细胞生物学：第九章 细胞信号转导
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➢ 旁分泌（paracrine）：细胞通过分泌局部化学介质到细 胞外液中，经局部扩散作用于邻近靶细胞。
➢ 自分泌（autocrine）：细胞对自身分泌的物质产生反应。 ➢ 化学突触（chemical synapse）：传递神经信号。
2.接触依赖性通讯 ➢细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞表 面蛋白。
信号途径
配体与受体结合，受体激活； 信号转导，引发细胞反应：
➢细胞内预存蛋白活性或功能的改变，进而影响 细胞代谢功能（短期反应）
➢影响细胞内特殊蛋白的表达量（长期反应）
细胞反应终止或降低。
细胞具有多种类型的受体 不同细胞通常对同一化学信号响应不同 靶细胞对外界信号分子的特异性反应取决
于 ➢受体-配体结合特异性 ➢靶细胞特征
第二信使（Second messengers）
胞内产生的非蛋白类小分子，其浓度变化（增加 或减少）应答胞外信号与细胞表面受体的结合， 调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信 号转导途径中行使携带和放大信号的功能。 ➢cAMP、cGMP、Ca2+ 等
三、 细胞内受体介导的信号传递
3.间隙连接、胞间连丝实现代谢耦联或电耦联
二、信号通路（Signaling pathway）
细胞通过其受体与信号分子（配体）选择性 地相互作用，通过一整套特定的机制，将胞 外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因 的表达或细胞生理生化现象，引起细胞的应 答反应。
信号分子（Signal molecules）
（1）离子通道的调控
通过配体（如神经递质）与受体的结合，调控离 子通道的开启或关闭，改变膜电位及靶细胞的活 性。
➢ 心肌细胞上M乙酰胆碱受体开启K+通道 ➢ 光敏感受体的活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭
（2）cAMP信号通路
真核细胞应答激素反应的主要机制之一； 在膜上受体与腺苷酸环化酶是分开的； 间接地通过G蛋白活化环化酶，调节cAMP水平； cAMP激活蛋白激酶A； 磷酸二脂酶（PDE）分解cAMP。
气体性信号分子：NO ➢能自由扩散，进入细胞直接激活效应酶。
受体（Receptors）
能够识别和选择性结合某种配体（信号分 子）的大分子。
多为糖蛋白 至少包括两个功能区域
➢与配体结合的区域，具有结合特异性； ➢产生效应的区域，具有效应特异性。
类型 ➢细胞内受体：细胞质基质、核基质 小的亲脂性信号分子 ➢细胞表面受体 亲水性信号分子（分泌型和膜结合型）
配体-受体的作用，通过G蛋白激活磷脂酶C（PLC），水 解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2），产生两个第二信使， 分别激活两种不同的信号通路：
➢ IP3（1,4,5-三磷酸肌醇），亲水，引发内质网释放Ca2+， 通过结合钙调蛋白产生效应。
➢ DAG （ 1,2- 二 酰 甘 油 ）， 疏 水 ， 激 活 蛋 白 激 酶 C （PKC），活化的PKC调控基因转录。
细胞内核受体：依赖激素激活的基因调控 蛋白 ➢C端的配体结合域 ➢中部的DNA或抑制性蛋白（如Hsp90） 结合位点 ➢N端的转录激活域
在细胞内，受体与抑制性蛋白（如Hsp90） 结合形成复合物，处于非活化状态；
配体（如皮质醇）与受体结合，将导致抑制 性蛋白从复合物上解离下来，从而受体通过 暴露它的DNA结合位点而被激活。
两步反应
➢初级反应：直接活化少数特殊基因转录， 发生迅速；
➢次级反应：初级反应产物再激活其它基因， 产生延迟的放大作用。
NO作为气体信号分子
脂溶性气体分子 半衰期短，局部介质 生成于血管内皮细胞和神经细胞 引起血管平滑肌松弛
四、细胞表面受体介导的信号传递
细胞表面受体 离子通道偶联受体 G蛋白偶联受体（GPCRs） 酶联受体
GPCRs的结构
三维结构类似 ➢α螺旋：22-24aa ➢C3环
识别蛋白/肽类激素、局部介质、神经递质等多种 配体
哺乳类嗅觉受体和光激活受体
效应器蛋白
离子通道 腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase）
➢cAMP 磷脂酶C（phospholipase C, PLC）
➢IP3, DAG
