[课件]第二节 细胞膜的跨膜信号转导PPT
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细胞的基本功能—细胞的跨膜信号转导功能(正常人体机能课件)
2.酪氨酸激酶受体
• 酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor,TKP）也称受体酪氨 酸激酶（receptor tyrosine kinase），是指受体分子的膜内侧部 分本身具有酪氨酸激酶活动的受体。
• 酪氨酸激酶受体的膜外侧部分可与胰岛素、各类生长因子等 信号分子结合，进而激活膜内侧部分的酪氨酸激酶，酪氨酸 激酶使细胞产生一系列生物化学反应，从而使细胞产生生理 效应，实现细胞信号转导。此过程不需要G 蛋白参加，没有 第二信使产生及细胞内蛋白激酶的激活。
GTP GDP
GTP
ATP cAMP
GDP GTP
5`AMP PDE
细胞内
生理效应
PKA ATP ADP
蛋白质 P
离子通道介导的跨膜信号转导
01
02
跨膜信号转导 离子通道介导的跨 膜信号转导
03
化学门控通道
1.跨膜信号转导
各种形式的信号物质作用于细胞时，大多数信号物质如神经递质、含氮激素、细胞因 子等本身并不能进入细胞内，而是与细胞膜上相应的受体结合后，通过膜的信号转导 系统，将细胞外物质所携带的信息传递到细胞内，从而引起细胞的相应功能活动的改 变，这一过程称为跨膜信号转导。
G蛋白介导的跨膜信号转导
01
G蛋白耦联受体
02
受体-G蛋白-AC途径
1.G蛋白耦联受体
• G蛋白耦联受体：G 蛋白耦联受 体也称为促代谢型受体，这类受 体与信号分子结合后通过G 蛋白 即激活GTP结合蛋白，发挥生物 学效应。
2.受体-G蛋白-AC途径
• G 蛋白耦联受体与信号分子结合后，通过激活细胞膜上的G蛋白进而激活G 蛋白效应器酶 （如腺苷酸环化酶），G蛋白效应器酶再进一步催化某些物质（如ATP、PIP２）生成具有生 物活性的小分子信号物质即第二信使（如cAMP、IP３、DG等），第二信使再通过结合蛋白 激酶或离子通道而发挥生物学效应，最终完成细胞跨膜信号转导过程。
生理学教学课件：第二章 细胞的基本功能
一、离子通道介导的信号转导
离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道 如：化学性胞外信号(ACh)
ACh + 受体=复合 体 终板膜变构=离子通道开放
Na+内流
终板膜电位
骨骼肌收缩
温医生理教研室 金芃芃
二、生理G学蛋课件白偶联受体介导的信号转 导 神(一经)递c质AM、P激信素号等通（路第一信使）
温医生理教研室 金芃芃
生理学课件
通道对离子的选择性，决定于通道开放时它的水相孔道 的几何大小和孔道壁的带电情况，因而对离子的选择性 没有载体蛋白那样严格。
温医生理教研室 金芃芃
生理学课件
②有不同功能状态，且功能状态受因素调控
离子通道有静息,激活,失活等功能状态
温医生理教研室 金芃芃
生理学课件
通道的功能状态受不同因素调控---“门控” 通道分类:
温医生理教研室 金芃芃
生理学课件
（二）细胞膜蛋白质
1、分类 1）表面蛋白（peripheral protein) 2）整合蛋白(integral protein)
温医生理教研室 金芃芃
生理学课件
2、功能
1)物质转运功能： 如通道蛋白，载体蛋白，泵蛋白 2)辨认，接受和传递信息： 如受体蛋白 3)起细胞标志作用： 如抗原 4)其他： 尚不清楚
1、概念：细胞通过耗能将物质逆电位或化学梯度的转运过程。
2、特点： ①需要耗能（能量由分解ATP来提供） ②依靠特殊膜蛋白质（泵）的“帮助” ③逆电-化学梯度进行
3、分类： ①原发性主动转运 如:Na+-K+泵、H+-K+泵等 ②继发性主动转运 如：肠对葡萄糖重吸收
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生理学课件
离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道 如：化学性胞外信号(ACh)
ACh + 受体=复合 体 终板膜变构=离子通道开放
Na+内流
终板膜电位
骨骼肌收缩
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二、生理G学蛋课件白偶联受体介导的信号转 导 神(一经)递c质AM、P激信素号等通（路第一信使）
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通道对离子的选择性，决定于通道开放时它的水相孔道 的几何大小和孔道壁的带电情况，因而对离子的选择性 没有载体蛋白那样严格。
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②有不同功能状态，且功能状态受因素调控
离子通道有静息,激活,失活等功能状态
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通道的功能状态受不同因素调控---“门控” 通道分类:
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（二）细胞膜蛋白质
1、分类 1）表面蛋白（peripheral protein) 2）整合蛋白(integral protein)
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2、功能
1)物质转运功能： 如通道蛋白，载体蛋白，泵蛋白 2)辨认，接受和传递信息： 如受体蛋白 3)起细胞标志作用： 如抗原 4)其他： 尚不清楚
1、概念：细胞通过耗能将物质逆电位或化学梯度的转运过程。
2、特点： ①需要耗能（能量由分解ATP来提供） ②依靠特殊膜蛋白质（泵）的“帮助” ③逆电-化学梯度进行
3、分类： ①原发性主动转运 如:Na+-K+泵、H+-K+泵等 ②继发性主动转运 如：肠对葡萄糖重吸收
