细胞生物学 细胞通讯
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细胞生物学：第9章 细胞通讯与信号传递
G蛋白耦联的受体：
单条多肽形成7次跨膜α螺旋；其中螺旋5和6间 的胞内环状结构域是与G蛋白作用的位点；
G蛋白耦联的受体介导的3条细胞信号通路：
1. cAMP信号通路：又称PKA系统 •效应酶：腺苷酸环化酶 •在胞内形成的第二信使是： cAMP •cAMP通过激活蛋白激酶A（PKA）影响下游分子
2. 磷脂酰肌醇信号通路：又称PKC系统或双信使系统 •效应酶：磷脂酶C •在胞内形成的第二信使是： IP3和DAG •DAG通过激活蛋白激酶C (PKC) 来影响下游分子 •IP3释放Ca2+调控钙调蛋白引起细胞反应
信号分子：都是疏水的、脂溶性小分子 受体：是依赖激素激活的基因调控蛋白
受体的三大结构域：
失
活
HSP90
态
信号
激 活 态
HSP90
胞内受体蛋白家族
类固醇激素是一类亲脂性信号分子，可与胞内受体 结合，提高受体与DNA结合能力，增强基因转录
类固醇激素诱导的基因活化分两阶段：
初级反应阶段：直接激活少数特殊基因，反应迅速
通过与质膜结合的信号分子
３通过间隙连接/胞间连丝使细胞质互通
通过间隙连接使细胞质互通
分泌化学信号进行的通讯（普遍方式）
内分泌
旁分泌ห้องสมุดไป่ตู้
化学突触 自分泌
细胞间接触依赖性通讯
（三）细胞通信的组成元件
◆信号的发射 信号分子
◆信号的识别 受体
◆信号转导 胞内的第二信使
◆信号传递的放大与终止 分子开关
胞外信号分子 受体
“明星分子（star molecule）”：一氧化氮NO
20世纪80年代后期证实的唯一气体性信号分子
可以直接进入细胞激活相应的靶酶，参与体内 众多的生理病理过程
细胞生物学第11章-细胞通讯与信号转导
（2）不同细胞对同一化学信号分子可能 具有不同的受体。如：Ach分别引起骨骼 肌的收缩、唾液腺的分泌。
（3）不同的细胞通过各自的受体，对胞外信号应答， 产生相同的效应。如：肝细胞肾上腺素受体和胰 高血糖素受体结合各自的配体激活以后，都能促 进血糖的升高。
（4）一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种 不同的胞外信号，从而启动细胞的不同生物学效 应。
（３）自分泌（autocrine）：
细胞对自身分泌物产生反应，常见于病理 条件下。如：肿瘤细胞合成释放生长因子刺 激自身。
（4）化学突触传递神经信号：
神经细胞兴奋后，动作电位的传递，引起突 触前突起终末分泌化学信号，扩散至突触后细 胞，实现电信号和化学信号之间的转换。
2 通过细胞的直接接触（contactdependent signaling）：即细胞间接 触性依赖的通讯
（3）气体信号分子： 第一个发现的气体信号分子是NO，可以进入细胞直 接激活效应酶，参与体内众多的生理和病理过程。
2. 受体（receptor）
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子, 通过和配体的结合，经信号转导作用，最终表现为生 物学效应。
▪ 受体的结构特点：
多为糖蛋白，至少包含配体结合区和效应区2个 功能区域，分别具有结合特异性和效应特异性。
▪ 特异性 ▪ 放大作用 ▪ 信号终止或下调特征 ▪ 整合作用
第二节
细胞内受体介导的信号传递
一、细胞内受体与基因表达
细胞内受体活化的机制：
激活前：受体和抑制性蛋白结合成复合物 激活后：如果甾类激素和受体结合，导致抑制
性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露出 DNA结合位点，激素－受体复合物与基因调 控区（激素应答元件，hormone response element, HRE）结合，影响基因的转录。
（3）不同的细胞通过各自的受体，对胞外信号应答， 产生相同的效应。如：肝细胞肾上腺素受体和胰 高血糖素受体结合各自的配体激活以后，都能促 进血糖的升高。
（4）一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种 不同的胞外信号，从而启动细胞的不同生物学效 应。
（３）自分泌（autocrine）：
细胞对自身分泌物产生反应，常见于病理 条件下。如：肿瘤细胞合成释放生长因子刺 激自身。
（4）化学突触传递神经信号：
神经细胞兴奋后，动作电位的传递，引起突 触前突起终末分泌化学信号，扩散至突触后细 胞，实现电信号和化学信号之间的转换。
2 通过细胞的直接接触（contactdependent signaling）：即细胞间接 触性依赖的通讯
（3）气体信号分子： 第一个发现的气体信号分子是NO，可以进入细胞直 接激活效应酶，参与体内众多的生理和病理过程。
2. 受体（receptor）
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子, 通过和配体的结合，经信号转导作用，最终表现为生 物学效应。
▪ 受体的结构特点：
多为糖蛋白，至少包含配体结合区和效应区2个 功能区域，分别具有结合特异性和效应特异性。
▪ 特异性 ▪ 放大作用 ▪ 信号终止或下调特征 ▪ 整合作用
第二节
细胞内受体介导的信号传递
一、细胞内受体与基因表达
细胞内受体活化的机制：
激活前：受体和抑制性蛋白结合成复合物 激活后：如果甾类激素和受体结合，导致抑制
性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露出 DNA结合位点，激素－受体复合物与基因调 控区（激素应答元件，hormone response element, HRE）结合，影响基因的转录。
细胞生物学：第八章细胞通信
如可兴奋细胞的电耦联现象(电紧张突触)。
connexon
（二）膜表面分子接触通讯
• 即细胞识别，如：精子和卵子之间的识
别，T与B淋巴细胞间的识别。
（三）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：内分泌激素随血液循环输至全身，作用
第八章 细胞通信
CELL COMMUNICATION
