第八讲细胞信息的传递

两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
3. 单个跨膜螺旋受体：
此型受体一般是由均一性的多肽链构成的单
体或寡聚体。每个单体或亚基的跨膜-螺旋
区只有一个，通常由22~26个氨基酸残基构成，
具高度疏水性。
受体的细胞膜外区较大，配体即结合于此区
域。
受体的细胞膜内区可分为近膜区和酪氨酸蛋白 激酶区，位于C末端，包括ATP结合和底物结 合两个功能区。 此型受体的主要功能与细胞生长及有丝分裂的 调控有关。
含TPK结构域的受体
此型受体包括： 酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体） 受体本身具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性，如 胰岛素样生长因子受体(IGF-R)，表皮生长因子
受体(EGF-R)。
非酪氨酸蛋白激酶受体型 与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表 现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。
4. 具有鸟嘌呤环化酶活性的受体：
第三节 信息的转导途径
Section 3 Transduction Pathways of Signal
一、膜受体介导的信息转导 （一）cAMP-蛋白激酶A途径
1．信号转导途径的组成：
胞外信息分子（第一信使） 膜受体
G蛋白
腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase，AC) 第二信使——cAMP 蛋白激酶A (protein kinase A，PKA)
⑴ 胞外信息分子及其受体： 通过这一途径传递信号的第一信使主要有儿茶 酚胺类激素、胰高血糖素、腺垂体的激素、下 丘脑激素、甲状旁腺素、降钙素、前列腺素等。
参与这一信息转导途径的受体大部分为G蛋白
偶联型膜受体。
⑵ G蛋白及其效应酶：
参与这一途径的G蛋白主要是两类，即激活型
激素的作用方式： 激素被分泌后，可以三种不同的方式作用于靶 细胞： ①内分泌(endocrine)：激素分泌后作用较远的 靶细胞，其传递介质为血液。 ②旁分泌(paracrine)：激素分泌释放后作用于邻 近的靶细胞，其传递介质为细胞间液。
③自分泌（autocrine)：激素分泌释放后仍作用 于自身细胞，其传递介质为胞液。
细胞间信息物质影响细胞功能的途径
第二节 受 体
Section 2 Receptors
受体(receptor)是指存在于靶细胞膜上或细胞内 能特异识别与结合生物活性分子（配体），进 而引起靶细胞生物学效应的分子。 绝大部分受体为蛋白质，少数为糖脂。 能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配 体(ligand)。
第二信使主要包括：
① 环核苷酸类：如cAMP和cGMP； ② 脂类衍生物：如甘油二酯（DAG）；神经 酰胺，花生四烯酸； ③ 无机物：如Ca2+、NO；
④ 糖类衍生物： 1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）。
2．信号转导蛋白或酶： 细胞膜上或细胞内能够传递特定信号的蛋白质 或酶分子，常与其他蛋白质或酶构成复合体以 传递信息。包括：
膜受体 胞外 可溶性受体
胞内
PKH GC GC
具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构 PKH：激酶样结构域 GC： 鸟苷酸环化酶结构域
（二）胞内受体
胞内受体(intracellular receptor) 位于细胞液或 细胞核内，通常为单纯蛋白质。 此型受体主要包括类固醇激素受体，如糖皮质激 素 受 体 (GR) 、 雌 激 素 受 体 (ER) 、 孕 激 素 受 体 (PR)、雄激素受体(AR)、盐皮质激素受体(MR)； 维生素D3受体(VDR)以及甲状腺激素受体(TR)。 这些激素进入细胞以后，能与特异性受体结合形 成活性复合物，作用于染色体DNA，调节基因 表达，从而影响细胞的物质代谢和生理活动。
大多数常见的激素受体和慢反应神经递质受体是 属于G蛋白偶联型受体。
G蛋白偶联受体的分子结构
G蛋白(guanylate binding protein) G蛋白即鸟苷酸调节蛋白，是一类位于细胞膜 胞液面的外周蛋白，通常由、和三种亚基 构成的异三聚体。其中亚基可与GTP、GDP 结合，并具有GTPase活性。