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生理学课件
第二节 细胞膜的跨膜信号转导
第二章 细胞的基本功能
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
主 要 内 容
• • • • • • • 一、细胞间信息的传递 二、受体及细胞信号转导 （一）、膜受体介导的信号转导 1. G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 2. 酶耦联受体介导的跨膜信号转导 3. 离子通道型受体介导的跨膜信号转导 （二）、胞内受体介导的信号转导
• Reception Transduction Response
一、细胞间信息的传递
细胞通讯
概念: 一个细胞发出的信息通过介质传递到 另一个细胞且产生反应的过程即细胞通讯 方式: ①通过细胞间的缝隙连接，允许无机离子和 水溶性小分子物质的沟通，如电传递； ②通过细胞产生的化学信号分子传递信息， 即化学传递。
Classification： G-protein coupled receptor tyrosine kinase receptor ion-channel-linked receptor nuclear receptor
（一）、膜受体介导的信号转导
• G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1: G蛋白 G-protein • guanine nucleotide-binding regulatory protein
酶耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1：酶耦联受体概念
• 受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白，分为3个 结构区，即细胞外与配体的结合区，细胞内部具 有激酶活性的结构区和连接此两个部分的跨膜结 构区。使之既具有受体的功能，又具有把胞外信
号直接转化成胞内效应的能力。
• 酪氨酸蛋白激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、鸟苷
• （2）细胞内通讯的信号分子 ： • cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, DAG、NO、H2等。
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
主 要 内 容
• • • • • • • 一、细胞间信息的传递 二、受体及细胞信号转导 （一）、膜受体介导的信号转导 1. G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 2. 酶耦联受体介导的跨膜信号转导 3. 离子通道型受体介导的跨膜信号转导 （二）、胞内受体介导的信号转导
• Reception Transduction Response
一、细胞间信息的传递
细胞通讯
概念: 一个细胞发出的信息通过介质传递到 另一个细胞且产生反应的过程即细胞通讯 方式: ①通过细胞间的缝隙连接，允许无机离子和 水溶性小分子物质的沟通，如电传递； ②通过细胞产生的化学信号分子传递信息， 即化学传递。
Classification： G-protein coupled receptor tyrosine kinase receptor ion-channel-linked receptor nuclear receptor
（一）、膜受体介导的信号转导
• G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1: G蛋白 G-protein • guanine nucleotide-binding regulatory protein
酶耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1：酶耦联受体概念
• 受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白，分为3个 结构区，即细胞外与配体的结合区，细胞内部具 有激酶活性的结构区和连接此两个部分的跨膜结 构区。使之既具有受体的功能，又具有把胞外信
号直接转化成胞内效应的能力。
• 酪氨酸蛋白激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、鸟苷
• （2）细胞内通讯的信号分子 ： • cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, DAG、NO、H2等。
生理学 第二章 细胞的基本功能PPT课件
分类：
①同向转运 ②逆向转运
18
⦁ 2.继发性主动 转运-----某 物质的主动转 运所需要的能 量不是直接来 自ATP的分解， 而是来自膜外 Na+的高势能 （间接来自 ATP的分解） 人们把这种转
~ 运形式称 ，
又叫联合转运。
GS继发性主动转运模式图 19
3.入胞和出胞式转运
一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身 的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。
15
通道转运与钠-钾泵转运模式图
16
钠-钾泵: 当[Na+]i↑/[K+]o↑激活
分解ATP产生能 量
2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外
维持[Na+]o高、[K+]i高 原先的不均匀分布状态
排Na+吸K+的生理意义:
1、维持[Na]o高、
[K+]i高正常的离子分布.
