细胞生物学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。
细胞生物学中的细胞信号转导途径
细胞生物学中的细胞信号转导途径细胞信号转导途径是指细胞内外信息传递的过程，其目的是使信号传递到细胞内部，从而引起细胞内某种生理反应。
细胞信号转导途径是一种复杂的过程，主要包括信号的识别、传递、放大等多个环节，其中参与的蛋白质、代谢物和信号分子非常多。
当细胞外界环境改变时，例如发生感染、受到刺激、遭到损伤等，细胞就会接收到相应的信号。
这些信号会通过受体蛋白在细胞外表面传递到细胞内部，从而影响到细胞内部代谢物的表达和转化，导致细胞内部发生变化。
在这个过程中，细胞吸收和放出的各种分子会共同构成细胞信号转导途径，这些分子形成细胞传递的信息流。
细胞信号转导途径是细胞内部信号传递最基本、最重要的机制之一。
在细胞生理学中，信号转导途径主要分为三大类：离子通道和荷载体、CDK和激酶酶级联反应、细胞膜受体信号转导途径。
其中，细胞膜受体信号转导途径是最重要的一类信号转导途径。
细胞膜受体信号转导途径细胞膜受体信号转导途径是细胞内部信号转导的主要道路。
膜内受体通常是细胞表面的磷脂酰基肌醇酰化酶（PI3K）、激酶、培养激素受体、酰化酶、酪氨酸激酶和肽激素受体等；膜外受体则包括细胞外信号括号、膜外的受体和胞外基质分子等。
膜内受体和膜外受体的反应控制了信息分子的转导。
细胞膜受体信号转导途径是细胞间相互联系的重要机制。
细胞所受到的信息来源是多种多样的，它们通过膜上的受体传递到细胞内部。
这些信息会进入细胞内部，然后将这些信息传递到细胞内部组织的某些分子。
这种传递方式，能够影响细胞各种代谢物的表达和转化，从而引起细胞内部发生变化。
细胞膜受体信号转导途径的层次非常复杂，大致分为三个层次：一是细胞外部膜受体中间介质和酶的级联反应；二是已死或无反应的凋亡模式；三是积极生长和再生的分化模式。
从细胞的发育到细胞的老化，所有过程都用到了细胞膜受体信号转导途径。
细胞膜受体信号转导途径中有很多的信号传递方式，它们通过另一些关键的因素进行调控、互作，并中断某些传递过程。
细胞生物学 第八章 细胞信号转导
分子开关： 分子开关：①磷酸化和去磷酸化
②GTP和GDP的交替结合 GTP和GDP的交替结合
二、通过细胞内受体介导的信号传递
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物， 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物，导 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后， 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后，导致 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的DNA结合 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的 结合 位点被激活。 位点被激活。
受体结构域为： 位于C端激素结合位点 受体结构域为： 位于 端激素结合位点
位于中部的DNA结合位点 结合位点 位于中部的 转录激活结构域
● 甾类激素介导的信号通路 ●一氧化氮介导的信号通路
（A）细胞内受体蛋白作用模型 ）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员 ）
● 甾类激素介导的信号通路
三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合， 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合，
细胞表面受体分为： 细胞表面受体分为： (ion-channel离子通道偶联的受体(ion-channel-linked receptor) proteinG蛋白偶联受体(G protein-linked receptor) 酶偶联受体(enzyme-linked receptor) (enzyme-
反应链：激素
→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 蛋白偶联受体→ 蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→ 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录 A→基因调控蛋白
细胞生物学思考题及答案
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GDP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08章细胞信号转导-PPT精选文档
号转导为胞内细胞信号，最终调节特定基因的表达， 引起细胞的应答反应的系列过程。
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的
8
