离子通道：甘氨酸受体、γ-氨基丁酸受体
亦称配体门控性离子通道。它既是受体又是离子通道。 受体= 配体结合部位 + 离子通道
化学信号
通道开放或关闭
ห้องสมุดไป่ตู้
配体与受体结合后改变离子通道的活性,或开放或关闭
直接受配体的控制。
如：N型乙酰胆碱受体、GABAA受体 NMDA受体、甘氨酸受体等
组成：由单一肽链反复4次穿透细胞膜形 成1个亚单位，分子量约60kD，约由500 个氨基酸残基构成。并由4-5个亚单位共 同在膜中形成一个亲水性的通道，又称 环状受体。
（三）受体-配体识别结合的特点：
受体与配体的识别基于分子的热运动和静电引力 以及大分子的诱导契合机制。
第二节 第一信使和受体
一、第一信使：信息途径的激活
不可穿过细胞的 可穿过细胞的
属于分泌分子，由突触前膜释放。
和细胞耦联的
直接结合于细胞膜上的受体
（一）不可穿过细胞膜的信息分子
包括：蛋白质、多肽类、生物胺等其他小分子
信息传递方式： 1.简单直接摄入：通过膜上某些特殊结构被摄入细胞，影响 细胞的代谢。如通过钠泵转运进入细胞的Na+。
人β2肾上腺素能受体3.4埃结构 （Rasmussen et al，Nature，2007）
人β1肾上腺素能受体2.7埃结构 （Warne et al，Nature，2008）
牛视紫红质2.8埃结构 （Palczewski et al，Science，2000）
乌贼视紫红质2.5埃结构 （Murakami et al， Nature，2008）
2.酶偶联型受体 Enzyme-linked receptor
受体本身具有酶的活性，催化部位在细胞膜的内面。
该类受体绝大部分是蛋白酶，往往是酪氨酸激酶， 能促使其本身酪氨酸残基产生自身磷酸化而加强此酶 活性，再对细胞内其他底物作用，促进其酪氨酸磷酸 化，激活胞内蛋白激酶，增加DNA\RNA合成，加速蛋 白质，从而产生细胞生长分化等效应。
秦燕 生理学与病理生理学教研室
第一节 概 述
多细胞生物体必须具备完善的信号转导系统统 一协调其正常的生理功能。
细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、 激素、细胞因子等。
代谢或功能改变
一、细胞信号转导的定义及特征
1. 定义：通常是指细胞通过细胞表面受体（或胞 内核受体）接受外界信号，通过系统级联传递机 制，将胞外信号转导为胞内信号，最终引起细胞 生理效应或诱导特定基因的表达，引起细胞的应 答反应。
(2) 细胞信号转导不仅仅是简单的信号传递，同时还具有信号 放大功能。
(3)跨膜信号转导虽然涉及多种刺激信号在多种细胞引发的多种 功能改变，但转导过程都是通过少数几种类似的途径或方式 实现的。
二、信号转导的网络化
1.不同种类受体或配体的相互作用 2.不同类型蛋白激酶的相互作用 3.不同转录因子与DNA元件的相互作用
一个受体可以激活多个G蛋白，一个G蛋白可以转导 多个信息效应机制，调节许多细胞功能。
4.细胞内受体
可穿过细胞的第一信使 亲脂性化学信号分子
产生新的mRNA 蛋白质
胞质或核内 受体结合
激活胞质或核内 的化学级联反应
胞内受体通常与抑制性蛋白结合，信号分子与受体结合后 受体与抑制性蛋白分开，受体不再受抑制，其表面暴露出 一段DNA结合区域。可直接作用于核DNA，影响转录。
如：神经营养因子受体TrK家族、某些生长因子 胰岛素的受体
3.G蛋白偶联受体 G-protein coupled receptors GPCR 由七个α螺旋组成的独立蛋白质分子
7次跨膜，6个袢 羧基、氨基内外放
G-蛋白耦联受体的数量最多，如α、β肾上腺素、 M-乙 酰胆碱、 5-羟色胺、多巴胺、阿片类、嘌呤类、前列腺素及 多肽激素的受体
信号转导参与所有的细胞生命活动：
⑴ 细胞代谢 ⑵ 细胞分裂 ⑶ 细胞分化 ⑷ 细胞功能活动 ⑸ 细胞死亡
细胞跨膜信号转导主要涉及： ☆胞外信号的识别与结合;
化学信号、物理性刺激信号（温度、机械 力、生物电、电磁波等）
☆信号跨膜转导; ☆胞内效应
