细胞信号转导(2014.11.27)
细胞生物化学第22章 细胞信号转导
• PKB在体内参与许多重要生理过程：
• 参与胰岛素促进糖类由血液转入细胞、糖原 合成及蛋白质合成过程。
• PKB还参与多种生长因子如PDGF、EGF、 NGF等信号的转导。
• 在细胞外基质与细胞相互作用的信号转导过 程中，PKB亦是关键信号分子。
(四) TPKR介导的信号减弱和终止机制
• 蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）也是 一类丝/苏氨酸蛋白激酶，其激酶活性区序 列与PKA（68％）和PKC（73％）高度同 源。
• 由于PKB分子又与T细胞淋巴瘤中的逆转录
病毒癌基因v-akt编码的蛋白Akt同源，又
被称为Akt。
• PKB的底物有糖原合酶激酶-3、核糖体蛋 白S6激酶、某些转录因子、翻译因子抑制 剂4E-BPI以及细胞凋亡相关蛋白BAD等。
配体
能与受体呈特异性结合的生物活性分 子则称配体(ligand)。
（一）受体的分类
1、膜受体(membrane receptor) 是存在于细胞膜上的受体，绝大部分
是镶嵌糖蛋白。
胞浆段内组成性含有不同功能 结构域的膜受体亚类
酪氨酸蛋白激酶受体（TPKR） 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶受体（SPKR） 肿瘤坏死因子受体家族（TNF-R） T淋巴细胞受体和B淋巴细胞受体(TCR and BCR) Toll样受体
亚基亦含有一个富含半胱氨酸重复序列。 第三类型：胞外段内含5个免疫球蛋白样结构域（IG）。 第四类型：胞外段内含3个免疫球蛋白样结构域（IG）。
(二) TPKR的激活和信号转导
（三）TPKR介导的信号转导途径
1、MAPK途径 2、PI3K-Akt/PKB途径 3、PLC-PKC途径 4、STAT途径
第九章 细胞信号转导
二、酪氨酸蛋白激酶型受体（TPKR）作用机制
配体与TPKR结合→蛋白质构象的变化→激酶活性区的酪氨酸残基自体磷酸化
→ 激活受体的激酶→在空间上形成一个或数个SH2结合位点→受体可与具有 SH2结构域的蛋白质结合并使之激活→激活的蛋白质进一步催化细胞内的生物
化学反应→把细胞外的信号传导到细胞内。
二、酪氨酸蛋白激酶型受体（TPKR）作用机制
激活
催化 NO 合成酶
GTP
可溶性GC cGMP PKG 效应
四、甘油二酯、三磷酸肌醇和Ga2+的信号体系
磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）：可被膜上的G蛋白活化， 催化膜上的，5-二磷酸酯酰肌醇（PIP2）分解成甘油二酯、三 磷酸肌醇。 第二信使：
甘油二酯（diacylglycel，DAG）
信号 + 通道受体
Ga2+（膜内） 乙酰胆碱 谷氨酸 NO p物质
激活
Ga2+/ 钙调素 激活 催化 NO 合成酶
组氨酸
活化 bradykinin GTP 可溶性GC cGMP PKG 效应
Ga2+（膜外）
信号 + 通道受体
Ga2+（膜内）
激活
Ga2+/ 钙调素
NO 活化
乙酰胆碱 谷氨酸 p物质 组氨酸 bradykinin
配体与TPKR结合→蛋白质构象的变化→激酶活性区的酪氨酸残基自体磷酸化
→ 激活受体的激酶→在空间上形成一个或数个SH2结合位点→受体可与具有 SH2结构域的蛋白质结合并使之激活→激活的蛋白质进一步催化细胞内的生物
化学反应→把细胞外的信号传导到细胞内。
二、酪氨酸蛋白激酶型受体（TPKR）作用机制
细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导是指细胞内外信息的传递和转化过程，这一过程起着调节和控制细胞生理活动的重要作用。
通过信号传递，细胞可以对外界环境做出适应性的反应，维持内部稳态，实现生长、分化和细胞命运决定等功能。
本文将从信号的产生、传递和转导机制等方面进行讨论。
一、信号的产生1. 内源性信号细胞自身产生的化学物质可以作为信号分子，以调节细胞内外环境。
例如，细胞内的离子浓度、pH值和代谢产物等，都可以通过信号传递机制发挥作用。
2. 外源性信号外界环境中的物质和刺激也可以作为细胞信号的来源。
例如，细胞表面的受体可以与激素、细菌毒素和细胞外基质等结合，引发相应的信号传递。
二、信号的传递细胞信号传递通常有三种主要方式：通过直接细胞接触、通过细胞间联系以及通过远距离的物质传递。
1. 直接细胞接触细胞表面的受体与邻近细胞的配体结合，通过接触传递信号。
这种方式在免疫系统的活化、神经细胞的传递和胚胎发育等过程中起重要作用。
2. 细胞间联系细胞通过细胞间连接物质（如细胞间隙连接、紧密连接和连接蛋白）进行信号传递。
这种方式在组织内细胞间的协调和相互影响中起到重要作用。
3. 物质传递一些信号分子可以通过远距离的物质传递，例如激素、细菌毒素和神经递质等。
它们通过血液、淋巴液和突触间隙等途径到达目的地细胞，触发相应的信号级联反应。
三、信号的转导机制1. 受体的激活和信号传导当信号分子结合至受体上时，受体会发生构象变化，从而激活相应的信号通路。
这种激活过程包括泛素化修饰、磷酸化等，促使信号传导的启动。