2、贮备离子势能。
3、钠-钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力
(一)膜的化学组成: 脂质(62%)---主要由磷脂
(。70%)和胆固醇(25%);还有
少量的鞘脂(5%)。磷脂中最 多的是磷脂酰胆碱，最少的 是磷脂酰甘油和磷脂酰肌醇。
蛋白质(35%)---从分子数
看，脂>蛋100倍,从重量看,蛋 >脂1--4倍。
糖类(3%)
3
(二) 膜的分子结构
流体镶嵌模型：以液态
4
二、细胞膜的跨膜物质转运功能
●被动转运
指物质顺 电位或化学梯 度的转运过程。
●主动转运
指物质逆浓度 梯度或电位梯度 的转运过程。
5
（一）被动转运(passive transport) 概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点： ①不耗能(ATP).（转运动力依赖物质的电-化
①同向转运 ②逆向转运
18
⦁ 2.继发性主动 转运-----某 物质的主动转 运所需要的能 量不是直接来 自ATP的分解， 而是来自膜外 Na+的高势能 （间接来自 ATP的分解） 人们把这种转
~ 运形式称 ，
又叫联合转运。
GS继发性主动转运模式图 19
3.入胞和出胞式转运
一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身 的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。
15
通道转运与钠-钾泵转运模式图
16
钠-钾泵: 当[Na+]i↑/[K+]o↑激活
分解ATP产生能 量
2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外
维持[Na+]o高、[K+]i高 原先的不均匀分布状态
排Na+吸K+的生理意义:
1、维持[Na]o高、
[K+]i高正常的离子分布.
2、贮备离子势能。
3、钠-钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力
(一)膜的化学组成: 脂质(62%)---主要由磷脂
(。70%)和胆固醇(25%);还有
少量的鞘脂(5%)。磷脂中最 多的是磷脂酰胆碱，最少的 是磷脂酰甘油和磷脂酰肌醇。
蛋白质(35%)---从分子数
看，脂>蛋100倍,从重量看,蛋 >脂1--4倍。
糖类(3%)
3
(二) 膜的分子结构
流体镶嵌模型：以液态
4
二、细胞膜的跨膜物质转运功能
●被动转运
指物质顺 电位或化学梯 度的转运过程。
●主动转运
指物质逆浓度 梯度或电位梯度 的转运过程。
5
（一）被动转运(passive transport) 概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点： ①不耗能(ATP).（转运动力依赖物质的电-化
第二节细胞的跨膜信号传递功能
一、兴奋性和刺激引起兴奋的条件 兴奋：活组织或细胞对刺激发生的反应。
细胞受刺激时产生动作电位。 兴奋性：组织或细胞对刺激发生反应的能力
细胞受刺激时产生动作电位的能力。
（二）刺激引起兴奋的条件和阈刺激
条件： 1 刺激强度 2 刺激持续时间 3 刺激强度-时间变化率 *刺激内向电流和外向电流 *离子内向电流和外向电流
阈刺激
阈值：刺激持续时间和强度-时间变化率 固定时，引起组织兴奋所需的最 小刺激强度。
阈 刺 激：强度等于阈值的刺激。 阈下刺激：强度小于阈值的刺激。 阈上刺激：强度大于阈值的刺激。
兴奋性的衡量指标：阈值
兴奋性∝1/阈值 例：
指 标 A肌肉
阈值 兴奋性
0.7V 较大
B肌肉
1.2V 较小
（三）组织兴奋及其恢复过程 中兴奋性的变化
几种主要的跨膜信号转导方式