分子开关（Molecular switches）
在细胞信号转导过程中，有两类进化上保守的胞 内蛋白在引发信号转导级联反应中起着分子开关 的作用 ➢GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内 GTPase超家族（G蛋白、Ras蛋白） ➢磷酸化/去磷酸化（普遍存在）
信号蛋白的相互作用
细胞信号转导系统是由细胞内多种行使不同功能 的信号蛋白所组成的信号传递链
第九章 细胞信号转导
一、细胞通讯（ Cell communication）
概念 对于多细胞生物细胞间功能的协调，控制细胞的
生长、分裂，组织发生与形态构建是必需的。
细胞通讯的方式
1.分泌化学信号进行通讯
➢ 内分泌（endocrine）：由内分泌细胞分泌信号分子 （激素）到血液中，通过血液循环作用于靶细胞。
细胞内信号蛋白复合物增强细胞应答反应的速度 、效率和特异性
蛋白质模式结合域（modular binding domain） 介导细胞内信号蛋白的相互作用
1、GPCRs介导的信号转导
G蛋白：三聚体GTP结合调节蛋白的简称。位于质 膜内胞浆一侧，由α、β、γ三个亚基组成。 ➢α亚基具有GTP酶活性，分子开关蛋白； ➢βγ异二聚体； ➢人类基因组：27 α，5 β，13γ 。
刺激性和抑制性蛋白组分
刺激性激素受体（Rs） 抑制性激素受体（Ri） 刺激性G蛋白（Gs） 抑制性G蛋白（Gi）
cAMP-PKA信号通路
对糖原代谢Baidu Nhomakorabea调节 对基因表达的调控
（3）磷脂酰肌醇信号通路
磷脂酰肌醇（PI），主要在质膜胞质面 双信使系统：
➢IP3-Ca2+ ➢DAG-PKC
亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素等。 ➢疏水性强，可穿过细胞膜进入细胞，与细 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。
亲水性信号分子：多肽类激素、生长因子、神经 递质、局部介质等。
➢不能穿过靶细胞质膜的脂双层，只能通过与靶 细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细 胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸 酶的活性，引起细胞的应答反应。
➢ 自分泌（autocrine）：细胞对自身分泌的物质产生反应。 ➢ 化学突触（chemical synapse）：传递神经信号。
2.接触依赖性通讯 ➢细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞表 面蛋白。
信号途径
配体与受体结合，受体激活； 信号转导，引发细胞反应：
➢细胞内预存蛋白活性或功能的改变，进而影响 细胞代谢功能（短期反应）
➢影响细胞内特殊蛋白的表达量（长期反应）
细胞反应终止或降低。
细胞具有多种类型的受体 不同细胞通常对同一化学信号响应不同 靶细胞对外界信号分子的特异性反应取决
于 ➢受体-配体结合特异性 ➢靶细胞特征
第二信使（Second messengers）
胞内产生的非蛋白类小分子，其浓度变化（增加 或减少）应答胞外信号与细胞表面受体的结合， 调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信 号转导途径中行使携带和放大信号的功能。 ➢cAMP、cGMP、Ca2+ 等
三、 细胞内受体介导的信号传递
3.间隙连接、胞间连丝实现代谢耦联或电耦联
二、信号通路（Signaling pathway）
细胞通过其受体与信号分子（配体）选择性 地相互作用，通过一整套特定的机制，将胞 外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因 的表达或细胞生理生化现象，引起细胞的应 答反应。
信号分子（Signal molecules）
（1）离子通道的调控
通过配体（如神经递质）与受体的结合，调控离 子通道的开启或关闭，改变膜电位及靶细胞的活 性。
➢ 心肌细胞上M乙酰胆碱受体开启K+通道 ➢ 光敏感受体的活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭
（2）cAMP信号通路
真核细胞应答激素反应的主要机制之一； 在膜上受体与腺苷酸环化酶是分开的； 间接地通过G蛋白活化环化酶，调节cAMP水平； cAMP激活蛋白激酶A； 磷酸二脂酶（PDE）分解cAMP。