2. 信号通路的级联反应一旦信号通路被启动，连锁反应会引发一系列级联反应。
这些反应会通过激活一些键酶、转录因子和细胞器等，最终产生细胞内外多种生理活动的结果。
3. 信号的转导和传递信号通路中的组分和中介物质可以通过蛋白质相互作用、分子承载体和次级信号等方式，进行信号的转导和传递。
这种方式可以将信号的强度和特异性传递至下游组分，以发挥预期的生物学功能。
细胞的信号转导
一、细胞信号转导概述（一）信号转导的概念在多细胞生物体中，细胞间的信号转导(signaltransduction)与交换对细胞的生存非常重要。
细胞的信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子，并产生生物效应的过程。
通常所指的信号转导是指跨膜信号转导(transmembrane signal transduction)，即生物活性物质（如神经递质、激素、细胞因子等）通过受体或离子通道的作用，将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而对细胞的功能、代谢、生长速度、迁移等生物学行为产生影响。
（二）信号转导系统的基本组成细胞信号转导系统通常由信息分子(signaling molecule)、受体(receptor)、转导体(transducer)及效应体(effector)四个环节组成。
信息分子的受体位于靶细胞的质膜上、胞质或核内，与之相结合的相应信息分子统称为配体(ligand)。
配体与受体的结合可诱导受体的构象发生变化，激活转运体，进而启动细胞内的信息转导途径（如效应体的级联反应），最终导致细胞功能的改变。
（三）信号转导的主要途径根据介导的配体和受体的不同，信号转导可分为两大类，一类是水溶性配体或物理信号作用于膜受体，随后经历跨膜和细胞内信号转导体的依次作用，最终作用于效应体，产生效应。
依据膜受体特性的不同，这类信号转导又有多种通路，主要是由离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联受体和招募型受体介导的信号转导。
另一类是脂溶性配体直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用，这类方式通常都是通过影响基因表达而产生效应。
应当注意到膜受体介导的信号转导也大多可以影响转录因子的活性而改变基因的表达。
（四）信号转导途径间的交互联系细胞信号转导通路的细节非常复杂，涉及蛋白质等相互作用以及相关基因表达的过程，而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成错综复杂的信号网络(signaling network)。
细胞信号转导
细胞信号转导摘要：细胞信号转导是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表达、各种生物学效应形成的过程. 细胞或者识别与之相接触的细胞，或者识别周围环境中存在的各种信号(来自于周围或远距离的细胞)，并将其转变为细胞内各种分子功能上的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，影响细胞的生长速度，甚至诱导细胞的死亡。
关键词：细胞信号、受体、传导正文：一、细胞信号转导的概念细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，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。
水溶性信息分子及前列腺素类（脂溶性）必须首先与胞膜受体结合，启动细胞内信号转导的级联反应，将细胞外的信号跨膜转导至胞内；脂溶性信息分子可进入胞内，与胞浆或核内受体结合，通过改变靶基因的转录活性，诱发细胞特定的应答反应。
二、信号转导受体（一）膜受体1．环状受体 (离子通道型受体)多为神经递质受体,受体分子构成离子通道。
受体与信号分子结合后变构，导致通道开放或关闭。
引起迅速短暂的效应。
2．蛇型受体7个跨膜α-螺旋受体, 有100多种，都是单条多肽链糖蛋白，如G蛋白偶联型受体。
3．单跨膜α-螺旋受体包括酪氨酸蛋白激酶型受体和非酪氨酸蛋白激酶型受体。
（1）酪氨酸蛋白激酶型受体这类受体包括生长因子受体、胰岛素受体等。
与相应配体结合后，受体二聚化或多聚化，表现酪氨酸蛋白激酶活性，催化受体自身和底物Tyr磷酸化，有催化型受体之称。
（2）非酪氨酸蛋白激酶型受体，如生长激素受体、干扰素受体等，。
当受体与配体结合后，可偶联并激活下游不同的非受体型TPK，传递调节信号。
（二）胞内受体位于胞液或胞核，结合信号分子后，受体表现为反式作用因子，可结合DNA顺式作用元件，活化基因转录及表达。
包括类固醇激素受体、甲状腺激素受体等。
? 胞内受体都是单链蛋白，有4个结构区：①高度可变区②DNA结合区③激素结合区④绞链区(三)受体与配体作用的特点是：①高度亲和力，②高度特异性，③可饱和性1．受体：位于细胞膜上或细胞内，能特异性识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，膜受体多为镶嵌糖蛋白：胞内受体全部为DNA结合蛋白。