（一）通过具有特异感受结构的通 道蛋白质完成的跨膜信号转导
1.化学门控通道
化学物质控制： 递质、 激素等 主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触
后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。 作用：产生局部电位
例：终板膜化学门控通道
2.电压门控通道
主要分布： 神经轴突、骨骼肌、 心肌细 胞的一般细胞膜上。
PG、钙离子Leabharlann 第二信使学说（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜 信号转导
酪氨酸激酶受体： 膜外部分 跨膜a- 螺旋
膜内肽段
识别相应配体
酪氨酸残基磷酸化
肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如NGF）
细胞膜上酪氨酸激酶受体
膜内侧肽段的蛋白激酶被激活
酪氨酸残基磷酸化
细胞功能改变
第三节 细胞的兴奋性和生物电现象
（二）细胞的静息电位
细胞受刺激时产生动作电位。 兴奋性：组织或细胞对刺激发生反应的能力
细胞受刺激时产生动作电位的能力。
（二）刺激引起兴奋的条件和阈刺激
条件： 1 刺激强度 2 刺激持续时间 3 刺激强度-时间变化率 *刺激内向电流和外向电流 *离子内向电流和外向电流
阈刺激
阈值：刺激持续时间和强度-时间变化率 固定时，引起组织兴奋所需的最 小刺激强度。
阈 刺 激：强度等于阈值的刺激。 阈下刺激：强度小于阈值的刺激。 阈上刺激：强度大于阈值的刺激。
兴奋性的衡量指标：阈值
兴奋性∝1/阈值 例：
指 标 A肌肉
阈值 兴奋性
0.7V 较大
B肌肉
1.2V 较小
（三）组织兴奋及其恢复过程 中兴奋性的变化
几种主要的跨膜信号转导方式
（一）通过具有特异感受结构的通 道蛋白质完成的跨膜信号转导
1.化学门控通道
化学物质控制： 递质、 激素等 主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触
后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。 作用：产生局部电位
例：终板膜化学门控通道
2.电压门控通道
主要分布： 神经轴突、骨骼肌、 心肌细 胞的一般细胞膜上。
PG、钙离子Leabharlann 第二信使学说（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜 信号转导
酪氨酸激酶受体： 膜外部分 跨膜a- 螺旋
膜内肽段
识别相应配体
酪氨酸残基磷酸化
肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如NGF）
细胞膜上酪氨酸激酶受体
膜内侧肽段的蛋白激酶被激活
酪氨酸残基磷酸化
细胞功能改变
第三节 细胞的兴奋性和生物电现象
（二）细胞的静息电位
《基础医学课件-细胞膜运输和细胞信号转导》
细胞膜运输和细胞信号转 导
本课程介绍了细胞膜的结构与功能，细胞膜运输和细胞信号转导的分类及相 关机制，以及信号转导在临床上的应用，最后探讨了未来发展方向及挑战。
细胞膜的结构与功能
结构
细胞膜分为磷脂双分子层和各 种运输蛋白、受体以及其它结 构性蛋白质。
功能
细胞膜具有物质进出细胞的调 节作用，同时保护和维护细胞 内外环境的平衡。
这些通路能够直接或间接地影响细胞 增殖和凋亡等重要的细胞生理过程。
G蛋白偶联受体
结构和功能
G蛋白偶联受体是膜受体 的一种，担任了很多神经 递质和激素在身体中信息 信号的传递和调节。
工作机制
这类受体识别化学信号， 激活G蛋白就可以触发通 路级联，改变蛋白质的功 能，以及进一步改变细胞 内分子浓度。
临床应用
细胞膜构成
