细胞通讯与信号转导
细胞通讯与细胞信号转导
膜受体
根据受体的分子结构可将膜受体分为：
1. 环状受体：
即配体依赖性离子通道，主要在神经冲动的 快速传递中起作用。
此型受体的共同结构特点是由均一性的或非 均一性的亚基构成一寡聚体，而每个亚基则 含有4-6个跨膜区。
此型受体包括:烟碱样乙酰胆碱受体(N-AchR)、 A型-氨基丁酸受体(GABAAR)、谷氨酸受体、甘 氨酸受体及5-羟色胺受体(5-HTR)等。
2．内分泌激素：
激素(hormone)是由特殊分化细胞合成并分泌 的一类生理活性物质，这些物质通过体液进行 转运，作用于特定的靶细胞，调节细胞的物质 代谢或生理活动。
在体内，有些能够分泌激素的特殊分化细胞集 中在一起构成内分泌腺；有些细胞则分散存在； 有些细胞兼具其他功能。
激素的作用方式：
细胞信息传递方式
① 通过相邻细胞的直接接触；
② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细 胞的代谢和功能。
具有调节细胞生命活动的化学物质称为信息物 质。
细胞通讯方式
三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式: 胞间隙连接 表面分子接触通讯 化学通讯
细胞信息传递方式
间隙连接(Gap Junction)
两个相邻的细胞间存在着一种特殊的由蛋白质构 成的结构－连接子(Connexon)。连接子两端分别嵌入 两个相邻的细胞，形成一个亲水性孔道。这种孔道允 许自由交换分子量为1500道尔顿以下的水溶性分子。 这种直接交换的意义在于相邻的细胞可以共享小分子 物质，因此可以快速和可逆地促进相邻细胞对外界信 号的协同反应。连接子为一个多基因家庭，现已发现 12个成员。在肿瘤生长和创伤愈合等过程中都观察到 某些类型连接子表达的变化。因此，连接子可能对细 胞的生长、分化、定位及细胞形态的维持具有重要意 义。
细胞通讯与信号传导
细胞通讯与信号传导细胞是生物体的最基本单位，每个细胞都像一个小工厂，拥有自己的机器和设备，它们需要不断地接收与发出信息才能完成各自的任务，这就需要细胞间的通讯与信号传导。
本文将从细胞通讯和信号传导两个方面介绍这个重要的生命现象。
一、细胞通讯细胞通讯是指细胞之间通过化学信号相互交流的过程。
这种信号传递可以调节细胞的生命周期、维持内环境的恒定，以及协调身体各系统之间的协同运作。
在细胞通讯中，信号的传递可以分为内源性和外源性两类。
内源性信号是由细胞内自身产生的，如某些信号分子可以调节基因表达，从而影响一系列细胞行为。
外源性信号则来自外界，如神经元通过传递神经递质来调节细胞行为。
通常，细胞通讯的信号传递过程可分为三个基本步骤：识别、传递和响应。
第一步是识别阶段，在这个阶段，细胞必须能够识别外界或内源性信号分子。
这需要细胞表面的受体与信号分子之间发生特定的化学结合。
第二步是信号的传递阶段，在这个阶段，信号分子通过细胞内传递通路进入到细胞内部，从而调节细胞行为。
第三步是响应阶段，在这个阶段，细胞根据传递的信号做出相应的反应。
二、信号传导信号传导是指信号分子在细胞内部的传递过程。
它涉及一系列的生化反应和分子互动。
信号分子进入到细胞内部后，可能被一些蛋白激酶或酶水解，进而改变信号分子的化学结构。
这些过程就是信号转导的第一步，即信号的转换，使原本无法进入细胞内部的信号分子转变为可以作用于细胞内部的具有生物活性的物质。
第二步是信号传导通路，在这一步中，转换后的信号分子会引起细胞内一些特定蛋白质的生物分子反应，这些反应一般有激活或抑制的作用，从而调节细胞内的活动。
最后一步是响应阶段，在这个阶段，细胞会根据信号的强度和类型产生不同的反应，如细胞分裂、细胞分化、细胞凋亡等。
总的来说，细胞通讯和信号传导是两个紧密联系的概念。
细胞通讯的主要任务是产生信号分子，并将其传递到另一个细胞，而信号传导则是用一种内部系统将细胞解码和响应这些信号。
