第七篇细胞膜与细胞信号转导
《基础医学课件-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。
植物生理学第七章：植物体内细胞信号转导
植物生理学教研室
细胞信号转导
• G 蛋 白 全 称 为 GTP 结 合 调 节 蛋 白 (GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由 于其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)的 结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。 20世纪70年代初在动物细胞中发现了G蛋 白的存在，进华而南农业证大学明植物了生理G教研蛋室 白是细胞膜受 体与其所调节的相应生理过程之间的主 要信号转导者。
植物生理学教研室
细胞信号转导
华南农业大学植物生理教研室 植物生理学教研室
细胞信号转导
第一节 信号与受体结合
一、信号（理解）
• 信号是信息的物质体现形式和物理过程。 • 刺激就是信号 华南农业大学植物生理教研室 • 化学信号和物理信号，化学信号也称为配体 • 胞内信号和胞间信号 • 植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的
细胞信号转导
第七章 细胞信号转导
• 植物细胞信号转导: 是指细胞耦联 各种刺激信号（包括各种内外源刺 激信号）与华南其农业大引学植物起生理特教研室定生理效应之 间的一系列分子反应机制。
植物生理学教研室
细胞信号转导
分为4个步骤： 1、信号分子与细胞表面受体结合 2、跨膜信号转换 3、在细胞内华南通农业大过学植物信生理教号研室 转导网络进 行信号传递、放大与整合 4、导致生理生化变化
细胞信号转导
二、受体在信号转导中的作用（理解）
➢ 受体(receptor)是存在于细胞表面或亚细胞组分中 的天然分子，可特异地识别并结合化学信号物 质——配体，并在细胞内放大、传递信号，启动 一系列生化反应，最终导致特定的细胞反应。
细胞信号转导解析细胞内的信号网络
细胞信号转导解析细胞内的信号网络细胞内的信号转导网络是一种复杂而精密的调控系统，它负责将外界的信号传递给细胞内部，并通过一系列的反应转导到细胞内相应的效应部位。
这个过程涉及到多个分子互相作用，形成一个错综复杂的调控网络。
在这篇文章中，我们将探讨细胞信号转导的机制，并深入了解细胞内信号网络的组成和功能。
一. 细胞信号转导的机制细胞信号转导是一种通过分子之间的相互作用来传递信号的过程。
通常，这个过程包含以下几个步骤：1. 第一步：信号的识别和绑定外界信号通过与细胞表面受体结合，识别和绑定。
受体的种类多种多样，比如细胞膜上的受体酪氨酸激酶、七膜通道受体和核受体等。
2. 第二步：受体激活和信号传导信号识别和绑定后，受体发生构象变化，激活其内部酶活性，从而使其能够开始下一步的信号传导。
这一步通常包括一系列的磷酸化或去磷酸化反应。
3. 第三步：信号放大一旦信号被传递到细胞内，它必须经过一系列的信号放大过程，以确保足够的信号强度用于激活下游的效应部位。
这涉及到多个分子和酶的参与。
4. 第四步：信号的传递和调节信号在细胞内通过多种方式传递和调节，它可以通过蛋白质相互作用、磷酸化反应和离子通道的开闭等方式来调节细胞内的反应。
5. 第五步：效应的产生和细胞响应最终，通过细胞信号转导的过程，细胞内的信号将被传递到特定的效应部位，从而引起细胞特定的生理或生化反应。
这可能是基因表达的改变、细胞增殖或凋亡等。
二. 细胞内的信号网络细胞内的信号网络由多种蛋白质、酶和分子组成，这些组分在信号转导中起到不同的作用。
1. 受体蛋白受体蛋白位于细胞膜或细胞核中，它们能够识别和结合外界信号，并将其转导到细胞内部。
2. 酶酶是细胞内信号转导的重要参与者，它们可以催化特定的反应，例如磷酸化反应，从而激活或抑制特定的信号通路。
3. 信号蛋白信号蛋白轮廓将信号从受体传递到下游的效应器。
这些蛋白质通过蛋白质相互作用、磷酸化反应和酶催化等方式调节信号的传递。
植物生理学第七章 细胞信号转导
第二信使：Ca 2+
cAMP cGMP IP3 H+ 某些氧化还原剂：抗坏血酸、谷胱甘
肽、H2O2