细胞膜包括许多不同的分子， 如脂质、蛋白质、碳水化合物 和胆固醇，它们共同组成了细 胞膜。
细胞膜运输的分类
1 被动运输
细胞膜物质的自由扩散和渗透。
2 主动运输
通过载体介导或囊泡介导进行物质运输。
3 细胞膜转运蛋白
细胞膜转运蛋白可以帮助物质通过膜，并且能够选择性地和特定的物 质结合。
4 细胞内外环境的平衡与调节
信号转导在临床上的应用
治疗类型 细胞因子治疗
靶向治疗
描述
临床应用案例
利用信号传导，增强或抑制 生长、分化和调节免疫系统 等活性，以治疗某些疾病。
IL-2、重组白细胞介素等的 临床应用。
根据某种信号通路的特点， 用特定药物干扰信号的传导， 以达到治疗目的。
Statin和ACE抑制剂等的应 用。
未来发展方向及挑战
通过渗透调节和离子浓度调节等机制来维持细胞内外部分子浓度和渗 透压的平衡。
本课程介绍了细胞膜的结构与功能，细胞膜运输和细胞信号转导的分类及相 关机制，以及信号转导在临床上的应用，最后探讨了未来发展方向及挑战。
细胞膜的结构与功能
结构
细胞膜分为磷脂双分子层和各 种运输蛋白、受体以及其它结 构性蛋白质。
功能
细胞膜具有物质进出细胞的调 节作用，同时保护和维护细胞 内外环境的平衡。
这些通路能够直接或间接地影响细胞 增殖和凋亡等重要的细胞生理过程。
G蛋白偶联受体
结构和功能
G蛋白偶联受体是膜受体 的一种，担任了很多神经 递质和激素在身体中信息 信号的传递和调节。
工作机制
这类受体识别化学信号， 激活G蛋白就可以触发通 路级联，改变蛋白质的功 能，以及进一步改变细胞 内分子浓度。
临床应用
细胞膜构成
细胞膜包括许多不同的分子， 如脂质、蛋白质、碳水化合物 和胆固醇，它们共同组成了细 胞膜。
细胞膜运输的分类
1 被动运输
细胞膜物质的自由扩散和渗透。
2 主动运输
通过载体介导或囊泡介导进行物质运输。
3 细胞膜转运蛋白
细胞膜转运蛋白可以帮助物质通过膜，并且能够选择性地和特定的物 质结合。
4 细胞内外环境的平衡与调节
信号转导在临床上的应用
治疗类型 细胞因子治疗
靶向治疗
描述
临床应用案例
利用信号传导，增强或抑制 生长、分化和调节免疫系统 等活性，以治疗某些疾病。
IL-2、重组白细胞介素等的 临床应用。
根据某种信号通路的特点， 用特定药物干扰信号的传导， 以达到治疗目的。
Statin和ACE抑制剂等的应 用。
未来发展方向及挑战
通过渗透调节和离子浓度调节等机制来维持细胞内外部分子浓度和渗 透压的平衡。
细胞膜动力学和跨膜信号通讯PPT演示文稿
• 有的离子通道蛋白质对电压特别敏感，一旦 细胞膜两侧的电压发生改变，则使通道蛋白 的构型发生改变，从而使开放或者关闭。这 种直接受膜电压控制的离子通道称为电压门 控通道（voltage gated channel ）。
27
（一）化学门控通道
• 例如：烟碱型通道（受乙酰胆碱控制）： 基本模式：
配体+受体→离子通道开放→离子跨膜流动→ 信号传入细胞
•
—Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定。
15
4.继发主动转运 (secondary active transport，又简称联合转运)
细胞膜间接利用钠泵分解ATP 释放的能量 完成的主动转运。即细胞膜利用钠泵分解 ATP 释放的能量所建立起的细胞膜内外Na+浓度差 的势能储备，再由转运体蛋白完成的逆电化学 梯差的跨膜转运。
细胞间通讯的机制分为电信号传递和化学信号传递两大类 型。因此也就产生了如下三种通讯传递方式：
1、电信号或者化学信号通过缝隙连接或胞间连接直接传递。 2、通过旁分泌、自分泌或者神经调质进行局部的化学通讯。 3、使用电信号和化学信号相结合进行长距离的通讯。
无论使用哪种通讯方式，首先都是通过激活细胞膜表面或者 胞内的受体、或者是引起膜蛋白参与的离子通道的变化。