细胞生物学：第9章 细胞通讯与信号传递
G蛋白耦联的受体：
单条多肽形成7次跨膜α螺旋；其中螺旋5和6间 的胞内环状结构域是与G蛋白作用的位点；
G蛋白耦联的受体介导的3条细胞信号通路：
1. cAMP信号通路：又称PKA系统 •效应酶：腺苷酸环化酶 •在胞内形成的第二信使是： cAMP •cAMP通过激活蛋白激酶A（PKA）影响下游分子
2. 磷脂酰肌醇信号通路：又称PKC系统或双信使系统 •效应酶：磷脂酶C •在胞内形成的第二信使是： IP3和DAG •DAG通过激活蛋白激酶C (PKC) 来影响下游分子 •IP3释放Ca2+调控钙调蛋白引起细胞反应
信号分子：都是疏水的、脂溶性小分子 受体：是依赖激素激活的基因调控蛋白
受体的三大结构域：
失
活
HSP90
态
信号
激 活 态
HSP90
胞内受体蛋白家族
类固醇激素是一类亲脂性信号分子，可与胞内受体 结合，提高受体与DNA结合能力，增强基因转录
类固醇激素诱导的基因活化分两阶段：
初级反应阶段：直接激活少数特殊基因，反应迅速
通过与质膜结合的信号分子
３通过间隙连接/胞间连丝使细胞质互通
通过间隙连接使细胞质互通
分泌化学信号进行的通讯（普遍方式）
内分泌
旁分泌ห้องสมุดไป่ตู้
化学突触 自分泌
细胞间接触依赖性通讯
（三）细胞通信的组成元件
◆信号的发射 信号分子
◆信号的识别 受体
◆信号转导 胞内的第二信使
◆信号传递的放大与终止 分子开关
胞外信号分子 受体
“明星分子（star molecule）”：一氧化氮NO
20世纪80年代后期证实的唯一气体性信号分子
可以直接进入细胞激活相应的靶酶，参与体内 众多的生理病理过程
细胞生物学第11章-细胞通讯与信号转导
（3）不同的细胞通过各自的受体，对胞外信号应答， 产生相同的效应。如：肝细胞肾上腺素受体和胰 高血糖素受体结合各自的配体激活以后，都能促 进血糖的升高。
（4）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，从而启动细胞的不同生物学效 应。
（３）自分泌（autocrine）：
细胞对自身分泌物产生反应，常见于病理 条件下。如：肿瘤细胞合成释放生长因子刺 激自身。
（4）化学突触传递神经信号：
神经细胞兴奋后，动作电位的传递，引起突 触前突起终末分泌化学信号，扩散至突触后细 胞，实现电信号和化学信号之间的转换。
2 通过细胞的直接接触（contactdependent signaling）：即细胞间接 触性依赖的通讯
（3）气体信号分子： 第一个发现的气体信号分子是NO，可以进入细胞直 接激活效应酶，参与体内众多的生理和病理过程。
2. 受体（receptor）
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子, 通过和配体的结合，经信号转导作用，最终表现为生 物学效应。
▪ 受体的结构特点：
多为糖蛋白，至少包含配体结合区和效应区2个 功能区域，分别具有结合特异性和效应特异性。
▪ 特异性 ▪ 放大作用 ▪ 信号终止或下调特征 ▪ 整合作用
第二节
细胞内受体介导的信号传递
一、细胞内受体与基因表达
细胞内受体活化的机制：
激活前：受体和抑制性蛋白结合成复合物 激活后：如果甾类激素和受体结合，导致抑制
性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露出 DNA结合位点，激素－受体复合物与基因调 控区（激素应答元件，hormone response element, HRE）结合，影响基因的转录。
第八章细胞通讯和信号转导
第八章细胞通讯和信号转导
受体的分类
根据受体在细胞内的位置，可分为 细胞表面受体（膜受体）：水溶性信号分子和其它 细胞表面的信号分子，如生长因子、细胞因子等 细胞内受体：脂溶性信号分子，如类固醇激素、甲 状腺素、维甲酸等
第八章细胞通讯和信号转导