一、Ca 2+/CaM在信号转导中 的 作用 2+浓度≤0.1µmol/L 静态胞质Ca 而细胞壁、内质网、液泡中Ca 2+ 浓度比胞质中高2-3个数量级。 2+浓度 细胞刺激后胞质内Ca 短暂明显升高或区域梯度变化。 2+与CaM等结合而起作用 Ca
第七章
细胞信号转导
生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表
达的过程，除受遗传因素支配外，还受周围环境 的调控。
植物细胞信号转导是指细胞耦联各种刺激信号与
其引起的特定生理效应之间的一系列分子反应机 制。
4个步骤：1、信号分子与细胞表面受体结合
2、跨膜信号转换 3、细胞内信号转导网络进行信号的 传递、放大、整合 4、导致生理生化变化 图7-1
细胞壁——胞外钙库 质膜上Ca 2+ 通道控制Ca 2+内流 质膜上Ca 2+泵负责胞内的Ca 2+泵出 胞外 胞内钙库（液泡、内质网、线粒体）： 膜上存在着Ca 2+通道（外流） Ca 2+泵和Ca 2+/nH+反向运输体（泵 入） 图7-4
钙调蛋白：耐热球蛋白，有148个氨基 酸单链多肽 CaM两种作用方式： 1、可以直接与靶酶结合，诱导构 象变化和调节靶酶的活性 2、与Ca 2+结合，形成活化态的 Ca 2+· CaM复合体，再与靶酶结合，将 靶酶激活 CaM的三维结构：哑铃型，长650nm 图7-5
氨酸激酶、酪氨酸激酶和组氨酸激酶
1、钙依赖型PK酶（CDPK）属丝氨酸/ 苏氨酸激酶 图7-8
2、类受体蛋白激酶（RLK） 植物中RLK大多属于丝氨酸/苏 氨酸激酶 由胞外结构区、跨膜螺旋区 、 胞内蛋白激酶催化区三个部分组成 根据胞外结构区不同，将RLK 分为三类：含S结构域的RLK、含 富亮氨酸重复的RLK、类表皮生长 因子重复的RLK
细胞膜的信号转导途径
细胞膜的信号转导途径细胞膜是细胞内部与外界环境交流的主要途径，其中细胞膜上存在的膜蛋白质可以通过与外部分子的结合，向细胞内部传递信号，从而调控细胞的代谢、生长、分化等生理过程。
这个信号转导的过程是极其复杂的，需要多种信号分子、蛋白质酶、激酶等重要分子的作用，形成一个多层次的分子网络，并最终将信号转化为细胞内的特定反应。
关于信号的传递，有两种不同类型的信号：极性信号和非极性信号。
极性信号如荷尔蒙只能通过细胞膜内部和外部的膜蛋白质来传播，而非极性信号如氛围分子可以自由扩散到它们的接收器和细胞内部。
这个差异带来了细胞膜信号转导的不同特点，决定了信号传播的途径和机制，因此不同类型的信号需要不同类型的信号模式。
在细胞膜信号转导中，最常见的方式是通过受体激活效应，受体是一种位于细胞膜表面的分子。
它们能够与一种细胞外的信号分子结合，从而引起跨膜通道的打开或者激活酶蛋白，引起细胞内部特定的反应。
受体的结构包括N端、C端、跨膜区等不同区域，同时还存在特定的细胞外区域，用于与细胞外的信号分子结合。
这个结构的多样性可以强烈影响信号的选择性和效率。
在受体激活后，细胞膜上的信号分子进入信号通路，逐渐被转化为化学反应。
信号通路是多个信号分子和蛋白质酶组成的复杂网络，有多个分支和相互作用，从而引起多个细胞生理过程的调控。
信号通路的作用类似于计算机中的“if…then”逻辑判断和数据处理模块，每个分配的输入信号模块经过已定义的转换模块的一系列计算，就会产生一定的输出反应，在整体系统中得以被显示出效果。
细胞膜信号转导在生物体内的作用是非常重要的。
无论是细菌还是高等生物，都有其重要的生理过程依赖于精确和完善的信号转导。
当信号传递失控时，将会出现不同的疾病和病理过程，如高血压、癌症等。
这也启发了科学家们通过多种方法来阐明信号转导的过程和机制，并寻找可能会对细胞膜信号转导有重要影响的药物，从而为疾病治疗提供了新的方法。
在总结细胞膜信号转导的重要性和复杂性之后，我们也要提醒研究人员和读者，对于细胞膜信号转导的理解和应用并没有达到一个统一的水平。
植物生理学 7细胞信号转导
第九章练习题 1 概述植物细胞信息转导的基本过程。 2 目前已知的植物细胞内信号物质有那些？它们 的来源及功能各有什么特点。 3 胞外信号是如何完成跨膜信号转换的？ 4 何谓双信号系统？它是如何运作的？ 5 解释蛋白质可逆磷酸化的反应过程及其在植物细 胞信息转化过程中的地位与作用。 3 名词解释 胞外信号 受体 G蛋白 IP3 DAG Ca2+信号系统 钙调素 cGMP
