细胞信号转导
细胞的信号转导医学细胞生物学
细胞信号转导的分类
01
根据信号分子种类的不同，细胞信号 转导可以分为亲脂性信号转导和亲水 性信号转导。
02
亲脂性信号转导主要涉及类固醇激素 、甲状腺激素等脂溶性激素，而亲水 性信号转导则涉及氨基酸、肽类、核 苷酸等水溶性分子。
03
此外，根据信号转导途径的不同，细 胞信号转导还可以分为受体介导的信 号转导和非受体介导的信号转导。受 体介导的信号转导主要涉及配体-受 体相互作用，进而激活一系列的信号 分子和酶促反应；而非受体介导的信 号转导则主要涉及细胞内某些化学反 应或物理刺激引起的信号转导。
指导。
新药靶的抗肿瘤作用研究
要点一
总结词
新药靶的抗肿瘤作用研究是信号转导领域的重要应用方向 ，旨在开发针对肿瘤细胞特异信号通路的创新药物。
要点二
详细描述
肿瘤的发生发展与细胞信号转导通路的异常密切相关。针 对新发现的靶点，研究者们会评估其在抗肿瘤中的作用， 包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡、抑制肿瘤血管生 成等方面。通过体外实验和临床试验，验证新药靶在抗肿 瘤治疗中的潜在应用价值，为肿瘤治疗提供新的策略和药 物候选物。
02 医学细胞生物学基础
医学细胞生物学定义
医学细胞生物学是一门研究细胞的结 构、功能、生长、发育、代谢、遗传 和疾病等生命现象的科学。它以细胞 为基本单位，研究细胞的组成、结构、 功能和相互关系，以及细胞在生命活 动中的作用和变化规律。
VS
医学细胞生物学是医学领域中一门重 要的基础学科，它为医学研究和临床 实践提供了重要的理论基础和技术支 持。
信号转导与疾病的诊断
分子标志物
信号转导相关分子可作为疾病诊断的标志物。例如，某些癌症患者体内存在异常激活的信号转导分子，这些分子可作 为癌症诊断的指标。
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
第十九章细胞信号转导
第十九章细胞信号转导第十九章细胞信号转导一、内容提要细胞信号转导是指特定的化学信号在靶细胞内的传递过程，主要由信号分子的识别与接受，信号在细胞内的放大与传递，以及特定生物学效应的产生三个过程组成。
信号分子是指由特定的信号源（细胞）产生的，可以通过扩散或体液转运等方式进行传递，作用于靶细胞并产生特异应答的一类化学物质，包括激素、神经递质、细胞因子、生长因子及无机物等几大类。
由信号细胞释放的信号分子，需经扩散或转运，才能够到达靶细胞产生作用。
根据传递距离的远近，可将信号分子的传递分为内分泌、旁分泌和自分泌信号传递三种方式。
受体是指存在于靶细胞膜上或细胞内的一类特殊蛋白质分子，它们能够识别与结合化学信号分子，并触发靶细胞产生特异的生物学效应。
按照受体存在的亚细胞部位的不同，可将其分为细胞膜受体和细胞内受体二大类，前者又分为跨膜离子通道受体、G蛋白偶联受体和单跨膜受体。
受体的作用特点包括高度的亲和力、高度的特异性、可逆性、可饱和性及特定的作用模式等。
由细胞内若干信号转导分子所构成的级联反应系统就被称为细胞信号转导途径，目前已经鉴定的细胞信号转导途径达10多条。
大多数的激素、神经递质、生长因子和细胞因子通过膜受体介导的信号转导途径传递信号，这些信号转导途径的共同特征都是通过一系列的级联反应，以激活特定的蛋白激酶并对其底物蛋白或酶进行共价修饰，从而产生特定的生物学效应。
在这些信号转导途径中，以环核苷酸（cAMP和cGMP）作为第二信使的信号转导途径是目前较为清楚的信号转导途径。
除此之外，以脂类衍生物，如IP3、DAG、PI-3,4-P2、PI-3,4,5-P3等作为第二信使的信号转导途径，以及以钙离子作为第二信使的Ca2+信号转导途径也越来越受到重视。
而胰岛素、生长因子及细胞因子则主要通过酪氨酸蛋白激酶（TPK）信号转导途径传递信号。
亲脂性的激素主要通过胞内受体介导的信号转导途径传递信号，这一途径通过活化受体调控特异基因的转录表达来产生特定的生物学效应。
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
细胞信号转导细胞信号转导是细胞内外环境信息传递和响应的过程。
在细胞内外环境发生变化时，细胞通过感知这些信号并传导到细胞内部，最终引发一系列的生物学效应。
本文将介绍细胞信号转导的基本概念、机制与重要研究领域。
一、信号转导的基本概念细胞信号转导是细胞内外信号信息通过具体的分子机制传递到细胞内部，并且在细胞内引发相应的生物学反应。
信号可以是化学物质、光线、温度和压力等，这些信号通过细胞膜表面受体或胞浆内受体与信号分子特异性结合，从而激活一系列的信号转导分子。
