第八章 细胞信号转导
细胞生物学总结(复习重点)——8.细胞信号转导
4、细胞通讯：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。
对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。
包括分泌化学信号（内、旁、自、化学突触）、细胞间接触、和相邻细胞间间隙连接。
5、细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进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。
20、信号分子：生物体内的某些化学分子，如激素、神经递质、生长因子、气体分子等，在细胞间和细胞内传递信息，特称为信号分子。
21、信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套的特定机制，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，这种反应系列称为细胞信号通路。
22、受体：一种能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转导为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。
两个区域：配体结合区、效应区。
受体主要有三类离子通道型受体、G蛋白偶联型受体和酶偶联的受体。
23、第一信使：一般将胞外信号分子称为第一信使。
24、第二信使：细胞表面受体接受胞外信号后最早在胞内产生的信号分子。
细胞内重要的第二信使有：cAMP、cGMP、DAG、IP3等。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性，也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。
10、IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。
DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单脂酰甘油。
13、分子开关：在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制精确调控，也即对每一步反应既要求有激活机制，又必然要求有相应的失活机制，使细胞内一系列信号传递的级联反应能在正、负反馈两个方面得到精确控制的蛋白质分子称为分子开关。
简述细胞信号转导的过程
简述细胞信号转导的过程细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，通过这个过程，细胞可以感知和响应外界刺激，并调控细胞内的生物活动。
细胞信号转导过程复杂而精确，涉及多种分子信号、信号传递通路和调控机制。
本文将以简洁明了的语言，从信号的产生、传递和响应三个方面，详细介绍细胞信号转导的过程。
一、信号的产生细胞信号可以来自于细胞外部环境，如激素、神经递质、细胞外基质等，也可以来自于细胞内部，如细胞器的功能变化、代谢产物的积累等。
这些信号分为内源性信号和外源性信号。
内源性信号是由细胞内部的变化所产生的，如细胞内的离子浓度变化、代谢产物积累等。
外源性信号则是由细胞外部的刺激所引起的，如激素的结合、神经递质的释放等。
二、信号的传递细胞信号的传递主要通过信号分子在细胞内外之间的传递来实现。
细胞膜是信号传递的重要场所，其表面覆盖着许多受体分子，当外界信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，并激活下游的信号传递通路。
这些通路包括细胞内信号传导分子的激活、蛋白质的磷酸化和解磷酸化等一系列反应。
这些反应可以通过细胞内的信号传导通路来调控，形成一个复杂的信号网络。
三、信号的响应细胞信号的响应是指细胞对信号的感知和相应行为。
细胞可以通过调节基因表达、蛋白质合成、细胞骨架重组等方式，来实现对信号的响应。
基因表达调控是一种常见的信号响应方式，细胞可以通过转录因子的激活或抑制来改变基因的表达水平。
蛋白质合成则是通过信号传导通路内的蛋白质磷酸化或解磷酸化等酶促反应来实现。
细胞骨架重组是通过改变细胞内骨架蛋白的结构和功能，来调节细胞形态和运动。
细胞信号转导的过程是一个动态平衡的过程，信号的产生、传递和响应是相互关联的。
细胞通过调节信号分子、信号传导通路和调控机制的活性，来实现对外界刺激的感知和响应。
这个过程在细胞生理、发育和疾病中起着重要的作用。
例如，细胞信号转导的异常会导致癌症、心血管疾病等多种疾病的发生和发展。
总结起来，细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，包括信号的产生、传递和响应三个方面。
第八章 细胞信号转导
结合GTP的α亚基的功能是激活腺 苷酸环化酶。
随着使命的完成，α亚基所结合的 GTP水解成GDP，α亚基恢复原来的 构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作 用。α亚基与βγ亚基重新结合，形成 没有活性的三聚体。
Gs调节模型
霍乱毒素能催化ADP核糖共价结合到 Gs的α亚基上，使α亚基丧失GTP酶的 活性，GTP永久结合在Gs的α亚基上， 使α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环 化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞 内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而 脱水。
2、信号分子的共同特点
多细胞有机体中有几百种信号分子，包括蛋 白质、短肽、氨基酸衍生物、核苷酸、脂类、 胆固醇衍生物和气体分子（NO）。特点：
（1）特异性：只能与特定的受体结合； （2）高效性：几个分子即可触发明显的生物 学效应：级联放大； （3）可快速失活：完成信息传递后被降解或 修饰失去活性。
（四）信号分子与信号传导
1、信号分子(signal molecule) 生物细胞所接受的信号既可使物理信号
（光、热、电流），也可是化学信号，有机 体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号 分子实现。