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
Ser/Thr：丝氨酸/苏氨酸激酶域；JM.近膜区；SP：信号肽；B-Lectin：球形甘露糖结合 域；S：S结构域；TNFR：肿瘤坏死因子受体；PAN：调节蛋白-蛋白互作或蛋白-醣互 作结构域；EGF：表皮生长类因子；PR5K：病程相关5蛋白受体激酶；LRR：富含亮氨 酸重复序列；TM：跨膜域。FLS、Xa21和Xa26都属于富含亮氨酸重复序列型类受体蛋 白激酶；Pr5k(U48695)[18]属于PR5型类受体蛋白激酶；Wak1属于表皮生长因子型类受 体蛋白激酶；Pi-d2属于外源类凝集素型类受体蛋白激酶；Cr4属于类肿瘤坏死因子型受 体蛋白激酶;SRK6和Zmpk1具有S结构域。
(一)蛋白激酶（PK）
植物中2%~3%的基因编码蛋白激酶，其种类很多。根 据其催化磷酸化的位点可分为： 丝氨酸/苏氨酸激酶、酪氨酸激酶、组氨酸激酶 有些具双重底物特性。
1 钙依赖型蛋白激酶 (CDPK)
一般在其氨基端有一个激酶活性域，其羧基端 有一个类似CaM的结构域，两者之间还有一个抑制域。 当Ca2+与类似CaM结构区域结合后激酶被活化。
一性。由148个Aa组成。分子呈哑铃型。两个球形端
第七章植物细胞的信号转导
第七章植物细胞的信号转导1信号转导：受体细胞通过受体接收胞外信号，将胞外信号转变为胞内信号，并经一系列胞内信号转导途径的传导和放大，控制相关基因表达和引起特定的生理生化反应，这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理生化反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。
2化学信号：指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理生化反应的化学物质。
3物理信号：指细胞感受到刺激后产生的能够起传递信息作用的电信号和水力学信号等物理性因子。
4第二信使：是指细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的具有生理调节活性的胞内信号分子，都是小分子物质。
植物中的第二信使主要有cAMP、钙离子、NO、DAG和IP3等。
5受体：存在于细胞表面或细胞内部，能感受信号或与信号分子特异性结合，并引起特定的生理生化反应的生物大分子。
6细胞表面受体：指存在于细胞质膜上的受体，也称膜受体。
通常由与配基相互作用的细胞外结构域、将受体固定在细胞膜上的跨膜结构域和起传递信号作用的胞内结构域3部分组成。
细胞表面受体通常是跨膜蛋白质，大多数信号分子不能过膜，通过与细胞表面受体结合，经跨膜信号转换将胞外信号传至胞内。
7细胞内受体：指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核、液泡膜等）上的受体。
胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的信号分子。
8配基：指与受体特异结合的化学信号分子。
9钙指纹：指能被细胞识别的、由某种刺激产生的、具有特异性时空变化的钙信息。
10G蛋白：是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质，参与细胞信号转导过程的G蛋白主要有小G蛋白和异三聚体G蛋白，其中三聚体G蛋白由β、α、ϒ3个不同亚基构成。
11双信使系统：指肌醇磷脂信号系统。
胞外信号被膜受体接受后以G蛋白为中介，由质膜中的磷脂酶C水解肌醇磷脂，产生两个胞内信号分子：三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油（DAG）,分别激活两个信号传递途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，因此把这一信号系统称为双信号系统。
第七章植物细胞的信号转导