细胞生物学中的细胞信号转导与基因调控
细胞生物学中的细胞信号转导与基因调控细胞信号转导和基因调控是细胞生物学中非常重要的两个概念。
它们都涉及到细胞内消息传递、信号的解读和响应、基因的表达调控等多个方面。
本文将从多个角度解释和探讨细胞信号转导和基因调控。
细胞信号转导的基本原理细胞信号转导是指将细胞外的信号转化为细胞内响应的过程。
它是维持生物体内部环境稳定的重要机制之一。
在细胞外部环境或细胞内部状态发生改变时，会产生相应的信号分子，这些信号分子将经过细胞膜，进入细胞内，然后通过一系列的信号转导机制将信号传递到靶点分子，这些靶点分子进而引起一系列的生物效应。
细胞信号转导的基本原理包括：信号输入、信号加工、信号传递和信号输出。
信号输入是指起始信号，它可以是一些对环境的刺激，或者是细胞内某些分子的变化。
信号加工是将输入信号转化成更复杂或更灵敏的信号。
信号传递是将转化后的信号传送到它的下游目标分子。
信号输出是接收信号的细胞，响应这个信号产生的生物学效应。
另外，细胞信号转导信号有多种模式：包括激素模式、神经递质模式、细胞-细胞相互作用、模拟型模式、免疫模式等等，不同的信号模式将触发特定的细胞响应。
基因调控的基本原理基因调控是控制基因表达进程的一系列机制。
对于细胞来说，基因调控极其重要。
它是维持正常生理过程和防止疾病发生的关键机制。
基因调控调控过程通过改变基因的转录、翻译和修饰，控制了细胞内特定基因的表达量。
基因调控包括转录调控和后转录调控两个阶段。
在转录调控中，调节蛋白通过与DNA结合从而启动或停止转录。
这个过程涵盖了转录激活和转录抑制两种模式。
后转录调控主要包括RNA稳定性和信使RNA翻译。
一个基因的mRNA稳定性取决于RNA识别酶的结合能力和再过度降解的速率。
对于翻译，连接RNA到核糖体是蛋白质合成速率的速率限制因素。
蛋白质合成可以进一步受到调节，通过蛋白质修饰和蛋白质相互作用，影响特定蛋白质的功能和稳定性。
细胞信号转导与基因调控之间的关系细胞信号转导和基因调控是密不可分的。
细胞的信号转导医学细胞生物学第
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二、细胞的信号分子
➢信号分子（配体ligand）：能与细胞内受体或膜受体结合并 产生特定生物学效应的化学物质。 ➢特点：①特异性；②高效性；③可被灭活。 ➢分子种类：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）、氨基酸、 核苷酸、脂类、胆固醇衍生物。 ➢从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部 化学介导因子和气体分子等四类； ➢从信号分子性质分为：脂溶性、水溶性、气体分子三类。
配体→RTK →adaptor →GEF →Ras →Raf （MAPKKK）→MAPKK→MAPK→进入细 胞核→其它激酶或转录因子的磷酸化修饰
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第三节、细胞内受体介导的信号转导
➢核受体介导的信号途径 ➢NO作为信号分子介导的信号途径
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一、核受体介导的信号途径
➢核受体即细胞内受体，存在于核或胞质内，其本质 是甾类激素激活的基因调控蛋白。
Chap 4. 细胞的信号转导
Cell Signal Transduction
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细胞的信号转导（signal transduction）
概述 膜表面受体介导的信号转导 细胞内受体介导的信号转导
信号转导的特点 信号转导与医学
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第一节、概述
息的现代一环的息别
系现象间方境存处在 统象是传面的在理于生 的，信递核变使系生命 进生息维酸化有统命与 化命在持和，机。是非 。的同了蛋维体一一生
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、
分化和凋亡等是必须的。
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细胞通讯的主要方式
细胞间隙连接 膜表面分子接触通讯 化学通讯
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细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，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。
水溶性信息分子及前列腺素类（脂溶性）必须首先与胞膜受体结合，启动细胞内信号转导的级联反应，将细胞外的信号跨膜转导至胞内；脂溶性信息分子可进入胞内，与胞浆或核内受体结合，通过改变靶基因的转录活性，诱发细胞特定的应答反应。