信号分子：是指细胞内某些既非营养物， 也非能源和结构物，也不是酶，唯一的功能 是在细胞内和细胞间传递信息，如激素、神 经递质、生长因子等。
活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内 靶分子，具信号传递功能。
如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙 酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能 开启质膜上K+通道，改变心肌细胞膜电 位
βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合， 对结合GTP的α亚基起协同/拮抗作用
胞内cAMP浓度升高后，激活cAMP依赖的 蛋白激酶A(PKA)。激活的PKA可作用多种底 物，引起多种反应。
细胞生物学第8章细胞信号传导
息系统的进化。
单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。 多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除 了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传 导，以协调不同细胞的行为，如：①调节代谢， 通过对代谢相关酶活性的调节，控制细胞的物质 和能量代谢；②实现细胞功能，如肌肉的收缩和 舒张，腺体分泌物的释放； ③调节细胞周期，使 DNA复制相关的基因表达，细胞进入分裂和增殖 阶段； ④控制细胞分化，使基因有选择性地表达， 细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞； ⑤ 影响细胞的存活。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
（四）配体与受体（Ligand & Receptor） 1、配体（Ligand）：在细胞通讯中，由信号传导 细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发 靶细胞的应答，此时的信号分子被称为配体 (ligand)，接收信息的分子称为受体。 2、受体（Receptor）：广义的受体指任何能够同 激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合 并能引起细胞功能变化的生物大分子。狭义的受 体指能够识别和选择性结合配体（signal molecule） 的大分子，当与配体结合后，通过信号转导 （Signal Transduction）作用将细胞外信号转换为 细胞内的物理和化学信号，以启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。
第八章
细胞信号转导
生命与非生命物质最显著的区别在于生命
是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生
物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部
环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息 物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维 持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不 同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表 面或细胞内与信号分子结合的蛋白质，多为糖 蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结 合的区域和产生效应的区域；当受体与配体结 合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用 具有三个主要特征：①特异性；②饱和性；③ 高度的亲和力。
第八章-细胞信号转导
• 化学信号根据其溶解性分为: 亲脂性信号分子：分子小、疏水性强、可透膜与胞内受体结合。
如甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子：分子较大、亲水性强、不能透膜、只能与胞 外受体结合。如神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数 激素… 气体性信号分子(NO)：可以透膜直接激活效应酶。
• 化学信号根据作用方式分为： 内分泌信号、旁分泌信号、突触信号、接触依赖性信号 P220
接触性依赖的通讯
细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。这种通讯方式 在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。（胚胎诱导）
P218
细胞通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯步骤
①信号分子的产生; ②运送信号分子至靶细胞; ③信号分子与靶细胞受体特异性结合,并激活 受体; ④活化受体启动胞内一种或多种信号转导途 径; ⑤引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥信号的解除并导致细胞反应终止。
G-蛋白耦联的受体（G-protein-linked receptor）
酶连受体（enzyme-linked receptor） 受体的两个功能区域：配体结合区（结合特异性）
效应区（效应特异性）
P221
亲水性信号
胞 外 受 体
亲脂性信号
胞 内 受 体
胞外受体和胞内受体
三种类型的细胞表面受体
NO合酶 (NOS)
L-Arg+NADPH
NO+L-瓜氨酸
• NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少 直接与NO的合成有关。
P229
Guanylate cyclase
内源性 NO 由 NOS 催化合成后，扩散到邻近细胞，与鸟苷酸环化酶活 性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性的增加和cGMP 合成增 强。 cGMP作为第二信使介导蛋白质的磷酸化，引起生理生化反应。