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
（二）信号分子与受体
1.信号分子
概念: 在细胞间或细胞内传递信息的化学分子。 化学信号：各类激素、局部介质和神经递质等。
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第八章 细胞信号转导
教学要求：
1.掌握细胞通讯与信号传递。 2.理解细胞内受体介导的信号转导。 3.掌握蛋白耦联受体介导的信号转导。 4.掌握酶连受体介导的信号转导。
5.了解信号的整合与控制。
教学安排：4课时
1
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第一节 概述
多细胞生物有赖于细胞通讯与信号传递, 以协调各种细胞 的功能，维持一个繁忙而有序的细胞社会。 单细胞生物有时也需要细胞通讯与信号传递。 一、细胞通讯
5
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
不同的细胞间通讯方式
6
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
跨膜细胞信号转导的一般步骤：
特定的细胞合成并释放信号分子 ↓扩散或血循环 靶细胞 ↓ 信号分子与靶细胞受体特异性结合→受体激活 ↓ 活化受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 ↓ 靶细胞功能、代谢或发育的改变。 ↓
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细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第二信使学说（second messenger theory）
胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它
作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，
信号的解除并导致细胞反应终止
7
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
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。
《细胞生物学》教学课件：08 细胞信号转导
A. Mg2+ B. Ca2+
C. K+
D. Na+
• 在磷脂酰肌醇信号通路中，G蛋白的直接效应酶是
A. 腺苷酸环化酶 酶Cγ
B. 磷脂酶Cβ
C. 蛋白激酶C D . 磷脂
第一节 细胞信号转导概述
多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞社会，这种社会 性的维持不仅依赖于细胞的物质代谢与能量代谢， 还有赖于细胞通讯与信号传递，以协调细胞的行为。
酶连受体介导的信号跨膜传递
与酶连接的细胞表面受体又称催化性受体， 已知的这类受体都为跨膜蛋白，当胞外配体与 受体结合即激活胞内段的酶活性． 一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
二、细胞表面其它与酶偶联的受体
酶偶联型受体（enzyme linked receptor）
有两类： • 其一是受体本身具有酶活性，
●信号转导系统
细胞通讯（cell communication）
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。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、分化和凋亡是必不 可少的。
●细胞通讯方式：
P237
GPLR的失敏：
例：肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不 到1min内反应速降，以至消失。
受体活性快速丧失（速发相）---失敏（desensitization）；
机制：受体磷酸化 。受体与Gs解偶联，cAMP反应停止 并被PDE降解。
两种Ser/Thr磷酸化激酶：
PKA 和肾上腺素受体激酶（ ARK）， 负责受体磷酸化
体构象变化，导致受体
和自磷酸化，激活受体本
身的酪氨酸蛋白激酶活性。
东北师范大学细胞生物学第八章 细胞信号转导
Ras蛋白对细胞膜受体信号的收敛作用 蛋白对细胞膜受体信号的收敛作用
细胞内信号的网络
二、细胞对信号的控制
靶细胞对信号分子刺激的脱敏反应
2，受体（receptor） 受体（receptor）
细胞内受体（主要结合小的脂溶性信号分子） 细胞内受体（主要结合小的脂溶性信号分子） 细胞表面受体（结合水溶性分子） 细胞表面受体（结合水溶性分子） ● 离子通道偶联受体 ● G蛋白偶联受体 ● 酶联受体 一个受体至少有两个功能域（接受和效应） 一个受体至少有两个功能域 （ 接受和效应 ） ； 一个细胞有多 种受体；同一受体在不同的细胞表面有不同的效应。 种受体；同一受体在不同的细胞表面有不同的效应。
4，分子开关 （molecular switches） ， ）
