第八章+细胞信号转导
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细胞生物学 第八章 细胞信号转导
分子开关： 分子开关：①磷酸化和去磷酸化
②GTP和GDP的交替结合 GTP和GDP的交替结合
二、通过细胞内受体介导的信号传递
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物， 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物，导 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后， 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后，导致 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的DNA结合 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的 结合 位点被激活。 位点被激活。
受体结构域为： 位于C端激素结合位点 受体结构域为： 位于 端激素结合位点
位于中部的DNA结合位点 结合位点 位于中部的 转录激活结构域
● 甾类激素介导的信号通路 ●一氧化氮介导的信号通路
（A）细胞内受体蛋白作用模型 ）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员 ）
● 甾类激素介导的信号通路
三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合， 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合，
细胞表面受体分为： 细胞表面受体分为： (ion-channel离子通道偶联的受体(ion-channel-linked receptor) proteinG蛋白偶联受体(G protein-linked receptor) 酶偶联受体(enzyme-linked receptor) (enzyme-
反应链：激素
→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 蛋白偶联受体→ 蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→ 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录 A→基因调控蛋白
第八章 细胞信号转导
“双信使系统”反应链： 在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细
胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜上的磷 脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰
↘
磷脂酰肌醇 二酰基甘油
肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）
和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转
换为胞内信号。
肌醇三磷酸
（ 一 细 胞 间 通 讯 方 式
)
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通过分泌化学信号的通讯（化学通讯）
化学通讯是间接的细胞通讯，指细胞分泌一 些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子 作用于靶细胞，调节其功能。
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内分泌（endocrine）： 内分泌细胞分泌的激素
cAMP与R以协同方式结合
2个调节亚基（R） 2个催化亚基（C）
细胞快速应答胞外信号的过程：
细胞缓慢应答 胞外信号过程： 反应链：
激素
G蛋白耦联受体
G蛋白
腺苷酸环化酶
cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A （PKA） 基因调控蛋白
基因转录
H
R Ｒ
β β γ
GTP
α
γ
A C
GDP
cAMP
ATP
（二）磷脂肌醇双信使信号通路
绞痛的病人(这种绞痛是由血液不适当地流向
心肌引起的)。硝化甘油在体内转化成NO，它
可以使血管松弛。减轻心脏的工作压力，减少
心肌对氧的需要。
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第三节
G蛋白耦联受体的信号转导
亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋 白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞，
而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信
胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜上的磷 脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰
↘
磷脂酰肌醇 二酰基甘油
肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）
和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转
换为胞内信号。
肌醇三磷酸
（ 一 细 胞 间 通 讯 方 式
)
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通过分泌化学信号的通讯（化学通讯）
化学通讯是间接的细胞通讯，指细胞分泌一 些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子 作用于靶细胞，调节其功能。
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内分泌（endocrine）： 内分泌细胞分泌的激素
cAMP与R以协同方式结合
2个调节亚基（R） 2个催化亚基（C）
细胞快速应答胞外信号的过程：
细胞缓慢应答 胞外信号过程： 反应链：
激素
G蛋白耦联受体
G蛋白
腺苷酸环化酶
cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A （PKA） 基因调控蛋白
基因转录
H
R Ｒ
β β γ
GTP
α
γ
A C
GDP
cAMP
ATP
（二）磷脂肌醇双信使信号通路
绞痛的病人(这种绞痛是由血液不适当地流向
心肌引起的)。硝化甘油在体内转化成NO，它
可以使血管松弛。减轻心脏的工作压力，减少
心肌对氧的需要。
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第三节
G蛋白耦联受体的信号转导
亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋 白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞，