细胞生物学思考题及答案
第八章细胞信号转导1、名词解释细胞通讯: 指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与其受体相互作用，产生特异性生物学效应的过程。
受体: 指能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子。
多数为糖蛋白，少数为糖脂或二者复合物。
第一信使: 由信息细胞释放的，经细胞外液影响和作用其它信息接收细胞的细胞外信号分子第二信使: 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。
2、细胞信号分子分为哪两类？受体分为哪两类？细胞信号分子：亲脂性信号分子和亲水性信号分子；受体：细胞内受体：位于细胞质基质或核基质，主要识别和结合脂溶性信号分子;细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子（三大家族;G 蛋白耦联受体，酶联受体，离子通道耦联受体）3、两类分子开关蛋白的开关机制。
GTPase开关蛋白：结合GTP活化，结合GDP失活。
鸟苷酸交换因子GEF引起GDP从开关蛋白释放，继而结合GTP并引起G蛋白构象改变使其活化；随着结合GTP水解形成GDF和Pi，开关蛋白又恢复成失活的关闭状态。
GTP水解速率被GTPase促进蛋白GAP和G蛋白信号调节子RGS所促进，被鸟苷酸解离抑制物GDI所抑制。
普遍的分子开关蛋白：通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化和蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化活性调节蛋白质活性。
4、三类细胞表面受体介导的信号通路各有何特点？（1）离子通道耦联受体介导的信号通路特点：自身为离子通道的受体，有组织分布特异性，主要存在与神经、肌肉等可兴奋细胞，对配体具有特异性选择，其跨膜信号转导无需中间步骤，其信号分子是神经递质。
（2）G蛋白耦联受体介导的信号通路特点：信号需与G蛋白偶联，其受体在膜上具有相同的取向，G蛋白耦联受体一般为7次跨膜蛋白，会产生第二信使，G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用。
（3）酶连受体信号转导特点：a.不需G蛋白，而是通过受体自身的蛋白酶的活性来完成信号跨膜转换； b.对信号的反应较慢，且需要许多细胞内的转换步骤；c. 通常与细胞生长、分裂、分化、生存相关。
细胞生物学第八章细胞信号转导
信号蛋白：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 转承蛋白：负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白：携带信息从一部分传递到另一部分。 接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成，介导产生级联反 应。 传感蛋白：负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径。 整合蛋白：从 2 条或多条信号途径接受信号，并在向下传递之前进 行整合。
2、受体
受体：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大 分子，绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白，少数受体是糖脂，有的受 体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 （1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小 的脂溶性信号分子。
c、间隙连接通透性的调节：
意义：间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间 隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性： 1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2 、组织特异性： 由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性 和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透 功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙 连接时，连接子没有通透功能。
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白 信号转导系统： 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生 细胞内第二信使或活化的信号蛋白。 3、信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大 的级联反应，使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。
第八章细胞信号转导(0001)ppt课件
3、 肢端肥大症和巨人症
GH释放激素 Gs + AC cAMP
Adult?
GH分泌
child
三、细胞内信号转导分子、转 录因子异常与疾病
（一）NO与缺血-再灌注损伤 心肌缺血 NO合酶 NO cGMP PKG
家族性高胆固醇血症*
家族性肾性尿崩症
遗传性受体病
甲状腺素抵抗综合征*
重症肌无力
自身免疫受体病
自身免疫性甲状腺病
继发性受体异常
损伤性：膜磷脂分解 代偿性：ligand
家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia, FH)
LDL-R
1、合成障碍 2、转运障碍 数目
3、与配体结合障碍 4、内吞缺陷
21000～28000
位于细胞内
只有G α功能
（Ras ,微管蛋白 β亚基）
在将信号从细胞膜外传递至细胞核的过程中， Ras蛋白起着非常重要的作用。整个过程开 始于生长因子（如EGF或PDFG）等与各自
受体的细胞外功能域结合
G 蛋白介导的细胞信号转导途径
G蛋白
腺苷酸环化酶 （AC）
PLC β
DG-蛋白激酶C
cell