1信号转导：受体细胞通过受体接收胞外信号，将胞外信号转变为胞内信号，并经一系列胞内信号转导途径的传导和放大，控制相关基因表达和引起特定的生理生化反应，这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理生化反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。
2化学信号：指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理生化反应的化学物质。
3物理信号：指细胞感受到刺激后产生的能够起传递信息作用的电信号和水力学信号等物理性因子。
4第二信使：是指细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的具有生理调节活性的胞内信号分子，都是小分子物质。
植物中的第二信使主要有cAMP、钙离子、NO、DAG和IP3等。
5受体：存在于细胞表面或细胞内部，能感受信号或与信号分子特异性结合，并引起特定的生理生化反应的生物大分子。
6细胞表面受体：指存在于细胞质膜上的受体，也称膜受体。
通常由与配基相互作用的细胞外结构域、将受体固定在细胞膜上的跨膜结构域和起传递信号作用的胞内结构域3部分组成。
细胞表面受体通常是跨膜蛋白质，大多数信号分子不能过膜，通过与细胞表面受体结合，经跨膜信号转换将胞外信号传至胞内。
7细胞内受体：指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核、液泡膜等）上的受体。
胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的信号分子。
8配基：指与受体特异结合的化学信号分子。
9钙指纹：指能被细胞识别的、由某种刺激产生的、具有特异性时空变化的钙信息。
10G蛋白：是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质，参与细胞信号转导过程的G蛋白主要有小G蛋白和异三聚体G蛋白，其中三聚体G蛋白由β、α、ϒ3个不同亚基构成。
11双信使系统：指肌醇磷脂信号系统。
胞外信号被膜受体接受后以G蛋白为中介，由质膜中的磷脂酶C水解肌醇磷脂，产生两个胞内信号分子：三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油（DAG）,分别激活两个信号传递途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，因此把这一信号系统称为双信号系统。
12激发子：指由病原体产生，并能够激发或诱导植物寄主产生防御反应的因子。
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。
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
细胞生物学-7细胞信号转导
（ligand-gated channel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞， 其信号分子为神经递质。
离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺 的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。
细胞生物学—细胞信号转导
G蛋白耦联型受体 三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory
细胞生物学—细胞信号转导
腺苷酸环化酶
细胞生物学—细胞信号转导
蛋白激酶A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胞生物学—细胞信号转导
环腺苷酸磷酸二酯酶
细胞生物学—细胞信号转导
➢ cAMP信号通路的传递过程——Gs调节模型 配体（信号分子）→受体→G蛋白→环化酶→cAMP（第二信使）→
蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）→基因调控蛋白→基因转录。
３、高亲和性 受体与配体具有很强的亲和力，表现为：当溶液中只有 相当低浓度的配体时，就足以使二者结合达到饱和。
细胞生物学—细胞信号转导