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival
Cell death
Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
• ①离子通道型受体； • ②G蛋白耦联型受体； • ③酶耦联的受体。 • 第一类存在于可兴奋细胞，后两类存在于
大多数细胞。
Cell surface receptors
一、离子通道型受体
• 受体本身为离子通道，即配体门通道。主要 存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，信号分子
为神经递质。分为：
– 阳离子通道，如乙酰胆碱受体； – 阴离子通道，如γ－氨基丁酸受体。
an extracellular signal (typically a hormone or neurotransmitter)
interacts with a receptor at the cell surface causing a change in the
level of a second messenger (for example calcium or cyclic AMP) and
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 第五章 细胞通讯
受体蛋白本身不是酶，但 一旦被配体激活后能与激酶结 合并将信号放大。如酪氨酸激 酶偶联受体
◆这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关
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表面受体跨膜方式 ◆多亚单位跨膜家族 ◆7次跨膜家族 ◆单次跨膜受体家族
信号识别与转换：膜机器
◆鉴别器(discriminator): 又称分辨部, 即识别 部位或调节亚基。
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细 胞 通 讯 的 速 率
6
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5.1.2 细胞通讯的方式和特点
◆通过细胞外信号分子： 蛋白质、肽、氨基酸、
核苷酸、脂肪酸衍生物以 及可溶解的气体
◆靠细胞的直接接触：如 间隙连接胞间连丝，精 卵细胞融合
◆靠细胞与细胞外基质结合
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细 胞 通 讯 的 途 径 和 方 式
8
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第五章 细胞通信
Cell communication
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5.1 细胞通讯的基本特征 5.2 信号分子 5.3 受体 5.4 cAMP 信号途径 5.5 磷脂酰肌醇信号途径 5.6 酶联受体信号转导 5.7 信号的整合与终止
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5.1细胞通讯的基本特征
5.1.1 细胞通讯的一般过程和所引起的反应
②产生第二信使
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5.2.1 G蛋白的结构与功能
定义：G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，能与GTP或GDP 结合，又叫鸟苷酸结合调节蛋白，参与细胞的多种生命活动。
◆组成: 分为三体G蛋白和单体G蛋白
三体G蛋白由α、β、γ三亚基组成；Β与γ 两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白 变性时才分开
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●自分泌与自分泌信号传导 是指细胞对自身产生的物质发生反应, 常见于病理条件下, 如
◆这类受体传导的信号主要与细胞生长、分裂有关
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表面受体跨膜方式 ◆多亚单位跨膜家族 ◆7次跨膜家族 ◆单次跨膜受体家族
信号识别与转换：膜机器
◆鉴别器(discriminator): 又称分辨部, 即识别 部位或调节亚基。
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细 胞 通 讯 的 速 率
6
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5.1.2 细胞通讯的方式和特点
◆通过细胞外信号分子： 蛋白质、肽、氨基酸、
核苷酸、脂肪酸衍生物以 及可溶解的气体
◆靠细胞的直接接触：如 间隙连接胞间连丝，精 卵细胞融合
◆靠细胞与细胞外基质结合
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细 胞 通 讯 的 途 径 和 方 式
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第五章 细胞通信
Cell communication
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5.1 细胞通讯的基本特征 5.2 信号分子 5.3 受体 5.4 cAMP 信号途径 5.5 磷脂酰肌醇信号途径 5.6 酶联受体信号转导 5.7 信号的整合与终止
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5.1细胞通讯的基本特征
5.1.1 细胞通讯的一般过程和所引起的反应
②产生第二信使
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5.2.1 G蛋白的结构与功能