化学信号通讯的一般步骤 上游分泌细胞合成并释放化学信号 化学信号转运到达靶细胞
与靶细胞的受体特异性结合 化学信号-受体复合物引起靶细胞产生效应
化学信号清除、细胞应答终止
第八章细胞通讯和信号转导
Байду номын сангаас
二、信号转导的基本机制
环境信号通过细胞通讯传递至靶细胞，通过信 号转导对靶细胞的代谢产生影响。
信号转导分子移位
第八章细胞通讯和信号转导
三、信号转导的基本规律
• 细胞信号的发生和终止 • 信号转导过程的级联放大效应 • 信号转导途径的通用性 • 信号转导途径的特异性 • 细胞通讯网络的精密性
第八章细胞通讯和信号转导
第八章细胞通讯和信号转导
第二节 分子基础
信号分子 受体
分子开关
催化产生第二信使的酶
例如 胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等
第八章细胞通讯和信号转导
内分泌通讯
第八章细胞通讯和信号转导
按激素的化学组成，分为 含氮激素：肾上腺素、甲状腺、 促甲状腺激 素 、胰高血糖素、胰岛素、生长激素等 类固醇激素：性激素、皮质醇、醛固酮等
按激素受体的分布部位，分为 胞内受体激素: 甲状腺素、类固醇激素 胞膜受体激素: 除甲状腺素外其他的含氮激素
第八章细胞通讯和信号转导
离子通道受体
细胞通讯与信号转导概述
信号分子运送至靶细胞 信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活
活化受体启动细胞内一种或多种信号转导途径 引发细胞功能、代谢或发育的改变
信号解除并导致细胞反应终止
9
Peter Agre Roderick MacKinnon
Richard Axel，Linda B. Buck
Aaron Ciechanover，Avram
医学分子生物学
Medical Molecular Biology
G-proteins： The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1994；A. G. Gilman；M.Rodbell
医学分子生物学
Medical Molecular Biology
细胞信号转导
Cellular Signal Transduction
新乡医学院三全学院 杨保胜 7375112 ybs@
医学分子生物学
Medical Molecular Biology
胜 7375112 ybs@.2cn
Alfred Gilman，Martin Rodbell
Robert F. Furchgott，Louis J. Ignarro，Ferid Murad
Arvid Carlsson，Paul Greengard，Eric R. Kandel
Leland H. Hartwell R. Timothy Hunt Paul M. Nurse
signal transduction in the nervous system; The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2000; A. Carlsson; P.Greengard; E.R.Kandel
细胞间通讯与信号转导
细胞间通讯与信号转导细胞间通讯与信号转导1细胞间信息物质（第一信使）：凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质统称细胞间信息物质。
包括：神经递质、内分泌激素、局部化学介质和气体信号。
2细胞内信息物质：在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内化学物质。
3第二信使：通常将Ca2+、cAMP、cGMP、DAG、IP3、Cer、花生四烯酸及其代谢产物这类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使。