Vascular smooth muscle
cell
Vascular GC signal transduction system
cytokines CO
Ca2+
GTP
Ach-R arg
NO
synthase NO
sG
GRC
C cGM
第八章细胞信号传导与遗传毒物作用机制
p216第八章细胞信号转导与遗传毒物作用机制在多细胞生物体内细胞通过相互间的信息交流以调节它们的发育和组合，控制它们的生长和增殖，协调它们的代谢和功能。
细胞接受细胞内外的生理性和非生理性信号而产生应答和反应，以调节它们的行为和命运。
近年来，有关细胞间的通讯和细胞信号转导通路的研究有长足发展，已知细胞信号转导紊乱和障碍是许多病理状态和疾病的重要发病机制。
越来越多的研究结果证明，细胞信号转导也是许多遗传毒物作用的切入部位。
自遗传毒物接触细胞开始，细胞信号转导通路即被卷入。
紫外线可诱发细胞表面受体的聚簇和内吞，激活SRC和应激信号通路。
我们的实验室也证明，烷化剂甲基硝基亚硝胍可诱发细胞表皮生长因子受体和肿瘤坏死因子受体的细胞表面受体的聚簇和内吞，激活细胞应激信号通路和cAMP一蛋白激酶A一转录因子CREB通路。
虽然这些改变在遗传毒物引起的细胞突变形成的作用目前还不能作出结论，但无疑是非常值得探索的课题；大部分遗传毒物在体内都需经代谢活化，而这些有关的药物代谢酶的表达受外来化合物的影响。
目前所知，与之有关信号通路与核受体如多环芳烃受体(AhR)和某些孤儿受体(orphan receptor)有关；经典的认识认为，遗传毒物的作用主要是通过它对细胞DNA的攻击而最终诱发细胞突变。
不仅现已知晓DNA损伤本身就是激活有关细胞信号转导通路的信号，而且也知晓突变并不是全部起源于直接的DNA损伤。
体细胞超突变(somatic hyper—mutation)就是通过细胞表面免疫球蛋白构成的受体而驱动基因突变的一个最明确的例子。
即使在DNA受攻击过的细胞(在细菌也如此)中，突变还可发生在未直接受攻击的碱基部位，即非定标性突变(non—targeted mutation)。
已经证明，它的发生依赖于由细胞信号转导通路介导的基因表达改变；遗传毒物引发的基因突变构成它的致癌活性的基础，细胞的恶性转化是癌基因和肿瘤抑制基因突变积累的结果。
细胞生物学第八章
3.细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通—动物
细胞间隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分
子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。
细胞分泌化学信号的作用方式
（1）内分泌（endocrine）
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官（靶细胞）
（2）旁分泌（paracrine） 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
白磷酸化，通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，从而调节 蛋白质的活性。
细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转到系统的基本组成与信号蛋白 通过细胞表面受体介导的信号途径由下列4个步骤组成： 1. 信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别； 特异性是识别反应的主要特征，这源于信号分子与互补受 体上的结合位点相适应。 2. 胞外信号（第一信使）通过适当的分子开关机制实现信号 的跨膜转导，产生胞内第二信使或活化的信号蛋白； 绝大多数被激活的细胞表面受体是通过小分子第二信使和 细胞内信号蛋白网络传播信号的。
胞内信号分子
靶蛋白
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
从细胞表面到细胞核的信号途径是由细胞内多种不同的信 号蛋白组成的信号传递链，这条信号蛋白链负责实现上述4个 号传递的主要步骤，除细胞表面受体之外还包括如下各类蛋 白质： ① 转承蛋白：负责简单地将信息传给信号链的下一个组分； ② 信使蛋白：携带信号从一部分传递到另一部分； ③ 接头蛋白：连接信号蛋白； ④ 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成介导产生 信号级联反应； ⑤ 传感蛋白：负责信号不同形式的转换； ⑥ 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径； ⑦ 整合蛋白：从2条信号途径接收信号，并在向下传递之前进 行整合； ⑧ 潜在基因调控蛋白：这类蛋白在细胞表面被活化受体激活， 然后迁移到细胞核刺激基因转录。
第八章细胞信号转导
◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
第十九页，共九十六页。
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激酶 蛋白磷酸酶
激活
去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
由三部分组成： 7次跨膜的受体 G蛋白 效应物（酶）
第三十三页，共九十六页。
一 、G蛋白耦联受体的结构与激活
G蛋白耦联受体
第三十四页，共九十六页。
◆ G蛋白的结构与功能
G蛋白（GTP结合蛋白）：参与细胞的多种生
命活动：细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡 运输、微管组装、蛋白质合成
在该系统中，G蛋白在信号转导过程中起着分子开
关的作用，将信号从受体传递给效应物。包括 三个过程：
● G蛋白被受体激活
配体（信号分子）＋受体 受体的构型改变， 提高与G蛋白的亲和力
● G蛋白将信号向效应物转移
受体＋ G蛋白 受体－G蛋白复合物 α 亚基－GTP G蛋白活化 激活效应物 （腺苷酸环化酶）
第三十九页，共九十六页。
（一）以 cAMP为第二信使的信号通路
细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内第二信 使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。
cAMP作为第二信使主要通过激活蛋白激酶A进行