而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信
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。
第八章 细胞信号转导
第八章细胞信号转导学习纲要：1. 细胞通讯及其途径。
2. 胞内受体介导的信号传递。
3. 细胞表面受体介导的信号传递：受体类型及转导机制，cAMP信号通路，肌醇磷脂信号通路练习题：一名词解释：细胞通讯、细胞识别、信号通路、信号分子、受体、第二信使、效应物、信号转导、钙调蛋白二填空题：1动物的__________细胞和__________细胞是体内NO生成的场所，NO的生成需要__________的催化，其底物是_______。
2根据传导方式信号分子分为__________、________和_____________三种类型。
3细胞表面受体有__________、________和_____________三种类型。
4 G蛋白偶联的膜结合机器有__________、________和_____________。
5 RTK途径中的效应物是_____________________。
6磷脂酰肌醇信号通路的关键反应是PIP2水解生成：______________和_____________两个第二信使,催化这一反应的酶是_____________，这一信号通路又叫_____________系统.三判断题：1 酶联受体既是受体又是酶，它们的细胞内结构域都具有酶活性。
（）2一种信号分子能够作用于不同的靶细胞产生多种效应。
（）3脂溶性信号分子直接进入细胞作用于受体，并与受体一起作为转录促进因子启动基因的表达。
因此不需要信号转导。
（）4雌性生殖细胞的性激素受体分布于细胞内。
（）5胞内受体一般处于受抑制状态，细胞信号分子的作用是解除抑制。
（）6丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶是其本身的丝氨酸或苏氨酸易被磷酸化的蛋白质( )7黏着斑可通过整联蛋白的介导而活化Ras蛋白，由此向细胞内传递生长信息.( )8细胞在多种刺激同时作用的情况下,往往优先对某一刺激作出反应( )9细胞有多种方式对某些长期的刺激产生适应.( )10细胞产生的NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上的NO的多少直接与NO的合成有关。
细胞生物学第八章细胞信号转导
信号蛋白：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 转承蛋白：负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白：携带信息从一部分传递到另一部分。 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，介导产生级联反 应。 传感蛋白：负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径。 整合蛋白：从 2 条或多条信号途径接受信号，并在向下传递之前进 行整合。
2、受体
受体：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大 分子，绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白，少数受体是糖脂，有的受 体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 （1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小 的脂溶性信号分子。
c、间隙连接通透性的调节：
意义：间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间 隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性： 1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2 、组织特异性： 由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性 和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透 功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙 连接时，连接子没有通透功能。
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 信号转导系统： 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息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。 3、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，使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。
东北师范大学细胞生物学第八章 细胞信号转导
Ras蛋白对细胞膜受体信号的收敛作用 蛋白对细胞膜受体信号的收敛作用
细胞内信号的网络
二、细胞对信号的控制
靶细胞对信号分子刺激的脱敏反应
2，受体（receptor） 受体（receptor）
细胞内受体（主要结合小的脂溶性信号分子） 细胞内受体（主要结合小的脂溶性信号分子） 细胞表面受体（结合水溶性分子） 细胞表面受体（结合水溶性分子） ● 离子通道偶联受体 ● G蛋白偶联受体 ● 酶联受体 一个受体至少有两个功能域（接受和效应） 一个受体至少有两个功能域 （ 接受和效应 ） ； 一个细胞有多 种受体；同一受体在不同的细胞表面有不同的效应。 种受体；同一受体在不同的细胞表面有不同的效应。
4，分子开关 （molecular switches） ， ）
GTPase分子开关（包括Ras蛋白等） 分子开关（包括 蛋白等） 分子开关 蛋白等 通过蛋白磷酸酶的分子开关
磷酸化和GTPase分子开关 分子开关 磷酸化和
二、信号转导系统及其特征
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白
信号分子 膜蛋白受体
组分及其分析
G蛋白偶联受体 蛋白偶联受体 G蛋白活化与调节 蛋白活化与调节 效应酶——腺苷酸环化酶 效应酶 腺苷酸环化酶
cAMP
cAMP信号通路对基因转录的激活 信号通路对基因转录的激活
激素诱导的腺苷酸环化酶的激活与抑制
（二）磷脂酰肌醇信号通路
磷脂酰肌醇的代谢途径
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→ 双信使系统”反应链：胞外信号分子→ 蛋白偶联受体→ 蛋白→ 胞内Ca 浓度升高→ 结合蛋白(CaM)→ (CaM)→细胞反应 →IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 磷脂酶C(PLC)→ 磷脂酶C(PLC)→ C(PLC) →DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na 交换使胞内pH →DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH 激活PKC→蛋白磷酸化或促
