跨膜信号转导
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3.3 细胞的跨膜信号转导
第二节 细胞的跨膜信号传导
真核细胞内主要的跨膜信息传导途径： u G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号传导 u 离子通道型受体介导 u 酶耦联受体介导
一、 Signal trnsduction mediated by G-ptotein-
linked receptor
（一) G蛋白耦联受体 receptor：一类Mw:290kD，α2βγδ 五聚体，形成中间一个 孔道样结构。有4个跨膜螺旋/亚单位，孔道的内 壁由5个亚单位的M2螺旋构成。 孔道：Na＋， K＋均可通过
u Ach 与2个α亚单位结合，通道开放， Na+内流， 少量K+外流，产生终板电位。
u 分布：肌细胞终板膜、神经细胞的突触后膜等， →终板电位、突触后电位及感受器电位。
2、分布：神经轴突和骨骼肌、心肌细胞的质膜中 →动作电位。
钠通道的α亚单位
S5，S6之间 的胞外环构 成孔道内壁
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失活：与结 构域Ⅲ和Ⅳ 之间胞内环 有关
（三）机械门控通道
Mechanically-gated channel: 存在于对机械刺 激敏感的细胞如内耳毛细胞、下丘脑的渗透压 敏感神经元。
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（二）电压门控通道
1、开放与关闭：由膜电位决定，即通道存在一些对 膜电位改变敏感的结构域或基团，后者诱发通道分 子功能状态改变，改变相应的离子跨膜扩散→细胞 生物电活动改变。 电压门控钠通道：α、β1、β2三个亚单位组成，α亚单 位是形成孔道的亚单位。
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真核细胞内主要的跨膜信息传导途径： u G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号传导 u 离子通道型受体介导 u 酶耦联受体介导
一、 Signal trnsduction mediated by G-ptotein-
linked receptor
（一) G蛋白耦联受体 receptor：一类Mw:290kD，α2βγδ 五聚体，形成中间一个 孔道样结构。有4个跨膜螺旋/亚单位，孔道的内 壁由5个亚单位的M2螺旋构成。 孔道：Na＋， K＋均可通过
u Ach 与2个α亚单位结合，通道开放， Na+内流， 少量K+外流，产生终板电位。
u 分布：肌细胞终板膜、神经细胞的突触后膜等， →终板电位、突触后电位及感受器电位。
2、分布：神经轴突和骨骼肌、心肌细胞的质膜中 →动作电位。
钠通道的α亚单位
S5，S6之间 的胞外环构 成孔道内壁
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失活：与结 构域Ⅲ和Ⅳ 之间胞内环 有关
（三）机械门控通道
Mechanically-gated channel: 存在于对机械刺 激敏感的细胞如内耳毛细胞、下丘脑的渗透压 敏感神经元。
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（二）电压门控通道
1、开放与关闭：由膜电位决定，即通道存在一些对 膜电位改变敏感的结构域或基团，后者诱发通道分 子功能状态改变，改变相应的离子跨膜扩散→细胞 生物电活动改变。 电压门控钠通道：α、β1、β2三个亚单位组成，α亚单 位是形成孔道的亚单位。
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第四章 G蛋白与跨膜信号转导
的G蛋白。
1.G蛋白概述
1．1 G蛋白的概念
G蛋白（G protein）全称为GTP结合调节蛋白（GTP binding regulatory protein），此类蛋白由于其生 理活性有赖于与三磷酸鸟苷（GTP）的结合以及具有 GTP水解酶的活性而得名。它在膜上受体接受胞外信号 与产生胞内信号之间起着膜上信号转换的作用,所以又 称为耦联蛋白或信号转换蛋白。 广义的G蛋白（G－binding proteins）是指所有能与 GTP/GDP结合的蛋白质，它们中有的可能与细胞信号转 导无直接关系，如蛋白质合成中的伸长因子 （elongation factor）。
Gα调节作用举例：霍乱发病机理