信号放大。
第四十页，共九十六页。
★cAMP信号通路组成
受体 激活型（Rs) 抑制型（Ri)
活化型(Gs)
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血小 受体 板衍生生长因子
细胞生物学 第8章 细胞信号转导
Adenylate cyclase
④环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase, PDE）：降解
cAMP生成5’-AMP，起终止信号
的作用。
Degredation of cAMP
⑤蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催 化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合， 使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激 活蛋白激酶A的活性。
通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的 受体分子相结合，影响其他细胞。如精子和卵子之间的识 别，T与B淋巴细胞间的识别。
3.细胞间隙连接
两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。
连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小分 子物质如Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞
1. 信号分子的产生
信号分子
2. 细胞识别（Cell recognition）
受体蛋白 3. 信号转导（Signal transduction） 4. 引发生物学效应 5. 信号的解除
细胞信号转导
指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)
结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋
白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一)、 G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成：αβγ三个亚基， β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态， 结合GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性， 能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体 状态。α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。
第八章 细胞信号转导
第八章细胞信号转导一、填空题1.生物体内的化学信号分子一般可以分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两类。
2.受体多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，一是＿＿＿＿，二是＿＿＿＿。
3.列举细胞内的第二信使＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿。
4.一般将胞外的信号分子称为＿＿＿＿，将细胞内最早产生的信号分子称为＿＿＿＿。
5.介导跨膜信号转导的细胞表面受体可以分为＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿3类。
6.由G-蛋白耦联型受体所介导的细胞信号通路主要包括＿＿＿＿和＿＿＿＿。
7.磷脂酰肌醇信使系统，由分解PIP2产生的两个第二信使是＿＿＿＿和＿＿＿＿。
8.cAMP信号通路的效应酶是＿＿＿＿，磷脂酰肌醇信号通路的效应酶是＿＿＿＿。
9.与酶连接的催化性受体至少包括5类：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿。
10.Ras蛋自在RTKs介导的信号通路中起着关键作用，具有＿＿＿＿活性，当结合＿＿＿＿时为活化状态，当结合＿＿＿＿时为失活状态。
GAP增强Ras的＿＿＿＿。
11.细胞通讯的方式有：————、————、————。
12.细胞表面受体的三大家族：————、————、————。
13.酶联受体包括————、————、————、————、————。
14.硝酸甘油之所以能治疗心绞痛是因为在体内能转化为————引起血管————。
15.确定蛋白质寿命的信号通常存在于、————，若为含有不稳定氨基酸的蛋白，则该蛋白通过————降解。
16.表皮生长因子（EGF）的跨膜信号转导是通过————方式实现的。
17.细胞信号分子根据其溶解性通常可分为————和————两类。
18.表皮生长因子（EGF）受体的下游信号传递分子是___。
19.酶连受体都是___次跨膜结构的。
20.只有一个单体分子起作用的是___。
21.细胞间的识别依赖于___。
22.微丝踏车运动发生在正端的聚合速率___负端的解聚速率。
23.受体的跨膜区通常是___结构。
24.酶偶连受体的下游一般是————、————。
第五章 物质的跨膜运输+第八章细胞信号转导(复习习题)
第五章物质的跨膜运输+第八章细胞信号转导一、名词解释1、主动运输2、被动运输3、细胞通讯4、简单扩散5、协助扩散（促进扩散）6、协同运输7、分子开关8、胞吞作用9、胞吐作用10、吞噬作用11、胞饮作用12、信号分子13、信号通路14、受体15、第一信使16、第二信使17、G—蛋白偶联受体18、双信使系统二、填空题1、根据胞吞的物质是否有专一性，将胞吞作用分为的胞吞作用和的胞吞作用。
2、细胞的化学信号可分为、、、等四类。
3、细胞膜表面受体主要有三类即、和。
4、细胞之间以三种方式进行通讯，细胞间，通过与质膜的影响其他细胞；细胞间形成连接，通过交换使细胞质相互沟通；细胞通过分泌进行相互通讯，是细胞间通讯的途径。
5、根据物质运输方向与离子沿梯度的转移方向，协同运输又可分为协同与协同。
6、在细胞的信号转导中，第二信使主要有、、和。
7、Ca2+泵主要存在于膜和膜上，其功能是将Ca2+输出或泵入中储存起来，维持内低浓度的Ca2+。