细胞信号转导的过程通常包括受体激活、信号传导、增强或抑制等多个环节。
二、信号转导的机制在细胞信号转导的过程中，不同信号可以通过不同的机制进行转导，包括直接通过受体激活、信号级联放大、二级信号传导以及负反馈调控等机制。
1. 直接激活：有些信号可以直接通过受体激活下游分子，例如膜受体激活酪氨酸激酶，进而磷酸化下游调节因子。
2. 信号级联放大：部分信号转导可以通过级联放大的方式增强信号的强度和传递效果。
一个典型例子是G蛋白偶联受体信号转导通路，一个G蛋白偶联受体可以激活多个G蛋白，每个G蛋白可进一步激活下游信号转导分子。
3. 二级信号传导：某些信号分子可以通过激活下游信号分子形成二级信号传导，例如细胞内钙离子浓度的增加可以激活蛋白激酶C，进而磷酸化下游的蛋白质。
4. 负反馈调控：为了避免过度的信号激活，细胞常常会通过负反馈调控机制来抑制信号转导分子的活性，以保持信号的动态平衡。
三、细胞信号转导的重要研究领域细胞信号转导是生物学的重要研究领域，许多科学家致力于探索细胞内信号传导的机制和调控网络。
以下是其中的几个重要研究领域：1. 肿瘤信号转导：细胞信号转导的异常调控与肿瘤的发生和发展密切相关。
研究人员通过研究与肿瘤发生相关的信号转导通路，探索肿瘤的分子机制，并寻找新的治疗靶点。
2. 免疫信号转导：细胞信号转导在免疫系统中起着重要的作用。
研究人员致力于解析免疫应答的信号转导网络，以揭示免疫反应的机制，为免疫相关疾病的治疗提供新的思路。
第十九章-细胞信号转导
—— 连接物蛋白（adaptor protein） 含有2个或数个蛋白质相互作用结构域，无其他功能结 构，连接上下游不同信号转导分子，传递信号。
连接物蛋白Grb2和Nck都含有几个SH2、SH3结构域。
已发现近千种蛋白激酶和磷酸酶。
1．蛋白激酶（protein kinase）
*催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化 ，如增 加或抑制靶蛋白、酶的活性，进而开启信号途径。
—— 主要有蛋白丝/苏氨酸激酶（Ser/Thr- protein kinase, S/T-PK ），
第二信使激活的PKA、PKC、PKG，和丝裂原活 化蛋白激酶 （mitogen activated protein kinase, MAPK） 等。
内分泌 旁分泌 自分泌 细胞-细胞间作用
第二节 细胞内信号转导分子和转导系统
一、 第二信使（secondary messenger）
应答肽类激素刺激，细胞产生，传递信号的小分子。
作用的特点：
* 应答信号刺激主要表现浓度的改变。 * 在细胞内扩散，改变分布状态，诱导靶分子变构
效应，改变其酶或离子通道活性； * 作用后迅速水解终止信号。
主要参与细胞应答辐射、渗压、温度变化的应激反 应。
——TAK1- MKK3/6- P38MAPK 途径， 主要涉及炎性细胞因子、凋亡相关受体等信号转导。
MAPK再磷酸化下游激酶（如RSK、MNK、 MSK），多级激酶级联，逐级传递信号。
（三）蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)，
—— SH3结构域：50～100残基，识别富含脯氨酸 特异模体。
细胞信号传导
细胞膜受体；
途 G蛋白；
径 磷脂酶C（PLC）；
组 成
PIP2与第二信使IP3 /DAG；
内质网受体蛋白激酶C）—— DAG的靶分子
功能：① PKC调节代谢 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。
活化PKC
（3）催化型受体
受体本身是一种跨膜 的酶蛋白，具有激酶 或者鸟苷酸环化酶活 性，使自身磷酸化， 诱发后续效应。
（4）酶偶联型受体
与酪氨酸蛋白 激酶相偶联。 结合配体后， 受体二聚化， 并被酪氨酸激 酶激活，产生 后续效应。
（5）细胞内受体
位于细胞质或细胞核 内，多为反式作用因 子，与配体结合后， 可识别、结合DNA， 调节基因的转录。例 如脂溶性激素的受体。
＊内分泌(endocrine)信号:如胰岛素等。特点:通过血液
循环到达全身远端器官靶细胞,作用时间长、距离远
＊旁分泌(paracrine)信号:如生长因子等。特点:通过扩
散局部作用于邻近靶细胞，作用时间短。
＊自分泌(autocrine)信号：如前列腺素等。特点:由细胞
分泌至胞外反作用于分泌细胞自身。
cAMP-PKA途径调节基因表达
ATP 胞浆
AC
cAMP
细胞核
R
配体
激活
Gs
RC RC
PKA
CREB
C ATP
C
C
R
P CREB
ADP
R