基本内容细胞信号转导细胞信号转导是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表达、各种生物学效应形成的过程.现已知道，细胞内存在着多种信号转导方式和途径，各种方式和途径间又有多个层次的交叉调控，是一个十分复杂的网络系统。
高等生物所处的环境无时无刻不在变化，机体功能上的协调统一要求有一个完善的细胞间相互识别、相互反应和相互作用的机制，这一机制可以称作细胞通讯(Cell Communication)。
在这一系统中，细胞或者识别与之相接触的细胞，或者识别周围环境中存在的各种信号(来自于周围或远距离的细胞)，并将其转变为细胞内各种分子功能上的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，影响细胞的生长速度，甚至诱导细胞的死亡。
这种针对外源性信号所发生的各种分子活性的变化，以及将这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过程称为信号转导(Signal Transduction)，其最终目的是使机体在整体上对外界环境的变化发生最为适宜的反应。
在物质代谢调节中往往涉及到神经－内分泌系统对代谢途径在整体水平上的调节，其实质就是机体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞接收信号并将其转变为细胞功能上的变化的过程。
所以，阐明细胞信号转导的机理就意味着认清细胞在整个生命过程中的增殖、分化、代谢及死亡等诸方面的表现和调控方式，进而理解机体生长、发育和代谢的调控机理。
一、细胞信号转导的概念细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，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。
细胞的信号转导
信号转导（signal transduction）：指细胞通过细胞表 面或细胞内受体感受外界信号的刺激，经细胞的信号转 导系统影响细胞生物学功能的过程称为信号转导。
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第一节 细胞的化学信号分子及其受体
一、信号分子 ✓ 配体：胞外信号分子称为~。根据溶解性的不同，信号分子 可分为： ✓ 亲水性信号分子 不能穿过细胞膜，只能与膜受体结合，通过细胞膜受体的介 导，在细胞内产生第二信使，而引发相应的生物学效应。如神经 递质、大多数肽类激素。 细胞外信号分子称为第一信使。
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✓ 亲脂性信号分子：可直接穿过靶细胞膜进 入细胞内，与胞内受体结合成复合体再与DNA 特定区域结合调控基因的表达。如：性激素、 甲状腺素。
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✓ 信号分子作用的特点： • 特异性：一种信号分子只能作用于一种或几种细胞。 • 复杂性：同一信号可对不同的细胞产生不同的效应。 • 时间效应：有的效应快，短暂；有的反应慢，长久。 ✓ 信号分子的作用方式 • 内分泌激素：内分泌细胞合成，经血液和淋巴液循
✓细胞内受体：位于细胞质基质和核基质中，识别 和结合亲脂性信号分子，如甲状腺激素、甾类激素。 细胞膜表面受体的化学成分和结构 ✓单体型受体：由一条多肽链组成。 ✓复合型受体：由2条以上的多肽链组成的受体。
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细胞膜受体的类型 ✓离子通道偶联受体：受体和配体结合后构象发生改变， 通道瞬时打开或关闭，改变了细胞膜离子的通透性。
G蛋白的α亚基与GTP的结合是短暂的，因其本身具 有GTP酶活性，能分解GTP为GDP，所以α亚基的活
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化是短暂的。
cAMP信号途径的生物学效应 ✓ 调节细胞中糖原的分解 PKA→磷酸化酶激酶A磷酸化→磷酸化酶→糖原分解
细胞信号转导的概念
细胞信号转导的概念细胞信号转导是指细胞内外信号的传递和转化过程，使得细胞能够对外部环境做出反应并调节其自身的生理功能。
这个过程包括多种分子、蛋白质和化学反应，可以通过多种方式实现。
细胞信号转导的基本原理是：外部刺激（如激素、神经递质、光线等）与细胞表面上的受体结合，引发一系列分子变化和蛋白质相互作用，最终导致某些生物活性物质的产生或某些生理过程的启动。
这个过程可以分为三个主要步骤：接受信号、传递信号和响应信号。
在接受信号阶段，外界刺激通过与特定的受体结合来启动整个过程。
根据不同类型的受体，这个过程可以分为两类：离子通道型受体和酪氨酸激酶型受体。
前者通过改变离子通道状态来影响细胞内离子浓度从而产生反应；后者则是将信息传递给下游蛋白质来引发下一步反应。
在信号传递阶段，受体激活后，会引发一系列分子变化和蛋白质相互作用，形成一个信号转导通路。