4第三信使：负责细胞核内外信息传递的物质称为第三信使。
是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，能调节基因的转录，因此又称为DNA结合蛋白。
一、细胞通讯1细胞间隙连接通讯2膜表面分子接触通讯3化学信号介导的通讯二、信号转导：细胞针对外源信息所发生的细胞应答反应全过程。
1信号必须经由受体发挥作用⑴受体：是位于细胞膜或细胞内能特异识别和结合配体的生物大分子，其化学本质为蛋白质。
⑵分类：①细胞表面受体：离子通道受体；G-蛋白偶联受体；酶偶联受体。
②细胞内受体⑶离子通道受体：横跨于细胞膜上的、由多个亚基构成的寡聚蛋白，具有离子通道功能。
这类受体接受特异配体（神经递质）并发生相互作用后，可以开启离子通道，促使离子跨膜流动，产生动作电位，将信号下传。
G-蛋白偶联受体：横跨于细胞膜的单链糖蛋白。
当受体接受配体并发生相互作用后，必须要有G蛋白作为中介物，才能将信号传递给膜中效应蛋白（酶）。
受G-蛋白调节的效应蛋白（酶）主要有腺苷酸环化酶（AC）、cGMP依赖性磷酸二酯酶、磷脂酶C和离子通道等。
腺苷酸环化酶催化A TP环合成cAMP；磷脂酶C催化PIP2水解产生IP3和DAG；cGMP依赖性磷酸二酯酶催化cGMP分解而灭活。
细胞内受体：存在于胞浆和胞核内的类固醇激素和甲状腺激素等脂溶性信息分子的受体。
胞内受体包括四个区域：高度可变区、DNA结合区、铰链区和激素结合区。
⑷受体与配体结合的特点：高度专一性、高度亲和力、可饱和性、可逆性和特定的作用模式。
细胞通讯与信号转递
● 细胞通讯基本过程：
①合成并释放信号分子； ②信号分子向靶细胞运输； ③信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活； ④活化受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径； ⑤引发细胞功能、代谢或基因表达的改变； ⑥信号分子的解除并导致细胞反应终止。
在信号传递中，细胞将细胞外信号分子携带的信息转 变为细胞内信号的过程称为信号转导。
开关蛋白（ switch peotein )：
进化上保守的胞内信号传导蛋白：一个信号的接收导致
它们从非活性状态到活性状态的切换； 在细胞的信号通路中起正负反馈调节的蛋白 种类： • GTP结合蛋白：根据开关蛋白是否结合GTP或GDP决定 • 开关蛋白：活性由磷酸化和去磷酸化开启和关闭
常数Kd表示（10-11～10-9mol/L）; • 饱和性(saturation）:生物效应与被配体占领的受体数成正
比，受体数目有限，故呈饱和性; • 可逆性（reversibility）：受体与配体非共价结合;快速可逆 • 生理效应（physiological response)：信号分子与受体的结合会 引起适当的生理反应，反应的强弱与结合配体受体数量正相关。
受体类型：
细胞内受体 (intracellular receptor):位于细胞质基质或核
基质；主要识别和结合小的脂溶性信号分子。
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。
细胞表面受体
据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属 三大家族： • 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）
细胞信号转导和细胞通信
细胞信号转导和细胞通信细胞是生命的基本单位，不同细胞在生物体内密切合作，完成各种生理功能。
为了实现这种协作，细胞之间需要进行精密的信号转导和通信。
细胞信号转导是一种复杂的过程，其中包括多种信号分子、受体和信号通路的参与。
本文将介绍细胞信号转导的基本概念、信号分子的类型以及细胞通信的机制。