定义：G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，能与GTP或GDP 结合，又叫鸟苷酸结合调节蛋白，参与细胞的多种生命活动。
◆组成: 分为三体G蛋白和单体G蛋白
三体G蛋白由α、β、γ三亚基组成；Β与γ 两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白 变性时才分开
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●自分泌与自分泌信号传导 是指细胞对自身产生的物质发生反应, 常见于病理条件下, 如
细胞生物学--细胞通信 ppt课件
①cAMP途径、
②磷脂酰肌醇途径等。ppt课件
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NH2
配体结 合部位
共同结构特征
βγ
P
α G蛋白
效应器
位
点 ①一条多肽链7个α螺旋跨膜七次
COOH
② 膜 一个配体结合位点
外 侧 两个糖基化结合位点
③细胞质区有G蛋白结合的部位
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• 细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性， 而且与细胞的固有特征有关。 –有时相同的信号可产生不同的效应，如Ach可 引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾 腺细胞分泌。 –有时不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、 胰高血糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。
Medicai molecular biology
张岸平 教授
ppt课件
1
细胞通信
CELL COMMUNICATION
ppt课件
2
细胞通讯(cell communication)是指在多细胞生 物的细胞社会中, 细胞间或细胞内通过高度精确 和高效地发送与接收信息的通讯机制，并通过放 大引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动， 尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活 动，使之成为生命的统一整体对多变的外界环境 作出的综合反应。
ppt课件
3
第一节 细胞通信的主要方式
一、直接通信
（一）间隙连接
பைடு நூலகம்
（二）膜表面分子接触通信
细胞识别 1.同种同类（输 血和植皮）；2.同种异类（受 精）; 3.异种异类(病原体对 宿主的的识别)。
二、间接通讯
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4
第二节 细胞间接通讯的分子基础
• 一、信号分子 • 种类：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）、氨基酸、
细胞生物学第八章
号分子影响其它细胞。
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。
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。
细胞生物学：细胞通讯
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细 胞 通 讯 的 作 用
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细 胞 通 讯 的 速 率
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5.1.2 细胞通讯的方式和特点
细胞通讯的方式
细胞通信的方式可以分为两大类： ◆通过细胞外信号分子Biblioteka 包括蛋白质、肽、氨基酸、核苷酸、
脂肪酸衍生物以及溶解的气体。 ◆靠细胞的直接接触。
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细 胞 通 讯 的 两 种 方 式
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第五章：细胞通讯
CELL COMMUNICATION
1
Cell Communication
2
细 胞 质 膜 与 细 胞 通 讯
3
5.1细胞通讯的基本特点
5.1.1 细胞通讯的一般过程 和所引起的反应
一般过程 ◆识别 ●信号分子 ●受体蛋白 ◆信号转移 ◆信号转换
4
引起的反应
◆酶活性的变化 ◆基因表达的变化 ◆细胞骨架构型 ◆通透性的变化 ◆DNA合成活性的变化 ◆细胞死亡程序的变化等。
细 胞 通 讯 的 作 用
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细 胞 通 讯 的 速 率
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5.1.2 细胞通讯的方式和特点
细胞通讯的方式
细胞通信的方式可以分为两大类： ◆通过细胞外信号分子Biblioteka 包括蛋白质、肽、氨基酸、核苷酸、
脂肪酸衍生物以及溶解的气体。 ◆靠细胞的直接接触。
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细 胞 通 讯 的 两 种 方 式
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第五章：细胞通讯
CELL COMMUNICATION
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Cell Communication
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细 胞 质 膜 与 细 胞 通 讯