GTPase分子开关（包括Ras蛋白等） 分子开关（包括 蛋白等） 分子开关 蛋白等 通过蛋白磷酸酶的分子开关
磷酸化和GTPase分子开关 分子开关 磷酸化和
二、信号转导系统及其特征
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白
信号分子 膜蛋白受体
组分及其分析
G蛋白偶联受体 蛋白偶联受体 G蛋白活化与调节 蛋白活化与调节 效应酶——腺苷酸环化酶 效应酶 腺苷酸环化酶
cAMP
cAMP信号通路对基因转录的激活 信号通路对基因转录的激活
激素诱导的腺苷酸环化酶的激活与抑制
（二）磷脂酰肌醇信号通路
磷脂酰肌醇的代谢途径
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→ 双信使系统”反应链：胞外信号分子→ 蛋白偶联受体→ 蛋白→ 胞内Ca 浓度升高→ 结合蛋白(CaM)→ (CaM)→细胞反应 →IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 磷脂酶C(PLC)→ 磷脂酶C(PLC)→ C(PLC) →DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na 交换使胞内pH →DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH 激活PKC→蛋白磷酸化或促
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
细胞生物学重点
δ8.1细胞信号转导概述一、细胞信号转导概述1.细胞信号转导的概念细胞通过细胞表面或细胞内受体接受外界信号,经过一系列特定的机制，将细胞外信号转化为细胞内信号，从而调控细胞代谢或影响基因表达，最终改变细胞生命活动的过程称为信号转导。
这一系列反应称为信号转导通路。
2.细胞信号转导的基本形式(1)化学信号介导的信号转导①内分泌:由分泌细胞分泌信号分子，经血液循环运往体内不同部位，作用于靶细胞。
②自分泌:由分泌细胞分泌信号分子，作用于分泌细胞本身。
③旁分泌:由分泌细胞分泌信号分子，作用于相邻的靶细胞。
④化学突触:存在于可兴奋细胞之间，通过释放神经递质传递神经冲动，实现电信号-化学信号-电信号的转换。
(2)按触依赖性信号转导细胞与细胞或细胞与胞外基质间彼此接触，通过位于质膜中的配体与受体特异性结合传递信息，不释放信号分子。
对胚胎发育中组织相邻细胞的分化起到关键性作用。
(3)细胞间形成间隙连接，使得细胞质相互沟通，从而通过小分子的相互交换实现信号转导。
包括:动物细胞间的间隙连接，植物细胞中的胞间连丝。
3.信号分子介导细胞信号转导的一般过程(1)细胞外信号分子识别并结合靶细胞表面特异性受体。
(2)信号分子通过适当的分子开关实现信号跨膜转导，诱导产生第二信使或活化信号蛋白。
(3)信号传递致细胞内部引发级联反应，使信号放大，影响细胞代谢或基因表达。
(4)通过受体脱敏，启动细胞反馈机制，使细胞反应减弱或终止。
4.信号分子介导细胞信号转导的意义(1)通过激活细跑内酶的活性，从而影响细胞代谢。
(2)通过改变细胞骨架的组织形式，从而影响细胞的形态与运动。
(3)改变细胞质膜中离子通道的通透性。
(4)引发DNA合成反应的起始。
(5)影响细胞基因的表达。
二、配体与受体配体(1) 配体的概念配体又称信号分子，是细胞通讯中信息的载体，能够与相应的受体特异性结合，从而引发细胞信号转导反应。
(2)配体的分类①脂溶性分子包括:甾类激素、视黄酸、VD、甲状腺激素、NO (脂溶性气体)等。
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。
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:
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胞内受体的结构
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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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内容提示
第一节 概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白耦连联受体介导的信号转
导 第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
第一节 概述
一、细胞通讯（cell communication）
1、概念：一个细胞发出的信息通过介质
美国科学家罗伯特· 莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩· 克比尔卡（Brian K. Kobilka ）因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化 学奖。
Robert J. Lefkowitz
Brian K.有：