４、可逆性 由于受体与配体之间属于非共价键结合，所以，分子间 的识别反应往往是可逆的。当结合引发出生物效应后，受体－配体复 合物便解离，受体又恢复到原来状态，能再与配体结合。
生物体内的细胞膜信号转导
生物体内的细胞膜信号转导细胞是生命的基本单位，而细胞膜作为细胞的外层界面，扮演着重要的角色。
细胞膜信号转导是指细胞膜上的信号分子通过特定的传递机制将外界信号传递到细胞内部，从而调控细胞的生理活动。
这一过程对于维持生物体内部的稳态和响应外界环境的变化至关重要。
一、细胞膜结构与信号传递的关系细胞膜是由磷脂双分子层和蛋白质组成的。
磷脂双分子层为细胞膜提供了基本的结构支持和保持稳态的功能。
而细胞膜上的蛋白质则扮演着信号传递的关键角色。
二、膜上受体的作用膜上受体是细胞膜信号转导的重要组成部分。
在细胞膜上存在各种各样的受体，如离子通道、酶联受体和G蛋白耦联受体等。
这些受体能够与特定的信号分子结合，并通过传导信号分子之间的相互作用来传递信号。
三、细胞膜信号传导的机制细胞膜信号传导机制主要分为经典信号通路和非经典信号通路两种。
1. 经典信号通路在经典信号通路中，信号分子通过与膜上受体结合，激活下游分子的酶活性，从而触发一系列信号级联反应。
这些反应逐渐传递信号到细胞内部，最终调控细胞的生理功能。
2. 非经典信号通路与经典信号通路不同的是，非经典信号通路中信号传导更为复杂，涉及到多个蛋白质的相互作用和调控。
例如，一些信号分子与受体结合后，能够形成信号复合体，并直接通过改变膜阻抗来影响细胞内离子通道的开闭。
四、细胞膜信号转导的调控机制为了保证细胞膜信号传导的精确性和可调节性，细胞膜信号转导过程中存在着多重的调控机制。
1. 负反馈调控细胞膜信号转导过程中，一些信号分子可能通过负反馈调控来抑制信号传导的过程。
这种调控机制可以防止信号过度放大，并使细胞在适当时刻停止对外界信号的响应。
2. 正反馈调控正反馈调控可以通过增强信号传导的过程来进一步放大信号。
这种调控机制常见于一些细胞发育和分化的过程中，能够确保细胞能够及时、准确地响应外界信号。
3. 内外环境调控细胞膜信号转导也受到细胞内外环境的调控。
外界环境的变化，如荷尔蒙水平和细胞领域内的正、负离子浓度等，都可以影响到细胞膜上受体的结构和功能，从而调控信号的传导过程。
细胞膜与信号转导
实验目的
我们构建了增强型绿色荧光蛋白EGFP作为报告基因 的CBP过表达慢病毒载体，观察CBP、CD59在不同效应状 态下于细胞膜上的定位变化。同时研究CBP对CD59介导 的T淋巴细胞信号转导的影响及两者相互作用机制。
实验方法
1.病毒转染 2.免疫荧光 3.细胞活化增殖检测 4.细胞发生凋亡情况检测 5. Western blot法检测 CSK、LCK、ZAP-70、FYN 蛋白在各组细 胞中的表达情况 6.统计学分析
• 脑胶质瘤中水通道蛋白的表达明显增多。脑胶质瘤属神经上皮组 织的肿瘤，多伴有脑水肿的发生。
• 水通道蛋白在肿瘤组织中的表达上调能增强水肿液的吸收率，成 为清除肿瘤及瘤周组织多余细胞间液的主要通道。
高血压发病中的离子通道机制
• 细胞膜离子转运系统异常：血管平滑肌细胞有许多特异性的离 子通道，载体和酶，组成细胞膜离子转导系统，维持细胞内外
细胞信号转导分为三个阶段：
1、感受
即靶细胞对来自于细胞外的信号分子的应答（检测）。当信号 分子与细胞膜上的受体蛋白特异性相互作用后，引起受体蛋白的活 性或构象等发生某种变化，进而下游的信号转导过程。
2、信号转导
——信号的转换：即将信号分子转化为一种能产生特异性细 胞应答的形式。
——信号转导通常需要一系列不同分子的参与，呈现级联放 大形式。
红细胞膜骨架与疾病
• 红细胞膜骨架是结构完整而精细多变的统一体，当其成分异常 或功能障碍时就可发生疾病。
• 细胞骨架异常，如先天性溶血性球形(或椭球形)细胞增多症患 者。
• 红细胞膜缺乏锚蛋白， 并因此而引起血影收缩蛋白减步，使 膜骨架和膜脂、膜蛋白间相互作用减弱，
• 在自身免疫溶血性贫血的患者中，存有一种新的抗4．1蛋
细胞膜与信号转导
细胞膜与信号转导细胞膜是细胞与外界环境之间的重要界面，它不仅维持着细胞的结构完整性，还参与了细胞的许多生理过程，其中最重要的就是信号转导。
信号转导是指细胞接收外界信号并传递到细胞内部，引发一系列细胞内信号级联反应的过程。
