细胞生物学 第五章 细胞通讯
细胞生物学 细胞通讯
一般过程 ◆识别：信号分子+受体蛋白 ◆信号传递
概念：细胞通讯(cell communication)是细 胞间或细胞内通过高 度精确和高效地发送 与接收信息的通讯机 制，对环境作出综合 反应的细胞行为。
细胞对胞外信号组合的反应决定细胞的命运
引起的反应
特征1：相同的信号可产生不同的反应，如
乙酰胆碱可引起骨骼肌收缩，心肌收缩频率 降低，唾液腺细胞分泌。
●自分泌与自分泌信号传导 是指细胞对自身产生的物质发生反应, 常见于病理条件下, 如
肝细胞合成的释放生长因子, 可以刺激自身。受伤细胞也可自分 泌。这种信号中最主要的一类是前列腺素(prostaglandins,PG)。
●神经递质 (neurotransmitters) 介导神经信号传导
●神经递质是由神经细胞分泌到突触 (synapses)中的信号分子
信号分子 类型？
亲 水 性
脂气 溶体 性分
子
第一信使：多数激素类信号分子不能直接进入细胞，只能通过 同膜受体结合后进行信息转换，通常把细胞外的信号称为第一 信息使。
▲第二信息(second messenger)： 是第一信息同其膜受体结合后最 早在细胞膜内侧或胞浆中出现， 仅在细胞内部起作用的信息分子； 能启动或调节细胞内稍晚出现的 反应。
第五章 细胞通信
Cell communication
OUTLINE
5.1 细胞通讯的基本特征 5.2 信号分子 5.3 受体 5.4 cAMP 信号途径 5.5 磷脂酰肌醇信号途径 5.6 酶联受体信号转导 5.7 信号的整合与终止
5.1细胞通讯的基本特征
5.1.1 细胞通讯的一般过程和所引起的反应
◆On one hand: an understanding of cell signaling requires knowledge about other types of cellular activity.
第五章细胞通讯
细胞通讯是指多细胞生物细胞间或细胞内通过高度精确和高度有效的接受信息的通讯机制并通过放大引起快速的细胞生理反应，或引起基因活动，从而发生一系列的细胞活动来协调各组织行动，使之成为统一的生命整体对外界环境变化做出综合应答。
细胞有3种通讯方式：通过信号分子、相邻细胞表面分子的相互作用、细胞与细胞外基质的作用。
细胞通讯的基本过程：①信号分子的合成：内分泌细胞是信号分子的主要来源；②信号分子从信号生成细胞释放到周围环境中：蛋白质类的信号分子要经过内膜系统的合成、加工、分选和分泌，最后释放到细胞外；③信号分子向靶细胞运输：主要是通过血液循环系统运送到靶细胞；④靶细胞对信号分子的识别和检测：主要通过位于细胞质膜或细胞内受体蛋白的选择性的识别和结合；⑤细胞对细胞外信号进行跨膜转导，产生细胞内信号；⑥细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应，引起细胞代谢、生长、基因表达等方面的一系列变化；⑦细胞完成信号应答之后，要进行信号解除，终止细胞应答：主要通过对信号分子的修饰、水解或结合等方式降低信号分子的水平和浓度以终止反应。
信号分子可分为水溶性和脂溶性两种，前者作用于细胞表面受体，后者要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体。
信号分子的基本功能只是提供一个正确的构型及与受体结合的能力。
按信号传导方式可分为3种类型：激素、局部介质、神经递质。
参与细胞通讯的激素有3种类型：蛋白与肽类激素、类固醇类激素、氨基酸衍生物。
在细胞通讯中，受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质，可分为细胞表面受体和细胞内受体两种。
表面受体主要是同大的信号分子或小的亲水性信号分子作用而传递信息，可分为单次跨膜、7次跨膜和多亚基跨膜3个家族，主要有离子通道欧联受体、G-蛋白偶联受体、酶联受体等3种类型。
受体与配体相互作用具有特异性、高亲和力、饱和性、可逆性等特点，并可引发生理反应。
研究受体与配体的相互作用常采用单克隆抗体标记法、亲和标记法等。
第五章 细胞通讯(1)
名词：细胞通讯:在多细胞生物的细胞社会中，细胞间或细胞内通过高度精确和高效的接受信息的通讯机制，并通过放大引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动，而后发生一些列的细胞生理活动来协调各组织活动，使之成为生命的统一体对多变的外界环境做出综合性反应。
细胞识别：细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞的识别。
信号传导：信号分子从细胞中分泌、释放和传递的过程。
膜受体：与信号分子识别并结合的受体通常位于细胞质膜或者细胞内，位于细胞膜上的受体成为膜受体。
主要同大的信号分子或小的亲水性信号分子作用，传递信息。
而胞内受体则主要是同脂溶性小信号分子作用。
受体：指任意能够同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并能够引起细胞功能变化的生物大分子。
信号转导：细胞信号的识别、传递与转换的过程。
强调细胞信号的接收后的传递方式。
第二信使：细胞可以通过两个途径将细胞外的激素类信号转换成细胞内信号，然后通过级联放大作用，引起细胞应答。
这种由细胞表面受体转换而来的细胞内信号通常称为第二信使。
G蛋白：即GTP结合蛋白，它能与GTP或GDP结合。
组成上看，有单体G蛋白（一条多肽链）和多亚基G蛋白（多条肽链组成）。
参与细胞的多种生命活动，如细胞通讯、核糖体与内质网结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成等。