细胞代谢和功能的变化
2、跨膜信号转导的共同特征
(1) 不同形式的外界信号作用于细胞时，这些外界信号通常 并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面 的相应受体(即膜受体），受体被激活后再引起受体后的其他信 号分子的顺序激活和信号转导，将外界环境变化的信息以新的 信号形式传递到膜内，再引发细胞相应的功能改变，包括细胞 出现电反应或其他功能改变。
2.与载体蛋白结合后进入细胞
典型代表：维生素B12、胆固醇 acceptor
胆固醇 在血液中
结合特异性载体蛋白（LDL）
细胞膜上的受体识别载体蛋白并将其摄入
3.通过受体的跨膜信息传递： 如神经递质、神经营养因子
这些分子存活期短，或代谢快速，或被结合的受体内吞。
通常所说的跨膜机制传递多指此类机制！
（二）可穿过细胞的信息分子
是指可以通过脂质双分子层，自由进入细胞， 与胞质或胞核内的相应受体结合，从而影响基因的 活动。如神经甾体
（三）和细胞偶联的信息分子
通常位于细胞外侧，作用于物理位置紧邻的靶 细胞。如整合素、影响突触生长的神经细胞粘附分子等
二、受 体 Receptor
（一）定义：细胞在进化过程中形成的蛋白组分，能识别周 围环境中某种微量化学物质，首先与之结合，并通过中介的信 息转导与放大系统，触发随后的生理反应或药理效应。
能与受体特异性结合的物质----配体 能激活受体的配体----激动药
阻断受体活性的配体----拮抗药
识别→→→转导→→→效应
（二）.分类：
根据受体本身的结构及其效应体系的不同，可以把受体 分成两大类：
离子通道偶联型受体 表面受体 酶偶联型受体
G蛋白偶联受体
细胞内受体
1.离子通道偶联型受体 channel-linked receptor
N型乙酰胆碱受体----2α、 β 、γ 、δ 5个亚单位组成 效应：将化学信号转变为电信号而影响细胞的功能。
受体活化→ →离子通道开放→ →细胞膜去极化或超极化→ →引起兴奋或抑制效应。
离子通道 型受体
阳离子通道：乙酰胆碱受体、谷氨酸受体、 五羟色胺受体
阴离子通道：甘氨酸受体、γ-氨基丁酸受体
亦称配体门控性离子通道。它既是受体又是离子通道。 受体= 配体结合部位 + 离子通道
化学信号
通道开放或关闭
ห้องสมุดไป่ตู้
配体与受体结合后改变离子通道的活性,或开放或关闭
直接受配体的控制。
如：N型乙酰胆碱受体、GABAA受体 NMDA受体、甘氨酸受体等
组成：由单一肽链反复4次穿透细胞膜形 成1个亚单位，分子量约60kD，约由500 个氨基酸残基构成。并由4-5个亚单位共 同在膜中形成一个亲水性的通道，又称 环状受体。
（三）受体-配体识别结合的特点：
受体与配体的识别基于分子的热运动和静电引力 以及大分子的诱导契合机制。
第二节 第一信使和受体
一、第一信使：信息途径的激活
不可穿过细胞的 可穿过细胞的
属于分泌分子，由突触前膜释放。
和细胞耦联的
直接结合于细胞膜上的受体
（一）不可穿过细胞膜的信息分子
包括：蛋白质、多肽类、生物胺等其他小分子
信息传递方式： 1.简单直接摄入：通过膜上某些特殊结构被摄入细胞，影响 细胞的代谢。如通过钠泵转运进入细胞的Na+。
人β2肾上腺素能受体3.4埃结构 （Rasmussen et al，Nature，2007）
人β1肾上腺素能受体2.7埃结构 （Warne et al，Nature，2008）
牛视紫红质2.8埃结构 （Palczewski et al，Science，2000）
乌贼视紫红质2.5埃结构 （Murakami et al， Nature，2008）
2.酶偶联型受体 Enzyme-linked receptor
受体本身具有酶的活性，催化部位在细胞膜的内面。
该类受体绝大部分是蛋白酶，往往是酪氨酸激酶， 能促使其本身酪氨酸残基产生自身磷酸化而加强此酶 活性，再对细胞内其他底物作用，促进其酪氨酸磷酸 化，激活胞内蛋白激酶，增加DNA\RNA合成，加速蛋 白质，从而产生细胞生长分化等效应。