细胞膜与信号转导密切相关，本文将从细胞膜的结构与功能、信号传递的方式及其在生物体内的应用等方面进行论述。
一、细胞膜的结构与功能细胞膜主要由磷脂双分子层、膜蛋白和糖脂组成。
磷脂双分子层是细胞膜的基本组成单位，它具有两层胆固醇和脂类分子，这种结构使得细胞膜具有良好的流动性和柔韧性。
膜蛋白分布在细胞膜上，它们可以穿透膜层、悬浮在膜上或与磷脂双分子层中的脂质结合。
膜蛋白可以分为离子通道蛋白、受体蛋白和酶蛋白等。
糖脂则主要分布在细胞膜的外侧，起到识别和粘附的作用。
细胞膜的功能非常多样，首先，它可以维持细胞的形态和结构完整性。
细胞膜的磷脂双分子层可以阻止细胞内外物质的自由扩散，保持细胞内环境的稳定。
其次，细胞膜还与细胞的运输和排泄等活动密切相关。
细胞膜上的膜蛋白可以通过主动或被动转运机制，调节物质的进出。
此外，细胞膜还与细胞的感知和信号转导等过程密不可分。
二、信号传递的方式信号传递是指细胞膜将外界信号传递给细胞内部的过程。
信号可以是化学物质、光线、温度等各种刺激。
信号传递主要通过细胞膜上的膜受体来实现。
膜受体可以分为离子通道受体、酶联膜受体和G蛋白偶联受体等。
离子通道受体是细胞膜上的膜蛋白，可以形成离子通道，当特定的信号分子结合到其上时，离子通道会打开或关闭，使离子进入或流出细胞，从而触发细胞内的一系列反应。
酶联膜受体是细胞膜上的另一类膜蛋白，其结构包含一个细胞外域、一个跨膜域和一个细胞内域。
当特定的信号分子结合到细胞外域时，酶联膜受体会发生构象变化，激活膜内的酶活性，从而催化特定的化学反应。
G蛋白偶联受体是一类具有七个跨膜结构的膜蛋白。
当特定的信号分子与其结合时，G蛋白偶联受体会发生构象变化，激活膜内的G蛋白。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ATP
2020/11/4
24
cAMP 的合成与分解
ATP
AC
Mg2+
PPi
cAMP
磷酸二酯酶
Mg2+
H2O
5´-AMP
2020/11/4
25
cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
2020/11/4
26
Gs
AC
ATP cAMP
细胞膜 蛋白磷酸化
CR CR
C
R 2cAMP
指外界信号（如光、电、化学分子）与细胞细 胞表面受体作用，通过影响细胞内信使的水平变化， 进而引起细胞应答反应的一系列过程。
2020/11/4
4
受体
概念：存在于细胞膜或细胞内、能够接收外界的信 号，并将这一信号转化为细胞内的一系列生物化学 反应，从而对细胞的结构或功能产生影响的蛋白质 分子
特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力； ④可逆性。
C
R 2cAMP
Pi Pi Pi
N
2020/11/4 转录活化域
CREB
DNA结合域
核膜
27
PKA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。
.对肝脏的作用
.对肌肉的作用
.对脂肪组织.对心Fra bibliotek的作用2020/11/4
28
磷脂酰肌醇信号通路
组成：
胞外信息分子：乙酰胆碱、血管紧张素等；
2020/11/4
30
信号传导通路
信号分子 膜受体 生物学效应
G蛋白 PLC
DAG/IP3
底物蛋白
2020/11/4
31
2020/11/4
32
DAG，IP3的生物合成
PIP2
PLC
DAG + IP３
2020/11/4
33
DAG，IP3的 功 能
IP3 ：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞 内 Ca2+释放。
内源性配体：神经递质、激素、外源性刺激、化合物。 功能：激活G蛋白
2020/11/4
10
受体酪氨酸激酶
类型： ①存在于胞质中，激活后使底物蛋白酪氨酸残基磷酸化； ②存在于胞膜上，起受体作用，同时有酪氨酸激酶的作用。
结构：单次跨膜蛋白，包括３个区域，①配体结合区；②跨 膜区；③激酶活性区：具有酪氨酸激酶的活性。
内源性配体：生长因子、细胞因子。 功能：激活酪氨酸激酶
2020/11/4
11
当配体与配体结合区结合后，通过蛋白质构象的变化， 使位于细胞质部分的激酶活性区的酪氨酸残基发生自体 磷酸化.