信号分子：生物体内的某些化学分子，既非营养物质，又非能源物质和结构物质，而且不是酶，他们主要是用来在细胞间和细胞内的传递信息，如激素、神经递质、生长因子等统称为信号分子，他们唯一的功能就是与细胞受体结合并传递信息。
Ras蛋白：是原癌基因c-ras的表达产物，分子质量为21kDa，属单体GTP结合蛋白，具有弱的GTP酶活性。
其活性性状对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等都具有影响。
旁分泌：是指肿瘤细胞产生的激素或调节因子通过细胞间隙对邻近的其他种类细胞起促进作用。
自分泌：指某种细胞因子的靶细胞也是其产生细胞，则该因子对靶细胞表现出的生物学作用。
分子细胞生物学-赵艳第五章2细胞信息传递
2、 根 据 功 能 受 体 分 为 三 类
（1）离子通 道耦联的受体
如：突触后膜神经递质受体。 神经递质通过与受体的结
合开闭离子通道，改变离子的 通透性。
（2）与G蛋白耦联的受体
受体通过与GTP结合的调节蛋白（G蛋 白）的耦联，在细胞内产生第二信使， 从而将外界信号跨膜传递到细胞内。
如：cAMP途径
自分泌， 旁分泌， 内分泌， 化学突触；
2）. 细胞间接触性依赖的通讯 （常见在胚胎发育）；
3）. 间隙连接
细胞通讯的几种类型
BACK
2、细胞通过分泌化学信号进 行细胞 间通讯的过程：
❖化学信号分子的合成 ❖信号细胞释放化学信号分子 ❖信号分子转运至靶细胞 ❖识别信号分子（通常是通过特异性受体识别） ❖信号的跨膜传递 ❖生物学效应
（3）具有催化功能的受体
受体是跨膜蛋白，其胞质区域具有酶 的活性。
如：具有酪氨酸激酶活性的受体 （生长因子受体）
具有催化功能的受体又称为酶关联 受体，这类受体主要有酪氨酸蛋白 激酶受体型和非酪氨酸蛋白激酶受 体型，此型受体与细胞的增殖、分 化、分裂及癌变有关。
A、酪氨酸蛋白激酶受体型
催化型受体,与配体结合后即有酪 氨酸蛋白激酶（TPK）活性,既可导 致受体自身磷酸化,又可催化底物蛋 白的特定酪氨酸残基磷酸化，如胰 岛素受体和表皮生长因子受体等。
如：生长因子、细胞生长 抑素、一氧化 氮和前列腺素等。
（2）激素(Hormones) 如：胰岛素、甲状腺素和肾上腺素。
（3）神经递质(Neurotransmitters) 如:乙酰胆碱 和去甲肾上腺素。
二、细胞内信息物质
(Intracellular signal molecules)
细胞生物学课件章细胞通信和信号-PPT
FUNCTIONS OF CELL MUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
Controls on Cytosolic Calcium
(三)其她G蛋白偶联型受体
1、化学感受器中得G蛋白 • 存在于嗅觉和味觉化学感受器中,类型繁多,不同细胞具有
不同得受体,感受不同得气味。 • 气味分子与G蛋白偶联型受体结合,可激活腺苷酸环化酶,
产生cAMP,开启cAMP门控阳离子通道(cAMP-gated cation channel),引起钠离子内流,膜去极化,产生神经冲动, 最终形成嗅觉或味觉。
Chemical synapse
Acetylcholine receptor
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
二、G蛋白耦联型受体
• 通过调节cAMP得浓度,将细胞外 信号转变为细胞内信号。
主要组分: • ①激活型受体(Rs)或抑制型受体
(Ri); • ②活化型调节蛋白(Gs)或抑制型
调节蛋白(Gi);
G-protein linked receptor
• ③ 腺苷酸环化酶: 跨膜12次。在Mg2+ 或Mn2+得存在下, 催化ATP生成 cAMP。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
(完整版)细胞生物学知识点总结
细胞生物学目录第一章绪论第二章细胞生物的研究方法和技术第三章质膜的跨膜运输第四章细胞与环境的相互作用第五章细胞通讯第六章核糖体和核酶第七章线粒体和过氧化物酶体第八章叶绿体和光合作用第九章内质网，蛋白质分选，膜运输第十章细胞骨架，细胞运动第十一章细胞核和染色体第十二章细胞周期和细胞分裂第十三章胚胎发育和细胞分化第十四章细胞衰老和死亡第一章绪论1.原生质体：被质膜包裹在细胞内的所有的生活物质，包括细胞核和细胞质细胞质：细胞内除核以外的原生质，即细胞中细胞核以外和细胞膜以内的原生质部分原生质体：除去细胞壁的细胞2.结构域：生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域3.装配模型：模板组装，酶效应组装，自组装4.五级装配：第一级,小分子有机物的形成第二级，小分子有机物组装成生物大分子第三级,由生物大分子进一步组装成细胞的高级结构第四级,由生物大分子组装成具有空间结构和生物功能的细胞器第五级，由各种细胞器组装成完整细胞6.支原体：目前已知的最小的细胞第二章细胞生物的研究方法和技术1.显微镜技术：光镜标本制备技术、2.光镜标本制备技术步骤：样品固定、包埋与切片、染色3.电子显微镜种类：透射电子显微镜，扫描电镜，金属投影，冷冻断裂和冷冻石刻电镜，复染技术，扫描隧道显微镜4.细胞化学技术：酶细胞化学技术，免疫细胞化学技术，放射自显影5.细胞分选技术：流式细胞术6.分离技术：离心技术，层析技术，电泳技术第三章质膜的跨膜运输1.细胞功能：外界与通透性障碍，组织和功能定位，运输作用，细胞间通讯，信号检测2.膜化学组成：膜脂，膜糖，膜蛋白3.膜脂的三个种类：磷脂，糖脂，胆固醇4.脂质体用途：用作生物膜的研究模型，作为生物大分子与药物的运载体5.膜糖功能：细胞与环境的相互作用，接触抑制，信号转导，蛋白质分选，保护作用。