一、细胞信号转导的基本概念细胞信号转导是指外界刺激通过信号分子传递到细胞内部，并引起相应的生物学响应的过程。
这个过程涉及多个组分，包括信号分子、受体和信号通路。
信号分子可以是离子、小分子物质或蛋白质，它们在细胞外和细胞内之间传递信息。
受体则是细胞膜上的蛋白质，可以与信号分子结合并传递信号。
信号通路是指信号分子与受体结合后所经过的一系列化学反应和调控，最终实现细胞内的生物学效应。
二、信号分子的类型信号分子可以分为多种类型，包括激素、神经递质、生长因子等。
激素是一类由内分泌腺分泌的物质，它们通过血液循环传播到身体各个部位，并影响细胞的行为。
神经递质是神经细胞释放的化学物质，在神经元之间传递电信号，并触发细胞内的相应反应。
生长因子则促进细胞的增殖和分化，在胚胎发育、伤口修复等过程中起着重要作用。
三、细胞通信的机制细胞通信是细胞之间相互协作的重要方式，可以通过直接接触或信号分子传递实现。
细胞间的直接接触包括细胞间连接和细胞间黏附。
细胞间连接是通过细胞膜蛋白的结合实现的，可以传递电信号和分子信号。
细胞间黏附是指细胞表面的特定蛋白质相互结合，形成稳定的细胞群体，并进行相互作用和通信。
此外，细胞之间还可以通过信号分子传递来进行通信。
信号分子可以在细胞间的空间中自由扩散，通过结合受体来传递信息。
这种信号传递方式可以实现长距离的通信，并对细胞产生广泛的影响。
四、细胞信号转导的调控细胞信号转导是一个高度调控的过程。
细胞通过多种机制来调节信号转导的强度和时机。
其中包括信号通路的激活和抑制，信号分子的合成和降解以及受体的调节等。
细胞信号转导的调控机制能够确保细胞对外界刺激做出适当的生物学响应，并避免过度反应或错误反应的发生。
细胞信号转导和细胞通讯
在免疫应答的效应阶段，活化的免疫细胞通过释放细胞因子、抗体等效应分子来清除病原体或异常细胞。这 个过程同样涉及到多种信号分子的交换和细胞间的相互作用。
06
细胞信号转导和细胞通讯的研 究方法与技术
Chapter
分子生物学技术在信号转导研究中的应用
基因克隆与表达分析
通过基因克隆技术，研究信号转导相关基因的表达模式、调控机 制以及蛋白质相互作用。
当信号分子与GPCRs结合后，GPCRs 会发生构象变化，激活与之偶联的G 蛋白。
酪氨酸激酶受体信号通路
酪氨酸激酶受体（RTKs）是一 类跨膜蛋白受体，它们具有酪氨
酸激酶活性。
当RTKs与配体结合后，会发生 二聚化并激活自身的酪氨酸激酶
活性。
RTKs通过磷酸化下游的底物蛋 白，如STATs、PI3K、PLCγ等， 将信号传递至细胞核内，调控基
02
细胞通讯的基本概念
Chapter
细胞通讯的定义与重要性
定义
细胞通讯是指细胞间或细胞内通 过信号分子进行信息传递和调控 的过程。
重要性
细胞通讯对于维持多细胞生物体 的生命活动至关重要，它协调不 同细胞的行为，确保生物体作为 一个整体正常运作。
细胞间通讯的方式与机制
通过细胞间形成的间隙连接通道 ，允许小分子物质和离子在细胞 间直接交换。
超分辨显微镜技术
突破光学衍射极限，以更 高的分辨率观察细胞通讯 中的细微结构和动态过程 。
活细胞成像技术
结合荧光标记和显微操作 技术，实时监测细胞通讯 过程中的分子动态和细胞 行为。
其他相关技术与方法的简介
生物信息学分析
利用生物信息学方法，对信号转导和细胞通讯相关的大数据进行 挖掘和分析，揭示其内在规律和调控机制。
细胞通讯和细胞信号转导
PKA系统的信号转导
PKA系统（protein kinase A system，PKA）是G蛋白偶联系统的一种信号转导途径。信号分子作用于膜受体后，通过G蛋白激活腺苷酸环化酶, 产生第二信使cAMP后,激活蛋白激酶A进行信号的放大。故将此途径称为PKA信号转导系统。如胰高血糖素和肾上腺素都是很小的水溶性的胺,它们在结构上没有相同之处,并作用于不同的膜受体, 但都能通过G蛋白激活腺苷酸环化酶, 最后通过蛋白激酶A进行信号放大。