3. 绞链区：为DNA结合区与配体结合区之间
的段序列，可能含有与转录因子相互作用和
受体向核内移动的信号。
4. 配体结合区：位于C-端，不同受体有
30~60%的同源性，其结构与功能最复杂，包
括：与配体结合；与HSP结合；使受体二聚
化和激活转录。
二、受体作用的特点
1．高度的亲和力(high affinity)：激素及细胞因 子等配体与其受体的结合具有高度亲和力。通 常用其解离常数（Kd）来表示其亲和力的大 小，多数配体与受体的解离常数为10-11 ～10-9 mol/L。 2．高度的特异性(high specificity)：指一种激 素或细胞因子只能选择性与相应的受体结合的 性质。其原因即在于配体通过具有特定结构的 部位与受体上的特定结合部位相结合。
受体的功能有三个方面： ① 识别与结合； ② 信号转导； ③ 产生相应的生物学效应。
一、受体的分类、结构与功能 （一）膜受体
这类受体是细胞膜上的结构成分，一般是糖蛋 白、脂蛋白或糖脂蛋白。
多肽及蛋白质类激素、儿茶酚胺类激素、前列 腺素以及细胞因子通过这类受体进行跨膜信号 传递。 当配体与受体结合后，往往引起细胞膜结构和 功能的改变，导致细胞内某种化学物质的浓度 改变，由此触发一系列的化学和生理变化。
二、细胞内信息物质
在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为细
胞 内 信 息 物 质 (intracellular signal
molecules) 。
细胞内信息物质主要包括：第二信使、第三信
使、信号转导蛋白或酶等。
1．第二信使：
在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二
信使(secondary messenger) 。
G蛋白异三聚体的分子结构
G蛋白有许多种类，不同的G蛋白能特异地将受
体与相应的效应酶偶联起来，将特异的信息传
递到细胞内。
现已发现，在哺乳动物中，G蛋白的亚基有20
余种，亚基有5种，亚基有12种。
信息传递过程中的Ｇ蛋白
G蛋白存在有活性和无活性两种状态。当亚 基与GDP结合，并构成异三聚体时呈无活 性状态。 当配体与受体结合后，受体的构象发生变化， 与亚基的C-端相互作用，促使GDP从亚基 上脱落下来，而GTP结合上去，G蛋白被激活。 此时，亚基与亚基分离，可分别与效应蛋 白（酶）发生作用。 接着，亚基的GTPase将GTP水解为GDP， 亚基重新与亚基结合而失活。
三、受体活性的调节
受体的数目或与配体的结合能力是可以改变的。 如果受体的数目增加或与配体的结合能力提高， 则称为向上调节（up regulation）；反之，
则称为向下调节（down regulation）。
影响受体活性的因素主要有： 1．受体的修饰：如磷酸化或脱磷酸化修饰。 2．膜磷脂代谢的影响：质膜脑磷脂被甲基化 为卵磷脂后，可明显增强某些受体的活性。 3. 受体的内在化：受体与配体结合后，可被 内吞入细胞，然后被溶酶体所降解。 4. 受体的二聚化：受体与配体结合后，形成 聚合体，降低与配体的结合能力。 5. G蛋白的调节：活化后的G蛋白影响受体与 配体的结合能力。
G蛋白及其调节蛋白，如GEF、GAP等； 信号连接蛋白，如SOS，GRB2等； 具有酪氨酸激酶活性的胰岛素受体底物-1/2
（1/2）；
各种蛋白激酶和磷蛋白磷酸酶等。
3. 第三信使：
负责细胞核内、外信息传递的物质称为第三信
使(third messenger) ，又称为DNA结合蛋 白。 第三信使是一类可与靶基因特异序列结合的核 蛋白，能调节基因的转录。如立早基因 (immediate-early gene)的编码蛋白质 。
雌激素受体的分子结构
胞内受体通常为单体蛋白，含400~1000个氨
基酸残基，分为四个功能区域：
1.高度可变区：位于受体N-端，不同受体间无
同源性，具有转录激活作用，也是抗体结合区。
2. DNA结合区：含66~68个氨基酸，富含 Cys，不同受体此域有较高同源性，含有两个
锌指结构，为DNA结合所必需。
成的信息传递链来完成的。
细胞信息传递方式
① 通过相邻细胞的直接接触； ② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细 胞的代谢和功能。 具有调节细胞生命活动的化学物质称为信息物 质。
跨膜信号转导的一般步骤
特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应
甘氨酸受体及5-羟色胺受体(5-HTR)等。
其中，GABAAR及甘氨酸受体对Cl -、HCO3-离
子的通透性具有选择性，5-HTR对Na+ 、K+ 离