6.膜蛋白类型：整合蛋白，外周蛋白，脂锚定蛋白7.膜蛋白功能：运输蛋白，酶，连接蛋白，受体（信号接受和传递）8.不对称性的研究方法：冰冻断裂复型，冰冻蚀刻9.膜流动性研究方法：质膜融合，淋巴细胞的成斑成帽效应，荧光漂白恢复技术10.膜流动性的重要性：酶活性，信号转导，物质运输，能量转换，细胞周期11.影响膜脂流动性的因素：脂肪酸链，胆固醇，卵磷脂/鞘磷脂比值12.影响膜蛋白流动的因素：整合蛋白，膜骨架，细胞外基因，相邻细胞，细胞外配体、抗体、药物大分子13.膜骨架的主要蛋白：血影蛋白，肌动蛋白和原肌球蛋白，带4.1蛋白，锚定蛋白14.转运蛋白质包括：载体蛋白，通道蛋白15.协同运输的方向：同向协同，反向协同第四章细胞与环境的相互作用1.细胞表面结构：细胞外被、膜骨架、胞质溶胶2.细胞外被功能：连接，细胞保护，屏障3.糖萼：由细胞表面的碳水化合物形成的质膜保护层，又称为多糖包被。
细胞生物学-信号传递
（二）细胞识别（cell recognition）
概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相 互作用，进而导致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。
3
●细胞通讯方式：
分泌化学信号进行通讯 接触性依赖的通讯 细胞间形成间隙连接实现代谢偶联或电偶联
4
1.细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯
cAMP信号通路
概念：细胞外信号和相应的受体结合，导致胞内第二信使
cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。
cAMP信号通路的组成成分
激活型 抑制型 抑制型受体(Ri)
（接受胰高血糖素等）inhibit
受体
激活型受体(Rs)
（接受肾上腺素等）stimulate
G-蛋白
激活型的G-蛋白（Gs）
抑制型G-蛋白(Gi)
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，可分为4类。
5
内分泌（endocrine）：①低浓度；②全身性；③长时效。 旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同 一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（chemical synapse）：神经递质由突触前膜释 放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
31
G蛋白：即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，简称G蛋白。 由α、β、γ三个亚基组成， β 和γ亚基通过共价结合的脂 肪酸链尾结合在膜上。G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的
作用，当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于
细胞生物学 第五章 细胞通讯
◆这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关
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表面受体跨膜方式 ◆多亚单位跨膜家族 ◆7次跨膜家族 ◆单次跨膜受体家族
信号识别与转换：膜机器
◆鉴别器(discriminator): 又称分辨部, 即识别 部位或调节亚基。
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细 胞 通 讯 的 速 率
6
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5.1.2 细胞通讯的方式和特点
◆通过细胞外信号分子： 蛋白质、肽、氨基酸、
核苷酸、脂肪酸衍生物以 及可溶解的气体
◆靠细胞的直接接触：如 间隙连接胞间连丝，精 卵细胞融合
◆靠细胞与细胞外基质结合
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细 胞 通 讯 的 途 径 和 方 式
8
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第五章 细胞通信
Cell communication
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5.1 细胞通讯的基本特征 5.2 信号分子 5.3 受体 5.4 cAMP 信号途径 5.5 磷脂酰肌醇信号途径 5.6 酶联受体信号转导 5.7 信号的整合与终止
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5.1细胞通讯的基本特征
5.1.1 细胞通讯的一般过程和所引起的反应
②产生第二信使
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5.2.1 G蛋白的结构与功能
定义：G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，能与GTP或GDP 结合，又叫鸟苷酸结合调节蛋白，参与细胞的多种生命活动。
◆组成: 分为三体G蛋白和单体G蛋白
三体G蛋白由α、β、γ三亚基组成；Β与γ 两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白 变性时才分开
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●自分泌与自分泌信号传导 是指细胞对自身产生的物质发生反应, 常见于病理条件下, 如