PKC系统的信号转导
系统组成与信号分子
系统组成：由三个成员组成:受体、G蛋白和效应物。Gq蛋白也是异源三体,其α亚基上具有GTP/GDP结合位点,作用方式与cAMP系统中的G蛋白完全相同。该系统的效应物是磷酸肌醇特异的磷脂酶C-β(phosphatidylinositol-specific phospholipase C-β, PI-PLCβ),此处的β表示一种异构体。
效应物
G蛋白
作用
腺苷酸环化酶
Gs
激活酶活性
Gi
抑制酶活性
K+离子通道
Gi
打开离子通道
磷脂酶C
Gp
激活酶活性
cGMP磷酸二脂酶
Gt
激活酶活性
表2, 某些G蛋白的功能
在G蛋白偶联信号转导系统中， G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上。一种是静息状态，即三体状态; 另一种是活性状态， G蛋白由非活性状态转变成活性状态，尔后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环(G protein cycle)。G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联: GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein，GAPs) 鸟苷交换因子(guanine nucleotide-exchange factors，GEFs) 鸟苷解离抑制蛋白(guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs)
细胞信号传导与细胞通讯
细胞信号传导与细胞通讯细胞信号传导是细胞内外信息交流和传递的过程，通过这种方式，细胞可以感知和适应外界环境的变化。
细胞内部通过复杂的信号转导网络，将外部刺激传导到细胞内部，从而调控基因表达、细胞生长和分化等生物学过程。
本文将介绍细胞信号传导的基本原理以及多种信号传导通路的特点。
一、细胞信号传导的基本原理1. 激活受体蛋白：外界信息通常通过与细胞膜上的受体蛋白结合来触发细胞信号传导。
受体蛋白可以是跨膜蛋白或位于细胞质内的蛋白。
当受体与其配体结合时，受体蛋白发生构象改变，从而激活下游的信号传导分子。
2. 信号传导分子：激活的受体蛋白会激活多个信号传导分子，这些分子在细胞内传递信号并调节下游的生物学效应。
常见的信号传导分子包括酶、蛋白激酶和二次信号分子等。
3. 信号放大与集成：细胞内的信号传导网络通常具有放大和集成的能力。
激活的受体蛋白可以激活多个信号传导分子，每个信号传导分子又可以进一步激活下游的分子，从而放大和集成信号。
这种信号放大和集成的机制使得细胞能够对微小的外部刺激做出不同的响应。
二、细胞信号传导通路的类型1. 离子通道介导的信号传导：某些离子通道（如钙通道和钠通道）可以直接受到细胞外的刺激而改变通道的开关状态，从而导致细胞内离子浓度的变化。
这些离子浓度的变化可以激活下游的信号分子，进而调控细胞的代谢和生理功能。
2. 酶-底物反应介导的信号传导：许多信号传导通路通过活化或抑制酶活性来调节细胞功能。
这些酶可以是蛋白激酶、磷酸酶或氧化酶等。
这种信号传导通路常见于细胞增殖、细胞凋亡和细胞增强等生理过程。
3. 核内受体介导的信号传导：某些信号分子可以穿过细胞膜进入细胞内，并结合到细胞核内的受体上。
通过与受体结合，这些信号分子可以调节基因的转录和翻译，从而影响细胞的功能和命运。
三、细胞通讯的机制1. 细胞外泌体：细胞可以通过释放细胞外泌体来与周围细胞进行交流。
这些细胞外泌体包括外泌体囊泡和外泌体蛋白，它们可以通过血液循环或细胞间直接接触的方式传递信号分子和遗传物质。
第八章细胞通讯与信号转导(研)
下丘脑激素、垂体激素、 甲状旁腺素、胃肠激素 ④ 脂类衍生物：前列腺素 ⑤ 气体分子：NO、CO、H2S
6
2.根据细胞分泌和传递信息物质方式的 不同，分为：