霍乱毒素（cholera toxin,CTX）是霍乱杆菌产生的 肽，它可以穿过细胞表面进入细胞质，催化胞内的NAD ＋的ADP核糖基结合到G蛋白的α亚基的修饰位点上； 这种不可逆的修饰使G蛋白可以与GTP结合，但是丧失 了GTP水解酶活性，GTP不能够水解为GDP。 因此，活化的α亚基始终结合在腺苷酸环化酶上， 使其长久活化，细胞中的cAMP增加100倍以上，导致膜 蛋白让大量水分进入肠腔，造成严重腹泻。
第四章
G蛋白与跨膜信号转导
（1学时）
环境信号被质膜表面的受体接受，然后通过跨 膜信号转导，将细胞外信号转变为胞内信号，再 进一步传递引起生理生化反应和遗传性状的表达。 G蛋白偶联受体进行信号转换需要G蛋白的介导。 GTP结合蛋白（GTP－binding protein, G蛋白） 在动物细胞跨膜信号转导中发挥着重要作用，它将 质膜表面受体与质膜内侧的效应器偶联起来。
三聚体G蛋白的活性循环
质膜上的 效应酶主 要由Gα调 节。
近质膜或 者细胞质 中的效应 酶，似乎 主要由Gβγ 调节。
1.G蛋白概述
1．1 G蛋白的概念
G蛋白（G protein）全称为GTP结合调节蛋白（GTP binding regulatory protein），此类蛋白由于其生 理活性有赖于与三磷酸鸟苷（GTP）的结合以及具有 GTP水解酶的活性而得名。它在膜上受体接受胞外信号 与产生胞内信号之间起着膜上信号转换的作用,所以又 称为耦联蛋白或信号转换蛋白。 广义的G蛋白（G－binding proteins）是指所有能与 GTP/GDP结合的蛋白质，它们中有的可能与细胞信号转 导无直接关系，如蛋白质合成中的伸长因子 （elongation factor）。
Gα调节作用举例：霍乱发病机理
霍乱毒素（cholera toxin,CTX）是霍乱杆菌产生的 肽，它可以穿过细胞表面进入细胞质，催化胞内的NAD ＋的ADP核糖基结合到G蛋白的α亚基的修饰位点上； 这种不可逆的修饰使G蛋白可以与GTP结合，但是丧失 了GTP水解酶活性，GTP不能够水解为GDP。 因此，活化的α亚基始终结合在腺苷酸环化酶上， 使其长久活化，细胞中的cAMP增加100倍以上，导致膜 蛋白让大量水分进入肠腔，造成严重腹泻。
第四章
G蛋白与跨膜信号转导
（1学时）
环境信号被质膜表面的受体接受，然后通过跨 膜信号转导，将细胞外信号转变为胞内信号，再 进一步传递引起生理生化反应和遗传性状的表达。 G蛋白偶联受体进行信号转换需要G蛋白的介导。 GTP结合蛋白（GTP－binding protein, G蛋白） 在动物细胞跨膜信号转导中发挥着重要作用，它将 质膜表面受体与质膜内侧的效应器偶联起来。
三聚体G蛋白的活性循环
质膜上的 效应酶主 要由Gα调 节。
近质膜或 者细胞质 中的效应 酶，似乎 主要由Gβγ 调节。
细胞的跨膜信号转导功能
1.静息电位的概念
静息电位（resting potential，RP）是指细胞在静 息状态下（未受刺激）存在于细胞膜两侧的电位差。
生 理 学
谢谢观看！
生 理 学
细胞的跨膜信号转 导功能
细胞的跨膜信号转导功能
机体各种器官、组织和细胞的活动是相互联系的， 通过神经和体液调节成为一个有机整体，并与环境相适 应。因此，细胞之间必须存在传递信息的信号交流机 制，保证机体功能活动的完整性和统一性。能在细胞间 传递信息，并能与受体发生特异性结合的信号物质称为 配体（ligand），如神经递质、激素、细胞因子等。
细胞的跨膜信号转导功能
三、 酶耦联型受体介导的信号转导
酶耦联型受体（enzyme-linked receptor）是 存在于细胞膜上的一些蛋白质，它们既有受体的作 用，又有酶的活性，或能激活与之相连的酶，从而 能够完成信号的转导。其中，较重要的有酪氨酸激 酶受体、鸟苷酸环化酶受体和酪氨酸激酶结合型受 体三种类型。
细胞的跨膜信号转导功能
1.酪氨酸激酶受体
酪氨酸激酶受体的配 体结合位点位于细胞 外侧，而伸入细胞质 的一侧具有酪氨酸激 酶活性。
鸟苷酸环化酶受体 的配体结合位点位 于细胞外侧，而胞 质的一侧则具有鸟 苷酸环化酶活性。
酪氨酸激酶结合型受 体本身没有蛋白激酶 活性，但其与细胞外 配体结合后，引起细 胞内效应。
细胞的跨膜信号转导功能
一、 G蛋白耦联受体介导的信号转导
图 1-8 G 蛋白耦联受体介导的信号转导示意图
细胞的跨膜信号转导功能
二、 离子通道型受体介导的信号转导
离子通道型受体是一种同时具有受体和离子通道 两种功能的蛋白质，通常是指化学门控通道。通道 的开放（或关闭）不仅涉及离子的跨膜转运，还可 以实现化学信号的跨膜转导，因而这一信号转导途 径称为离子通道型受体介导的信号转导。
静息电位（resting potential，RP）是指细胞在静 息状态下（未受刺激）存在于细胞膜两侧的电位差。
生 理 学
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细胞的跨膜信号转 导功能
细胞的跨膜信号转导功能