CRE： cAMP -应答元件， （cAMP response element）
CREB： cAMP-应答元件结合蛋白， （ cAMP response element binding protein ）
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。
第五章 细胞的信号转导
举例： 硝酸甘油治疗缺血性心脏病：
硝酸甘油→细胞→NO→GC 活化→cGMP →激活 PKG→肌动蛋白-肌球蛋白复合物抑制→平滑肌松 弛，血管扩张→缺血缓解
三、磷脂酰肌醇信号通路
G蛋白偶联的信号通路 L-R →PLC活化→PIP2分解为DAG和IP3（第二信使）
第四节 信号转导途径的主要特点 一、蛋白质的磷酸化和去磷酸化
β亚单位的作用： 调节G蛋白作用强度。
浓度高→静息G蛋白→ G蛋白作用小 浓度低→游离α亚单位→ G蛋白作用大
效应蛋白种类： 取决于细胞的类型和α亚单位类型
第四节 第二信使及其介导的下游信号途径
第一信使（first messenger）： 各种细胞外信息分子，激素，神经递质，局部化 学介导因子等。
霍乱 霍乱毒素A亚基入细胞→NAD+中的ADP核糖基不 可逆的结合到G蛋白α亚基→G蛋白持续激活→CA 持续活化→cAMP大量增加→CL-和HCO3-通道持续 开放，释放入肠腔→肠道渗透压改变→大量水分 入肠腔→剧烈腹泻
思考题
一、 概念： 受体与配体、G蛋白、第一信使与第二信使 二、问答题 1、膜受体的化学组成和结构、分类。 2、cAMP信号传导通路。 3、试述G蛋白偶联受体作用机制。
举例
2、配体门控性离子通道 常为多亚基 配体-受体→通道状态改变
每个亚单位带4个疏水跨膜区； 每个亚单位的羧基端和氨基端均朝向细胞外基质； 每个亚单位M2越膜区与离子通过有关。
3、G蛋白偶联受体 一条多肽链组成，7个跨膜疏水区 氨基端朝向胞外，羧基端朝向胞内 氨基端具糖基化位点，胞内具有可被磷酸化的位点
➢ 两条以上多肽链构成的受体为复合型受体，例胰 岛素受体、N－乙酰胆碱受体（α2βγσ)。
细胞信号转导
（二）上游分子变构激活下游分子而发挥作用
1. 配体结合并激活受体---脂溶性激素与受体结 合，DNA结合部位暴露
2.酶分子共价修饰变构激活下游分子---丝氨酸、 苏氨酸磷酸化，构象改变，信号转导；
3. 上游小分子激活下游分子---cAMP-P4.K上A 游蛋白质分子激活下游蛋白质分子—上游 分子激活后形成或暴露相互作用部分，或共价 修饰后产生特定结合位点
磷酸基团的受体
丝氨酸/苏氨酸羟基 酪氨酸的酚羟基 咪唑环，胍基，ε-氨基 巯基 酰基
❖ 蛋白质酪氨酸激酶（Protein Tyrosine kinase，PTK） 催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化。
• 受体型PTK：胞内部分含有PTK的催化结构域； •非受体型PTK ：主要作用是作为受体和效应分
酶联受体
G蛋白偶联受体
❖ 受体与信号分子结合的特性：
➢高度专一性 ➢高度亲和力 ➢可饱和性 ➢可逆性
膜受体 激素
膜受体
第二信使
E 化学修饰调节
胞内受体 HRE
胞内受 体激素
细胞膜
整理课件
细胞核
酶含量 调节
(三)细胞内信号转导相关分子
细胞外信号经过受体转换进入细胞内，通过 细胞内一些蛋白质和小分子活性物质进行传递， 这些能够传递信号的分子称为信号转导分子 （signal transducer）
❖ 鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide binding protein，G protein）简称G蛋白，亦 称GTP结合蛋白，是一类信号转导分子，在各种 细胞信号转导途径中转导信号给不同的效应蛋白。
❖ G蛋白结合GTP时为活化形式，作用于下游分子 使相应信号途径开放；当结合的GTP水解为GDP 时则回到非活化状态，使信号途径关闭。
生物学中的细胞信号转导
生物学中的细胞信号转导在生物学中，细胞信号转导指的是生物体对外界刺激的应答过程。
它是细胞内外信息交流的方式之一，是调节细胞功能协调性的重要机制之一。
细胞信号转导涉及到多种细胞因子、受体、激酶、蛋白质等分子的参与，这些分子通过不同的途径相互作用，最终导致细胞内的生理响应发生改变。
细胞信号转导在生命起源、正常生长发育、免疫应答、代谢调节、疾病治疗等方面都有着重要的作用。
一、细胞信号转导的基本原理细胞信号转导的关键是信号转导通路。
通路的起点是外界刺激分子与受体结合，触发内部信号转导步骤，最终导致下游分子的生理响应。
信号转导的传导方式主要有两种：离子通道介导的直接转导和酶媒介的间接转导。
