细胞的跨膜信号转导课件
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② 化学通讯：
内分泌(endocrine) 旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine) 化学突触(chemical synapse)
③ 间隙连接：如电突触、闰盘
④ 外泌体(exosomes )：
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3
跨膜信号转导的基本过程
三个阶段：
胞外信 号的识别
胞内信 号转换和 放大
的肽链构成→也称7次跨膜受体。
“7次跨膜受体”： 膜外侧N-末端——识别、结合配体 膜内侧C-末端——激活膜内G蛋白
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20
（一）参与转导的信号分子
2.G蛋白：即鸟苷酸结合蛋白，它是一类和GTP或 GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。
由α、β和γ三个亚单位形成的异源三聚体； α 和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链尾固定在膜上 耦联膜受体与下游效应器（酶或离子通道）的蛋白。
第一信使
略
第二信使
Sutherland, 获 1971年诺贝尔生理和医学奖
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8
cAMP的产生
腺苷酸环化酶：跨 膜12次。在Mg2+或 Mn2+的存在下，催 化ATP 生成cAMP。
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9
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10
cAMP、 cGMP 、 DAG、 IP3、 Ca2+
PKA
PKG
Ca2+
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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效应酶结合位点。
21
（一）参与转导的信号分子
2.G蛋白：分子开关作用。
α 亚基结合GDP处于关闭状态，结合GTP处于开 启状态：
GDP-αβγ
（失活型）
GTP-α+βγ
（激活型）
作用：与激活的受体相遇而被激活，再由激活型 α-GTP和βγ亚单位进一步激活下游效应器，从而 改变细胞内第二信使的浓度。
受体由均一或非均一的亚基构成寡聚体，且围 成一跨膜离子通道，激活后可引起离子的跨膜 流动，触发生理反应
特 点 （比较G蛋白偶联通路）
①通过产生跨膜电变化传递信号
②路径简单、速度快
③作用较局限
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15
ACh
↓
与终板膜膜上通道型受体（N型ACh受体） 特异性结合
↓ ACh受体通道构型改变（离子通道打开）
↓ Na+内流（和K+外流）
↓ 终板膜去极化（终板电位）
↓
周围肌膜兴奋和肌细胞收缩
范例
神经-骨骼肌接头 Ｎ2型ACh受体
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16
2. G蛋白偶联受体介导的信号转导
G蛋白偶联受体：由一条包含7次跨膜α螺旋的肽链 构成，胞外结构域识别信号分子，胞内结构域与G 蛋白偶联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信 使，将胞外信号转为胞内信号。
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细胞的跨膜信号转导
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1
信号转导（signal transduction）
信号转导：细胞针对外源信息所发生的细胞内生 物化学变化及效应的全过程
“信号” —— 主要：化学信号（激素、神经递质、细胞因子） 其他：机械、光、电信号
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2
细胞间的信号传递： ① 接触性依赖的通讯：细胞粘附、识别
❖ 慢效应：调控基因表达
转录因子磷酸化
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13
跨膜信号转导的主要途径
膜受体介导： 离子通道受体
（环状受体）
G蛋白偶联受体
（七跨膜α-螺旋型受体）
酶偶联受体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（单跨膜α-螺旋型受体）
胞内受体介导
（胞内转录因子型受体）
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14
1.离子通道受体介导的信号转导
离子通道型受体属于化学门控通道，其接受的 化学信号绝大多数是神经递质，故也称递质门 控通道(transmitter-gated ion channel) ；
重要的有： 环核苷酸：环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP） 脂类衍生物：二酰甘油（DG）、1, 4, 5-三磷酸肌醇（IP3） 无机物：Ca2+等 作用：传导、放大胞外信号，激活蛋白激酶或离子通道
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7
第二信使学说