机体各种器官、组织和细胞的活动是相互联系的， 通过神经和体液调节成为一个有机整体，并与环境相适 应。因此，细胞之间必须存在传递信息的信号交流机 制，保证机体功能活动的完整性和统一性。能在细胞间 传递信息，并能与受体发生特异性结合的信号物质称为 配体（ligand），如神经递质、激素、细胞因子等。
细胞的跨膜信号转导功能
三、 酶耦联型受体介导的信号转导
酶耦联型受体（enzyme-linked receptor）是 存在于细胞膜上的一些蛋白质，它们既有受体的作 用，又有酶的活性，或能激活与之相连的酶，从而 能够完成信号的转导。其中，较重要的有酪氨酸激 酶受体、鸟苷酸环化酶受体和酪氨酸激酶结合型受 体三种类型。
细胞的跨膜信号转导功能
1.酪氨酸激酶受体
酪氨酸激酶受体的配 体结合位点位于细胞 外侧，而伸入细胞质 的一侧具有酪氨酸激 酶活性。
鸟苷酸环化酶受体 的配体结合位点位 于细胞外侧，而胞 质的一侧则具有鸟 苷酸环化酶活性。
酪氨酸激酶结合型受 体本身没有蛋白激酶 活性，但其与细胞外 配体结合后，引起细 胞内效应。
细胞的跨膜信号转导功能
一、 G蛋白耦联受体介导的信号转导
图 1-8 G 蛋白耦联受体介导的信号转导示意图
细胞的跨膜信号转导功能
二、 离子通道型受体介导的信号转导
离子通道型受体是一种同时具有受体和离子通道 两种功能的蛋白质，通常是指化学门控通道。通道 的开放（或关闭）不仅涉及离子的跨膜转运，还可 以实现化学信号的跨膜转导，因而这一信号转导途 径称为离子通道型受体介导的信号转导。
细胞的跨膜信号转导
细胞的跨膜信号转导1、跨膜信号转导或跨膜信号传递的共性各种外界信号（物理、生物、化学等信号）J膜蛋白构型变化J信号传递到膜内J靶细胞功能变化（如电变化）2、跨膜信号转导的方式有3种：①离子通道介导②G蛋白耦联介导③酶耦联受体介导3、受体定义：能与激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并引起其功能的改变的生物大分子分类：部位——胞膜、胞浆、胞核受体配基——胆碱能、肾上腺素能、多巴胺能受体结构——离子通道、G蛋白、酶、转录调控受体特征: ①高度特异性②饱和性③竞争抑制④亲和力⑤可逆性⑥高效性功能：①识别与结合②传递信息一、由离子通道介导的跨膜信号传导（一）、化学门控通道——配体门控通道定义：当膜外特定的化学信号（配体）与膜上的受体结合后通道就开放，因而称为化学门控通道或配体门控通道，也称为通道型受体分布：神经元突触后膜，肌细胞终板膜受体—化学信号结合位点- 促离子型受体转到途径：化学信号膜通道蛋白\ / 通道蛋白变构J 通道开放J离子异化扩散J完成跨膜信号传导J产生效应二）、电压门控通道 分布在除突触后膜和终板膜以外的细胞膜 三）、机械门控通道 定义：感受机械刺激引发细胞功能改变的通道结构 、由G 蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导1、 G 蛋白耦联受体是一种与细胞内侧 G 蛋白的激活有关的独立受体蛋白质分子2、 G 蛋白是鸟苷酸结合蛋白： G 蛋白未被激活时，他与一个分子的GDP 吉合，G 蛋白的激活很短暂3、 G 蛋白效应器，：催化生成第二信使的酶和离子通道4、 蛋白激酶：丝氨酸/苏氨酸激酶可是底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，包括：蛋白激酶 A 、蛋白激酶 G 蛋白激酶C 5、 几条主要跨膜信号转导途径①受体 -G 蛋白 -AC 信号转导途径Gs ATP TcAMPf+ /\ + + /\配体＋受体ACPKA+ \/--\/GiATPt cAMP f②受体 -G 蛋白 - PLC 信 号转导途径PIL2 rn Gi \ Gp \DG受体IP3+IP3PLC /受体T 内质网或肌浆网释放Ga+。
第三章-信号转导
胞膜－膜的内侧生成一种小分子物质－引起糖
原分解－小分子物质是环－磷酸腺苷（cyclic
adenosine monophosphate，cAMP）。
17
许多激素－与膜表面的特异受体结合－膜内
cAMP增加／减少－细胞功能改变。
外来的化学信号（激素）－第一信使（first
messenger）。
cAMP－第二信使（second messenger）。
类途径实现的
6
（三）跨膜信号转导还有信号放大作用
信号的级联放大：一个上游信号分子可激活多
个下游信号分子，并依次类推，于是产生了信
号的级联放大，使少量的细胞外信号分子可以
引发靶细胞的显著反应。
7
受体（膜受体，部分为核受体）：离子通道受 体、G蛋白偶联受体、酶偶联受体（或具有内
在酶活性的受体）
一种细胞外化学信号在发挥其生物作用时，可
磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3），二酰甘