① 神经递质 ② 内分泌激素 ③ 局部化学介质 ④ 气体信号 ⑤ 细胞黏附分子
与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
4
二、信息物质
是指携带生物信息，调节细胞生命活动的化学物 质
(一) 细胞间信息物质 由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生
理活动的化学物质
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分类: 1.按其化学本质的不同分为五类：
① 类固醇衍生物：肾上腺皮质激素、性激素、 维生素D等
9
激素的作用方式：
①内分泌：激素分泌后作用较远的靶细 胞， 其传递介质为血液。
②旁分泌：激素分泌释放后作用于邻近的 靶细胞，其传递介质为细胞间液。
③自分泌：激素分泌释放后仍作用于自身 细胞，其传递介质为胞液。
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③局部化学介质：
• 局部化学介质又称为旁分泌信号，指由 细胞分泌的信息分子通过扩散而作用于 邻近的靶细胞，调节细胞的生理功能。 如:组胺、花生四烯酸、生长因子
• 细胞通讯:生物体内细胞间的联 络、识别以及相互作用的过程。
• 信号转导:外源信息传入细胞内 并引起细胞应答反应的过程。
1
第一节 细胞通讯的分子基础
一、细胞通讯的基本方式 1.细胞间隙连接通讯
2
⒉ 细胞表面分子接触通讯
3
⒊ 化学信号通讯
特定的细胞释放信息物质(化学信号分子)
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• 细胞通讯： 细胞之间可以通过分泌信号分子或直接 接触而相互实施调控。
• 细胞信号转导： 细胞感受环境信号、把这种信号转导入 细胞内，并做出反应的过程。
酵母对邻近细胞释 放的交配因子发生 反应而形成朝向因 子源头的突起
shmoos
卵子受精引发胞质 溶胶钙离子快速增 加，并形成从精子 进入部位向整个细 胞播散的钙波。
第十一章
细胞通讯与信号转导
Cell Communication & Signaling
细胞生活在社会中
单细胞：细胞与环境 多细胞：细胞与细胞、与环境
• 细胞生存要求它们能感知环境中信号， 并对之作出反应。多细胞生物的不同 细胞之间需要协调互相关系，共同应 对环境信号。这些需求通过细胞通讯 和信号转导实现。
细胞对信号的反应: 1.细胞质：蛋白质活性改变 2.细胞核： 基因表达改变转录出新的或更多的蛋白质
细胞信号转导的研究内容
• 对环境作出反应： • 皮肤黑素细胞在紫外线照射下黑色素生成增多 • 视网膜视杆细胞的感光作用
• 细胞之间的通讯： • 心肌细胞的同步跳动 • 运动神经末梢对肌肉的支配 • 雄激素对靶细胞的作用 • 中性粒细胞的趋化运动
1. 接触依赖型
2. 旁分泌型
AUTOCRINE
3. 突触型
GAP JUNCTION
4. 内分泌型
5. 自分泌型
6. 间隙连接型
细胞通讯的分类
(信号发放细胞-靶细胞)
1. 接触依赖型 锚着于质膜上的信号分子直接接触靶细胞质膜 上受体。如膜抗原递呈分子被免疫细胞识别。
2. 旁分泌型 信号释放至附近基质，作用于局部。如生长因子。 3. 突触型 信号为神经递质，释放至突触间隙，作用于突触后
膜（另一个神经元）。如乙酰胆碱与其受体。 4. 内分泌型 信号为激素，经血液作用于全身靶细胞。如性激
素与其受体。 5. 自分泌型 信号释放至周围基质，作用于自身。如细胞因子。 6. 间隙连接型 信号经缝隙连接作用于相邻细胞。如cAMP。
二、细胞通讯与信号转导系统的构成
信号转导的基本模式:
细胞外信号分子被细胞的信号接收装置(受体) 所感知,然后细胞内的信号转导装置(一系列信号转 导蛋白)被依次激活,信号借此逐步传递下去,最后, 特定的靶蛋白(参与代谢的酶、基因调节蛋白、细胞 骨架蛋白等)被激活，由此引起细胞的各种反应。
