15-细胞信号传导(14、15章)

性的G蛋白，信号关闭。
4、信号转导中G蛋白活性变化过程p250
（ 1 ）受体激活： 配体 + 受体—受体激活，构象改变 —与G蛋
白结合的部位暴露出来 -- G蛋白-配体-受体复合物形成-- G 蛋白与GDP的结合力减弱。
（2）G蛋白激活: GDP从α亚基上脱离下来—GTP结合上去，
G 蛋白激活 -- α亚基与βr 复合物解离 — 激活的α亚基与腺
白的丝氨酸 / 苏氨酸磷酸化 — 激活基因调控蛋
白—基因表达。
cAMP 信号与 基因表 达
cAMP 结 合 PKA 的 调 节 亚基，引起构象变 化而被 激活 cAMP 依赖的蛋白激酶 A 的催化亚基进入细胞 核
PKA催化亚基磷酸化 转录因子CREB
磷酸化的转录因子 CREB 结 合 到 含 有 CRE 序 列 的 靶 基 因 ， 调控基因表达。
个体中的大部分细胞并不直接相连，仅靠细
胞间的连接结构进行信息交流是不够的，细胞间
还存在通过信号分子进行信息交流的方式。

信号细胞(signaling cell)：能产生信号分子的细胞。
• 靶细胞(target cell)：对信号分子发生反应的细胞。 • 信号转导(signal transduction)：靶细胞依靠受体识别专
一的细胞外信号分子，并把细胞外信号转变为细胞内信号， 这一转变过程称为信号转导。
• 细胞内的信号分子经连锁级联反应，进行细胞内信号传递，
引起细胞发生反应。
第一部分 信号细胞与靶细胞
一、信号分子与信号细胞
信号细胞通过外排分泌
和穿膜扩散释放出信号分子。
有的信号分子可对远距离的 靶细胞发生作用；有的信号
不同种类的细胞，磷酸化的靶蛋白组不同，细 胞效应不同。 通过磷酸化级联反应链进行，不涉及基因表达。
慢速反应
• • 信号传递最终引起专一基因表达 慢速反应一般步骤
快
慢
例如：激素—受体—G蛋白—腺苷酸环化酶— cAMP—cAMP 依赖的蛋白激酶 A— 基因调节蛋白 （磷酸化）—基因表达。
第三部分
G蛋白关联受体与G蛋白
（三）激活磷脂酶C-- PLC
三、细胞内信号传递与第二信使p253
第二信使：细胞受到胞外信号 ( 第一信使 ) 刺激后在胞质 中最早产生的，可将信号向下游传递的信号分子，经扩散 将信号放大。
常见 的 第 二 信使： cAMP 、 钙离子 、 IP3 （肌醇三磷 酸）、DAG（二酰甘油）等
（一）cAMP信号传递途径p253
（三）靶细胞中的受体
信号传递第1步------信号分子（配体）与
受体的结合，受体起靶细胞天线的作用。
受体是能识别并选择性结合某配体（信
号分子）的特殊蛋白，多为糖蛋白，至少包 括两个功能域：配体结合区域和产生效应的 区域。
受体的特征：①特异性；②饱和性；③高亲和力。
根据受体在靶细胞中的存在部位分为两类：
靶细胞反应过程的特征：
（一）专一识别信号 细胞按发育编程，在不同的分化阶
段，分别与专一的信号分子识别结合,启动基因的差异表达。
（二）反应差异 一种信号分子对不同的靶细胞常有不同
的效应。
原因：1）细胞表面受体组合不同；2）细胞内的装置
对接收的信息在细胞内进行不同的整合和译解。
乙酰胆碱刺激骨骼肌收缩，但降低心肌的收 缩频率和收缩力。
a.细胞内受体; b.细胞表面受体
亲水性
疏水性
1、胞内受体（p251）