油（diacylglycerol，DG），Ca++，NO。
NO气体－第一／第二信使－激活鸟苷酸环化酶 （guanylyl cyclase，GC）－胞内cGMP增加－细 胞功能改变。 NO在心血管、免疫、神经系统活动中具有重要 的调节作用。
C, PLC）、磷酸二酯酶（phosphodiesterase,
PDE）、磷脂酶A2（phospholipase A2）。
（2）离子通道： G蛋白也可直接或简接调控离子 通道的活动，如Ca2+通道。
37
4、第二信使 cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+等。 第二信使是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生
在种类和数量上远没有化学信号多。这些信号大
原分解－小分子物质是环－磷酸腺苷（cyclic
adenosine monophosphate，cAMP）。
17
许多激素－与膜表面的特异受体结合－膜内
cAMP增加／减少－细胞功能改变。
外来的化学信号（激素）－第一信使（first
messenger）。
cAMP－第二信使（second messenger）。
类途径实现的
6
（三）跨膜信号转导还有信号放大作用
信号的级联放大：一个上游信号分子可激活多
个下游信号分子，并依次类推，于是产生了信
号的级联放大，使少量的细胞外信号分子可以
引发靶细胞的显著反应。
7
受体（膜受体，部分为核受体）：离子通道受 体、G蛋白偶联受体、酶偶联受体（或具有内
在酶活性的受体）
一种细胞外化学信号在发挥其生物作用时，可
磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3），二酰甘
油（diacylglycerol，DG），Ca++，NO。
NO气体－第一／第二信使－激活鸟苷酸环化酶 （guanylyl cyclase，GC）－胞内cGMP增加－细 胞功能改变。 NO在心血管、免疫、神经系统活动中具有重要 的调节作用。
C, PLC）、磷酸二酯酶（phosphodiesterase,
PDE）、磷脂酶A2（phospholipase A2）。
（2）离子通道： G蛋白也可直接或简接调控离子 通道的活动，如Ca2+通道。
37
4、第二信使 cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+等。 第二信使是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生
在种类和数量上远没有化学信号多。这些信号大
受体与跨膜信号转导
4
受体的功能
激动剂 拮抗剂
识别和结合的功能 传递信息的功能 产生相应的生物学效应
反应
受体是细胞间跨膜信息传递的中转
可编辑版
5
受体分类
药理学效应分类：AChR、DAR、NAR等 解剖学定位分类
细胞内受体： 类固醇激素和甲状腺 激素受体
膜受体 酶活性受体 配体门控离子通道受体 G蛋白偶联受体
可编辑版
可编辑版
9
配体门控离子通道受体
N-AChR Na+/K+ NMDAR Na+ K+ Ca2+ AMPAR KAR Na+/K+ GABAAR ClGABACR Cl-
可编辑版
10
包括：NAChR、GABAA、 5-HT3、甘氨酸受体
特点1：五个亚单位 组成 的复合体；
特点2：N末端有7-24 个氨基酸组成的信 号肽；N、C末端均 位于膜外；
磷酸化位点
可编辑版
20
G蛋白偶联受体
M-AChR
代谢型谷氨酸 受体
GABABR 5-HT1-7受体 （除5-HT3R）
可编辑版
21
G protein can open ion channels directly without employing second messengers
M-AChR
αi
Gt：Gt1与视紫质受体偶联，水解cGMP
Gt2与锥细胞视蛋白偶联激活水解cGMP的PDE
可编辑版
26
G蛋白亚型及其调节系统
G-protein subunits
• Three subunits
✓ 4 superfamilies
✓ binds GTP
生理学第二章跨膜信号转导
第二信使除cAMP（环-磷酸腺苷）外还有IP3（三磷酸 肌醇）、DG（二酰甘油）、cGMP(环-磷酸鸟苷)、Ga2+等
1.受体-G蛋白-AC（腺苷酸环化酶）途径
激素
受体
Ｇs或Gi
ATP
AC
cAMP
蛋白激酶A （ PKA ）
酶或其他功能蛋白
生物学效应
2.受体-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途径
激素 结合G蛋白耦联受体
弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德1998 年获诺贝尔生理/医学奖 !