• 如果这样的离子与被转运的分子向相反的方向移 动，则称之为反向转运（countertransport）。 譬如肾小管分泌K+和H+与Na+的反向偶联。
参加下一页示意图 17
Na+--葡萄糖的同向转运示意图 18
肾小管上皮细胞对葡萄糖（GS）的转运
基侧膜 钠泵活动
↓
Na+浓度势能差
↓ 管腔膜 Na+、GS 同向转运体
27
（一）化学门控通道
• 例如：烟碱型通道（受乙酰胆碱控制）： 基本模式：
配体+受体→离子通道开放→离子跨膜流动→ 信号传入细胞
•
—Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定。
15
4.继发主动转运 (secondary active transport，又简称联合转运)
细胞膜间接利用钠泵分解ATP 释放的能量 完成的主动转运。即细胞膜利用钠泵分解 ATP 释放的能量所建立起的细胞膜内外Na+浓度差 的势能储备，再由转运体蛋白完成的逆电化学 梯差的跨膜转运。
细胞间通讯的机制分为电信号传递和化学信号传递两大类 型。因此也就产生了如下三种通讯传递方式：
1、电信号或者化学信号通过缝隙连接或胞间连接直接传递。 2、通过旁分泌、自分泌或者神经调质进行局部的化学通讯。 3、使用电信号和化学信号相结合进行长距离的通讯。
无论使用哪种通讯方式，首先都是通过激活细胞膜表面或者 胞内的受体、或者是引起膜蛋白参与的离子通道的变化。
• 如果这样的离子与被转运的分子向相反的方向移 动，则称之为反向转运（countertransport）。 譬如肾小管分泌K+和H+与Na+的反向偶联。
参加下一页示意图 17
Na+--葡萄糖的同向转运示意图 18
肾小管上皮细胞对葡萄糖（GS）的转运
基侧膜 钠泵活动
↓
Na+浓度势能差
↓ 管腔膜 Na+、GS 同向转运体
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第二节 细胞膜的跨膜信号转导
主 要 内 容
• • • • • • • 一、细胞间信息的传递 二、受体及细胞信号转导 （一）、膜受体介导的信号转导 1. G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 2. 酶耦联受体介导的跨膜信号转导 3. 离子通道型受体介导的跨膜信号转导 （二）、胞内受体介导的信号转导
hormone extracellular
（二）、胞内受体介导的信号转导
• 分类：
• • • • 甾体类激素受体家族 甲状腺素受体家族 基因机制 非基因机制
• 甾体类激素制
2018/12/7
26
基 因 机 制
2018/12/7
27
You should now be able to
• 1: Describe the nature of a ligand-receptor interaction and state how such interactions initiate a signaltransduction system. • 2: Compare and contrast G-protein coupled receptors, tyrosine kinase receptors, and ligand-gated ion channel. • 3: List two advantages of a multistep pathway in the transduction stage of cell signaling. • 4: Explain how an original signal molecule can produce a cellular response when it may not even enter the target cell.