可以与具有SH2结构域的蛋白质。 结合并使之激活，激活后的蛋白质进一步催化细胞内的
生物化学反应，从而把细胞外的信号转导到细胞内。
2020/11/功4 能：离子通道。
15
乙酰胆碱受体
2020/11/4
16
神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象， 导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透 性，瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变 突触后细胞的兴奋性。
2020/11/4
17
第二节 细胞表面受体介导的信号转导
膜表面受体； 化学信号分子; G蛋白; cAMP信号通路.
GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性，能催化所结 合的GTP水解为GDP，恢复无活性的三聚体状态。
2020/11/4
21
两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
2020/11/4
22
cAMP信号通路
环腺苷酸（cAMP）是最早阐明的第二信使分子
主要组分：
①激活型受体（Rs）或抑制型受体（Ri）；
②活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；
③腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC） ：是位于细
胞膜上的G蛋白效应蛋白之一位于细胞膜上，跨膜12次。
在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。
2020/11/4
23
腺苷酸环化酶
RＲ
β γ
βα GDP γ GTP
AA CC
2020/11/4
5
膜受体的结构：多为跨膜糖蛋白，其肽链可一次或 多次穿膜，完整膜受体应包括三个部分：识别部即 配体结合区域；效应部即产生效应的区域；转换部 即受体与效应部之间偶联的部分。
2020/11/4
6
膜受体的分类
G蛋白偶联受体、 受体酪氨酸激酶、 配体闸门通道、
2020/11/4
7
DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活PKC。
2020/11/4
34
PKC 对基因的早期活化和晚期活化
2020/11/4
18
2020/11/4
细胞表面受体
19
化学信号分子
亲水性：神经递质、生长因子、局部化学递质、和 大多数肽类激素，需与胞膜上相应受体结合。
2020/11/4
20
G蛋白
即鸟苷酸结合蛋白， 组成：α，β，γ三个亚基组成的异源三聚体。 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态，结合
2020/11/4
12
受体酪氨酸激酶
2020/11/4
13
2020/11/4
14
配体闸门通道
自身为离子通道的受体，主要存在于神经、肌肉等可 兴奋细胞。
信号分子：神经递质
结构：由5个亚单位组成，每个亚单位又带有4个疏水 的跨膜区域,其羧基末端和氨基末端均朝向细胞外基质。 5个亚单位在细胞膜上共同构成一个通道，每一个亚单 位的M2跨膜区域的氨基酸组成与细胞内外离子的通过 有关。
G蛋白偶联受体
结构特点： ①一条７次跨膜α螺旋多肽链； ②氨基末端朝向膜外，有４个胞外区，羧基末 端朝向细胞膜内，有４个胞内区； ③在氨基末端带有糖基化位点，羧基末端第３个襻 和羧基末端各有发生磷酸化的位点。
2020/11/4
8
G-蛋白偶联受体
2020/11/4
9
分布广泛，类型多样，包括多种激素受体、神经递质 受体、眼的光激活受体、与嗅觉有关的受体等等。
G蛋白，
磷脂酶C(phospholipase C, PLC)：作用于磷酸肌 醇上的磷酸基团，形成1,4,5三磷酸肌醇（IP3）和 留在膜结构上的二酰甘油（DAG）；
蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)
2020/11/4
29
Mimicked by ionomycin
磷脂酰肌醇信号通路
第七章 细胞膜与细胞信号转导
第一节 基本概念 第二节 膜表面受体介导的信号转导
2020/11/4
1
１基因转录 ２细胞增殖 ３细胞存活 ４细胞死亡 ５细胞分化 ６细胞运动性 ７细胞免疫反应
2020/11/4
2
第一节 基本概念
信号转导 受体 配体
2020/11/4
3
信号转导 （signal transduction）