注意： 1.转导的方式不一定只限于以上三种; 2.相互影响,作用上有交叉; 3.同一刺激信号作用方式多样:关键在 于靶细胞膜上具有的感受结构.
肽类激素 结合膜受体蛋白膜外肽段 细胞因子 膜内肽段激活 激活的膜内肽段有磷酸激酶活性：
(1)使肽段中酪氨酸残基磷酸化 (2)使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化
磷酸化使细胞功能改变 以上分别为已确定的三种类型的跨 膜信号转导。
（二）跨膜信号转导的特征
1. 各类刺激信号只改变膜结构中一种或 数种蛋白质分子结构，从而将细胞外的 信息转变成细胞内的信息，这一信息引 发细胞功能变化。 2. 体内需要转导的信号数，接受信号的 靶细胞种类以及引发的功能变化都是多 样的，但他们的转导过程仅限少数途径
二、几种主要的跨膜信号转导方式
(一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号 转导（三类通道）
它往往既有与信号分子结合的位点，起受 体的作用，又具有酶的催化作用，通过它们的 这种双重作用完成信号转导。
较重要的有: 酪氨酸激酶受体（TKR） 酪氨酸激酶结合型受体 鸟苷酸环化酶受体
1.酪氨酸激酶受体
生长因子 与酪氨酸激酶受体结合 膜外N端：识别、结合第一信使
膜内C端：具有酪氨酸激酶活性
1.受体-G蛋白-AC（腺苷酸环化酶）途径
激素
受体
Ｇs或Gi
ATP
AC
cAMP
蛋白激酶A （ PKA ）
酶或其他功能蛋白
生物学效应
2.受体-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途径
激素 结合G蛋白耦联受体
弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德1998 年获诺贝尔生理/医学奖 !
注意： 1.转导的方式不一定只限于以上三种; 2.相互影响,作用上有交叉; 3.同一刺激信号作用方式多样:关键在 于靶细胞膜上具有的感受结构.
肽类激素 结合膜受体蛋白膜外肽段 细胞因子 膜内肽段激活 激活的膜内肽段有磷酸激酶活性：
(1)使肽段中酪氨酸残基磷酸化 (2)使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化
磷酸化使细胞功能改变 以上分别为已确定的三种类型的跨 膜信号转导。
（二）跨膜信号转导的特征
1. 各类刺激信号只改变膜结构中一种或 数种蛋白质分子结构，从而将细胞外的 信息转变成细胞内的信息，这一信息引 发细胞功能变化。 2. 体内需要转导的信号数，接受信号的 靶细胞种类以及引发的功能变化都是多 样的，但他们的转导过程仅限少数途径
二、几种主要的跨膜信号转导方式
(一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号 转导（三类通道）
它往往既有与信号分子结合的位点，起受 体的作用，又具有酶的催化作用，通过它们的 这种双重作用完成信号转导。
较重要的有: 酪氨酸激酶受体（TKR） 酪氨酸激酶结合型受体 鸟苷酸环化酶受体
1.酪氨酸激酶受体
生长因子 与酪氨酸激酶受体结合 膜外N端：识别、结合第一信使
膜内C端：具有酪氨酸激酶活性
第三章 细胞的跨膜信号转导
➢ Activation: 非活化的G蛋白在膜内是与受体分离的，其a亚单位与
GDP相结合。当配体与受体结合后，受体和G蛋白结合，并使之激活； 激活的G蛋白a亚单位对GTP具有高度亲和力，与GTP结合后，解离出 GDP。a亚单位与GTP的结合使三聚体G蛋白分成两部分，即a-GTP复 合物和b-g二聚体，两部分均可进一步激活它们的靶蛋白。
2012-2
Second messengers
cAMP NO
cGMP Ca2+
IP3
DG
Others
第二信使是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生
的细胞内信号分子，它们的作用是将细胞外信号分子 作用于细胞膜的信息“传达”给胞内的靶蛋白，包括 各种蛋白激酶和离子通道。
2012-2
Protein kinases
2012-2
一、细胞可感受什么样的细胞外信号？
➢ 化学信号：是细胞最常感受到的刺激信号 ➢ 物理信号：温度、机械力、生物电等
在动物进化的过程中，这些物理性刺激信号大都由一 些在结构上和功能上高度分化了的特殊的感受器（如视网 膜、耳蜗、前庭器官、肌梭、环层小体等）来感受。
可兴奋细胞具有接受邻近发生的电变化而引发自身新的电 反应的能力。
蛋白激酶（protein kinase）可分为两大类： ➢ 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/threonine kinase）：
可使底物蛋白中的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，占蛋白激酶中的大多数。
➢ 酪氨酸蛋白激酶（tyrosine kinase）：
数量较少，主要在酶 耦联受体的信号转导路径中发挥作用。
电压门控通道（voltage-gated ion channel）和 机械门控通道（mechanically gated ion channel） 尽管在事实上是接受电信号和机械信号的受体， 但通常不称作受体。