胞核之间的信号传导链。
信
号 1.接力蛋白-将信号传至相邻下游分子
转 2.信使蛋白-将信号传至细胞内另一亚区
导 3.接合蛋白-通过特定结构域偶联其上下分子
装 4.信号放大蛋白-生成大量调节性小分子即第二信使
置 5.信号转换蛋白-将信号转换成另一种形式
: 转
6.切分蛋白-接收一条线路输出至多条
导 7.整合蛋白-接收多条线路并整合/输出至一条
这个钙波刺激质膜发生改变 ，防止其他精子进入，并启 动受精卵发育 受精中得钙波
• 信号：
物理性－光、温度、压力、辐射等 化学性－激素、生长因子、细胞因子、
神经递质、气体等
• 细胞信号转导：
细胞感受环境信号、把这种信号转导入细胞内，并 做出反应的过程。
• 细胞信号转导是细胞对环境做出反应及细胞之间相 互通讯、调控的手段。
第一节 细胞通讯与信号转导的基本知识 第二节 受体及其信号转导途径 第三节 细胞信号转导的调节 第四节 细胞信号转导径之间的
相互作用
第一节 细胞通讯与信号转导的基本知识
一、细胞通讯的分类 二、细胞通讯与信号转导系统的构成 三、细胞通讯与信号转导的一些特点
一、细胞通讯的分类
1. 接触依赖型 2. 旁分泌型 3. 突触型 4. 内分泌型 5. 自分泌型 6. 间隙连接型
上世纪90年代以来信号转导研究领域 获诺贝尔奖的科学家
• 1991，Nelzer和sokmann：离子通道 • 1992，Krebs和Fisher：
糖原代谢中蛋白质的可逆磷酸化 • 1994，Gilman和Rodbell： G蛋白信号传导 • 1998, Palmer，NO的信号传导 • 2003年，Agre 和MacKinnon，水通道和离子通道
信号接收装置-受体 receptors
1. 细胞表面受体 2. (膜受体membrane receptors) 3. －其配体为水溶性
2. 细胞内受体 （核受体nuclear receptors） －其配体为脂溶性
膜受体种类：
1. 离子通道偶联受体
存在于电兴奋性细胞（神经、肌肉细胞）之间 的突触部位，是神经递质的受体，将化学信号转变 为电信号。如乙酰胆碱受体。
蛋 8.潜在基因调节蛋白-膜受体自身活化后移入核内
白
信
号
转
接合蛋白
导
装
信号放大蛋白
置
:
转
导
图15－16
蛋
白
细胞内信使 intracellular messenger
－在细胞内信号途径上某些节点快速大量增 多、能迅速将信号播散至各个下游通路的小 分子。
又被称为第二信使（胞外信号为第一信使）
腺苷酸环化酶(AC)
二、细胞通讯与信号转导系统的构成
信号分子 信号接收装置
信号转导装置
靶蛋白 效应
二、细胞通讯与信号转导系统的构成
信号转导系统的构成： 1. 信号接收装置 2. 信号转导装置 3. 第二信使
信号接收装置: 入室线座(电信号) -膜受体
信号转导装置: 座机
-转导蛋白
信号传出装置: 听筒(声音)
-第二信使
2. G蛋白偶联受体
许多激素和神经递质的受体, 如肾上腺素受体。
3. 酶偶联受体
生长因子和细胞因子的受体。其胞内结构域本 身具有酶活性或与酶偶联。
信
号
G蛋白偶联受体
接
收
装
置
离子通道偶联受体
:
膜
受
酶偶联受体
体
信号转导装置 -转导蛋白 transduction proteins
1、一系列蛋白质 2、依次经历活化-失活,构成从膜受体到细
AMP
cAMP
细胞内信使 (第二信使)
细 胞 信 号 转 导 模 式 图
信号：黄体生成素 细胞：睾丸间质细胞 反应：雄激素生成增多
信号接收装置-受体 receptors
受体: 位于细胞膜表面或细胞内部的一类特 殊蛋白质,能特异地识别信号分子(配体),并 以很高的亲和力与之结合,从而启动细胞内信 号转导通路。 1. 细胞表面受体(膜受体)－其配体为水溶性 2. 细胞内受体（核受体）－其配体为脂溶性