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输与信号传递
钙泵和质子泵
钙泵：动物细胞质膜及内质网膜，1000 Aa组成的 跨膜蛋白，与Na+-K+ 泵的亚基同源，每一泵单位 约10个跨膜螺旋，与胞内钙调蛋白结合调节其活 性
质子泵
P型质子泵：真核细胞膜 V型质子泵：溶酶体膜和液泡膜 H+-ATP酶：顺浓度梯度，线粒体内膜，类囊体膜和细菌
质膜
在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较
调节型胞吐途径：蛋白分选由高尔基体反面 管网区受体类蛋白决定
BACK
第二节 细胞通信与信号传递
细胞通讯与信号传递 通过细胞内受体介导的信号传递 通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 由细胞表面整联蛋白介导的信号传递 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合
信息
一、细胞通讯与信号传递
道
主动运输(active transport)
●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 ●类型：
由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵 钙泵 质子泵
协同运输(cotransport) 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用
物质的跨膜转运与膜电位
钠钾泵(Na+-K+ pump)
动物细胞 1/3-2/3能量用于细胞内外Na+-K+ 浓度 和二亚基组成， 亚基120kD， 亚基50kD 亚基Asp磷酸化与去磷酸化 1ATP转运3 Na+和2K+ 抑制剂：乌本苷 促进：Mg2+和膜脂 作用：保持渗透平衡
载体蛋白(carrier proteins)及其功能
与特定溶质分子结合，通过一系列构象变化 介导溶质分子的跨膜转运
通透酶，但改变平衡点，加速物质沿自由能 减少方向跨膜运动的速率
细胞生物学 第五_八章
细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）
G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）
酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
第五章： 物质的跨膜运输
第八章： 细胞信号转导
物质的跨膜运输
物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。 ●被动运输（passive transport） ●主动运输（active transport）
●胞吞作用（endocytosis）
与胞吐作用（exocytosis）
细胞信号转导
●细胞通讯与细胞识别 ●细胞的信号分子与受体 ●通过细胞内受体介导的信号传递 ●通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
磷脂酰肌醇信号通路
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→
→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 磷脂酶C(PLC)→ →DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH
受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 包括6个亚族
G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活 MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又称ERK（extracelular signalregulated kinase）----真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。 MAPK的底物：膜蛋白（受体、酶）、胞浆蛋白、核骨架蛋白、及多种核内或胞 浆内的转录调控因子----在细胞增殖和分化中具有重要调控作用。 PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的亚基依赖于Ras激活MAPK，具体机制还有待 深入研究； PKC、PLC与G蛋白偶联受体介导的MAPK激活 PKC和PLC 参与G蛋白偶联受体激活MAPK ： G蛋白偶联受体激活G蛋白； G蛋白亚基或 亚基激活PLC，促进膜磷脂代谢； 磷脂代谢产物（ DAG + IP3 ）激活PKC； PKC 通过Ras 或 Raf 激活MAPK ； 由于PKC对钙的依赖性不同，所以G蛋白偶联受体– MAPK途径对钙要 求不同； PKA对G蛋白偶联受体– MAPK途径的负调控 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。
细胞生物学 答案
第五章细胞通讯填空题1、G蛋白的α亚基上有三个活性位点，分别是：鸟苷结合位点、GTP酶活性位点和ADP核糖基化位点。
2、动物细胞间通讯连接的主要方式是间隙连接，植物细胞的通讯连接方式是胞间连丝。
3、钙调蛋白是由148个氨基酸组成的肽，有四个肽Ca2+结合位点。
4、根据参与信号转导的作用方式不同，将受体分为三大类：①离子通道偶联受体；②G蛋白偶联受体③酶偶联受体。
5、G s的α亚基和G i的α亚基上都有细胞毒素ADP核糖基化位点，但结合的毒素是不同，前者结合是百日咳毒素，后者结合的是霍乱毒素。