GDP相结合。当配体与受体结合后，受体和G蛋白结合，并使之激活； 激活的G蛋白a亚单位对GTP具有高度亲和力，与GTP结合后，解离出 GDP。a亚单位与GTP的结合使三聚体G蛋白分成两部分，即a-GTP复 合物和b-g二聚体，两部分均可进一步激活它们的靶蛋白。
2012-2
Second messengers
cAMP NO
cGMP Ca2+
IP3
DG
Others
第二信使是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生
的细胞内信号分子，它们的作用是将细胞外信号分子 作用于细胞膜的信息“传达”给胞内的靶蛋白，包括 各种蛋白激酶和离子通道。
2012-2
Protein kinases
2012-2
一、细胞可感受什么样的细胞外信号？
➢ 化学信号：是细胞最常感受到的刺激信号 ➢ 物理信号：温度、机械力、生物电等
在动物进化的过程中，这些物理性刺激信号大都由一 些在结构上和功能上高度分化了的特殊的感受器（如视网 膜、耳蜗、前庭器官、肌梭、环层小体等）来感受。
可兴奋细胞具有接受邻近发生的电变化而引发自身新的电 反应的能力。
蛋白激酶（protein kinase）可分为两大类： ➢ 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/threonine kinase）：
可使底物蛋白中的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，占蛋白激酶中的大多数。
➢ 酪氨酸蛋白激酶（tyrosine kinase）：
数量较少，主要在酶 耦联受体的信号转导路径中发挥作用。
电压门控通道（voltage-gated ion channel）和 机械门控通道（mechanically gated ion channel） 尽管在事实上是接受电信号和机械信号的受体， 但通常不称作受体。
跨膜信号转导名词解释
跨膜信号转导名词解释跨膜信号转导是一种细胞内的信号转导过程，通过细胞膜内的跨膜受体和蛋白质相互作用，将细胞外的信号转导到细胞内部，从而影响细胞的生理功能和行为。
跨膜信号转导涉及多个重要的分子和机制，以下是一些相关的名词解释：1. 受体：跨膜受体是细胞膜上的蛋白质，可以识别和结合细胞外的信号分子。
受体的激活是跨膜信号转导的第一步。
2. 激活：当细胞外的信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，从而激活受体的功能。
3. 分子配体：细胞外的信号分子也被称为分子配体，具有特异性的结合受体并触发其激活的能力。
4. 激酶受体：激酶受体是一类与磷酸化相关的跨膜受体。
当激酶受体被配体活化后，其内部的酪氨酸激酶活性被激活，从而引发一系列信号传递的级联反应。
5. 激酶级联：激酶级联是指跨膜信号转导过程中，激酶受体激活后，激酶进一步磷酸化和激活其他下游蛋白质，形成一个信号传递的级联反应。
6. 细胞内信号传递：激活的受体或激磷酸化的蛋白质会进一步激活一系列细胞内信号分子，如蛋白激酶、蛋白磷酸酯酶、细胞内钙离子等，从而传递信号至细胞内的不同位置。
7. 二次信使：二次信使是细胞内传递跨膜信号的重要分子，常见的有环磷酸腺苷酸（cAMP）、鸟苷酸环化酶（cGMP）、磷脂酰肌醇等。
8. 转录因子：转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，调控基因的转录活性。
在跨膜信号转导过程中，一些激活的信号会进入细胞核并与转录因子结合，从而影响基因的表达。
9. 信号传导途径：多个分子通过相互作用和调控形成复杂的信号传导途径。
例如，细胞外信号通过受体激活激酶受体，然后通过激酶级联和二次信使，最终影响转录因子的活性和基因表达。
总之，跨膜信号转导是细胞内的一个复杂的信号传递过程，涉及多个分子和机制的相互作用。
研究跨膜信号转导有助于理解细胞活动的调控机制，并在疾病治疗和药物开发中具有重要的应用价值。
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
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跨膜信号转导
1998 年 诺贝尔生理学 或 医学奖。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
受体
Receptor
细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性 分子并与之结合，进而引起生物学效应 的特殊蛋白质，个别的是糖脂。
The first step in the action of any intercellular chemical messenger on its target cell is the binding of the messenger to specific target cell protein molecules These molecules are known as receptors.
react with only one type or a limited number of structurally related types of molecules.