对于一些水溶性分子，它们可以直接结合受体，形成复合物后通过跨膜通道进入细胞内部，影响细胞内环境。
对于另一些大分子如蛋白质，它们需要通过受体介导的酶结合，启动下游级联反应。
这种级联反应是一种信号放大的机制，一个刺激分子可以激活多个受体，每个受体又能活化很多的下游因子，最终传导效应有可能达到几百倍甚至几千倍。
二、信号通路的分类细胞信号转导通路按照信号的类型、具体传导路线，以及参与分子的类别等多种角度进行分类。
目前最常用的分类方法是按照信号的传导路线：内质网应激、细胞器受损、氧化应激等压力信号通路；Wnt、Notch、TGF-β、Hedgehog等发育调节传导通路；PKC、Ca2+、cAMP等第二信使传导的途径；JNK、NF-κB、MAPK等一系列蛋白质酶级联反应的经典信号传导通路以及几种新型信号通路如PI3K/Akt、APC/β-catenin和Jak/Stat等。
三、信号通路中的基本元素不同的信号通路有不同的特点，但一般都包括信号分子、受体、酶活化、级联反应、二级信使的产生、细胞核入口等基本元素。
信号分子作为通路的起点，是通过途径发挥作用的重要分子。
信号分子可以是内部因子，也可以是外部刺激物，这些刺激物可以分为化学物质、光线、温度以及机械刺激等多种形式。
第九章-细胞信号转导(共53张PPT)
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
1234 5
67
G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
第一节 细胞信号转导概述
一、细胞通讯 二、信号分子与受体 三、信号转导系统及其特性
一、细胞通讯
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质
第八章细胞信号转导
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。
第七章细胞信号转导
IP3/Ca2+信号传递途径：IP3促使胞库释放Ca2＋，增加胞 质Ca2＋的信号转导，称为IP3/Ca2+信号传递途径。
DAG/PKC信号传递途径：DAG激活PKC，再使其他蛋 白激酶磷酸化的过程，称为DAG/PKC信号传递途径。
nPi
H2O
蛋白质的可逆磷酸化反应
蛋白质的磷酸化与脱磷酸化作用在细胞信
号转导中有级联放大信号的作用。
细胞内第二信使（如钙离子）往往通过调节细胞内多种蛋 白激酶和蛋白磷酸酶，从而调节蛋白质的磷酸化和脱磷酸化过 程，进一步传递信号。
蛋白激酶（protein kinase，PK） 蛋白激酶是一个大家族，植物中约有2%-3%的基因
DAG--活化蛋白激酶C
磷脂酶C
PI PI激酶 PIP PIP激酶 PIP2 磷脂酶C IP3--从内质网和液 泡释放Ca2+
1.三磷酸肌醇
（inosiol 1，4，5-triphosphate，IP3）
IP3是水溶性的，可从质膜扩散到细胞质，然后与内 质网或液泡膜上的IP3门-Ca2＋通道结合，使通道打 开。
活化蛋白
结合态IP3
内质网或液泡 Ca2+
细胞内信号转导的双信使系统
细胞反应
二、蛋白质可逆磷酸化
蛋白质可逆磷酸化是指蛋白质的磷酸化与脱磷 酸化作用，分别由蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化完成。
磷酸的供体和受体分别是ATP或GTP和ADP或 GDP。
nATP 蛋白质
蛋白激酶
nADP 蛋白质-nPi
蛋白磷酸酶
第七章细胞信号转导
第七章细胞信号转导
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的区域和产生效应的区域分别具有结合特异性和
效应特异性。
细胞表面受体介导的信号跨膜转导
●离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
●
G-蛋白耦连的受体介导的信号跨膜传递
●细胞表面酶联受体
离子通道耦联的受体介导的信号跨膜传递
信号途径 特点：
受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白
1.The mechanicalstructural function of focal adhesion. 2. Signaling function from extracellular surfacenucleus
霍乱毒素：具有ADP核糖转移酶活 性，导致Gs的亚基持续性活化。
变受体构象；激素受体复合物与基因调节区（激素反应元
