第五章 第二节 细胞通信和信号传递

受体和配体结合的特异性及细胞固 有的特性决定细胞对外界的反应；
避免信号分子过于繁多；
3．第二信使与分子开关
• 概念：一般将细胞外信号分子称为“第一信使”， 第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分 子称为第二信使(second messenger)，常见的有 cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)。
二 通过细胞内受体介导的信号传递
1 胞内受体特性： • 本质是激素激活的基因调控蛋白，同亲脂
性小信号分子（如脂溶性激素）结合。 • 在胞内与抑制性蛋白(如Hsp90)结合形成复
合物（非活化状态）；结合信号分子后， 抑制性蛋白解离， DNA结合位点暴露（激 活）。
结构：
C端:激素结合位点；
中 部 : DNA/Hsp90 结 合位点：富含Cys、 具锌指结构
分子开关蛋白(switch protein)
在胞内信号传递的过程中，对信号的启动和终止具 有重要作用的一类蛋白。
磷酸化控制：
由蛋白激酶使之 磷酸化而开启， 由蛋白磷酸酯酶 去磷酸化而关闭, 多为蛋白激酶。
GTP 结 合 控 制 ：
结 合 GTP 活 化 ， 结 合 GDP 失 活 。 （Ras，G蛋白）
NO的扩张、血 流通畅 。（硝酸甘油）
• 参与大脑的学习记忆生理过程。
NO的作用机理
①血管内皮细胞和神经细胞接受刺激，内源性合
成NO：
NOS
L-精氨酸 + O2
NO+ L瓜氨酸
②NO扩散到邻近细胞，同鸟苷酸环化酶(GC)酶活
性中心的Fe2+结合，改变GC构象，活性增强，导
胞内信号发起和细胞对信号反应的类型
1 分泌化学信号的通讯
①内分泌(endocrine): 内分泌细胞分泌信号 分子到血液中，由血 液循环运送并作用于 体内各部位靶细胞。
②旁分泌(paracrine): 细胞分泌局部化学介 质到细胞外液中，局 部扩散作用于邻近靶 细胞。
③自分泌(autocrine):细胞对自身分泌的物质产 生反应。 ④通过化学突触传递神经信号。
• 细胞识别(cell recognition)是指细胞通过其表 面受体与胞外信号物质分子(配体)选择性地相互 作用，从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。
• 细胞信号通路(signaling pathway)：细胞接受 外界信号，通过一套特定的机制，将胞外信号转 导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起 细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号 通路 (signaling pathway)。
甾类激素作为信号诱导基因活化的两个阶段：
初级反应阶段：直接活化少数特殊基因的转 录，发生迅速；
次级反应阶段：由初级反应的产物再活化其 他基因产生，以放大初级反应，较缓慢。
3. NO“明星信号分子”
体内NO的特性 ：
一种自由基性质的气体，具脂溶性，可快速扩散 过质膜，到达邻近靶细胞发挥作用（局部介质）。 NO生成部位：血管内皮细胞和神经细胞。
第二信使学说(second messenger theory)：某些胞 外信号分子(第一信使)不能进入细胞，它作用于 细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，从而 激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应， 第二信使的降解使其信号作用终止。
Sutherland因为对cAMP的研究工作，提出第二信使学说而获 得1971年诺贝尔医学和生理学奖。
2．细胞接触性依赖的通讯
信号细胞通过质膜上结 合的信号分子和同其相接 触的靶细胞质膜上的受体 分子相结合，从而影响靶 细胞。
信号细胞 靶细胞
3．间隙连接依赖的通讯 细胞间通过间隙连接交换 小分子来实现代谢/电偶联。
细胞通讯 是指一个细胞发出
㈡ 细胞识别与信号通路 的信息通过介质传递到另一个
细胞产生相应的反应的过程。
致cGMP大量合成；
③ cGMP作为第二信使介导蛋白质磷酸化等过程， 发挥多种生物学作用。
③气体性信号分子：NO。
2．受体（receptor）
受体：一种能够识别和选择性结合某种配体(信号 分子)的大分子。同配体结合后，通过信号转导 (signal transduction) 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 表现为生物学效应。
分类： 细胞内受体(intracellular receptor)， 细胞表面受体(cell—surface receptor）。
N端:转录激活结构 域。
2 甾类激素分子通过胞内 受体的信号传导过程：
①经简单扩散跨膜进入胞内； ②结合受体，形成激素—受体
复合物；
③ 受 体 构 象 改 变 ， 结 合 DNA 能 力增强；
④穿过核孔进入核内；
⑤激活的受体结合于特异的 DNA 序 列 （ 受 体 依 赖 的 转 录 增强子），调节基因表达。
细胞识别通过各种细胞信号通路实现； 是细胞通讯的重要环节。
㈢ 细胞的信号分子与受体
1．信号分子（signal molecule)
① 亲脂性信号分子：分子小、疏水性 强，可跨膜入胞内，与胞质或细胞核 中受体结合形成激素—受体复合物，调 节基因表达(甾类激素和甲状腺素)；
② 亲水性信号分子：不能过质膜，与 靶细胞表面受体结合后在胞内产生第 二信使或激活蛋白激酶/磷酸酶的活性， 引起细胞的应答。(神经递质、生长因 子、局部化学递质和大多数激素)
特征： 多为糖蛋白； 至少包括两个功能区域（受体结合区，效应区）。
受体与信号分子的对应关系
同种化学信号结合不同细胞的不同受体，产生不同 效应；
相同信号分子结合不同细胞上的相同受体产生不同 反应；
不同信号结合同一细胞不同受体产生相同效应。
一种细胞具有 一套多种类型 的受体，应答 多种不同的胞 外信号，产生 不同效应。
细胞通信和信号传递
一 细胞通讯与细胞识别
㈠ 细胞通讯
细胞通讯 (cell communication) 是指一个细胞发出 的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反 应的过程。
种类： ①分泌化学信号进行通讯； ②接触性依赖的通讯(contact-dependent signaling)； ③通过间隙连接的通信。