信号转导：指细胞外信号转换成细胞内 信使的过程。
信号转导涉及：胞外信号分子、受体、 胞内第二信使、胞内效应酶
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
跨膜信号转导
第一信使（first messenger ）
第一信使：所有通过细胞外液作用于细 胞的信号物质均可称为第一信使（如激 素和神经递质） 。
跨膜信号转导
Louis J. Ignarro与Furchgott合作
加州大学洛杉矶分校的Louis J. Ignarro 教授与Furchgott教授合作，针对EDRF 的药理作用以及化学本质进行了一系列 实验，发现EDRF与一氧化氮及许多亚硝 基化合物一样能够激活可溶性鸟苷酸环 化酶(soluble guanylate cyclase, sGC)、增 加组织中的cGMP水平。
跨膜信号转导
“ NO NEWS IS GOOD NEWS”
1992 年 NO 被《 SCIENCE 》杂志评选 为本年度明星分子，同期《 SCIENCE 》 杂志上发表一篇被冠以有趣标题 “ NO NEWS IS GOOD NEWS ” 的专论，以强调 这一研究领域的重要性和新颖性。 1998 年 Furchgott 、 Ignarro 及 Ferid Murad 获得了诺贝尔生理学或医学奖。
与此同时，纽约州立大学的Furchgott教授在 1980年推测内皮细胞在乙酰胆碱的作用下产生 了一种新的信使分子，这种信使分子作用于平 滑肌细胞，使血管平滑肌细胞舒张，Furchgott 将这种未知的信使分子命名为内皮细胞舒张因 子(endothelium－derived relaxing factor, EDRF)。
First messenger: All the messengers, which reach the cell from extracellular fluid are termed first messenger ( hormones, neurotransmitters).
跨膜信号转导
第二信使（Second messenger）
跨膜信号转导
EDRF就是一氧化氮
Ignarro教授与Furchgott教授在1986年作出了 大胆的推测：EDRF是一氧化氮或与一氧化氮 密切相关的某种(某类)化合物。这篇摘要立即 在药理学界引起了轰动，随后(1987年)英国科 学家Salvador Moncada及其合作者通过实验证 明EDRF就是一氧化氮。六个月后，Ignarro也 报道了同样的实验结果。此后，一氧化氮在生 物体内的生理及病理作用引起了广泛的关注， 进一步的研究表明一氧化氮除了具有调节血流、 血压的作用外，还是一种神经信使分子，并在 免疫防御中起重要作用。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
第二信使的特点
第二信使是第一信使与膜受体结合后在细胞膜 内侧或胞浆中最早出现、并仅在细胞内部起作 用的信号分子。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，在细 胞内的浓度可瞬间升高、又能快速降低,并由 此调节细胞内代谢系统的酶活性,控制细胞的 生命活动。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
第二信使的种类
环磷酸腺苷 cAMP: 可激活蛋白激酶A Activates protein kinase A.
环磷酸鸟苷 cGMP :可激活蛋白激酶G Activates protein kinase G.
二酰甘油 DG : 可激活蛋白激酶 Activate protein C.
三磷酸肌醇 IP3: 可释放Ca 2+ Release Ca 2+ 钙离子 Ca 2+ : Activates calmodulin（钙调素） NO（一氧化氮）
跨膜信号转导
NO的发现过程
1977年，Murad发现硝酸甘油等必须代谢为一 氧化氮后才能发挥扩张血管的药理作用，由此 他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作 用的信使分子，但当时这一推测缺乏直接的实 验证据。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
受体的特征
Characteristics of receptors
特异性：一种特定的受体只能与特定的配体结 合，产生特定的生理效应，受体对配体有高度 识别能力，对配体的化学结构、立体结构具有 很高的专一性。 Specificity: The ability of a receptor to
跨膜信号转导
跨膜信号转导
膜蛋白
膜蛋白镶嵌于脂质双分子层中，是膜功 能的主要执行者。
膜蛋白多为糖蛋白，分为受体蛋白、转 运蛋白和酶蛋白等。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
Transmembrane signal transduction
信号分子：可与细胞受体结合并传递信 息的物质：激素、神经递质、生长因子、 细胞因子等。
第二信使：是细胞外信号分子作用于细 胞受体后在细胞内产生的信号分子，其 作用是将细胞第一信使携带的信息“转达” 给胞内靶蛋白。
Second messenger: Substances that serve as a direct relay from the plasma membrane to the biochemical machinery inside the cell.
1998 年 诺贝尔生理学 或 医学奖。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
受体
Receptor
细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性 分子并与之结合，进而引起生物学效应 的特殊蛋白质，个别的是糖脂。
The first step in the action of any intercellular chemical messenger on its target cell is the binding of the messenger to specific target cell protein molecules These molecules are known as receptors.
react with only one type or a limited number of structurally related types of molecules.