肽类激素、局部介质、神经递质、氨基 酸或脂肪酸的衍生物、气味分子、光量 子、声等。50%的药物也是通过与G蛋白 偶联的受体结合发挥作用。
快速应答过程
激素
G蛋白偶联的受体 腺甘酸环化酶 cAMP依赖的蛋白激酶A cAMP 底物蛋白磷酸化
G蛋白
生物学效应
肾上腺素使血糖升高的信号通路
肾上腺素
G蛋白偶联的受体 cAMP 升高 磷酸化酶激酶被 磷酸化 糖原分解为 葡萄糖
G蛋白
激活腺甘酸环 化酶 激活cAMP依赖的蛋白激 酶A
糖原磷酸化酶 被磷酸化
第二节 细胞内受体介导的信号转导
亲脂性信号分子通过扩散进入细胞，与胞内受体
结合（前列腺素除外）。通常表现为影响细胞分 化等长期的生物学效应。 一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 1、细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的 基因调控蛋白。有三个结构域。 C-端激素结合位点 三个结构域 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
receptor)
（三）酶耦联的受体（enzyme-linked
receptor)
G蛋白耦联受体介导的信号转导是指配体-受体
复合物与靶蛋白（效应酶或通道蛋白）的作用 要通过与G蛋白的耦联，产生第二信使，从而将 胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。 一、G蛋白耦联受体的结构与激活 1、与G蛋白偶联的受体 是一种7次螺旋跨膜蛋白。构成7跨膜螺旋 受体的人体基因组大约有1000组。
一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同 时与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些 信号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的 作用都强得多。所以细胞必须对多种信号进行协 调综合。
3、第二信使与分子开关
（1）cAMP的发现：肾上腺素使血糖升高的实验。 （2）第二信使学说（second messenger theory） 胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它 作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信 使，激发一系列生化反应，最后产生一定的生 理效应，第二信使的降解使其信号作用终止。 1971年诺贝尔医学和生理学奖。 （3）目前发现的第二信使：cAMP、cGMP、IP3、 DAG、Ca2+
2、NO的作用机理：血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起 胞内Ca2+浓度升高，激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，
NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTPcyclase，GC）活性中心的Fe2＋结合，改变酶的构象，
导致酶活性的增强和cGMP合成增多。cGMP可激活蛋白
激酶G,引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理 是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心 肌的需氧量 。
腺苷酸环化酶（催化单位） 是G蛋白的效应酶
糖蛋白，12次跨膜，在Mg2+和Mn2+存在的条件
下，催化ATP生成cAMP 。 腺苷酸环化酶受不同的受体-配体复合物的激 活或抑制。激活型激素与激活型受体（Rs）结 合，耦联激活型G蛋白（Gs),激活腺苷酸环化 酶活性，提高靶细胞cAMP水平。相反，抑制腺 苷酸环化酶活性，降低靶细胞cAMP水平。
受体、G蛋白、腺苷酸环化酶有很多异构体，
可利用类似的机制通过组合的多样性在不同的 细胞中产生多种反应。 G蛋白异常引起的疾病： 霍乱：霍乱毒素使Gs蛋白永久活化。 百日咳：百日咳毒素使Gi不能活化。
cAMP影响细胞基因表达的过程 （缓慢效应）
激素
G蛋白偶联的受体 腺甘酸环化酶 cAMP依赖的蛋白激酶A 基因转录 cAMP 基因调控蛋白 生物学效应
G蛋白
在基因转录调控区有一共同的DNA序列
（TGACGTCA），称为cAMP应答元件（cAMP response element,CRE)，可与cAMP应答元件 结合蛋白（ cAMP response element bound protein,CREB)相互作用而调节此基因的转录。 PKA的催化亚基进入细胞核后，催化反式作用 因子CREB的特定丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化， 磷酸化的CREB形成二聚体，与DNA上的CRE结合， 激活受CRE 调控的基因转录。
不同的细胞间通讯方式
细胞通讯的过程：
