细胞生物学课件

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二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白
（二）细胞内信号蛋白的相互作用
（三）信号转导系统的主要特性
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（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋 白 信号转导系统的基本组成
不同形式的胞外信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别； 胞外信号（第一信使）通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导， 产生细胞内第二信使或活化的信号蛋白； 信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大的级联反 应，①通过酶逐级激活而改变细胞代谢活性，②通过基因表达调控蛋白 影响细胞基因表达；③通过细胞骨架的修饰改变细胞形状或运动； 细胞反应由于受体脱敏或受体下调启动反馈机制从而终止或降低细胞反
NO参与LTP的作用：
Ca2+ NMDA 神经元膜外 激活 Ca2+ 神经元膜内 逆行扩散 NOS NO
+
NMDAR
促进并维持LTP效应
谷氨酸递质释放
突触前终末
此外，① NO在生理状态下，对血流的调节。脑血管内皮细胞及脑实质神 经元的NOS的生理激活。 ②在病理条件下，如脑缺血损伤的早期和晚期。
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（三）细胞信号系统的主要特性
特异性
信号放大作用
信号终止或下调
细胞对信号的整合作用
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第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内受体及其对基因表达的调节 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
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一、细胞内受体及其对基因表达的调节
GTPase开关蛋白：
包括三聚体G蛋白和单体G蛋白。 当结合GTP时—活化；由GEF所介导。 当结合GDP时—关闭。GTP水解由GAP和RGS所促进，被GDI所抑制。 1994，Alfred G等，诺贝尔医学和生理学奖。
蛋白激酶开关
蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，调节蛋 白质活性。 1992，Edwin G等，诺贝尔医学和生理学奖。
神经系统发育
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3、相邻细胞间形成间隙连接（见第十五章：通讯连 接）
间隙连接的基本单位是连接子，相邻细胞质膜上的连
接子对接，形成亲水性通道。
电突触：指细胞间形成间隙连接，电信号可直接通过 间隙连接从突触前向突触后传导，即直接将电信号从 一个细胞传递到另一个细胞，相对化学突触来讲，信 号传递速度大大加快。
第四节 酶联受体介导的信号转导
一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 二、细胞表面其他酶联受体 三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导
第五节 信号的整合与控制
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一、细胞对信号的整合 二、细胞对信号的控制
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第一节 概述
一、细胞通讯
概念：是指一个细胞发出的信息通过介质（又称配体）
结构：具有7个疏水氨基酸肽段构成的7次跨膜蛋白，N末端在胞
外，C末端在胞质侧。 该受体家族应答多种胞外信号：肽类激素、局部介质、神经递质
或氨基酸或脂肪酸的衍生物。
G蛋白
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G蛋白
概念：信号转导途径中与受体耦联的鸟甘酸结合蛋白。 结构组成：由α β γ 3个不同的亚单位构成异聚体; G蛋白的类型： Gs,Gi,Gq 功能状态：具有结合GTP或GDP的能力和GTP酶的活性；
应。
除细胞表面受体外，还有：
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其它信号蛋白
转承蛋白：负责简单的将信息传给信息链的下一个组分； 信使蛋白：携带信号从一部分传递到另一部分，如：从胞质到胞 核； 接头蛋白：起连接信号蛋白的作用； 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成，接到产生信号
级联反应；
活性状态：Gα与GTP结合，且Gα与βγ结合。
作用机制
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如：某些无脊椎动物和鱼类快速准确的逃避反射。
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胞外信号介导的细胞通讯的主要步骤：
产生信号的细胞合成并释放信号分子；
运送信号分子与靶细胞； 信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活； 活化受体启动胞内一种或多种信号途径； 引发细胞功能、代谢或发育的改变；
直接激活少数特殊基因转录的初级反应阶段，快速发生； 初级反应的基因产物再活化其他基因产生延迟反应起放大作用。
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二、 NO作为气体信号分子进入靶细胞直接 与酶结合