这个通路可以是线性的或分支的，也可以包含多个反馈环节。
这些反应过程包括磷酸化、蛋白质结合、酶催化等。
其中最重要的是磷酸化作用，它通过改变蛋白质的构象和功能来调节下游信号传递分子。
磷酸化作用通常由激酶和蛋白磷酸酶来完成。
在响应信号阶段，细胞会根据外界刺激做出相应的生理反应。
这个过程包括基因表达调节、细胞增殖、细胞凋亡、代谢调节等。
这些响应过程可以通过多种途径实现，如通过转录因子控制基因表达、通过细胞内信号分子调节代谢等。
总之，细胞信号转导是一个复杂而精密的生物学过程，它在生命体系中起着至关重要的作用。
对于许多疾病治疗和药物开发来说，深入理解细胞信号转导机制是非常重要的。
医学细胞生物学：第十二章 细胞信号转导
与HER2受体结合阻碍 其自身磷酸化与二聚体形 成及下游信号通路，进一 步抑制细胞增殖。
适用于HER2过度表达 的转移性乳腺癌。
FDA批准的小分子酪氨酸激酶抑制剂
4、细胞因子受体 5、受体丝/苏氨酸激酶 6、鸟苷酸环化酶受体 7、肿瘤坏死因子受体 8、Hedgehog受体 9、Notch受体
发现G蛋白
Alfred G. Gilman
Martin Rodbell
1994年 诺贝尔生理与医学奖
G蛋白是由三个不同亚基组成的GTP结合蛋白
嗅觉受体
1000多个基因
Linda Buck Richard Axel
2004年 诺贝尔生理与医学奖
3、酪氨酸激酶受体
胞外区：N端配体结合 胞内区：酪氨酸激酶 功能区：SH2结合位点 跨膜区：疏水a螺旋
二、甘油磷脂是第二信使的重要来源
脂类第二信使分子形成及其靶标 动画
三、Ca 2+参与了多条信号转导通路
IP3和DAG的作用
四、一氧化氮(NO)以自由基形式参与信号转导 NO合成酶催化NO形成
一氧化氮信号通路与心血管疾病药物
作用过程
酪氨酸激酶受体作用过程
酪氨酸激酶受体家族
肿瘤治疗的主要方法
肿瘤分子靶向治疗可弥补 传统放、化疗的不足
“枪打出头鸟”，针对生长快速的肿瘤 细胞；正常生长增殖快速细胞也会受到攻击。
1、血液细胞 2、毛囊、粘膜细胞 3、肝脏细胞 4、生殖细胞
HER2信号与乳腺癌分子靶向治疗药物 （HER2单抗Herpectin贺赛汀）
根据作用方式与作用距离分为
气体分子
内分泌
旁分泌
旁分泌 自分泌
扩散
细胞信号转导及其功能
细胞信号转导及其功能细胞信号转导是细胞内部的一种重要的调控机制，对于细胞生长、代谢、分化、凋亡等各个生物学过程都有着重要作用。
细胞信号转导的复杂性和丰富性使其成为了当前生命科学领域中研究的热点之一。
一、细胞信号转导的定义和基本原理细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，涉及到细胞膜、细胞器和细胞质中的分子。
在这个过程中，一个外部信号通过与探测器分子结合，启动了一系列下游信号传递过程，直到传递到细胞的内部，从而发挥作用。
细胞信号转导可以分为两类：直接转导和间接转导。
直接转导是指外界信号能够通过膜分子通道直接到达细胞内部，而间接转导是指外界信号通过细胞膜表面的受体蛋白与下游信号分子发生反应，最终影响细胞内的生理功能。
细胞信号转导的基本原理是组成信号通路的蛋白质分子，它们在特定的位置相互作用，发挥传递信号的作用。
这些相互作用涉及到激酶、磷酸酶、离子通道等蛋白质分子，它们通过磷酸化、蛋白质酶的降解等方式调整其活性，从而对下游信号传导产生影响。
二、细胞信号转导的信号通路与细胞功能细胞间的信号转导过程包括了多种信号通路，如细胞外信号依赖性激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）信号通路、细胞表面受体信号传导、核因子κB（NF-κB）信号通路、细胞内钙离子信号转导等等。
每个信号通路都涉及到一系列信号分子，其中包括激活酶、硫酸酯酶、G蛋白等，这些信号分子在不同细胞类型中发挥了不同的生物学作用。
RTK信号通路是细胞信号转导过程中的一个典型例子。
这个信号通路包括活性化蛋白激酶（tyrosine kinase，TK）的激活、下游信号的传递、细胞内信号传递过程的通路选择、蛋白质的调解等。
这个信号通路在细胞的生长、分化、发育、凋亡等重要生物学过程中发挥了关键的作用。
另一个重要的信号通路是细胞内钙离子信号转导。
当细胞表面的受体受到外界信号作用后，细胞膜中的离子通道会打开，让钙离子流入细胞。
这个过程叫做钙感受器。
简述细胞信号转导的基本过程。
简述细胞信号转导的基本过程。
细胞信号转导是指细胞内外环境发生变化时，细胞内部将外界信号转化成特定的信号传递过程。
它是维持生物体内稳态的重要机制之一。
细胞信号转导的基本过程包括以下几个步骤：
1. 信号的接收：细胞膜上的受体与外界信号分子结合，并改变它们的构象。
这些受体可以是通过细胞膜上的离子通道或蛋白质激酶反应来感受信号。
2. 信号的传导：当受体被激活后，它们会通过一个信号传导链激活下游的分子。
这个链条可以包括多个分子，包括酶、蛋白质和小分子信号分子。
3. 信号的放大：信号会通过一系列级联的反应放大，从而产生更大的效应。
通常，一条信号通路能够引发多条并行的反应链条，进一步放大信号传导。