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5.1细胞通讯的基本特点
5.1.1 细胞通讯的一般过程 和所引起的反应
一般过程 ◆识别 ●信号分子 ●受体蛋白 ◆信号转移 ◆信号转换
4
引起的反应
◆酶活性的变化 ◆基因表达的变化 ◆细胞骨架构型 ◆通透性的变化 ◆DNA合成活性的变化 ◆细胞死亡程序的变化等。
细胞生物学细胞通讯
5.细胞通讯细胞通讯(c e l l c o m mu n i c a t i o n)是细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制，对环境作出综合反应的细胞行为。
5.1细胞通讯的基本特点细胞的通讯与人类社会的通讯有异曲同工之妙(图5-1):由信号发射细胞发出信号(接触和产生信号分子)，由信号接收细胞(靶细胞)探测信号，其接收的手段是通过接收分子(受体蛋白)，然后通过靶细胞的识别，最后作出应答。
图5-1信号传导(a)电话接收器将电信号转换成声信号;(b)细胞将细胞外信号(分子A)转变成细胞内的信号(分子B)。
5.1.1细胞通讯的方式与反应●通讯方式细胞有三种通讯方式(图5-2):①通过信号分子;②通过相邻细胞间表面分子的粘着或连接;③通过细胞与细胞外基质的粘着。
在这三种方式中，第一种不需要细胞的直接接触，完全靠配体与受体的接触传递信息，后两种都需要通过细胞的接触。
所以可将细胞通讯的方式分为两大类:①不依赖于细胞接触的细胞通讯;②依赖于细胞接触的细胞通讯。
图5-2细胞通讯的方式及引起的某些反应■细胞通讯的反应过程细胞通讯中有两个基本概念:●信号传导(c e l l s i g n a l l i n g)●信号转导(s i g n a l t r a n s d u c t i o n)这两个概念反映了细胞通讯的两个最主要的反应过程。
5.1.2信号分子及信号传导■信号分子(s i g n a l mo l e c u l e s)细胞通讯的信息多数是通过信号分子来传递的。
信号分子是同细胞受体结合并传递信息的分子。
信号分子本身并不直接作为信息，它的基本功能只是提供一个正确的构型及与受体结合的能力。
■信号分子的类型及信号传导方式有三种类型的信号分子(图5-3)。
图5-3三种不同类型的信号分子及其信号传导方式●激素(h o r mo n e)激素是由内分泌细胞(如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体)合成的化学信号分子，一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素，参与细胞通讯的激素有三种类型:蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物激素(表5-1)表5-1某些激素的性质和功能通过激素传递信息是最广泛的一种信号传导方式，这种通讯方式的距离最远，覆盖整个生物体。
细胞生物学：第十二章 细胞通信
③通过内吞作用，将受体转移到溶酶体中降解， 即受体下行调节（receptor down-regulation）
分子开关（molecular switches）
四、蛋白激酶
是一类磷酸转移酶，将 ATP 的 γ 磷酸基转 移到底物特定氨基酸残基上，使蛋白磷酸 化。分为5类，其中了解较多的是蛋白酪氨 酸激酶、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
特点：①特异性；②饱和性；③高度的亲 和力。
类别：细胞内受Байду номын сангаас和细胞表面受体。
受体： 指一类存在于细胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异 性的同激素、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。
配体：被受体结合的生物活性物质都称为配体。
细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活
大多数细胞。
Cell surface receptors
一、离子通道型受体
受体本身为离子通道，即配体门通道。主要 存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，信号分子 为神经递质。分为：
阳离子通道，如乙酰胆碱受体； 阴离子通道，如γ－氨基丁酸受体。
结构特点： 由多个亚基组成的多聚体，每个亚基具有2、4
信号转导：信号分子与细胞膜上或胞内的受体结合，信号经转换 后传递给胞内系统，使细胞作出适当反应的过程。
胞内存在多种信号转导的途径，彼此交叉调控，构成信号网络。
分子开关（molecular switches）
四、蛋白激酶
是一类磷酸转移酶，将 ATP 的 γ 磷酸基转 移到底物特定氨基酸残基上，使蛋白磷酸 化。分为5类，其中了解较多的是蛋白酪氨 酸激酶、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
特点：①特异性；②饱和性；③高度的亲 和力。
类别：细胞内受Байду номын сангаас和细胞表面受体。
受体： 指一类存在于细胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异 性的同激素、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。
配体：被受体结合的生物活性物质都称为配体。
细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活
大多数细胞。
Cell surface receptors
一、离子通道型受体
受体本身为离子通道，即配体门通道。主要 存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，信号分子 为神经递质。分为：
阳离子通道，如乙酰胆碱受体； 阴离子通道，如γ－氨基丁酸受体。
结构特点： 由多个亚基组成的多聚体，每个亚基具有2、4
信号转导：信号分子与细胞膜上或胞内的受体结合，信号经转换 后传递给胞内系统，使细胞作出适当反应的过程。