细胞生物学第八章
号分子影响其它细胞。
3.细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通—动物
细胞间隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分
子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。
细胞分泌化学信号的作用方式
（1）内分泌（endocrine）
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官（靶细胞）
（2）旁分泌（paracrine） 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
白磷酸化，通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，从而调节 蛋白质的活性。
细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转到系统的基本组成与信号蛋白 通过细胞表面受体介导的信号途径由下列4个步骤组成： 1. 信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别； 特异性是识别反应的主要特征，这源于信号分子与互补受 体上的结合位点相适应。 2. 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，产生胞内第二信使或活化的信号蛋白； 绝大多数被激活的细胞表面受体是通过小分子第二信使和 细胞内信号蛋白网络传播信号的。
胞内信号分子
靶蛋白
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
从细胞表面到细胞核的信号途径是由细胞内多种不同的信 号蛋白组成的信号传递链，这条信号蛋白链负责实现上述4个 号传递的主要步骤，除细胞表面受体之外还包括如下各类蛋 白质： ① 转承蛋白：负责简单地将信息传给信号链的下一个组分； ② 信使蛋白：携带信号从一部分传递到另一部分； ③ 接头蛋白：连接信号蛋白； ④ 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成介导产生 信号级联反应； ⑤ 传感蛋白：负责信号不同形式的转换； ⑥ 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径； ⑦ 整合蛋白：从2条信号途径接收信号，并在向下传递之前进 行整合； ⑧ 潜在基因调控蛋白：这类蛋白在细胞表面被活化受体激活， 然后迁移到细胞核刺激基因转录。
3.细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通—动物
细胞间隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分
子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。
细胞分泌化学信号的作用方式
（1）内分泌（endocrine）
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官（靶细胞）
（2）旁分泌（paracrine） 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
白磷酸化，通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，从而调节 蛋白质的活性。
细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转到系统的基本组成与信号蛋白 通过细胞表面受体介导的信号途径由下列4个步骤组成： 1. 信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别； 特异性是识别反应的主要特征，这源于信号分子与互补受 体上的结合位点相适应。 2. 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，产生胞内第二信使或活化的信号蛋白； 绝大多数被激活的细胞表面受体是通过小分子第二信使和 细胞内信号蛋白网络传播信号的。
胞内信号分子
靶蛋白
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
从细胞表面到细胞核的信号途径是由细胞内多种不同的信 号蛋白组成的信号传递链，这条信号蛋白链负责实现上述4个 号传递的主要步骤，除细胞表面受体之外还包括如下各类蛋 白质： ① 转承蛋白：负责简单地将信息传给信号链的下一个组分； ② 信使蛋白：携带信号从一部分传递到另一部分； ③ 接头蛋白：连接信号蛋白； ④ 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成介导产生 信号级联反应； ⑤ 传感蛋白：负责信号不同形式的转换； ⑥ 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径； ⑦ 整合蛋白：从2条信号途径接收信号，并在向下传递之前进 行整合； ⑧ 潜在基因调控蛋白：这类蛋白在细胞表面被活化受体激活， 然后迁移到细胞核刺激基因转录。
第八章、细胞信号转导
人们早已知道乙酰胆碱舒张血管平滑肌。 • 1980, Furchgott 推断血管内皮细胞产生一种 信号分子使血管平滑肌舒张。 • 1986, Furchgott 及Louis Ignarro 确定NO 为这种舒张平滑肌的信号分子。 • 靶细胞内具有鸟苷酸环化酶活性的受体的激活 是NO发挥作用的主要机制。
信号分子的类型
15
2、受体——能够识别和选择性结合信号分子的 大分子，多为糖蛋白，少数为糖脂或为二者 的复合物。特点：①特异性；②饱和性；③ 高度的亲和力。 受体可分为细胞内受体和细胞表面受体。 细胞表面受体主要有三类：离子通道耦联受 体、G蛋白耦联受体和酶连受体。
细胞表面受体分三类：
（1）离子通道受体 信号（神经递质）结合受体后，打开通道，离子流动，改变细 胞膜的兴奋性。如N-AchR为Na+通道。 （2）G蛋白关联受体 信号分子结合受体后由G蛋白介导激活靶蛋白(酶或离子通道）, 在细胞内产生第二信使，再通过信号传递,引起一系列生物效 应。 （3）酶关联受体 自身是酶，与信号分子结合即被活化，引起靶细胞中某些蛋白 质磷酸化。这类受体的信号主要与细胞生长、分裂有关。
10
信号转导（signal transduction）——靶 细细胞识别并结合信号分子，将信号转换 、并产生细胞内信号的过程称信号转导。 信号转导后，内部信号通过不同的信息传 递途径最终引起基因或蛋白的变化导致细 胞生理生化（生物学效应）改变。
11
信号分子
①合成 释放
信号细胞
②运输
③识别、结 合、激活受 体
激活 磷脂 酶C
内皮细胞
平滑肌
细胞
NO对血管的作用。InsP3＝IP3，calmodulin 钙调蛋白，citrulline 瓜氨酸，guanylyl cyclase 鸟苷酸环化酶。 见教材P230图8-11.