• endocrine neurocrine paracrine autocrine synaptic transmission
化学信号的分类
• （1）细胞间通讯的信号分子：
• 激素、神经递质与神经肽、局部化学介导
因子、抗体、淋巴因子等。
• （2）细胞内通讯的信号分子 ： • cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, DAG、NO、H2等。
酶耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1：酶耦联受体概念
• 受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白，分为3个 结构区，即细胞外与配体的结合区，细胞内部具 有激酶活性的结构区和连接此两个部分的跨膜结 构区。使之既具有受体的功能，又具有把胞外信
号直接转化成胞内效应的能力。
• 酪氨酸蛋白激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、鸟苷
• Local distance signaling • gap junction /cell-cell recognition（结构信号） • paracrine /autocrine/ synaptic signaling • / neurocrine
• 电、磁、光信号
• Long distance signaling • endocrine/telecrine
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 2： G蛋白的作用机制
• • • • • • • 2.1：Classification： 大致分为Gs\Gi\Gq\Go\Gt\Gg等几大家族 2.2： G 蛋白信号转导机制 G 蛋白通过 AC 的信号转导 G蛋白通过某些受体门控离子通道的信号转导 G 蛋白通过 PLC 的信号转导 G 蛋白通过 cGMP-PDE 的信号转导
intracellular
Mechanical signal
Physical signal
？
response
membrane
2018/12/7
3
• 跨膜信号转导：胞外信息分子与受体结合，
将信息传递到胞浆或核内，调节靶细胞功 能的过程。 • 胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内 效应等三个环节。
• Reception Transduction Response
一、细胞间信息的传递
细胞通讯
概念: 一个细胞发出的信息通过介质传递到 另一个细胞且产生反应的过程即细胞通讯 方式: ①通过细胞间的缝隙连接，允许无机离子和 水溶性小分子物质的沟通，如电传递； ②通过细胞产生的化学信号分子传递信息， 即化学传递。
（一） 细胞间的电传递
• gap junction
（二）细胞间的化学传递
酸环化酶等。
离子通道型受体介导的跨膜信号转导
• 1：离子通道型受体概念：
• 由多亚基组成受体/离子通道的复合体，除本身有 信号接受部位外，又是离子通道，其跨膜信号转 导无需中间步骤，反应快，一般只需几毫秒。
• 2：分类：
• • • 机械门控受体/离子通道 电压门控受体/离子通道 化学门控受体/离子通道
二、受体及细胞信号转导
• Concept：存在于细胞膜、胞浆或细胞核内的，
能结合外界信号，并将该信号转化为胞内生物学 效应，而对细胞的结构或功能产生影响的一类物 质，大多属蛋白质。
• • • • •
Classification： G-protein coupled receptor tyrosine kinase receptor ion-channel-linked receptor nuclear receptor
Gs型与Gi型G蛋白的作用
Gt型G蛋白的作用
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 3: G 蛋白通过 AC 的信号转导机制
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 4:效应器酶、第二信使及蛋白激酶
• 腺苷酸环化酶、（催化ATP生成cAMP）、PKA； • 磷酸二脂酶（催化GTP降解为cGMP ）、离子通道 或PKG； • 磷脂酶C、（催化细胞膜磷脂生成IP3、DAG和 Ca2+）、 Ca2+通道与PKC; • 5：蛋白激酶使底物磷酸化 phosphorylation cascade • 多个环节可调、信号逐级放大
吉尔曼（Alfred G. Gilman） 德克萨斯大学西南医学中心药学系
开辟了细胞信号跨膜转导研究的新时代
G 蛋白： 与细胞膜受体偶联的G蛋白由3个不同 的亚基组成，又称为异三聚体G蛋白。 小G蛋白： 分散在细胞内有类似G蛋白作用的单体 蛋白，因分子量小而得名。如ras表达产物。
非活化型
活化型
（一）、膜受体介导的信号转导
• G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1: G蛋白 G-protein • guanine nucleotide-binding regulatory protein
• 可与鸟嘌呤核苷酸可逆性结合，与膜受体偶联而 具有信号转导作用的蛋白质家族
A lfre d G o o d m a n G ilm a n （ 1941- ）
主 要 内 容
• • • • • • • 一、细胞间信息的传递 二、受体及细胞信号转导 （一）、膜受体介导的信号转导 1. G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 2. 酶耦联受体介导的跨膜信号转导 3. 离子通道型受体介导的跨膜信号转导 （二）、胞内受体介导的信号转导
hormone extracellular
（二）、胞内受体介导的信号转导
• 分类：
• • • • 甾体类激素受体家族 甲状腺素受体家族 基因机制 非基因机制
• 甾体类激素制
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基 因 机 制
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You should now be able to
• 1: Describe the nature of a ligand-receptor interaction and state how such interactions initiate a signaltransduction system. • 2: Compare and contrast G-protein coupled receptors, tyrosine kinase receptors, and ligand-gated ion channel. • 3: List two advantages of a multistep pathway in the transduction stage of cell signaling. • 4: Explain how an original signal molecule can produce a cellular response when it may not even enter the target cell.