件）结合，激活基因转录。
细胞内核受体及其对基因表达的调节
●甾类激素介导的信号通路
两步反应阶段： 初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的， 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
通过细胞内受体介导的信号转导
信号转导系统的基本组成： 配体与受体结合 跨膜转导 信号放大 终止或降低细胞反应
（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
胞外区 细胞质溶质
受体蛋白
Gs蛋白
GDP
无活性 靶蛋白
信号分子
配基的结合改变了受体构象， 暴露出Gs蛋白结合位点
激活的受体
GDP
形成配体-受体复合物；降 低Gs蛋白对GDP的亲合力
→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 反应的终止： Ca2+激泵泵出Ca2+ DAG被激酶磷酸化成磷脂酸或被酯酶水解成单脂酰甘油 钙调蛋白（calmodulin, CaM)
细胞表面其它与酶偶联的受体
配体-受体复合物
GDP
GDP
Gs 蛋 白 的 激 活 机 制
GDP
GDP脱落、GTP结合；使亚基游离， 并暴露出腺苷酸环化酶的结合位点
受体蛋白
激活的 复合物 激活的 GTP 亚基
信号分子
G蛋白关联 的受体蛋白
激活的 亚基
无活性靶蛋白 亚基结合腺苷酸环化酶，产生cAMP； 受体蛋白脱去配基后回复至原来构象
一氧化氮介导的信号通路 NO合酶催化精氨酸→NO和瓜氨酸
NO合酶是一种Ca2+ /钙调素敏感性酶，受Ca2+ /
钙调素调节，Ca2+ 浓度↑→NO合酶↑
一般认为乙酰胆碱、谷氨酸、P物质、组胺、
缓激肽等神经递质可通过产生NO而提高cGMP 浓度。
细胞表面受体
细胞表面受体: 胞外亲水性信号（signal molecule）
亲脂性信号分子
亲水性信号分子
气体性信号分子(NO)
●受体（receptor）
受体
概念: 是一种能够识别和选择性结合某种信号分
子(配体)的大分子，当与配体结合后，通过信号
转导作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信
号，启动一系列过程，最终表现出生物学效应。
细胞通讯（cell communication）
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，然后通过细胞 信号转导产生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。
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，控制细胞的生长和分裂
是必须的。
细胞通讯方式
分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine）
自 分 泌 （ autocrine ） 化 学 突 触 （ chemical synapse）
接触依赖性的通讯:
细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋 白
间隙连接实现代谢偶联或电偶联
第二信使与分子开关
分子开关：信号传递中的开关蛋白，含有正、
负两种相辅相成的反馈机制，可分两类：一类
是开关蛋白的活性，由蛋白激酶使之磷酸化而
开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭，
许多开关蛋白即为蛋白激酶本身；另一类是开
关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP活化，
结合GDP而失活。
信号转导系统
一是机械结构功能；
二是信号传递功能
●通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：
由细胞表面到细胞核的信号通路 由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路
细胞信号传递的基本特征 与蛋白激酶的网络整合信息
●细胞信号传递的基本特征：
具有收敛（convergence）或发散（divergence）的特点
细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性