信号分子的类型
15
2、受体——能够识别和选择性结合信号分子的 大分子，多为糖蛋白，少数为糖脂或为二者 的复合物。特点：①特异性；②饱和性；③ 高度的亲和力。 受体可分为细胞内受体和细胞表面受体。 细胞表面受体主要有三类：离子通道耦联受 体、G蛋白耦联受体和酶连受体。
细胞表面受体分三类：
（1）离子通道受体 信号（神经递质）结合受体后，打开通道，离子流动，改变细 胞膜的兴奋性。如N-AchR为Na+通道。 （2）G蛋白关联受体 信号分子结合受体后由G蛋白介导激活靶蛋白(酶或离子通道）, 在细胞内产生第二信使，再通过信号传递,引起一系列生物效 应。 （3）酶关联受体 自身是酶，与信号分子结合即被活化，引起靶细胞中某些蛋白 质磷酸化。这类受体的信号主要与细胞生长、分裂有关。
10
信号转导（signal transduction）——靶 细细胞识别并结合信号分子，将信号转换 、并产生细胞内信号的过程称信号转导。 信号转导后，内部信号通过不同的信息传 递途径最终引起基因或蛋白的变化导致细 胞生理生化（生物学效应）改变。
11
信号分子
①合成 释放
信号细胞
②运输
③识别、结 合、激活受 体
激活 磷脂 酶C
内皮细胞
平滑肌
细胞
NO对血管的作用。InsP3＝IP3，calmodulin 钙调蛋白，citrulline 瓜氨酸，guanylyl cyclase 鸟苷酸环化酶。 见教材P230图8-11.
第八章细胞信号转导
◆由第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜 内侧或胞浆中出现
◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
第十九页，共九十六页。
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激酶 蛋白磷酸酶
激活
去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
由三部分组成： 7次跨膜的受体 G蛋白 效应物（酶）
第三十三页，共九十六页。
一 、G蛋白耦联受体的结构与激活
G蛋白耦联受体
第三十四页，共九十六页。
◆ G蛋白的结构与功能
G蛋白（GTP结合蛋白）：参与细胞的多种生
命活动：细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡 运输、微管组装、蛋白质合成
在该系统中，G蛋白在信号转导过程中起着分子开
关的作用，将信号从受体传递给效应物。包括 三个过程：
● G蛋白被受体激活
配体（信号分子）＋受体 受体的构型改变， 提高与G蛋白的亲和力
● G蛋白将信号向效应物转移
受体＋ G蛋白 受体－G蛋白复合物 α 亚基－GTP G蛋白活化 激活效应物 （腺苷酸环化酶）
第三十九页，共九十六页。
（一）以 cAMP为第二信使的信号通路
细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内第二信 使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。
cAMP作为第二信使主要通过激活蛋白激酶A进行
信号放大。
第四十页，共九十六页。
★cAMP信号通路组成
受体 激活型（Rs) 抑制型（Ri)
活化型(Gs)
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血小 受体 板衍生生长因子
◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
第十九页，共九十六页。
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激酶 蛋白磷酸酶
激活
去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
由三部分组成： 7次跨膜的受体 G蛋白 效应物（酶）
第三十三页，共九十六页。
一 、G蛋白耦联受体的结构与激活
G蛋白耦联受体
第三十四页，共九十六页。
◆ G蛋白的结构与功能
G蛋白（GTP结合蛋白）：参与细胞的多种生
命活动：细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡 运输、微管组装、蛋白质合成
在该系统中，G蛋白在信号转导过程中起着分子开
关的作用，将信号从受体传递给效应物。包括 三个过程：
● G蛋白被受体激活
配体（信号分子）＋受体 受体的构型改变， 提高与G蛋白的亲和力
● G蛋白将信号向效应物转移
受体＋ G蛋白 受体－G蛋白复合物 α 亚基－GTP G蛋白活化 激活效应物 （腺苷酸环化酶）
第三十九页，共九十六页。
（一）以 cAMP为第二信使的信号通路
细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内第二信 使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。
cAMP作为第二信使主要通过激活蛋白激酶A进行
信号放大。
第四十页，共九十六页。
★cAMP信号通路组成
受体 激活型（Rs) 抑制型（Ri)
活化型(Gs)
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血小 受体 板衍生生长因子
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。