8、小分子物质通过、、等方式进入细胞内，而大分子物质则通过或作用进入细胞内。
9、H+泵存在于细菌、真菌、细胞的细胞膜、及上，将H+泵出细胞外或细胞器内，使周转环境和细胞器呈性。
10、IP3信号的终止是通过形成IP2，或被形成IP4。
DG通过两种途径终止其信使作用：一是被成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被水解成单脂酰甘油。
11、在磷酰③脂醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面受体结合，质膜上的磷脂酶C，使质膜上水解成1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为。
12、酶偶联受体通常是指与酶连接的细胞表面受体又称，目前已知的这类受体都是跨膜蛋白，当胞外配体与受体结合即激活受体胞内段的酶活性。
至少包括五类即：、、、和。
13、门通道对离子的通透有高度的不是连续开放而是开放，门的开关在于孔道蛋白的变化，根据控制门开关的影响因子的不同，可进一步区分为门通道、门通道、门通道。
第八章细胞信号转导
cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过RTK 或通过抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。
细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织 的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、 分裂、分化和凋亡是必须的。
（一）细胞通讯的方式：
分泌化学信号进行通讯 ：内分泌（激素）、 旁分泌（如调节发育的许多生长因子）、自分 泌（肿瘤细胞生长因子）、化学突触。 接触性依赖性的通讯：细胞间直接接触，信 号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。在胚胎发 育过程中影响组织内相邻细胞的分化命运。 通过间隙连接或胞间连丝的通讯：交换小分 子来实现代谢偶联或电偶联。
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 类固醇激素、视黄酸、VitD和甲状腺素的受体 在细胞核内。类固醇激素介导的信号通路 包括 两步反应阶段：
初级反应：直接活化少数特殊基因转录， 发生迅速。
次级反应：初级反应产物再活化其它基因 产生延迟的放大作用 二、一氧化氮介导的信号通路 （98Nobel Prize）
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白 步骤： 1） 受体对信号分子的识别与互作；2）
信号转导（产生第二信使或活化信号蛋白）；3） 信号放大（级联反应）：影响代谢或基因表达； 4）细胞反应的终止与下调。 组成：1）受体；2）转承蛋白、信使蛋白、接头 蛋白、放大和转导蛋白、传感蛋白、分歧蛋白、 整合蛋白、潜在基因调控蛋白。
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输和第八章 细胞信号转导
第五章 物质的跨膜运输一、跨膜运输方式细胞质膜是选择性透性膜，是能调控物质进出的精致装臵。
除脂溶性分子和不带电荷的小分子能以简单扩散方式过膜之外，水溶性分子和离子都是不能自行穿越脂双层的。
几乎所有的有机小分子和带电荷的无机离子都需要由膜转运蛋白来跨膜转运。
总之，跨膜的物质运输方式有：被动运transport 胞能量，顺浓度梯1、简单扩散 小分子物质（水、尿素、甘油、葡萄糖、O 2、N 2等）能自由扩散过膜，不须膜蛋白协助 2、协助扩散小分子及离子在膜转运蛋白协助下，会增快跨膜转运速率 (1)葡萄糖、氨基酸、乳糖、核糖等由载体蛋白选择性结合转运过膜 (2)离子由通道蛋白选择性开启离子通道转运 主动运输active transport （消耗细胞能量，运输方向是逆浓度梯度或逆电化学梯度） 1、主动运输:靠离子泵（钠钾泵、钙泵）或质子泵(H +泵）直接消耗细胞的ATP 进行运输。
2、协同运输:待运物质在载体蛋白上与某种离子伴跨膜转运，由钠钾泵（或H +泵）所维持的离子浓度梯度所驱动，∴是间接消耗细胞内的ATP 。
⑴同向转运：例如肠上皮细胞摄取葡萄糖、氨基酸需伴Na +过膜；而细菌吸收乳糖是伴H +过膜。
⑵反向转运：动物细胞靠Na +－H +交换载体，由Na +驱动H +反向输出胞外，以调节细胞内 pH 值。
吞排作用 胞吞作用胞吐作用(消耗细胞能量，将大分子和颗粒物泡来跨膜运输) 1、吞噬作用：吞食大的颗粒物质2、胞饮作用：吞饮液态物质（微胞饮作用）3、跨细胞转运： 由胞吞和胞吐相结合，组成穿胞吞排物质转运方式，其过程中不涉及溶酶体消化。
例如母体中的抗体由血液穿过上皮细胞进入乳汁，而婴儿肠上皮细胞再将母乳中的抗体摄入其血液。
二、各类跨膜运输的特点(一)被动运输1、简单扩散：由小分子自行热运动，顺浓度梯度过膜，其通透性主要取决于分子的大小和极性，凡带电荷的离子皆不能简单扩散；2、协助扩散：由膜转运蛋白促使被动运输的转运速率增快,可分为两种类型:①载体蛋白与其特定溶质分子相结合来转运；②离子通道蛋白能对离子选择转运。
第八章细胞信号转导
量。
35
一氧化氮的产生
36
NO很容易从制造的细胞中扩散 出来并且进入到邻近的细胞。由于NO 的半衰期很短(5-10秒钟)，所以它只 能作用于相邻细胞。NO作用的靶酶是
鸟苷环化酶，使GTP转变成cGMP。
37
一氧化氮的信号作用
38
• 1998 年 R ． Furchgott 等三位美国科学家因对 NO 信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
●结构： The inactive form of protein kinase A consists of two regulatory (R) and two catalyticinds to the regulatory subunits, leading to their dissociation from the catalytic subunits. The free catalytic subunits are then enzymatically active and able to phosphorylate serine residues on their target proteins. ?