信号转导：指细胞外信号转换成细胞内 信使的过程。
信号转导涉及：胞外信号分子、受体、 胞内第二信使、胞内效应酶
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
跨膜信号转导
第一信使（first messenger ）
第一信使：所有通过细胞外液作用于细 胞的信号物质均可称为第一信使（如激 素和神经递质） 。
跨膜信号转导
Louis J. Ignarro与Furchgott合作
加州大学洛杉矶分校的Louis J. Ignarro 教授与Furchgott教授合作，针对EDRF 的药理作用以及化学本质进行了一系列 实验，发现EDRF与一氧化氮及许多亚硝 基化合物一样能够激活可溶性鸟苷酸环 化酶(soluble guanylate cyclase, sGC)、增 加组织中的cGMP水平。
跨膜信号转导
“ NO NEWS IS GOOD NEWS”
1992 年 NO 被《 SCIENCE 》杂志评选 为本年度明星分子，同期《 SCIENCE 》 杂志上发表一篇被冠以有趣标题 “ NO NEWS IS GOOD NEWS ” 的专论，以强调 这一研究领域的重要性和新颖性。 1998 年 Furchgott 、 Ignarro 及 Ferid Murad 获得了诺贝尔生理学或医学奖。
与此同时，纽约州立大学的Furchgott教授在 1980年推测内皮细胞在乙酰胆碱的作用下产生 了一种新的信使分子，这种信使分子作用于平 滑肌细胞，使血管平滑肌细胞舒张，Furchgott 将这种未知的信使分子命名为内皮细胞舒张因 子(endothelium－derived relaxing factor, EDRF)。
First messenger: All the messengers, which reach the cell from extracellular fluid are termed first messenger ( hormones, neurotransmitters).
跨膜信号转导
第二信使（Second messenger）
跨膜信号转导
EDRF就是一氧化氮
Ignarro教授与Furchgott教授在1986年作出了 大胆的推测：EDRF是一氧化氮或与一氧化氮 密切相关的某种(某类)化合物。这篇摘要立即 在药理学界引起了轰动，随后(1987年)英国科 学家Salvador Moncada及其合作者通过实验证 明EDRF就是一氧化氮。六个月后，Ignarro也 报道了同样的实验结果。此后，一氧化氮在生 物体内的生理及病理作用引起了广泛的关注， 进一步的研究表明一氧化氮除了具有调节血流、 血压的作用外，还是一种神经信使分子，并在 免疫防御中起重要作用。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
第二信使的特点
第二信使是第一信使与膜受体结合后在细胞膜 内侧或胞浆中最早出现、并仅在细胞内部起作 用的信号分子。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，在细 胞内的浓度可瞬间升高、又能快速降低,并由 此调节细胞内代谢系统的酶活性,控制细胞的 生命活动。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
第二信使的种类
环磷酸腺苷 cAMP: 可激活蛋白激酶A Activates protein kinase A.
环磷酸鸟苷 cGMP :可激活蛋白激酶G Activates protein kinase G.
二酰甘油 DG : 可激活蛋白激酶 Activate protein C.
三磷酸肌醇 IP3: 可释放Ca 2+ Release Ca 2+ 钙离子 Ca 2+ : Activates calmodulin（钙调素） NO（一氧化氮）
跨膜信号转导
NO的发现过程
1977年，Murad发现硝酸甘油等必须代谢为一 氧化氮后才能发挥扩张血管的药理作用，由此 他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作 用的信使分子，但当时这一推测缺乏直接的实 验证据。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
受体的特征
Characteristics of receptors
特异性：一种特定的受体只能与特定的配体结 合，产生特定的生理效应，受体对配体有高度 识别能力，对配体的化学结构、立体结构具有 很高的专一性。 Specificity: The ability of a receptor to
跨膜信号转导
跨膜信号转导
膜蛋白
膜蛋白镶嵌于脂质双分子层中，是膜功 能的主要执行者。
膜蛋白多为糖蛋白，分为受体蛋白、转 运蛋白和酶蛋白等。
跨膜信号转导
跨膜信号转导
跨膜信号转导
Transmembrane signal transduction
信号分子：可与细胞受体结合并传递信 息的物质：激素、神经递质、生长因子、 细胞因子等。
第二信使：是细胞外信号分子作用于细 胞受体后在细胞内产生的信号分子，其 作用是将细胞第一信使携带的信息“转达” 给胞内靶蛋白。
Second messenger: Substances that serve as a direct relay from the plasma membrane to the biochemical machinery inside the cell.