第八章细胞信号转导
迄今未发现和制备出MAPK组成型突变（dominant negative mutant），提示细 胞难于忍受MAPK的持续激活（MAPK的去活是细胞维持正常生长代谢所必须）。 主要机制：特异性的Tyr/Thr磷脂酶可选择性地使MAPK去磷酸化，关闭MAPK 信号。
cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过RTK 或通过抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。
细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织 的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、 分裂、分化和凋亡是必须的。
（一）细胞通讯的方式：
分泌化学信号进行通讯 ：内分泌（激素）、 旁分泌（如调节发育的许多生长因子）、自分 泌（肿瘤细胞生长因子）、化学突触。 接触性依赖性的通讯：细胞间直接接触，信 号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。在胚胎发 育过程中影响组织内相邻细胞的分化命运。 通过间隙连接或胞间连丝的通讯：交换小分 子来实现代谢偶联或电偶联。
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 类固醇激素、视黄酸、VitD和甲状腺素的受体 在细胞核内。类固醇激素介导的信号通路 包括 两步反应阶段：
初级反应：直接活化少数特殊基因转录， 发生迅速。
次级反应：初级反应产物再活化其它基因 产生延迟的放大作用 二、一氧化氮介导的信号通路 （98Nobel Prize）
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 步骤： 1） 受体对信号分子的识别与互作；2）
信号转导（产生第二信使或活化信号蛋白）；3） 信号放大（级联反应）：影响代谢或基因表达； 4）细胞反应的终止与下调。 组成：1）受体；2）转承蛋白、信使蛋白、接头 蛋白、放大和转导蛋白、传感蛋白、分歧蛋白、 整合蛋白、潜在基因调控蛋白。
cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过RTK 或通过抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。
细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织 的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、 分裂、分化和凋亡是必须的。
（一）细胞通讯的方式：
分泌化学信号进行通讯 ：内分泌（激素）、 旁分泌（如调节发育的许多生长因子）、自分 泌（肿瘤细胞生长因子）、化学突触。 接触性依赖性的通讯：细胞间直接接触，信 号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。在胚胎发 育过程中影响组织内相邻细胞的分化命运。 通过间隙连接或胞间连丝的通讯：交换小分 子来实现代谢偶联或电偶联。
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 类固醇激素、视黄酸、VitD和甲状腺素的受体 在细胞核内。类固醇激素介导的信号通路 包括 两步反应阶段：
初级反应：直接活化少数特殊基因转录， 发生迅速。
次级反应：初级反应产物再活化其它基因 产生延迟的放大作用 二、一氧化氮介导的信号通路 （98Nobel Prize）
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 步骤： 1） 受体对信号分子的识别与互作；2）
信号转导（产生第二信使或活化信号蛋白）；3） 信号放大（级联反应）：影响代谢或基因表达； 4）细胞反应的终止与下调。 组成：1）受体；2）转承蛋白、信使蛋白、接头 蛋白、放大和转导蛋白、传感蛋白、分歧蛋白、 整合蛋白、潜在基因调控蛋白。
第八章细胞信号转导
量。
35
一氧化氮的产生
36
NO很容易从制造的细胞中扩散 出来并且进入到邻近的细胞。由于NO 的半衰期很短(5-10秒钟)，所以它只 能作用于相邻细胞。NO作用的靶酶是
鸟苷环化酶，使GTP转变成cGMP。
37
一氧化氮的信号作用
38
• 1998 年 R ． Furchgott 等三位美国科学家因对 NO 信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
●结构： The inactive form of protein kinase A consists of two regulatory (R) and two catalyticinds to the regulatory subunits, leading to their dissociation from the catalytic subunits. The free catalytic subunits are then enzymatically active and able to phosphorylate serine residues on their target proteins. ?