NO信号转导通路
血管内皮细胞和神经细胞产生NO→NO扩散到临近细胞→NO与临
近细胞鸟苷酸环化酶活性中心的Fe3+结合，改变酶的构象→酶活 性增加→cGMP（鸟苷酸环化酶合成增多）→cGMP通过cGMP依 赖的蛋白激酶PKG的活化进而抑制肌动-肌球蛋白复合物的信号通 路→ 导致血管平滑肌舒张，血管扩张，血流通畅。 NO也可由神经元产生并传递信号。
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神经细胞产生的NO并传递信号参与大脑学习记忆：
LTP：大脑海马某区域在受到重复刺激后产生的一种持续增强的突触效 应，称为长时程增强（long-term potentiation, LTP），是学习记忆的基 础。
LTP过程既需要突触前神经元释放神经递质作用于突触后膜，也需要突触后 神经元将信息反馈到突触前膜，NO就作为逆行信使。
亲水性信号分子。神经递质、局部介质和大多数肽类激素等。 气体性信号分子。如：NO-明星分子
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2、受体
概念：是一种能够识别和选择性结合某种配体的 蛋白质。 种类：
细胞内受体。识别和结合脂溶性信号分子；
细胞表面受体：
离子通道偶联受体。有组织分布特异性，主要存在于神经、 肌肉等可兴奋性细胞。 G蛋白偶联受体。 酶连受体。
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号传导
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 二、G蛋白耦联受体介导的细胞信号通
路
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一、 G蛋白耦联受体的结构与激活
G蛋白耦联受体
概念：指配体-受体复合物与靶蛋白（效应酶或通道蛋白）的作用
要通过G蛋白的耦联，在细胞内产生第二信使，从而将部位 信号 跨膜传递到细胞内影响细胞的行为。
如：肝细胞肾上腺素或胰高血糖素受体在结合各自配体被激活，都
能促进糖原降解而升高血糖
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3、第二信使与分子开关
（1）第二信使
第二信使学说：胞外化学物质（第一信使）不能进入细 胞，它作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使， 从而激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应， 第二信使的降解使其信号作用终止。 概念：是指在胞内产生的小分子，其浓度的变化应答于 胞外信号与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中 行使功能。 种类
cAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3等。
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（2）分子开关
概念：信号转导蛋白收到上游信号后迅速活化，在活化状态下完 成信号向下游传递，然后自身失活，恢复非活化状态，以接收新 一次的上游信号。信号转导蛋白每经历一次 活化－非活化 变换， 就传导一次信号。具有这种特征的信号转导蛋白叫作 分子开关 molecular swicth 。 分子开关种类：
自分泌：细胞对自身分泌的物质产生反应。如：肿瘤细胞；
通过化学突触传递神经信号，实现电信号-化学信号-电信号的 快速传递。
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2、细胞间接触依赖性的细胞通讯：
细胞间直接接触而无需信号分子的释放，代之以通
过质膜上的信号分子与靶细胞膜上的受体分子相互
作用来介导细胞间的通讯。 这类信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。 包括：细胞--细胞黏着、细胞--基质黏着。 如：胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化命运 具有决定性影响。
受体的结构特征：
受体的功能特征；
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受体的结构特征：
结合配体的功能域
产生效应的功能域
受体结合特异性配体后被激活，通过信号转导途径将胞 外信号转换为胞内化学或物理信号，引发两种主要的细 胞反应：
细胞内预存蛋白活性或功能的改变，进而影响细胞功能和代谢； 通过转录因子的修饰或抑制基因表达，影响细胞内特殊蛋白的 表达量。
信号分子结合并激活受体； 受体胞内段酪氨酸残基被磷酸化，磷酸化的酪氨酸残基与具有SH2结 构域的信号蛋白1结合； 如信号蛋白1具有酪氨酸激酶活性，则继而使信号蛋白2酪氨酸残基磷 酸化； 两个磷酸化的酪氨酸残基再分别结合信号蛋白1的磷酸酪氨酸结合位点 和接头蛋白SH2结构域； 接头蛋白SH3结构域特异性地与信号蛋白3富含脯氨酸的结构域结合， 如信号蛋白2具有激酶活性则会磷酸化下一个靶蛋白信号蛋白3，通过 这种蛋白激酶级联反应，再将信号传播到下游。
第八章 细胞信号转导
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第一节 概述
一、细胞通讯 二、信号转导系统及其特性
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导
一、 G蛋白偶联受体的结构与激活 二、 G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
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受体与信号分子之间空间结构的互补性是两者特异性结合的主 要因素，但并不意味受体与配体之间是简单的一对一的关系： 不同细胞对同一种化学信号可能具有不同的受体。如：乙酰
胆碱。
作用于骨骼肌细胞引起收缩： 作用于心肌细胞则降低收缩频率； 作用与唾腺细胞则引起分泌。