胞内存在多种信号转导的途径，彼此交叉调控，构成信号网络。
分子细胞生物学——细胞通信1
按溶解性又可分为： ①脂溶性信号分子 (如甾类激素和甲状腺素) ②水溶性信号分子 (如神经递质、细胞因子和水溶 性激素) ③气体性信号分子 (如NO， CO)
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
水溶性信号分子与细胞膜受体结合，通过胞内信 使(如cAMP)或激活激酶活性，引起细胞的应答反应。
Molecular Cell Biology
细 胞 通 信 及 其 作 用
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
第二节 细胞间信号传递方式
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
亚家族功能ras通过丝苏氨酸蛋白激酶调节细胞生长rho通过丝苏氨酸蛋白激酶组装细胞骨架arf在分泌和胞吞作用中起重要作用rab在分泌和胞吞作用中起重要作用ran在rna及蛋白质进出细胞核的运输中起作用yunnanagriculturaluniversity
Molecular Cell Biology
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
6. 蛋白激酶
蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 γ磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷 酸化。 蛋白激酶在信号转导中主要作用： ①通过磷酸化调节蛋白质的活性 (磷酸化后具有活 性，或去磷酸化后具有活性； ②通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大， 引起细胞反应。
Yunnan Agricultural University. Llian
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
水溶性信号分子与细胞膜受体结合，通过胞内信 使(如cAMP)或激活激酶活性，引起细胞的应答反应。
Molecular Cell Biology
细 胞 通 信 及 其 作 用
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Molecular Cell Biology
第二节 细胞间信号传递方式
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Molecular Cell Biology
亚家族功能ras通过丝苏氨酸蛋白激酶调节细胞生长rho通过丝苏氨酸蛋白激酶组装细胞骨架arf在分泌和胞吞作用中起重要作用rab在分泌和胞吞作用中起重要作用ran在rna及蛋白质进出细胞核的运输中起作用yunnanagriculturaluniversity
Molecular Cell Biology
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
6. 蛋白激酶
蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 γ磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷 酸化。 蛋白激酶在信号转导中主要作用： ①通过磷酸化调节蛋白质的活性 (磷酸化后具有活 性，或去磷酸化后具有活性； ②通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大， 引起细胞反应。
Yunnan Agricultural University. Llian
细胞生物学--第五章 细胞通讯
● 另外，G-蛋白偶联受体 包括许多与嗅觉、视觉和味觉有关 的受体
29
G-蛋白偶联受体
30
G蛋白偶联受体与信号转导
31
酶联受体(enzyme linked receptor)
◆受体蛋白既是受体又是酶，一旦被配体激活 即具有酶活性并将信号放大，又称催化受 体(catalytic receptor)。
信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子均 称为受体( receptor)，信号分子则被称为配体(ligand)。
◆存在部位：
●细胞表面受体 质膜上 同大的信号分子或小的亲水性的信号分子作用
●细胞胞内受体 位于胞质溶胶、核基质中 同脂溶性的小信号分子作用
19
细胞表面受体和胞内受体
20
胞内受体
●神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的 信号分子
●它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很 近
●为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。 神经递质仅作用于相连接的靶细胞。
17Leabharlann 号 分 子 的 类 型18
5.1.3 受体Receptor
一般特性 ◆概念：任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的
11
5.1.2 Signal molecules
概念 P169
◆化学分子
●非营养物 ●非能源物质 ●非结构物质 ●不是酶
◆主要是用来在细胞间和细胞内传递信息
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信 号 分 子
局部介质
与 细 胞 通 讯
激素
神经递质
13
信号分子的类型
◆1. 激素
● 激素是由内分泌细胞合成的化学信号分子 ，通过血液循
24
三种类型的表面受体
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G-蛋白偶联受体
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G蛋白偶联受体与信号转导