6、胞内受体一般有三个结构域：①与信号分子结合的C端结构域；②与DNA结合的中间结构域；③活化基因转录的N端结构域。
7、蛋白激酶C(PKC)有两个功能域，一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合区。
8、从蛋白质结构看，蛋白激酶A是由四个亚基组成的，而蛋白激酶C只有一条肽链组成的。
9、蛋白激酶C是钙和脂依赖性的酶。
10、细胞通讯中有两个基本概念，信号传导和信号转导，前者强调信号的产生与细胞间传送，后者强调信号的接收与接收后信号转换的方式（途径）和结果。
11、IP3是水溶性的小分子，可与内质网膜上的专一性受体结合，启动IP3门控的Ca2+通道，向细胞质中释放Ca2+。
12、Ras蛋白的激活与EGF信号有关。
Ras蛋白是原癌基因c-ras表达的产物，也是一种G 蛋白，具有鸟苷结合位点。
对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等功能产生调节和影响。
在正常情况下，Ras蛋白基本上都与GDP 结合在一起，定位在细胞膜内表面上。
当EGF与受体结合后，受体细胞质面的酪氨酸蛋白激酶被激活后间接作用于Ras蛋白，使Ras蛋白立即解离GDP ，而与GTP 结合，处于活化状态并发出刺激细胞生长的信号。
判断题1、来源于质膜的不同信号能通过细胞内不同信号途径间的相互作用而被整合。
正确2、参与信号转导的受体都是膜蛋白。
错误。
细胞内受体则是胞浆蛋白3、受体被磷酸化修饰可改变受体的活性：不能与信号分子结合，或与抑制物结合失去信号转导的作用。
细胞生物学细胞通讯
5.细胞通讯细胞通讯(c e l l c o m mu n i c a t i o n)是细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制，对环境作出综合反应的细胞行为。
5.1细胞通讯的基本特点细胞的通讯与人类社会的通讯有异曲同工之妙(图5-1):由信号发射细胞发出信号(接触和产生信号分子)，由信号接收细胞(靶细胞)探测信号，其接收的手段是通过接收分子(受体蛋白)，然后通过靶细胞的识别，最后作出应答。
图5-1信号传导(a)电话接收器将电信号转换成声信号;(b)细胞将细胞外信号(分子A)转变成细胞内的信号(分子B)。
5.1.1细胞通讯的方式与反应●通讯方式细胞有三种通讯方式(图5-2):①通过信号分子;②通过相邻细胞间表面分子的粘着或连接;③通过细胞与细胞外基质的粘着。
在这三种方式中，第一种不需要细胞的直接接触，完全靠配体与受体的接触传递信息，后两种都需要通过细胞的接触。
所以可将细胞通讯的方式分为两大类:①不依赖于细胞接触的细胞通讯;②依赖于细胞接触的细胞通讯。
图5-2细胞通讯的方式及引起的某些反应■细胞通讯的反应过程细胞通讯中有两个基本概念:●信号传导(c e l l s i g n a l l i n g)●信号转导(s i g n a l t r a n s d u c t i o n)这两个概念反映了细胞通讯的两个最主要的反应过程。
5.1.2信号分子及信号传导■信号分子(s i g n a l mo l e c u l e s)细胞通讯的信息多数是通过信号分子来传递的。
信号分子是同细胞受体结合并传递信息的分子。
信号分子本身并不直接作为信息，它的基本功能只是提供一个正确的构型及与受体结合的能力。
■信号分子的类型及信号传导方式有三种类型的信号分子(图5-3)。
图5-3三种不同类型的信号分子及其信号传导方式●激素(h o r mo n e)激素是由内分泌细胞(如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体)合成的化学信号分子，一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素，参与细胞通讯的激素有三种类型:蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物激素(表5-1)表5-1某些激素的性质和功能通过激素传递信息是最广泛的一种信号传导方式，这种通讯方式的距离最远，覆盖整个生物体。
细胞生物学重点名词解释
细胞通讯（cell communication)（p156）一个信号产生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，然后通过细胞信号转导产生靶细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。
信号转导(signal transduction)是细胞通讯的基本概念, 强调信号的接收与接收后信号转换的方式(途径)和结果, 包括配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。
信号转导(signal transduction) 强调信号的接受与放大③信号分子与靶细胞表面受体特异性结合并激活受体；④活化受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径；⑤细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应，引起效应。
⑥信号的解除，细胞反应终止。
受体(receptor)(p158)一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分子，多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域。