• endocrine neurocrine paracrine autocrine synaptic transmission
化学信号的分类
• （1）细胞间通讯的信号分子：
• 激素、神经递质与神经肽、局部化学介导
因子、抗体、淋巴因子等。
• （2）细胞内通讯的信号分子 ： • cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, DAG、NO、H2等。
酶耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1：酶耦联受体概念
• 受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白，分为3个 结构区，即细胞外与配体的结合区，细胞内部具 有激酶活性的结构区和连接此两个部分的跨膜结 构区。使之既具有受体的功能，又具有把胞外信
号直接转化成胞内效应的能力。
• 酪氨酸蛋白激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、鸟苷
• Local distance signaling • gap junction /cell-cell recognition（结构信号） • paracrine /autocrine/ synaptic signaling • / neurocrine
• 电、磁、光信号
• Long distance signaling • endocrine/telecrine
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 2： G蛋白的作用机制
• • • • • • • 2.1：Classification： 大致分为Gs\Gi\Gq\Go\Gt\Gg等几大家族 2.2： G 蛋白信号转导机制 G 蛋白通过 AC 的信号转导 G蛋白通过某些受体门控离子通道的信号转导 G 蛋白通过 PLC 的信号转导 G 蛋白通过 cGMP-PDE 的信号转导
intracellular
Mechanical signal
Physical signal
？
response
membrane
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3
• 跨膜信号转导：胞外信息分子与受体结合，
将信息传递到胞浆或核内，调节靶细胞功 能的过程。 • 胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内 效应等三个环节。
• Reception Transduction Response
一、细胞间信息的传递
细胞通讯
概念: 一个细胞发出的信息通过介质传递到 另一个细胞且产生反应的过程即细胞通讯 方式: ①通过细胞间的缝隙连接，允许无机离子和 水溶性小分子物质的沟通，如电传递； ②通过细胞产生的化学信号分子传递信息， 即化学传递。
（一） 细胞间的电传递
• gap junction
（二）细胞间的化学传递
酸环化酶等。
离子通道型受体介导的跨膜信号转导
• 1：离子通道型受体概念：
• 由多亚基组成受体/离子通道的复合体，除本身有 信号接受部位外，又是离子通道，其跨膜信号转 导无需中间步骤，反应快，一般只需几毫秒。
• 2：分类：
• • • 机械门控受体/离子通道 电压门控受体/离子通道 化学门控受体/离子通道
二、受体及细胞信号转导
• Concept：存在于细胞膜、胞浆或细胞核内的，
能结合外界信号，并将该信号转化为胞内生物学 效应，而对细胞的结构或功能产生影响的一类物 质，大多属蛋白质。
• • • • •
Classification： G-protein coupled receptor tyrosine kinase receptor ion-channel-linked receptor nuclear receptor
Gs型与Gi型G蛋白的作用
Gt型G蛋白的作用
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 3: G 蛋白通过 AC 的信号转导机制
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 4:效应器酶、第二信使及蛋白激酶
• 腺苷酸环化酶、（催化ATP生成cAMP）、PKA； • 磷酸二脂酶（催化GTP降解为cGMP ）、离子通道 或PKG； • 磷脂酶C、（催化细胞膜磷脂生成IP3、DAG和 Ca2+）、 Ca2+通道与PKC; • 5：蛋白激酶使底物磷酸化 phosphorylation cascade • 多个环节可调、信号逐级放大
吉尔曼（Alfred G. Gilman） 德克萨斯大学西南医学中心药学系
开辟了细胞信号跨膜转导研究的新时代
G 蛋白： 与细胞膜受体偶联的G蛋白由3个不同 的亚基组成，又称为异三聚体G蛋白。 小G蛋白： 分散在细胞内有类似G蛋白作用的单体 蛋白，因分子量小而得名。如ras表达产物。
非活化型
活化型
（一）、膜受体介导的信号转导
• G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
• 1: G蛋白 G-protein • guanine nucleotide-binding regulatory protein
• 可与鸟嘌呤核苷酸可逆性结合，与膜受体偶联而 具有信号转导作用的蛋白质家族
A lfre d G o o d m a n G ilm a n （ 1941- ）