1957年，E. Sutherland在 研究肾上腺素促进肝糖原 分解的机制时发现，激素 的作用依赖于细胞产生一 种小分子化合物环腺苷酸 （cyclic AMP，cAMP）， 从而提出了第二信使学说。
胞内效 应产生
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4
构成信号转导系统的要素
❖受体：是一类存在于靶细胞膜上或胞内可识别并结 合外源信号分子（配体），进而引起靶细胞内产生 相应的生物效应的分子。其化学本质是蛋白质，个别为糖脂 。
❖胞内受体：少数疏水性信号分子穿过质膜进入胞内（如： 类固醇激素、甲状腺激素、维生素D等）
❖膜受体：大部分亲水性的刺激信号作用于膜表面受体
❖配体：能与受体特异性结合的信号分子
❖脂溶性分子：可直接穿膜进入靶细胞 ❖水溶性分子：不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转
换机制实现信号传递，所以又称为第一信使(primary messenger)。
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5
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6
构成信号转导系统的要素
❖第二信使(second messenger)：受体被激活后在细 胞内产生的、能介导信号转导通路的活性物质。
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（一）参与转导的信号分子
1. G蛋白偶联受体 2. G蛋白（鸟苷酸结合蛋白） 3. G 蛋白效应器 4. 第二信使
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（一）参与转导的信号分子
1. G蛋白偶联受体：与配体结合后，通过构象变化 结合并激活G蛋白。
通过G蛋白发挥作用→称为G蛋白偶联受体； 不具备通道结构，无酶活性； 种类繁多，每种受体都由一条包含7次跨膜α螺旋
CaM
PKC
Ca2+ /CaM-PK
底物(酶) 磷酸化 调节底物(酶) 的活性。
第二信使的效 应模式：
可逆磷酸化
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蛋白激酶A （PKA）
cAMP-Dependent Protein Kinase
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12
PKA的功能
❖快效应：底物磷酸化 糖原合酶 P 失活
糖原磷酸化酶 P 激活
信号途径：配体+受 体→G蛋白→效应器 分子→第二信使→靶 分子→生物学效应
12345 67
G蛋白
配体包括肾上腺素、组胺、5-羟色胺等生物胺，血管紧
张素、促甲状腺激素等多肽和蛋白类激素、乙酰胆碱、
嗅觉物质、视紫红质等100学多习交种流P。PT
17
2. G蛋白偶联受体介导的信号转导
（一）参与转导的信号分子 （二）主要的G蛋白偶联受体信号转导途径 （三） G蛋白偶联受体的信号转导特点
内分泌(endocrine) 旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine) 化学突触(chemical synapse)
③ 间隙连接：如电突触、闰盘
④ 外泌体(exosomes )：
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跨膜信号转导的基本过程
三个阶段：
胞外信 号的识别
胞内信 号转换和 放大
的肽链构成→也称7次跨膜受体。
“7次跨膜受体”： 膜外侧N-末端——识别、结合配体 膜内侧C-末端——激活膜内G蛋白
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（一）参与转导的信号分子
2.G蛋白：即鸟苷酸结合蛋白，它是一类和GTP或 GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。
由α、β和γ三个亚单位形成的异源三聚体； α 和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链尾固定在膜上 耦联膜受体与下游效应器（酶或离子通道）的蛋白。
第一信使
略
第二信使
Sutherland, 获 1971年诺贝尔生理和医学奖
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cAMP的产生
腺苷酸环化酶：跨 膜12次。在Mg2+或 Mn2+的存在下，催 化ATP 生成cAMP。
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cAMP、 cGMP 、 DAG、 IP3、 Ca2+
PKA
PKG
Ca2+
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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效应酶结合位点。
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（一）参与转导的信号分子
2.G蛋白：分子开关作用。
α 亚基结合GDP处于关闭状态，结合GTP处于开 启状态：
GDP-αβγ
（失活型）
GTP-α+βγ
（激活型）
作用：与激活的受体相遇而被激活，再由激活型 α-GTP和βγ亚单位进一步激活下游效应器，从而 改变细胞内第二信使的浓度。
受体由均一或非均一的亚基构成寡聚体，且围 成一跨膜离子通道，激活后可引起离子的跨膜 流动，触发生理反应
特 点 （比较G蛋白偶联通路）
①通过产生跨膜电变化传递信号
②路径简单、速度快
③作用较局限
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ACh