4. 信号的分发：在信号传导过程中，信号会通过细胞内的信号分子向细胞不同区域传递。
这可以通过分子间物质的扩散、运输蛋白的内在反应特性或通过细胞内的结构和细胞器来实现。
5. 信号的响应：到达目标细胞区域的信号会被细胞内特定的蛋白质、酶或转录因子识别，并引起一系列物质合成、降解、附着或分裂等的生物效应。
这些生物效应可以是细胞的增殖、分化、分泌或代谢等。
细胞信号转导过程是极为复杂的，不同的信号通路可以相互交叉和调控。
这种调控使细胞能够感知和响应环境信号，并适应不同的生理需求。
对细胞信号转导的研究有助于理解疾病的发生和治疗方法的开发。
细胞信号转导讲课文档
Cell Signal Transduction
第五十七页，共83页。
3．信号转导途径的通用性与特异性
信号转导途径的通用性是指同一条信号转导途径可在细胞 的多种功能效应中发挥作用。
美国科学家E. W. Sutherland发现“激 素的作用机理”获1971年诺贝尔生理 学与医学奖，其中便阐明了cAMP作为
第二信使的作用。
位于细胞膜的腺苷酸环化酶（AC）在G蛋白 激活下，催化ATP脱去一个焦磷酸后得 到cAMP。
E. W. Sutherland
第四十页，共83页。
腺苷酸环化酶（AC ）催化ATP生成第二 信使cAMP。
碍有显著效果。
第五十一页，共83页。
三、二脂酰甘油(DAG)/三磷酸肌醇(IP3)
第五十二页，共83页。
第五十三页，共83页。
四、Ca 2+/钙调蛋白信使体系
钙离子的信号作用 是通过其浓度的升高或降 低来实现的。细胞质内游 离钙离子浓度远低于细胞 外，当细胞受到特异性信 号刺激时，细胞内钙库（ 内质网、肌浆网）或质膜 上的钙通道开放，使胞内 钙离子浓度瞬间升高，由 此产生钙信号。
第二页，共83页。
细胞信号转导过程(signal transduction)
通过化学信 号分子而实 现对细胞的 生命活动进 行调节的现 象。
第三页，共83页。
细胞信号转导基本组成
①胞外信号分子，即第一信使；
②细胞表面以及细胞内部的受体； ③细胞内信号分子，也称第二信使； ④蛋白质激酶变化及其所引发的细胞行为的改变
(一)酪氨酸激酶
细胞信号转导途径及其在细胞生长和分化中的作用
细胞信号转导途径及其在细胞生长和分化中的作用随着科技的不断发展，我们越来越能够深入了解人类身体内部的微观结构，并且我们也从中发现了细胞信号转导途径这一非常重要的生物学概念。
细胞信号转导途径（Cellular signaling pathway）是指细胞内及细胞间信息传递的各个步骤，包括信号的传递、转换以及最终调节细胞的生理和行为。
细胞信号转导途径通常由三部分组成：信号传导分子、核心信号转导途径以及最终效应分子。
信号传导分子主要有细胞外的激素、生长因子、神经递质等分子，它们通过特定受体与细胞进行相互作用，诱发信号转导途径的开始。
核心信号转导途径包括了一系列的分子信号传递，这些分子设计到细胞膜、质膜内的酶、转录因子等，它们通过传导、转换和放大信号的方法来调节最终效应。
最终效应分子是指直接参与生理过程的分子，例如酶和细胞结构。
当人体面对不同的生理或病理刺激时，细胞信号转导通常会发挥应激反应，这种反应可通过细胞内分子的放大来传递。
在静止细胞内，最常见的信号转导途径是膜蛋白通路。
它是由细胞膜上的受体和其配体开始的，当配体与受体结合时，会诱发相应的反应，例如胰岛素和其相应的受体结合，可以促进细胞膜内蛋白质磷酸化酶的活性，从而使Glut4转运蛋白迅速转移至膜上，促进葡萄糖的摄取。
此外，细胞信号转导还可以参与细胞的分化和分裂。
一个成熟母细胞可以通过它所处的环境改变，比如紧密相连的细胞、附着和营养素浓度等，被引导成为不同类型的细胞。
与这个过程相关联的可以是激素、生长因子或其他信号传导分子，它们通过信号转导经过细胞周期并进一步影响新的细胞聚集。
在细胞分化和生长过程中，细胞信号转导还可以与许多疾病相关联，例如，如果信号传导途径其中一个环节发生了异常，那么调节细胞生长和分化的机制就有可能遭受破坏，这将导致肿瘤细胞的不受控制生长。
这也是癌症治疗的一个重要方向。
总之，细胞信号转导途径在细胞生长和分化中具有重要的作用。
我们可以通过对不同的信号传导途径进行研究，来解答身体内各种复杂的信号转导机制，这有助于帮助我们研究治疗各种生理问题的疾病，以及掌握人体内部的微观结构。
细胞信号转导(药学)
动物模型与临床研究
动物模型建立
通过基因敲除、转基因等技术 建立特定疾病的动物模型，用 于研究细胞信号转导与疾病的 关系及药物作用机制。
临床样本分析
收集患者样本，通过生物化学 、分子生物学等方法检测信号 分子的含量和活性，以评估疾 病的严重程度和治疗效果。
临床试验
在严格控制的条件下，对患者 进行药物治疗，并观察其疗效 和安全性，以验证细胞信号转 导相关药物的有效性和安全性 。
细胞信号转导(药学)
目
CONTENCT
录
• 细胞信号转导概述 • 药学中的细胞信号转导 • 细胞信号转导与疾病治疗 • 细胞信号转导研究方法与技术 • 细胞信号转导在药物研发中的应用 • 未来展望与挑战
01
细胞信号转导概述
定义与基本原理
细胞信号转导是指细胞外或细胞内信号分子通过与细胞表面或细 胞内的受体结合，引发一系列生物化学反应，最终调节细胞生理 功能的过程。