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酶联受体(enzyme linked receptor)
◆受体蛋白既是受体又是酶，一旦被配体激活 即具有酶活性并将信号放大，又称催化受 体(catalytic receptor)。
信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子均 称为受体( receptor)，信号分子则被称为配体(ligand)。
◆存在部位：
●细胞表面受体 质膜上 同大的信号分子或小的亲水性的信号分子作用
●细胞胞内受体 位于胞质溶胶、核基质中 同脂溶性的小信号分子作用
19
细胞表面受体和胞内受体
20
胞内受体
●神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的 信号分子
●它们在进入靶细胞之前，触突必需同靶细胞挨得很 近
●为了引起邻近靶细胞的反应，还必需产生电信号。 神经递质仅作用于相连接的靶细胞。
17Leabharlann 号 分 子 的 类 型18
5.1.3 受体Receptor
一般特性 ◆概念：任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的
11
5.1.2 Signal molecules
概念 P169
◆化学分子
●非营养物 ●非能源物质 ●非结构物质 ●不是酶
◆主要是用来在细胞间和细胞内传递信息
12
信 号 分 子
局部介质
与 细 胞 通 讯
激素
神经递质
13
信号分子的类型
◆1. 激素
● 激素是由内分泌细胞合成的化学信号分子 ，通过血液循
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三种类型的表面受体
细胞生物学 章节提要 第五章 细胞通讯
细胞通讯研究方法（study method）：受体和配体间具有相互作用，他们的作用具有特异性、高亲和力、饱和性、可逆性的特点，并会引发生理反应。
可以通过亲和标记（affinity labeling）法来分离表面受体。
细胞通讯（cell communication）是指在多细胞生物的细胞社会中，细胞间或细胞内通过高度精密和高校地接收信息的通讯机制，并通过放大引起快速的细生理反应，或者引起基因活动，而后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动，使之为生命的统一体对多变的外界环境做出综合性的反应。
细胞间有三种通讯方式：①通过信号分子；②相邻细胞表面分子的黏着；③细胞与细胞外基质的黏着。
细胞通讯的基本过程：信号分子合成→信号分子释放→信号分子运输→靶细胞识别检测→跨膜转导，胞内信号→效应分子→信号解除。
信号分子分为三类：激素、局部介质、神经递质。
激素（hormone）包括蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物，由内分泌细胞合成。
具有作用距离远，受体广的特点。
局部介质（local mediator）是由各种不同类型的的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，只作用于周围的细胞。
包括蛋白质、肽类分子、氨基酸衍生物、脂肪酸衍生物等。
神经递质（neurotransmitter）是从神经末梢释放出来的小分子物质，是神经元与靶细胞的化学信使。
受体（receptor）在细胞中指能够同激素、神经递质、药物或者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。
受体的存在形式包括细胞表面受体和细胞内受体。
表面受体主要有离子通道偶联受体（ion-channel linked receptor）、G蛋白偶联受体（G-protein linked receptor）、酶联受体（enzyme-linked receptor）。
信号转导是指表面受体通过一定的机制将外部信号转为内部信号。
信号转导途径中，各个途径上游蛋白对下游蛋白活性的调节主要是通过添加后去除磷酸基团，改变下游蛋白构型。
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一般过程 ◆识别：信号分子+受体蛋白 ◆信号传递
概念：细胞通讯(cell communication)是细 胞间或细胞内通过高 度精确和高效地发送 与接收信息的通讯机 制，对环境作出综合 反应的细胞行为。
细胞对胞外信号组合的反应决定细胞的命运
引起的反应
特征1：相同的信号可产生不同的反应，如
乙酰胆碱可引起骨骼肌收缩，心肌收缩频率 降低，唾液腺细胞分泌。
●自分泌与自分泌信号传导 是指细胞对自身产生的物质发生反应, 常见于病理条件下, 如
肝细胞合成的释放生长因子, 可以刺激自身。受伤细胞也可自分 泌。这种信号中最主要的一类是前列腺素(prostaglandins,PG)。
●神经递质 (neurotransmitters) 介导神经信号传导
●神经递质是由神经细胞分泌到突触 (synapses)中的信号分子
信号分子 类型？
亲 水 性
脂气 溶体 性分
子
第一信使：多数激素类信号分子不能直接进入细胞，只能通过 同膜受体结合后进行信息转换，通常把细胞外的信号称为第一 信息使。
▲第二信息(second messenger)： 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。
第五章 细胞通信
Cell communication
OUTLINE
5.1 细胞通讯的基本特征 5.2 信号分子 5.3 受体 5.4 cAMP 信号途径 5.5 磷脂酰肌醇信号途径 5.6 酶联受体信号转导 5.7 信号的整合与终止
5.1细胞通讯的基本特征
5.1.1 细胞通讯的一般过程和所引起的反应
◆On one hand: an understanding of cell signaling requires knowledge about other types of cellular activity.