根据存在部位分为：①细胞内受体（intercellular receptor)离子通道耦联受体②细胞表面受体 G蛋白耦联受体（GPCR）(cell-surface receptor) 酶联受体G蛋白G蛋白是细胞内信号传导途径中起着重要作用的三聚体GTP结合调节蛋白的简称，位于质膜胞浆一侧，由α，β，γ三个不同亚基组成。
细胞质膜：围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和糖类组成的生物膜生物膜（biomembrane）：细胞内的膜系统与细胞质膜统称为生物膜单位膜（unit membrane）生物膜内外两侧为电子密度高的暗线，约为2nm，中间位电子密度低的明线，约为3.5nm，总厚度为7.5 nm，这种“暗-明-暗”的结构。
流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型是一种生物膜结构的模型，它认为生物膜是磷脂以疏水作用形成的双分子层为骨架，磷脂分子是流动性的，可以发生侧移、翻转等。
蛋白质分子镶嵌于双分子层的骨架中，可能全部埋藏或者部分埋藏，埋藏的部分是疏水的，同样，蛋白质分子也可以在膜上自由移动。
第五章 细胞通讯
第五章细胞通讯5.1细胞通讯概述5.1.1概念膜功能之一，多细胞生物中细胞间及细胞与环境之间的通讯机制，细胞通过通讯机制调整自身的生理活动实现对外界环境的综合性适应。
5.1.2细胞通讯的基本过程①信号分子的合成与释放②信号分子的运输③信号分子与细胞表面的受体特异性识别和结合④信号分子引起细胞内的信息传递，进而引起生理活动变化⑤信号终止5.1.3细胞通讯的方式通过信号分子；通过相邻细胞表面分子的黏着；通过细胞与细胞外基质的黏着。
5.1.4细胞通讯引起的反应酶活性的改变；细胞骨架成分的变化；离子通透性变化；基因表达的变化；DNA合成激活；RNA翻译激活。
5.2信号传导信号传导强调信号的产生和信号的传送，包括信号分子的合成与分泌和信号分子的运输。
5.2.1信号分子四个特点：非营养物，非结构物质，非能源，非酶。
功能专一性地特异与受体结合的化学分子。
5.2.2信号分子的分类根据信号分子的可溶性分为水溶性信号和脂溶性信号。
也可分为①激素，包括蛋白质和肽类激素（只与受体结合）、类固醇激素（与蛋白结合在血液中运输）、氨基酸衍生物；②局部介质，包括旁分泌信号传导、自分泌信号传导；③神经递质。
5.3信号转导信号转导强调信号的接收和接受后信号的转换及结果，包括信号的识别、信号的转移和转换，可以分为依赖表面接触和不依赖表面接触的转导途径。
5.3.1信号识别5.3.1.1受体分布、类型（1）根据受体存在的部位分为细胞表面受体及细胞内受体。
细胞表面受体主要与大的信号分子或小的亲水性信号分子作用传递信息。
细胞内受体同脂溶性的信号分子作用，分为细胞质受体及细胞核受体，最终都是调控基因的表达。
细胞质受体存在四个功能域，即DNA结合结构域，激活基因转录的N端结构域，分子伴侣（抑制蛋白）结合结构域，配体结合结构域。
正常状况下与抑制蛋白结合不能进入核内，与信号分子结合后，释放抑制蛋白，形成配体-受体复合物进入核内调节基因转录。
（2）表面受体主要有三类：离子通道偶联受体，G蛋白偶联受体，酶联受体。
细胞生物学--第五章 细胞通讯
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G-蛋白偶联受体
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G蛋白偶联受体与信号转导
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酶联受体(enzyme linked receptor)
◆受体蛋白既是受体又是酶，一旦被配体激活 即具有酶活性并将信号放大，又称催化受 体(catalytic receptor)。
信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子均 称为受体( receptor)，信号分子则被称为配体(ligand)。
◆存在部位：
●细胞表面受体 质膜上 同大的信号分子或小的亲水性的信号分子作用
●细胞胞内受体 位于胞质溶胶、核基质中 同脂溶性的小信号分子作用
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细胞表面受体和胞内受体
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胞内受体
●神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的 信号分子
●它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很 近
●为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。 神经递质仅作用于相连接的靶细胞。
17Leabharlann 号 分 子 的 类 型18
5.1.3 受体Receptor
一般特性 ◆概念：任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的
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5.1.2 Signal molecules
概念 P169
◆化学分子
●非营养物 ●非能源物质 ●非结构物质 ●不是酶
◆主要是用来在细胞间和细胞内传递信息
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信 号 分 子
局部介质
与 细 胞 通 讯
激素
神经递质
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信号分子的类型
◆1. 激素
● 激素是由内分泌细胞合成的化学信号分子 ，通过血液循