子的通透性具有选择性，N-AchR和谷氨酸受体
对Na+、K+及Ca2+离子的通透性具有选择性。
2. G蛋白偶联受体： G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor, GPCR)又称蛇型受体。此型受体通常由单一的多 肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为细胞外区、 跨膜区、细胞内区三个区。 受体的跨膜区由7个螺旋结构组成；多肽链的N端位于细胞外区，而C-端位于细胞内区；在第五 及第六跨膜螺旋结构之间的细胞内环部分（第 三内环区），是与G蛋白偶联的区域。
① 类固醇衍生物：如肾上腺皮质激素、性激素等； ② 氨基酸衍生物：如甲状腺激素，儿茶酚胺类激素； ③ 多肽及蛋白质：如生长因子、细胞因子、胰岛素、 下丘脑激素、垂体激素、甲状旁腺素、胃肠激素等；
④ 脂类衍生物：如前列腺素。
⑤ 气体分子：如NO，CO等。
根据细胞分泌和传递信息物质方式的不同，
又可将细胞间信息物质分为： ① 神经递质； ② 内分泌激素； ③ 局部化学介质； ④ 气体信号。
pka可促使多种酶或蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化从而酶的催化活性或蛋白质的生理功camp蛋白激酶a的激活机制演示gsacatpcamp2camp2campcrebpipipi转录活化域dna结合域细胞膜pipipi结构基因credna蛋白质pka对基因表达的调节作用演示磷酸化酶激酶b磷酸化酶激酶aatp磷酸化酶b磷酸化酶aatppi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶pka抑制物ia抑制物ibatp磷蛋白磷酸酶pipka对代谢的调节作用肾上腺素受体肾上腺素受体复合物激活g蛋白激活acatpcamppkacamp蛋白激酶a信息转导途径及其调节作用二ca依赖性信息转导途径1
3．神经递质： 由神经元突触前膜释放的信息物质，可作用于 突触后膜上的受体，传递神经冲动信号。如乙
酰胆碱、去甲肾上腺素等等。
2．内分泌激素：
激素(hormone)是由特殊分化细胞合成并分泌
的一类生理活性物质，这些物质通过体液进行
转运，作用于特定的靶细胞，调节细胞的物质
代谢或生理活动。 在体内，有些能够分泌激素的特殊分化细胞集 中在一起构成内分泌腺；有些细胞则分散存在； 有些细胞兼具其他功能。
3．可逆性(reversibility)：配体与受体通常通过 非共价键而结合，因此可以采用简单的方法将 二者分离开。 4．可饱和性(saturability)：由于存在于细胞膜 上或细胞内的受体数目是一定的，因此配体与 受体的结合也是可以饱和的。当全部受体被配 体占据以后，就可使其效应达到最大。
5．特定的作用模式：在不同细胞中，受体的种 类和含量分布均不同，表现为特定的作用模式。
第八讲 细胞信息转导
Chapter 15 Cellular Signal
Transduction
对于多细胞生物来说，为了协调和配合各组织
细胞之间得功能活动，需要对各组织细胞的物
质代谢或生理活动进行调节。此外当外界环境
变化时也需通过细胞间复杂的信号传递系统来
传递信息，从而调控机体活动。
细胞信息的传递是由许多不同的信息物质所组
根据受体的分子结构可将膜受体分为： 1. 环状受体： 即配体依赖性离子通道，主要在神经冲动的 快速传递中起作用。 此型受体的共同结构特点是由均一性的或非 均一性的亚基构成一寡聚体，而每个亚基则
含有4~6个跨膜区。
烟碱样乙酰胆碱受体的分子结构
此型受体包括烟碱样乙酰胆碱受体(N-AchR)、
A型-氨基丁酸受体(GABAAR)、谷氨酸受体、
3．局部化学介质：
局部化学介质又称为旁分泌信号，指由细胞分
泌的信息分子通过扩散而作用于邻近的靶细胞， 调节细胞的生理功能。 体内的局部化学介质包括组胺、花生四烯酸 （AA）、生长因子等。
4. 气体信号：
NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸的胍基而
产生NO ； 血红素单加氧酶氧化血红素产生CO 。
第一节 信 息 物 质
Section 1
Signal Molecules
一、细胞间信息物质
凡是由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理
活动的化学物质都称为细胞间信息物质 (extracellular signal molecules)，或第一信 使。
细胞间信息物质可按照其化学本质的不同分 为五类：