◆C端结构域:
◆中间结构域:
◆N端结构域:
32
胞内受体的结构
33
二、NO
• NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。 • 血管内皮细胞和神经细胞是 NO的生成细胞，NO的生成由 一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精
氨酸为底物，以 NADPH 作为电子供体，生成 NO 和 L 瓜氨
抑制型的GTP结合蛋白传递抑制性信号,降低腺苷酸 环化酶的活性。
◆效应物
腺苷酸环化酶C。
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理信号等。
化学信号分子的类型：
亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子：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：一氧化氮（ NO ）…
细胞间信号分子影响细胞功能的途径
种类 信号分子
受体 引起细胞内的变化
神经 乙酰胆碱、谷氨酸、 质膜 影响离子通道关闭
递质 –氨基丁酸
甾 类 激 素 介 导 的 信 号 通 路
类固醇激素诱导的基因活化通常分为两个阶段
初级反应阶段：直接活化少 数特殊基因的转录，发生迅 速
次级反应：初级反应产物再 活化其它基因产生延迟的放 大作用
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接 与酶结合
NO的作用机理：
– 乙酰胆碱→血管内皮细胞→Ca2+浓度升高→一 氧化氮合酶→NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环化 酶→cGMP→血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度 下降→平滑肌舒张→血管扩张、血流通畅。
细胞外信号不同的组合可以引 起动物细胞不同的应答
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控
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3个功能结构域：
核受体结构示意图
抑制蛋白复合物
转录激活 结构域
激素结合位点
DNA结合结构域
激素
（A）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员
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 细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受 体感受信号分子的刺激，经细胞内信号转 导系统转换，从而影响细胞生物学功能的 过程。
胞外信号分子 通
过
受体
细
胞Leabharlann 表面受体 介
胞内信号分子
导
的
信
号
途
径
的
靶蛋白
组 成
新陈代 谢酶
基因调控蛋 白
细胞支架 蛋白
（2）细胞表面受体： 位于细胞质膜上，主要 与大的信号分子或小的 亲水性信号分子作用
（1）表面受体 的类型
离子通道受体 Ｇ蛋白偶联受体 酶联受体(生长因 子受体)
细胞对信号应答的两种方式
信号分子与受体相互作用的复杂性
相同信号作用于不 同的细胞可产生不 同效应
不同信号可产生相 同效应：如肾上腺 素、胰高血糖素， 都能促进肝糖原降 解而升高血糖。
英国诗人 John Donne: “No man is an island”
主要内容
概述 细胞内受体介导的信号转导 G蛋白耦联受体介导的信号转导 酶连受体介导的信号转导 信号的整合与控制
第一节 概 述
一、 细胞通讯
细胞通讯:一个细胞发出的信息通过介质传 递到另一个细胞，并与靶细胞相应的受体相 互作用，再通过细胞信号转导产生胞内一系 列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生 物学效应的过程。
受体：是一种能够识别和选择结合某种配 体（信号分子），并能引起细胞功能变化 的生物大分子。 绝大多数受体是糖蛋白，少数是糖脂
两个功能区域：配体结合区、效应区
受体特点：能识别配体并与之特异性结合；能启动 级联反应，将信号扩大，将信号转至效应器。
两类受体：
（1）细胞内受体：位于 细胞核和胞质溶胶，主要 识别能够穿过细胞质膜的 小的脂溶性的信号分子。
硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其 作用机理是在体内转化为NO。
由于NO的半衰期 很短(5-10秒钟)， 所以它只能作用于 相邻细胞。
改变新陈 改变基因 改变细胞形
代谢
表达
状或运动
分歧蛋白 放大和转导蛋白
整合蛋白
潜在基因调控蛋白 转承蛋白 接头蛋白
信使蛋白
组成从细胞表面到细胞核的 信号途径的各类信号蛋白组 分：
①转承蛋白 ②信使蛋白 ③接头蛋白 ④放大和转导蛋白 ⑤传感蛋白 ⑥分歧蛋白 ⑦整合蛋白 ⑧潜在基因调控蛋白
(二) 信号转导系统的主要特性
3.第二信使与分子开关