气体性信号分子：NO ➢能自由扩散，进入细胞直接激活效应酶。
受体（Receptors）
能够识别和选择性结合某种配体（信号分 子）的大分子。
多为糖蛋白 至少包括两个功能区域
➢与配体结合的区域，具有结合特异性； ➢产生效应的区域，具有效应特异性。
类型 ➢细胞内受体：细胞质基质、核基质 小的亲脂性信号分子 ➢细胞表面受体 亲水性信号分子（分泌型和膜结合型）
配体-受体的作用，通过G蛋白激活磷脂酶C（PLC），水 解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2），产生两个第二信使， 分别激活两种不同的信号通路：
➢ IP3（1,4,5-三磷酸肌醇），亲水，引发内质网释放Ca2+， 通过结合钙调蛋白产生效应。
➢ DAG （ 1,2- 二 酰 甘 油 ）， 疏 水 ， 激 活 蛋 白 激 酶 C （PKC），活化的PKC调控基因转录。
细胞内核受体：依赖激素激活的基因调控 蛋白 ➢C端的配体结合域 ➢中部的DNA或抑制性蛋白（如Hsp90） 结合位点 ➢N端的转录激活域
在细胞内，受体与抑制性蛋白（如Hsp90） 结合形成复合物，处于非活化状态；
配体（如皮质醇）与受体结合，将导致抑制 性蛋白从复合物上解离下来，从而受体通过 暴露它的DNA结合位点而被激活。
两步反应
➢初级反应：直接活化少数特殊基因转录， 发生迅速；
➢次级反应：初级反应产物再激活其它基因， 产生延迟的放大作用。
NO作为气体信号分子
脂溶性气体分子 半衰期短，局部介质 生成于血管内皮细胞和神经细胞 引起血管平滑肌松弛
四、细胞表面受体介导的信号传递
细胞表面受体 离子通道偶联受体 G蛋白偶联受体（GPCRs） 酶联受体
GPCRs的结构
三维结构类似 ➢α螺旋：22-24aa ➢C3环
识别蛋白/肽类激素、局部介质、神经递质等多种 配体
哺乳类嗅觉受体和光激活受体
效应器蛋白
离子通道 腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase）
➢cAMP 磷脂酶C（phospholipase C, PLC）
➢IP3, DAG
分子开关（Molecular switches）
在细胞信号转导过程中，有两类进化上保守的胞 内蛋白在引发信号转导级联反应中起着分子开关 的作用 ➢GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内 GTPase超家族（G蛋白、Ras蛋白） ➢磷酸化/去磷酸化（普遍存在）
信号蛋白的相互作用
细胞信号转导系统是由细胞内多种行使不同功能 的信号蛋白所组成的信号传递链
第九章 细胞信号转导
一、细胞通讯（ Cell communication）
概念 对于多细胞生物细胞间功能的协调，控制细胞的
生长、分裂，组织发生与形态构建是必需的。
细胞通讯的方式
1.分泌化学信号进行通讯
➢ 内分泌（endocrine）：由内分泌细胞分泌信号分子 （激素）到血液中，通过血液循环作用于靶细胞。
细胞内信号蛋白复合物增强细胞应答反应的速度 、效率和特异性
蛋白质模式结合域（modular binding domain） 介导细胞内信号蛋白的相互作用
1、GPCRs介导的信号转导
G蛋白：三聚体GTP结合调节蛋白的简称。位于质 膜内胞浆一侧，由α、β、γ三个亚基组成。 ➢α亚基具有GTP酶活性，分子开关蛋白； ➢βγ异二聚体； ➢人类基因组：27 α，5 β，13γ 。
刺激性和抑制性蛋白组分
刺激性激素受体（Rs） 抑制性激素受体（Ri） 刺激性G蛋白（Gs） 抑制性G蛋白（Gi）
cAMP-PKA信号通路
对糖原代谢Baidu Nhomakorabea调节 对基因表达的调控
（3）磷脂酰肌醇信号通路
磷脂酰肌醇（PI），主要在质膜胞质面 双信使系统：
➢IP3-Ca2+ ➢DAG-PKC
亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素等。 ➢疏水性强，可穿过细胞膜进入细胞，与细 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。
亲水性信号分子：多肽类激素、生长因子、神经 递质、局部介质等。
➢不能穿过靶细胞质膜的脂双层，只能通过与靶 细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细 胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸 酶的活性，引起细胞的应答反应。