↓
与终板膜膜上通道型受体（N型ACh受体） 特异性结合
↓ ACh受体通道构型改变（离子通道打开）
↓ Na+内流（和K+外流）
↓ 终板膜去极化（终板电位）
↓
周围肌膜兴奋和肌细胞收缩
范例
神经-骨骼肌接头 Ｎ2型ACh受体
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2. G蛋白偶联受体介导的信号转导
G蛋白偶联受体：由一条包含7次跨膜α螺旋的肽链 构成，胞外结构域识别信号分子，胞内结构域与G 蛋白偶联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信 使，将胞外信号转为胞内信号。
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细胞的跨膜信号转导
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信号转导（signal transduction）
信号转导：细胞针对外源信息所发生的细胞内生 物化学变化及效应的全过程
“信号” —— 主要：化学信号（激素、神经递质、细胞因子） 其他：机械、光、电信号
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2
细胞间的信号传递： ① 接触性依赖的通讯：细胞粘附、识别
❖ 慢效应：调控基因表达
转录因子磷酸化
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跨膜信号转导的主要途径
膜受体介导： 离子通道受体
（环状受体）
G蛋白偶联受体
（七跨膜α-螺旋型受体）
酶偶联受体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（单跨膜α-螺旋型受体）
胞内受体介导
（胞内转录因子型受体）
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1.离子通道受体介导的信号转导
离子通道型受体属于化学门控通道，其接受的 化学信号绝大多数是神经递质，故也称递质门 控通道(transmitter-gated ion channel) ；
重要的有： 环核苷酸：环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP） 脂类衍生物：二酰甘油（DG）、1, 4, 5-三磷酸肌醇（IP3） 无机物：Ca2+等 作用：传导、放大胞外信号，激活蛋白激酶或离子通道
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第二信使学说
1957年，E. Sutherland在 研究肾上腺素促进肝糖原 分解的机制时发现，激素 的作用依赖于细胞产生一 种小分子化合物环腺苷酸 （cyclic AMP，cAMP）， 从而提出了第二信使学说。
胞内效 应产生
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构成信号转导系统的要素
❖受体：是一类存在于靶细胞膜上或胞内可识别并结 合外源信号分子（配体），进而引起靶细胞内产生 相应的生物效应的分子。其化学本质是蛋白质，个别为糖脂 。
❖胞内受体：少数疏水性信号分子穿过质膜进入胞内（如： 类固醇激素、甲状腺激素、维生素D等）
❖膜受体：大部分亲水性的刺激信号作用于膜表面受体
❖配体：能与受体特异性结合的信号分子
❖脂溶性分子：可直接穿膜进入靶细胞 ❖水溶性分子：不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转
换机制实现信号传递，所以又称为第一信使(primary messenger)。
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构成信号转导系统的要素
❖第二信使(second messenger)：受体被激活后在细 胞内产生的、能介导信号转导通路的活性物质。
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（一）参与转导的信号分子
1. G蛋白偶联受体 2. G蛋白（鸟苷酸结合蛋白） 3. G 蛋白效应器 4. 第二信使
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（一）参与转导的信号分子
1. G蛋白偶联受体：与配体结合后，通过构象变化 结合并激活G蛋白。
通过G蛋白发挥作用→称为G蛋白偶联受体； 不具备通道结构，无酶活性； 种类繁多，每种受体都由一条包含7次跨膜α螺旋
CaM
PKC
Ca2+ /CaM-PK
底物(酶) 磷酸化 调节底物(酶) 的活性。
第二信使的效 应模式：
可逆磷酸化
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蛋白激酶A （PKA）
cAMP-Dependent Protein Kinase
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12
PKA的功能
❖快效应：底物磷酸化 糖原合酶 P 失活
糖原磷酸化酶 P 激活
信号途径：配体+受 体→G蛋白→效应器 分子→第二信使→靶 分子→生物学效应
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G蛋白
配体包括肾上腺素、组胺、5-羟色胺等生物胺，血管紧
张素、促甲状腺激素等多肽和蛋白类激素、乙酰胆碱、
嗅觉物质、视紫红质等100学多习交种流P。PT
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2. G蛋白偶联受体介导的信号转导
（一）参与转导的信号分子 （二）主要的G蛋白偶联受体信号转导途径 （三） G蛋白偶联受体的信号转导特点