02 用于检测基因表达水平的变化。
基因编辑技术
03
如CRISPR/Cas9等，用于研究特定基因在细胞信号转
导中的功能。
细胞生物学方法
细胞培养与转染
用于研究细胞信号转导的分子机制和药物作 用。
荧光共振能量转移（FRET） 技术
用于实时监测细胞内信号分子的相互作用和动态变 化。
激光共聚焦显微镜技术
用于观察细胞内信号分子的定位和动态变化 。
药物可以调节信号分子的合成、 释放、转运或降解等过程。
100%
信号转导途径的阻断
药物可以阻断信号转导途径中的 某个环节，从而抑制细胞的增殖 、迁移或侵袭等过程。
80%
信号网络的调控
药物可以影响信号网络中的多个 途径，产生复杂的生物学效应。
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＊＊T：传导素 (transductin)
3. 效应器及下游效应分子
（1）腺苷酸环化酶系统 （2）肌醇-磷脂系统
（1）腺苷酸环化酶系统
※cAMP - PKA pathway
组成：
胞外信息分子、受体、G蛋白、cAMP、 腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC)
蛋白激酶 A (protein kinase A,PKA)
1）组成：
胞外信息分子、G蛋白 磷脂酶C(phospholipase C, PLC) 甘油二酯(diacylglycerol, DAG) 三磷酸肌醇( inositol 1, 4, 5 triphosphate,IP3 ) 蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)
2) DAG、IP3的生物合成
PI3K/AKT信号通路（抑制凋亡，促进增殖）； TGF-β/Smad信号通路（胚胎发育、器官形成及组织稳 态等）； Jak/Stat信号通路（免疫调节，炎症反应）； Wnt/Hedgehog/Notch信号通路（胚胎发育）； NF-κB信号通路（细胞增殖与凋亡，炎症反应）；
/
（四）受体
受体（receptor）: 是细胞膜上或细 胞内能特异识别生物活性分子并与之结 合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质， 个别是糖脂。 受体又分为膜受体和核受体。
专题：细胞通讯与信号转导
（四）受体
核受体的特点：
核受体多为转录因子，与相应配体结合后， 能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平 调节基因表达。 核受体结合的信号分子有类固醇激素、甲状 腺素、维生素D等。
e3
TM1
TM2
TM3
TM4
TM5
TM6
TM7
D R Y
i2 i1
Cytoplasmic
G蛋白作用部位
COOH-
i3
2. G蛋白
①组成
是一类和 GTP 或 GDP 相结合、 位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。 由、、 三个亚基组成。
②两种构象：
活化型: α-GTP
非活化型: αβγ-GDP
激活Ｇ蛋白 激活AC ATP cAMP ATP
磷酸化酶激酶ａ
磷酸化酶ａ H2O
磷酸化酶ｂ
PPi 磷蛋白磷酸酶 抑制物Ｉb PKA
肾上腺素 对糖原代 谢的影响
磷蛋白磷酸酶
ATP
抑制物Ｉa
PPi
②对基因表达的调节作用
受cAMP调控的基因中，在其转录调控区 有一共同的DNA序列(TGACGTCA)，称为 cAMP应答元件（cAMP response element， CRE ） cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element bound protein ,CREB)二者相互作用调 节基因的转录。
（一）细胞通信的概念及类型
细胞通讯的三种类型
细胞间隙连接直接通讯：通过细胞连接蛋白
直接通讯，可共享小分子物质。
间隙连接
小分子
（一）细胞通信的概念及类型
细胞通讯的三种类型
膜表面分子接触通讯：细胞膜表面的糖蛋 白、脂蛋白分子作为细胞的触角，可以与 其他细胞的膜表面分子特异性的识别和相 互作用。
G蛋白偶联受体的结构
矩型代表-螺旋， N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化
（五）膜受体-G蛋白耦联的信号转导途径 (1) 配体
多种激素 神经递质
(2) 受体结构的特点
G 蛋白耦联受体（400-600个氨基酸残基组成的多肽）
与配体结合
Extracellular -NH2
e1
-S-S-
e2
分子作用于自身，并产生相应的反应。
（一）细胞通信的概念及类型
细胞分泌化学信号的四种作用方式
化学突触（
synapse ）：神经细胞在接受环境或 其它神经细胞的刺激后，神经信号通过动作电位 的形式沿轴突传至末梢，刺激突触前突起终末分 泌神经递质或神经肽，然后作用于突触后细胞， 影响突触后膜，实现兴奋的传递。
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