受体位于细胞质或细胞核中
• 疏水性信号分子： 类固醇、甲状腺激素、类视黄素、 维生素D、GA等 • 信号可穿越质膜进入靶细胞内部
• 信号与胞内受体结合激活受体
• 激活的受体分子构象发生改变
• 与细胞核中DNA结合激活或抑制
基因转录
象阶梯一样经历一环扣
一环的连锁中继步骤。
如
P276-278
1、构成信号传递级联反应链的蛋白种类：p267
（1）可被蛋白激酶磷酸化的蛋白；
（2）在信号诱导下同GTP结合的蛋白。 这两类蛋白被激活时，至少获得一个磷酸基团，失活时 去磷酸基团。这些蛋白被激活可使磷酸化级联反应链中的下 游蛋白磷酸化。
2、参与磷酸化级联反应的蛋白激酶种类：p268
靶细胞反应
• 这些细胞表面受体又称信号转换器
细胞表面受体根据传导机制不同分三类：
（1）离子通道关联受体（递质门控离子通道）
• 受体是多次穿膜蛋白，与电兴奋细胞间突触信号的快速传递 有关。受体与神经递质结合后构象改变，通道瞬时打开或关
闭，改变了质膜的离子透性，使突触后细胞发生兴奋。
（2）G蛋白关联受体
1．胞内cAMP浓度升高所起的作用： a.引起糖原降解，应付细胞对能量的需求。 b.激活特定基因的转录，合成所需的新蛋白。
cAMP依赖的蛋白激酶A
无活性的磷酸化酶激酶
2．cAMP发生作用的过程（机制）：
• cAMP依赖蛋白质激酶——A激酶（PKA）。 • cAMP结合PKA，引起构象变化而被激活—下游蛋
二、 G蛋白在信号转导中的功能
（一）调节离子通道，如钾离子通道
神经纤维释放乙酰胆碱+心肌的G蛋白关联受体
分解成α亚基、βγ复合物 白 心肌收缩减缓
G蛋白
βγ复合物 + K+ 通道蛋
通道构象改变， K+ 进入细胞，改变了心肌膜电位， α亚基将 GTP 水解为 GDP ，失活后与
βγ复合物重新结合成无活性的G蛋白，K+通道关闭。
一、G蛋白的结构和活性变化p249 GTP结合蛋白，主要分为两类：
异三体G蛋白;
小的胞质G蛋白。
异三体G蛋白和7次跨膜受体结合参与信号转导
1、异三体G蛋白的结构
αβγ三个亚基,α亚基具 GTP 酶活性，不受刺激
时无活性。
配体+受体 受体激活 G蛋白+激活的受体 G蛋白激活
2、GTP和GDP对G蛋白活性的影响
胞内受体的激活转录过程：来自激活基因转录通常分两步进行：
• a.初级反应：直接诱导少数专一基因转录 • b.次级反应：初级反应的转录产物激活其它基因
2、表面受体蛋白p247
• 与亲水性信号分子结合发挥作用
– 神经递质、蛋白质激素、生长因子等
• 受体为跨膜整合蛋白 • 质膜外表面：配体结合部位
• 胞外信号通过表面受体转变为胞内信号，引起
•结合 GTP 时处于活性状态，结合 GDP 时处
于失活状态。 •激活， α 亚基与 βγ 复合物分离，沿质膜
内表面散开，分别与各自靶蛋白结合。
3、G蛋白激活靶蛋白的作用机制
• G 蛋白 α 亚基具有 GTP 酶活性， α 亚基与其靶
蛋白相互作用后，几秒钟后把GTP水解成了
GDP，α 亚基便与 βγ 复合物重新结合成无活
细胞信号转导与传递系统
(第十四、十五章)
主要内容：
信号细胞与靶细胞
细胞内信号传递的基本原理 G蛋白关联受体与G蛋白 酶关联受体信号传递途径
单细胞生物间的相互影响：
单细胞生物虽然单个细胞可单独生存， 但需摄取营养，排出代谢产物等方面以与 其它细胞相互影响。如细菌可对相邻细菌 分泌的化学信号发生反应等。
（2）直接受钙离子和cAMP调节的酶可相互影响，一些
CaM激酶可被PKA磷酸化。
（3）PKA和钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶(CaM-激酶)
可以使同一种蛋白的不同位点发生磷酸化。
（三）磷脂酰肌醇信号传递途径p257
1、IP3和DAG（DG）第二信使的产生：
• 质膜脂双层的内层中有磷脂酰肌醇（ PI ） 的两个磷酸化衍生物： PIP，PIP2 • PLC -β (磷脂酰肌醇专一性磷脂酶C-β)
（1）丝氨酸/苏氨酸激酶—可催化蛋白中的丝氨酸和
苏氨酸磷酸化
（2）酪氨酸激酶—可催化蛋白中的酪氨酸磷酸化
蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将核苷酸
的 γ 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋
白质磷酸化。
蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面：
A.通过磷酸化调节蛋白活性，磷酸化与去磷酸化是绝大
（二）激活腺苷酸环化酶
• 许多细胞外信号分子通过改变腺苷酸环化酶的活性
来调控cAMP的水平，是被G蛋白激活的最常见的膜
结合酶。
• 腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）：分子量
150KD的糖蛋白，12次跨膜。在Mg2+或Mn2+的存在下，
腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP 。 • cAMP在胞质浓度的改变，可引起细胞的反应，进而 通过一系列的级联反应，调控基因表达。
多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白在
磷酸化后有活性，有的则在去磷酸化后具有活性；
(信号分子活性调节） B.通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细 胞反应。（信号放大）
二、细胞对细胞外信号反应的不
同速率p245
快速反应
• • • 激活的蛋白激酶催化胞内蛋白的磷酸化，从而
产生细胞反应
多细胞生物细胞间的协调活动：
对多细胞生物来说，细胞并不是孤 立存在的，而是生物体的构成成员，生 物体生命活动的有序性是靠各个细胞间 的协调互作来实现的。而细胞间的协调 活动依赖于细胞间的信息交流。
多细胞生物中的信息交流方式：
1、通过细胞间的连接结构进行信息交流：
间隙连接； 胞间连丝
2、通过信号分子进行细胞间的信息交流：
苷酸环化酶结合--腺苷酸环化酶被激活。
（ 3 ） G 蛋白复原失活： α亚基具有 GTP 酶活性，水解与其
结合的 GTP-- α亚基回复原构象，与腺苷酸环化酶分离 -α亚基与βr复合物结合，腺苷酸环化酶失活。
5、刺激性G蛋白和抑制性G蛋白（Gs和Gi）p249