1、产生信号的细胞合成并释放信号分子。 2、运送信号分子至靶细胞。 3、信号分子与靶细胞受体结合并导致受体激活。 4、活化受体启动细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。
二、信号分子与受体
2、G蛋白 即GTP结合的调节蛋白。由α、β、γ三个亚基
组成，α 和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链尾 结合在膜上。G蛋白在信号转导过程中起着分子 开关的作用，当α亚基与GDP结合时处于关闭状 态，与GTP结合时处于开启状态。 G蛋白的发现获1994年诺贝尔医学和生理学奖。
二、 G蛋白耦联受体介导的细胞信号通路
第二信使 cAMP 作为第二信使，一般情况下cAMP浓度<10-6
mol/L,当刺激型激素与Rs结合后，活化Gs， 亚基与腺苷酸酸环化酶结合，激活其活性， cAMP浓度在1秒钟内增加5倍以上。 cAMP的降解：环腺苷酸磷酸二酯酶催化cAMP生 成5’—AMP，降低cAMP浓度。
3、细胞分泌化学信号的方式
（1）内分泌：由内分泌腺分泌的激素通过血液传 递给靶细胞。特点是低浓度（10-8—10-12M）、 全身性、长时效。 （2）旁分泌：细胞通过分泌局部化学介质，通过 扩散作用于邻近的细胞。如表皮生长因子、前列 腺素、组胺、NO等。 （3）自分泌：细胞对自身分泌的物质产生反应。 如肿瘤细胞。 （4）通过化学突触传递神经信号：神经递质由突 触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用 于特定的靶细胞。
PKA活化后在不同的细胞产生不同效应
如肝细胞、肌细胞中肾上腺素诱导的糖原的分
解。 脂肪细胞中肾上腺素诱导的PKA的激活促进磷 脂酶的磷酸化和活化，催化甘油三酯水解为脂 肪酸和甘油。 卵巢细胞在垂体激素的刺激下，通过G蛋白耦 联的受体激活PKA，促进激素和孕酮的合成。 以上过程属于细胞对外界信号分子的快速应答 过程。
（4）受体至少有两个功能域。与配体结合 的区域以及产生效应的区域。分别具有结 合特异性和效应特异性。 （5）受体与配体结合后，通过信号转导引 发两种主要的细胞反应。
（6）受体的特异性与复杂性。 不同细胞对同一化学信号分子可能具有不同的受 体，因此不同的靶细胞以不同的方式应答相同的 化学信号。不同的细胞具有相同的受体，但在不 同的靶细胞中产生不同的效应。对于不同的信号 分子来说，它们的受体不同，但是可以活化细胞 内相同的信号通路，产生相应的生理学反应。
1、以cAMP为第二信使的信号通路（又称PKA系
统 2、磷脂酰肌醇信号通路（以IP3和DAG为第二 信使） 3、G蛋白耦联离子通道信号通路
cAMP信号通路
cAMP通路组成要素： 胞外信号分子（第一信使） 膜受体 G蛋白 腺苷酸环化酶（AC） 第二信使cAMP 蛋白激酶A 靶蛋白（底物蛋白） cAMP信号通路分为快速应答胞外信号的过程和 缓慢应答胞外信号的过程两种方式。
蛋白激酶A（PKA） 位于细胞内，由两个催化亚基和两个调节亚基
组成，无cAMP时，以钝化复合物形式存在， cAMP与调节亚基结合，改变其构象，催化亚基 解离释放，催化亚基可使胞内某些蛋白质的丝 氨酸或苏氨酸残基磷酸化(X-Arg-(Arg/Lys)X-(Ser/Thr)-ψ)，改变其活性，引起相应的 反应。
1、信号分子（signal molecule）
信号分子是细胞的信息载体，包括化学信 号和物理信号。 它们唯一的功能是与受体结合，改变受体的
性质，通知细胞在环境中存在一种特殊的信号或
刺激因素。信号分子能否引起细胞产生相应的生 理学效应关键在于细胞表面有没有相应的受体。
（1）亲脂性信号分子：（甾类激素、甲状腺素等） 溶于脂双层，通过扩散进入细胞，与细胞质或细 胞核内的受体结合形成复合物，调节基因表达。 介导较长时间的持续反应。 （2）亲水性信号分子：（大多数肽类激素、神经 递质、局部化学递质）不能透过膜，只能与膜表 面的受体结合，再将信号转导至细胞内部，产生 第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶活性，引 起细胞的应答反应。介导短暂的反应。 （3）气体信号分子NO：是迄今为止发现的第一个 气体信号分子，它能直接进入细胞直接激活效应 酶，是近年来出现的“明星分子”。
4、分子开关（molecular switch）
在细胞内一系列信号传递的级联反应中， 必需有正负两种相辅相成的反馈机制进 行精确控制，因此分子开关的作用十分 重要。对每一步反应既要求有激活机制 又要求有相应的失活机制。
细胞内作为分子开关的蛋白分为两类： 1)GTPase开关蛋白：分为三聚体G蛋白和单 体G蛋白。结合GTP而活化，结合GDP而失活。 2)蛋白的磷酸化与去磷酸化:开关蛋白的活 性由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白 磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭。 细胞内影响分子开关活性的蛋白质。
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。