◆C端结构域:
◆中间结构域:
◆N端结构域:
32
胞内受体的结构
33
二、NO
• NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。 • 血管内皮细胞和神经细胞是 NO的生成细胞，NO的生成由 一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精
氨酸为底物，以 NADPH 作为电子供体，生成 NO 和 L 瓜氨
抑制型的GTP结合蛋白传递抑制性信号,降低腺苷酸 环化酶的活性。
◆效应物
腺苷酸环化酶C。
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靶蛋白磷酸化和去磷酸化是细胞调节 靶蛋白活性的一种普遍机制
蛋白激酶 （PK）/ 蛋 白磷酸酶（PP）：将 磷酸基团转移到其它 蛋白质上（或相反） 的酶，通常对其它蛋 白质的活性具有调节 作用。
三、信号转导系统及其特性
胞外信号分子
受体
胞内信号分子
细 胞 信 号 途 径 的 组 成
靶蛋白 新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
通过调节cAMP的浓度，将细胞外信号转变为
细胞内信号。
(一) cAMP信号通路
类型
激活型：由激活型的信号作用于激活型的受体，
经激活型的G蛋白去激活腺苷酸环化酶，从而提
高cAMP的浓度引起细胞的反应。 抑制型：通过抑制型的信号分子作用于抑制型的 受体，经抑制型的G蛋白去抑制腺苷酸环化酶的 活性。
第五节 信号的整合与控制
第一节 概 述
一、细胞通讯
二、信号分子与受体 三、信号转导系统及其特性
一、细胞通讯
(一) 细胞通讯的概念
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个 细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然 后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理 生化变化，最终表现为细胞整体的生物学 效应的过程。
(二) 细胞通讯的一般过程
改变新陈代谢 改变基因表达 改变细胞形状或运动
组成从细胞表面到细胞核的信号 途径的各类信号蛋白组分
质膜
潜在基因调控蛋白
支架蛋白
转承蛋白 接头蛋白
分歧蛋白
放大和转导蛋白
细胞内中介小分子
整合蛋白
锚蛋白
修饰蛋白
信使蛋白 核膜
靶蛋白
基因转录
信号应答元件
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
受体交叉(receptor crossover)：胰岛素受体除结合 胰岛素外, 还可以同胰岛素样生长因子结合。
可逆性 特定的组织定位
相同的信号分子在不同的靶细胞中引起不同的应答
不同类型的细胞以不同的方式对神经递质乙酰胆碱作出应答。在(a)和(b) 中，信号分子与相同的受体蛋白结合，但由于细胞的功能不同，引起不 同的反应
(一) cAMP信号通路
Gs调节模型 激素与Rs结合，Rs构象改变，与Gs结合，Gs的α 亚基排斥GDP，结合GTP而活化，Gs解离出α和 βγ。
α亚基活化腺苷酸环化酶，将ATP转化为cAMP。 βγ亚基复合物也可直接激活某些胞内靶分子。
被激活的蛋白激酶A可以以两种方式起作用: ������ PKA 使其靶酶磷酸化：丝氨酸、苏氨酸残基，细胞快 速应答胞外信号的过程。
������ 直接激活特定的转录调控因子，缓慢应答胞外信号的 过程。
cAMP-PKA信号对肝和肌细胞糖原代 谢的调节（图9-19）
GPK：糖原磷酸化酶激酶 GP:糖原磷酸化酶 GS: 糖原合成酶 IP：磷蛋白磷酸酶抑制蛋白 PP:磷蛋白磷酸酶
Gi调节模型
①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与 酶结合
一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
细胞内受体的本质：激素激活的基因调控蛋白。
三个结构域：C-端激素结合位点、中部的DNA或Hsp90结合位点（富 含Cys、锌指结构）、N-端转录激活结构域。
影响细胞分化等长期的生物学效应
二、NO作为气体信号分子进入靶细 胞直接与酶结合
(5) 分子开关蛋白：指通过活化（开启） 和失活
（关闭） 2种状态的转换来控制下游靶蛋白的活 性的调控蛋白
可逆磷酸化控制的开关蛋白：受蛋白激酶和蛋白磷 酸水解酶的调节
GTPase开关蛋白：结合GTP而活化，结合
GDP而失活。
G蛋白开关活化（开）与失活（关） 的转换Fra bibliotek
GEF（guanine nucleotide-exchange factor）即鸟苷酸交换 因子 GAP（GTPaseaccelerating protein）即 GTPase促进蛋白 RGS（regulator of G protein-signaling） 即G 蛋白信号调节子 GDI（guanine nucleotide dissociation inhibitor）即鸟苷酸解 离抑制蛋白
1. 信号细胞合成并释放信号分子
2. 转运信号分子至靶细胞
3. 细胞识别：受体蛋白激活
4. 信号转导（Signal transduction） 5. 引发生物学效应 6. 信号的解除
信号转导：指细胞将外部信号转变为自身应答
反应的过程，是实现细胞间通讯的关键过程。 细胞信号传递（cell signaling）：通过信号分子 与受体的相互作用，将外界信号经细胞质膜传递 至细胞内部，通常传递至细胞核，并引发特异生
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