第二信使的发现 20世纪50年代，E.W.Sutherland在研究肝组 织中糖原是如何分解时发现了cAMP。 其后提出激素作用的第二信使学说，1971年获 诺贝尔生理和医学奖
第一信使：细胞外信号分子。 第二信使：第一信使与受体作用后在细胞内最 早产生的信号分子。 目前公认的第二信使包括cAMP、cGMP、三 磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DAG)、Ca2+等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
细胞信号转导是细胞间实现通讯的关键过程
（一）细胞通讯的方式
(1)细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯
(2)细胞间接触性依赖的通讯
(3)细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通， 通过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联
（3）细胞间隙连接
（1）
接触依赖性通讯
（2）接触性依赖的通讯
化学通讯
通过分泌化学信号的细胞间通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯的一般步骤
特定的细胞合成并释放信号分子
信 号
传
信号分子经扩散或血循环到达靶细胞
导
信号分子与靶细胞的受体特异性结合
信
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 号
转
靶细胞产生生物学效应
导
信号的解除，细胞反应终止
细胞通讯的方式及引起的某些反应
（二）信号分子与受体
1.细胞的信号分子 是细胞的信息载体，包括化学信号、物
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血 受体 小板衍生生长因子
引起酶蛋白和功能蛋白的 磷酸化和去磷酸化，改变 细胞的代谢和基因表达
蛋白质、多肽及氨基 质膜 同上
激素 酸衍生物类激素
受体
类固醇激素、甲状腺 胞内 调节转录
素
受体
维生 维生素A、维生素D 胞内 同上
素
受体
2、 受体（receptor)
第二信使的特性：
◆由第一信使同其膜受体结合后最早在细胞 膜内侧或胞浆中出现 ◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激 蛋白磷酸 酶激活 酶去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
细胞信号转导的特点 ●特异性 ●信号转换 ●逐级放大 ●信号终止或下调
在信号转导途径中，上 游蛋白对下游蛋白活性 的改变主要是通过添加 或除去磷酸集团 进行的。
●对信号具有整合作用
●细胞的信号转导对 于多细胞生物体的发 生和组织的构建，协 调细胞的功能，控制 细胞的生长、分裂、 分化和死亡是必须的。
化学信号分子的类型：
亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子：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：一氧化氮（ NO ）…
细胞间信号分子影响细胞功能的途径
种类 信号分子
受体 引起细胞内的变化
神经 乙酰胆碱、谷氨酸、 质膜 影响离子通道关闭
递质 –氨基丁酸
甾 类 激 素 介 导 的 信 号 通 路
类固醇激素诱导的基因活化通常分为两个阶段
初级反应阶段：直接活化少 数特殊基因的转录，发生迅 速
次级反应：初级反应产物再 活化其它基因产生延迟的放 大作用
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接 与酶结合
NO的作用机理：
– 乙酰胆碱→血管内皮细胞→Ca2+浓度升高→一 氧化氮合酶→NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环化 酶→cGMP→血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度 下降→平滑肌舒张→血管扩张、血流通畅。
细胞外信号不同的组合可以引 起动物细胞不同的应答
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控
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3个功能结构域：
核受体结构示意图
抑制蛋白复合物
转录激活 结构域
激素结合位点
DNA结合结构域
激素
（A）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员
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 细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受 体感受信号分子的刺激，经细胞内信号转 导系统转换，从而影响细胞生物学功能的 过程。
胞外信号分子 通
过
受体
细