单位接触→α亚单位与GDP分离，与GTP结合→α亚单 位构象改变→α亚单位与β、γ亚单位分离；同时α亚单 位与受体分离→游离的α亚单位（G蛋白的功能状态） →调节细胞内的效应蛋白的生物学活性。
配体结合信号解除后 α亚单位具备了GTP酶活性→分
解GTP，生成GDP→α亚单位构象改变→与效应蛋白 分离，与β、γ亚单位结合。
G-蛋白
G-蛋白：与GTP或GDP结合的蛋白质,又叫鸟
苷酸结合调节蛋白 。
由α、β、γ三个不同亚基组成，可作用多种底
物。
G蛋白家族中, Gs 转导激素对腺苷酸环化酶的
活化过程、Gi 转导激素对腺苷酸环化酶的抑
制作用。
G-蛋白活化与调节
静态时 G蛋白与GDP结合，与受体分离。
当配体与受体结合时 受体蛋白构象发生变化→与α亚
信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存 细胞以不同的方式产生对信号的适应
●蛋白激酶的网络整合信息与信号网络系统中的cross talk
第二信使与分子开关
第二信使学说：胞外化学物质与细胞表面受体 结合，导致产生胞内信号物质，从而激发一系 列生化反应，最后产生一定的生物效应。
第二信使：指第一信使与膜受体结合后诱使 cell最先产生的信号物质，如cAMP，肌醇磷脂 等。
进入细胞核→其它激酶或基因调控蛋白
（转录因子）的磷酸化修钸。
受体鸟苷酸环化酶性
GTP
鸟苷酸环化酶
降解
cGMP
激活
G-激酶
(cGMP依赖蛋白质激酶)
靶蛋白的Ser或Thr残基磷酸化
激活
靶蛋白
调节基因表达
由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
●整合蛋白与粘着斑 ●导致粘着斑装配的信号通路有两条 ●粘着斑的功能：
第八章 细胞信号传递
●多细胞生物生命活动的维持不仅依赖细胞的 物质代谢与能量，而且还有赖于细胞间通讯 与信号控制。
第八章 细胞信号传递
细胞通讯
信号分子与受体
细胞内核受体及其对基因表达的调节
细胞表面受体介导的信号跨膜转导
由细胞表面整合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
受体
化学本质：多为糖蛋白、少数为糖脂 引发细胞反应： 细胞内预存蛋白活性或功能的改变 细胞内特殊蛋白的表达 与配体结合本质： 空间结构的互补性
受体
类型：
细胞内受体: 胞外亲脂性信号分子所激活
细胞表面受体: 胞外亲水性信号分子所激活
细胞内核受体及其对基因表达的调节
细胞内受体:
激素激活的基因调控蛋白，有三个功能结构域：与 DNA结合位点、C端的结合激素位点、 激活基因转录位点。 调节过程： 信号分子进入细胞，通过核孔与特异性核受体结合，改
Controlling the assembly of focal adhesions
Signal pathway that lead to the assembly of the fibers of a focal adhesion.
Rho is involved in regulating the organization of the cell’s actin cytoskeleton.
cAMP信号通路
反应链： 激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶 →cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→ 基因转录 信号终止：环腺苷磷酸二酯酶：cAMP→AMP 细菌毒素对G蛋白的修饰作用
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→
百日咳毒素：催化Gi的亚基ADP－ 核糖基化，降低了GTP与Gi的亚基结 合的水平。
作业
细胞信号转导研究进研究进展。 物质跨膜运输研究进展。
Pi
亚基水解GTP为GDP，回复至原来 构象，并从腺苷酸环化酶上脱落下来； 与 亚基重新结合成Gs蛋白
失活后复原 的G蛋白
失活的腺苷酸 环化酶
cAMP浓度的提高可起不同的作用:
引起糖原降解，应付细胞对能量的急需
激活特定基因的转录，合成所需的新蛋白
在嗅觉上皮细胞调控离子通道的通透性
cAMP
Ras蛋白激活细胞增殖的信号传递途径
跨膜信号转导无需中间步骤 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性
G-蛋白耦联的受体介导的信号跨膜传递
● cAMP信号通路
●磷脂酰肌醇信号通路 ●G蛋白耦联离子通道的信号通路
G-蛋白偶联受体
G蛋白耦联受体： 含有7个跨膜螺旋区 N端在胞外侧 C端在胞内侧 螺旋5、6之间具有一较大胞内环