信号分子 （胞外）
受体 （质膜/核）
信号转导分子 （胞浆/核）
基因表达 （细胞核）
（三）化学信号分子
按信号分子产生和作用方式的不同，
可以将其分为四类：
激素
细胞因子
神经递质
气体分子
化学信号分子
信号分子 分泌细胞 主要成员举例 主要生理功能
激素
内分泌腺（松果体、 如：肾上腺素 甲状腺、肾上腺等）
核受体结构及作用机制
（四）受体
膜受体可分为三大类： （1）G蛋白耦联型受体 （2）酶耦联型受体
（3）离子通道型受体
三种跨膜受体的特点
特性 内源性 配体 结构 离子通 道受体 G蛋白耦联受体 （七次跨膜受体） 酶耦联受体 （单次跨膜受体） 生长因子 细胞因子 具有或不具有催化活性 的单体
神经递质 神经递质、激素、趋化因子、 外源刺激（味，光） 寡聚体形 成的孔道 单体
PIP2
PLC
DAG + IP３
（磷脂酰肌醇4,5二磷酸）
（三磷酸肌醇）
（二酰甘油）
3） DAG、IP3的 作用 ① IP3的作用:水溶性小分子 内质网Ca2+ 作用于Ca2+通道 细胞浆Ca2+
② DAG的作用：
DAG Ca2+ (+) PKC 磷脂酰Ser
4) PKC 的生理功能
① 调节代谢
H
腺苷酸环化酶 A A C C
GDP
cAMP
R Ｒ
β β
α
γ
γ
GTP
ATP
2）cAMP的作用机理
激活PKA
R C
调节亚基 催化亚基
3）PKA的作用
① 对代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调 节功能。
肾上腺素 ＋受体 肾上腺素 ·受体复合物
磷酸化酶激酶ｂ ATP PPi PKA 磷蛋白磷酸酶
增加血压、心律和代谢
细胞因子 淋巴细胞、单核细 胞、巨噬细胞等 神经递质 神经元 气体分子 血管内皮细胞
如：表皮生长因子 刺激上皮细胞核多种细 胞的增殖 如：乙酰胆碱 NO 传递神经冲动 引起平滑肌细胞松弛
（三）化学信号分子
信号分子的共同特点：
特异性：只能与特定的受体结合。
高效性：几个信号分子即可引起明显的生物 学效应。
短期调节激素：Ghrelin（增强食欲），PYY3-36（抑制食欲） 长期调节激素：Leptin和Insulin（抑制食欲）
（一）细胞通信的概念及类型
细胞通信（cell communication）：体内一
部分细胞（信号细胞）发出信号，另一部分细 胞（靶细胞）接收信号并产生相应反应的过程。
（信号细胞） （靶细胞）
细胞膜 Gs ATP C C R AC cAMP 蛋白磷酸化 R 2cAMP 2cAMP
R
Pi Pi Pi
C C
R
N 转录活化域 DNA结合域
CREB
核膜
Ｃ
Ｃ
Pi
Ｃ Ｒ Ｅ Ｂ
Pi
ＣＣ ＲＲ ＥＥ ＢＢ
Pi
Ｃ Ｒ Ｅ Ｂ
Pi
细 胞 核
DNA
ＣＲＥ
结构基因
蛋白质
cAMP信号传递过程的放大作用 信息分子-受体 GS
AC酶
cAMP 蛋白激酶A(PKA) 酶磷酸化
G蛋白耦联受体介导的产生cAMP的 信号转导系统
腺 苷 酸 环 化 酶
信 号 分 子
受 体
G 蛋 白
Pro 蛋 白 激 酶 A 生 理 功 能 调 节
Pro-p
（2）肌醇-磷脂系统
磷脂酰肌醇信号途径
（Ca2+－依赖性蛋白激酶途径）
（2）肌醇-磷脂系统
跨膜区 段数目
功能 细胞 应答
4个
离子通道 去极化与 超极化
7个
激活G蛋白 去极化与超极化调节蛋白质 功能和表达水平
1个
激活蛋白酪氨酸激酶等 调节蛋白质的功能和表 达水平，调节细胞分化 增殖和死亡等
（五）膜受体-G蛋白耦联的信号转导途径
1. G 蛋白耦联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs) 又称七个跨膜螺旋受体
NF-κB信号通路
NF-κB调控的基因类型Βιβλιοθήκη 凋亡调控因子细胞因子
促凋亡：Bax、Bim、caspase-11、 Fas、FasL 抗凋亡：Bcl-2、Bcl-xl、IAPs、XIAPs ILs、IFN、TNF….
免疫受体 粘附分子 细胞表面受体 生长因子，配体 转录因子 应激蛋白
CDs、MHCs、CCRs…… P-selectin 、ICAM-1、VCAM-1…. ABCA1 、MDR1、P-gp…. FGF8 、GM-CSF 、NGF ….. c-myc、p53、IκB-α COX-2 、SOD1/2….
活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝 、 苏氨酸残基磷酸化。
靶蛋白包括： 质膜受体、膜蛋白和多 种酶。
② 调节基因表达 PKC 对基因的活化分为：早期反应 、晚期反应 PKC能使立早基因的反式作用因子磷酸化， 加快该基因表达；
立早基因多为细胞原癌基因，表达的蛋白质 为第三信使，有跨越核膜传递信息的功能；
信号分子（激素）到血液中，通过血液循环运 送到体内各个部位，作用于靶细胞。
（一）细胞通信的概念及类型
细胞分泌化学信号的四种作用方式
旁分泌（paracrine）：细胞通过分泌局部
化学信号分子到细胞外液中，经过局部扩散 作用于邻近靶细胞。
（一）细胞通信的概念及类型
细胞分泌化学信号的四种作用方式