胞Leabharlann 表面受体 介
胞内信号分子
导
的
信
号
途
径
的
靶蛋白
组 成
新陈代 谢酶
基因调控蛋 白
细胞支架 蛋白
（2）细胞表面受体： 位于细胞质膜上，主要 与大的信号分子或小的 亲水性信号分子作用
（1）表面受体 的类型
离子通道受体 Ｇ蛋白偶联受体 酶联受体(生长因 子受体)
细胞对信号应答的两种方式
信号分子与受体相互作用的复杂性
相同信号作用于不 同的细胞可产生不 同效应
不同信号可产生相 同效应：如肾上腺 素、胰高血糖素， 都能促进肝糖原降 解而升高血糖。
英国诗人 John Donne: “No man is an island”
主要内容
概述 细胞内受体介导的信号转导 G蛋白耦联受体介导的信号转导 酶连受体介导的信号转导 信号的整合与控制
第一节 概 述
一、 细胞通讯
细胞通讯:一个细胞发出的信息通过介质传 递到另一个细胞，并与靶细胞相应的受体相 互作用，再通过细胞信号转导产生胞内一系 列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生 物学效应的过程。
受体：是一种能够识别和选择结合某种配 体（信号分子），并能引起细胞功能变化 的生物大分子。 绝大多数受体是糖蛋白，少数是糖脂
两个功能区域：配体结合区、效应区
受体特点：能识别配体并与之特异性结合；能启动 级联反应，将信号扩大，将信号转至效应器。
两类受体：
（1）细胞内受体：位于 细胞核和胞质溶胶，主要 识别能够穿过细胞质膜的 小的脂溶性的信号分子。
硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其 作用机理是在体内转化为NO。
由于NO的半衰期 很短(5-10秒钟)， 所以它只能作用于 相邻细胞。
改变新陈 改变基因 改变细胞形
代谢
表达
状或运动
分歧蛋白 放大和转导蛋白
整合蛋白
潜在基因调控蛋白 转承蛋白 接头蛋白
信使蛋白
组成从细胞表面到细胞核的 信号途径的各类信号蛋白组 分：
①转承蛋白 ②信使蛋白 ③接头蛋白 ④放大和转导蛋白 ⑤传感蛋白 ⑥分歧蛋白 ⑦整合蛋白 ⑧潜在基因调控蛋白
(二) 信号转导系统的主要特性
3.第二信使与分子开关
第二信使的发现 20世纪50年代，E.W.Sutherland在研究肝组 织中糖原是如何分解时发现了cAMP。 其后提出激素作用的第二信使学说，1971年获 诺贝尔生理和医学奖
第一信使：细胞外信号分子。 第二信使：第一信使与受体作用后在细胞内最 早产生的信号分子。 目前公认的第二信使包括cAMP、cGMP、三 磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DAG)、Ca2+等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
细胞信号转导是细胞间实现通讯的关键过程
（一）细胞通讯的方式
(1)细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯
(2)细胞间接触性依赖的通讯
(3)细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通， 通过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联
（3）细胞间隙连接
（1）
接触依赖性通讯
（2）接触性依赖的通讯
化学通讯
通过分泌化学信号的细胞间通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯的一般步骤
特定的细胞合成并释放信号分子
信 号
传
信号分子经扩散或血循环到达靶细胞
导
信号分子与靶细胞的受体特异性结合
信
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 号
转
靶细胞产生生物学效应
导
信号的解除，细胞反应终止
细胞通讯的方式及引起的某些反应
（二）信号分子与受体
1.细胞的信号分子 是细胞的信息载体，包括化学信号、物
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血 受体 小板衍生生长因子
引起酶蛋白和功能蛋白的 磷酸化和去磷酸化，改变 细胞的代谢和基因表达
蛋白质、多肽及氨基 质膜 同上
激素 酸衍生物类激素
受体
类固醇激素、甲状腺 胞内 调节转录
素
受体
维生 维生素A、维生素D 胞内 同上
素
受体
2、 受体（receptor)
第二信使的特性：
◆由第一信使同其膜受体结合后最早在细胞 膜内侧或胞浆中出现 ◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激 蛋白磷酸 酶激活 酶去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
细胞信号转导的特点 ●特异性 ●信号转换 ●逐级放大 ●信号终止或下调
在信号转导途径中，上 游蛋白对下游蛋白活性 的改变主要是通过添加 或除去磷酸集团 进行的。
●对信号具有整合作用
●细胞的信号转导对 于多细胞生物体的发 生和组织的构建，协 调细胞的功能，控制 细胞的生长、分裂、 分化和死亡是必须的。