1998年R．Furchgott等三位美国科学家因对NO信号转导机
制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
第三节 G蛋白偶联受体介导的信号 转导
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，
膜表面受体可分为：
离子通道偶联受体：组织分布特异性
G蛋白耦联受体 酶连受体
三种类型的细胞表面受体
细胞表面受体转导胞外信号引发两类主 要反应：快反应和慢反应
(3) 受体的作用特性
结合特异性----与信号分子空间结构的互补
效应特异性：与细胞的固有特征有关
作用于靶细胞。特点：①低浓度10-8-10-12M ，②全身性， ③长时效。
旁分泌（paracrine）：信号分子通过扩散作用于邻近的细 胞。包括：①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体 信号分子（如：NO）。
突触信号发放：神经递质经突触作用于特定的靶细胞。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同 一细胞，常见于癌变细胞。
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一) G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成：αβγ三个亚基， β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态， 结合GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性， 能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体 状态。α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。
与G蛋白偶联受体相联系的效应蛋白的激活机制
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(二) G-蛋白偶联受体
7次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号分子， 胞内结构域与G蛋白耦联，调节相关酶活性， 在细胞内产生第二信使。 介导无数胞外信号分子的细胞应答。
G蛋白偶联受体的结构图
二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信 号通路
对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电耦联
现象（电紧张突触）。
connexon
二、信号分子与受体
1. 细胞的信号分子
(1) 概念：细胞的信息载体，包括化学和物理信号 (2) 化学信号的种类：
激素：又称内分泌信号，如胰岛素、肾上腺素等。通过 血液循环到达靶细胞，作用时间长
局部介质：称旁分泌信号，如生长因子、细胞生长抑素、 NO等。 特点：不进入血循环，通过扩散作用到达靶细 胞，作用时间短 神经递质：又称突触分泌信号，由神经元突触前膜释放， 如乙酰胆碱，作用时间短。
物学效应的过程。
生命是一个完整的自然的 信息处理系统。
图 细胞通讯的方式及引起的某些反应
(三) 细胞通讯的方式
1. 化学通讯
2.膜表面分子接触通讯 3.细胞间隙连接(胞间连丝)
1. 化学通讯
细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号 分子作用于靶细胞，调节其功能，可分为4类。
内分泌（endocrine）：内分泌激素随血液循环输至全身，
二、信号分子与受体
3. 第二信使与分子开关
3. 第二信使与分子开关
(1) 概念：第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分
子。
(2) 特征：是第一信息同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧
或胞浆中出现，仅在细胞内部起作用的信息分子；能启动 或调节细胞内稍晚出现的反应。 (3) 主要种类：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+。 (4) 功能：信号转换、信号放大。
根据G蛋白偶联受体（GPCR）在质膜上的效应蛋白的
不同 (一) cAMP信号通路 (二) 磷脂酰肌醇信号通路 (三) G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
(一) cAMP信号通路
概念：
cAMP信号途径又称PKA系统，是蛋白激酶A系 统的简称(protein kinaseA system, PKA) 在该系统中, 细胞外信号要被转换成第二信息 cAMP引起细胞反应。
(一) cAMP信号通路
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
④环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase, PDE） ⑤ 蛋白激酶A
脂肪细胞受激素诱导的AC激活与抑 制
③ 腺苷酸环化酶：
跨膜 12 次。在 Mg 2+ 或 Mn 2+ 的存在下， 催化ATP生成cAMP。
第八章 细胞信号转导
教学目的要求
1. 理解细胞信号转导的特点和过程
2. 理解G蛋白偶联受体和信号转导
3. 理解酶联受体信号转导
4.了解其他信号转导途径的特点和过程