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三种类型的表面受体
细胞生物学 章节提要 第五章 细胞通讯
细胞通讯研究方法（study method）：受体和配体间具有相互作用，他们的作用具有特异性、高亲和力、饱和性、可逆性的特点，并会引发生理反应。
可以通过亲和标记（affinity labeling）法来分离表面受体。
细胞通讯（cell communication）是指在多细胞生物的细胞社会中，细胞间或细胞内通过高度精密和高校地接收信息的通讯机制，并通过放大引起快速的细生理反应，或者引起基因活动，而后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动，使之为生命的统一体对多变的外界环境做出综合性的反应。
细胞间有三种通讯方式：①通过信号分子；②相邻细胞表面分子的黏着；③细胞与细胞外基质的黏着。
细胞通讯的基本过程：信号分子合成→信号分子释放→信号分子运输→靶细胞识别检测→跨膜转导，胞内信号→效应分子→信号解除。
信号分子分为三类：激素、局部介质、神经递质。
激素（hormone）包括蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物，由内分泌细胞合成。
具有作用距离远，受体广的特点。
局部介质（local mediator）是由各种不同类型的的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，只作用于周围的细胞。
包括蛋白质、肽类分子、氨基酸衍生物、脂肪酸衍生物等。
神经递质（neurotransmitter）是从神经末梢释放出来的小分子物质，是神经元与靶细胞的化学信使。
受体（receptor）在细胞中指能够同激素、神经递质、药物或者细胞内的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
受体的存在形式包括细胞表面受体和细胞内受体。
表面受体主要有离子通道偶联受体（ion-channel linked receptor）、G蛋白偶联受体（G-protein linked receptor）、酶联受体（enzyme-linked receptor）。
信号转导是指表面受体通过一定的机制将外部信号转为内部信号。
信号转导途径中，各个途径上游蛋白对下游蛋白活性的调节主要是通过添加后去除磷酸基团，改变下游蛋白构型。
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道。如乙酰胆碱样受体,存在于骨骼肌细胞和鱼的放电器官，通道打
开，Na+通过质膜进入细胞，引起细胞去极化，引起肌肉收缩。
离子通道偶联受体与信号转导
1.动作电位到达突触末端， 引起暂时性去极化； 2.去极化打开了电位闸门钙 离子通道，钙离子进入突触 球； 3.钙离子浓度提高诱导神经 递质分泌泡分泌； 4.分泌泡分泌神经递质； 5.神经递质到达突触后细胞 表面受体；
▲目前公认的第二信息有cAMP、 DG、IP3、cGMP和Ca2+。
效应物(effector)
◆接收信息后能够直接
引起反应效应的物质， 通常是酶；
●如腺苷酸环化酶在信号 转导中能够将ATP转变成 cAMP引起细胞内的反应。
一般特性
◆概念：
●与配体结合并产生特定效应的蛋白质统称为受体。 ●被信息分子识别并传递信息的蛋白质称为信号分子受
体。
◆按存在部位分：●膜受体 ●胞内受体
◆膜受体的主要功能是:识别结合、传递信息
位置：位于胞质或细胞核中 信号分子：是疏水性的激素，如甾 类激素 受体与信号分子结合后作为基因调 控蛋白。
两个不同的结构域: ▲与DNA结合的结构域 ▲激活基因转录的N端结构域 两个结合位点: ▲与配体结合的位点（C端） ▲与抑制蛋白结合的位点
受体蛋白既是受体又是酶，
一旦被配体激活后即具有酶活
受体蛋白本身不是酶，但
一旦被配体激活后能与激酶结
性并将信号放大。如受体酪氨
酸激酶
合并将信号放大。如酪氨酸激
酶偶联受体
◆这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关
5.3.3 表面受体信号传递的特点
表面受体跨膜方式
信号识别与转换：膜机器
◆鉴别器(discriminator): 又称分辨部, 即识别 部位或调节亚基。 ◆转换器(transducer): 又称传导部, 将分辨部 接受的信号转换为蛋白质构型的变化, 传 给效应部。 ◆效应器(effector)∶ 又称催化部, 是朝向细 胞质的部分。一般具有酶的活性, 如腺苷 酸环化酶、鸟苷酸环化酶等。
参与细胞通讯的激素有三种类型: 蛋白与肽类激素：占80%，水溶性，与质膜受体结合 类固醇激素：作用于细胞内受体 氨基酸衍生物激素：酪氨酸衍生而来的小分子激素，可与质 膜受体（肾上腺素）和胞内受体作用(甲状腺素）。
●局部化学介质与旁分泌
(paracrine)信号传导
细胞分泌化学介质(local chemical mediator)到细胞外
◆On one hand: an understanding of cell
◆On the other hand: insights into cell signaling can tie together a variety of
signaling requires
knowledge about other types of cellular activity.
GAPs inactivate G-protein; GEFs activates G-protein; GDIs(guanine nucleotide-dissociation inhibitors) maintain the G-protein inactive.
信号转导与蛋白质活性
29
Signaling cascade
抑制型的系统组成
◆抑制型受体(Inhibite Receptor, Ri)
抑制型的受体(Ri)通过Gi抑制 腺苷酸环化酶的活性,降低膜内 cAMP的水平。 ◆抑制型G蛋白(Gi-proteins) 抑制型的GTP结合蛋白传递 抑制型信号,降低腺苷酸环化酶 的活性。
使该酶激活。
◆效应物 : 腺苷酸环化酶 AC
主要类型
◆离子通道偶联 受体(ionchannel linked receptor) ◆G-蛋白偶联受
◆酶联受体 (enzyme-linked
体(G-protein
linked receptor)
receptor)
三种类型的表面受体
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Ion-channel linked receptor
◆见于可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种电效应
特征1：相同的信号可产生不同的反应，如
乙酰胆碱可引起骨骼肌收缩，心肌收缩频率 降低，唾液腺细胞分泌。
◆DNA合成活性的变化 ◆细胞死亡程序的变化等
特征2：不同的信号可产生相同的效应，如肾上
腺素和胰高血糖素均可提高血糖的含量。
CELL SIGNALING
◆Cell signaling can affect virtually every aspect of cell structure and function:
5.2 G蛋白偶联受体及信号转导
G蛋白偶联系统膜结合 机器特点:
①系统由三个部分组成:
7次跨膜的受体 三体的G蛋白 效应物(酶) ②产生第二信使
定义：G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，能与GTP或GDP 结合，又叫鸟苷酸结合调节蛋白，参与细胞的多种生命活动。
◆组成: 分为三体G蛋白和单体G蛋白
6.神经递质与受体结合，促 使通道打开；
7.离子进入细胞，产生动作 电位，引起肌肉收缩。
7次跨膜受体+ 三体G蛋白=偶联 配体与受体结 合激活G蛋白 激活G蛋白激 活效应物
效应物产生第 二信使
酶联受体(enzyme linked receptor)
◆内源酶促活性受体 (catalytic receptor）： ◆非内源酶促活性受体 (catalytic receptor）：
细 胞 通 讯 的 途 径 和 方 从信号传导细胞释放到周围环境中。
③信号分子向靶细胞运输。 ④靶细胞对信号分子的识别和检测。
⑤细胞对细胞外信号进行跨膜转导，产生细胞内的信号。 ⑥细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应， 引起细胞代谢、生长、基因表达等方面的一系列变化。
概念：细胞通讯(cell communication)是细 胞间或细胞内通过高 度精确和高效地发送 与接收信息的通讯机 制，对环境作出综合 反应的细胞行为。
一般过程 ◆识别：信号分子+受体蛋白 ◆信号传递
细胞对胞外信号组合的反应决定细胞的命运
引起的反应
◆酶活性的变化
◆基因表达的变化
◆细胞骨架构型 ◆通透性的变化
◆效应物∶腺苷酸环化酶
G蛋白偶联受体介导：PKA信号途径和磷脂酰肌醇信号途径
G蛋白循环主要与3种蛋白相关
GAP（GTPase 激活蛋白）: 促进GTP水解 GDP
GEF（鸟苷 交换因子）: 将GDP换成 GTP
GDI（鸟苷解离 抑制蛋白）:抑 制GDP解离
G蛋白循环
G蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的K+离子通道打开
5.2 Signal molecules
5.2.1 信号分子及类型 概念 :
◆化学分子 ●非营养物
类型:
●非能源物质
●非结构物质 ●不是酶 ◆主要是用来在细间和细胞 内传递信息
● 激素(hormone)介导 内分泌信号传导
概念：激素是由内分泌细胞(肾上腺、睾丸、 卵巢、甲状腺等)合成的化学信号分子，一 种内分泌细胞基本上只分泌一种激素.
三体G蛋白由α、β、γ三亚基组成；Β与γ
◆功能位点: α亚基具有三个功能位点： ①GTP/GDP结合位点
两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白
变性时才分开
②具鸟苷三磷酸水解酶
(GTPase)活性：能水解 GTP成GDP ③ADP-核糖化位点
●激活型 : Gs+Rs
由激活型的信号作用于激活型的受体，经激活
比较信号传导(cell signalling)与信号转导(signal transduction)的差别
答: 都是关于细胞通讯的基本概念， 但二者的涵义是不同的， 前者强 调信号的释放与传递，包括细胞通讯的前三个过程: ①信号分子的合成: 一般的细胞都能合成信号分子，而内分泌细胞是信 号分子的主要来源。 ②信号分子从信号传导细胞释放到周围环境中:这是一个相当复杂的过 程，特别是蛋白类的信号分子，要经过内膜系统的合成、加工、分选和 分泌，最后释放到细胞外。 ③信号分子向靶细胞运输:运输的方式有很多种，但主要是通过血液循 环系统运送到靶细胞。 信号转导强调信号的接受与放大， 包括细胞通讯的后三步: ④靶细胞对信号分子的识别和检测: 主要通过位于细胞质膜或细胞内受 体蛋白的选择性的识别和结合。 ⑤细胞对细胞外信号进行跨膜转导，产生细胞内的信号。 ⑥细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应，引起细胞代 谢、生长、基因表达等方面的一系列变化。
G蛋白可调节K+离子 通道，调节心率 乙酰胆碱与受体结合， 促使α亚基与βγ分离
Βγ作为配体与配体闸门 K+离子通道结合
通道随α亚基的失活 而关闭
5.2.2 G蛋白介导PKA系统(protein kinase A system， PKA)的信号转导机理
该系统的信号分子作用于膜受体后，激活G蛋白偶联系统， 产生cAMP后，激活蛋白激酶A（ PKA ）进行信号的放大， 故将此途径称为PKA信号转导系统。
◆多亚单位跨膜家族
◆7次跨膜家族 ◆单次跨膜受体家族
细胞内两种信号分子开关 （molecular swithes）
Phosphorylation and dephosphorylation via protein kinases and phosphatases. Thereby stimulating or inhibiting the activities
型的G蛋白去激活腺苷酸环化酶，从而提高cAMP的
浓度引起细胞的反应。