◆On the signaling can tie together a variety of seemingly independent cellular activities.
●它们在进入靶细胞之前，突触必需同 靶细胞挨得很近很近
●为了引起邻近靶细胞的反应，还必需 产生电信号。神经递质仅作用于相连 接的靶细胞。
●乙酰胆碱和γ-氨基丁酸是典型的神经末梢分泌的神经递质； ●作用时间短、速度快、部位精确、维持时间短、与受体亲和力低。
5.2.2 信号分子的特点及性质
◆细胞表面受体 ◆细胞内受体
参与细胞通讯的激素有三种类型: 蛋白与肽类激素：占80%，水溶性，与质膜受体结合 类固醇激素：作用于细胞内受体 氨基酸衍生物激素：酪氨酸衍生而来的小分子激素，可与质
膜受体（肾上腺素）和胞内受体作用(甲状腺素）。
●局部化学介质与旁分泌 (paracrine)信号传导
细胞分泌化学介质(local chemical mediator)到细胞外 液中作用于邻近靶细胞，距离 较短。如生长因子。
5.2 Signal molecules
5.2.1 信号分子及类型 概念 :
◆化学分子 ●非营养物 ●非能源物质 ●非结构物质 ●不是酶 ◆主要是用来在细间和细胞
内传递信息
类型:
信号分子的类型及信号传导
● 激素(hormone)介导 内分泌信号传导
概念：激素是由内分泌细胞(肾上腺、睾丸、 卵巢、甲状腺等)合成的化学信号分子，一 种内分泌细胞基本上只分泌一种激素.
信号转导强调信号的接受与放大， 包括细胞通讯的后三步: ④靶细胞对信号分子的识别和检测: 主要通过位于细胞质膜或细胞内受 体蛋白的选择性的识别和结合。 ⑤细胞对细胞外信号进行跨膜转导，产生细胞内的信号。 ⑥细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应，引起细胞代 谢、生长、基因表达等方面的一系列变化。
④靶细胞对信号分子的识别和检测。 ⑤细胞对细胞外信号进行跨膜转导，产生细胞内的信号。 ⑥细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应， 引起细胞代谢、生长、基因表达等方面的一系列变化。
比较信号传导(cell signalling)与信号转导(signal transduction)的差别
答: 都是关于细胞通讯的基本概念， 但二者的涵义是不同的， 前者强 调信号的释放与传递，包括细胞通讯的前三个过程:
①信号分子的合成: 一般的细胞都能合成信号分子，而内分泌细胞是信 号分子的主要来源。
②信号分子从信号传导细胞释放到周围环境中:这是一个相当复杂的过 程，特别是蛋白类的信号分子，要经过内膜系统的合成、加工、分选和 分泌，最后释放到细胞外。
③信号分子向靶细胞运输:运输的方式有很多种，但主要是通过血液循 环系统运送到靶细胞。
细 胞 通 讯 的 速 率
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5.1.2 细胞通讯的方式和特点
◆通过细胞外信号分子： 蛋白质、肽、氨基酸、
核苷酸、脂肪酸衍生物以 及可溶解的气体 ◆靠细胞的直接接触：如
间隙连接胞间连丝，精 卵细胞融合
◆靠细胞与细胞外基质结合
细 胞 通 讯 的 途 径 和 方 式
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细胞通讯的基本过程：
①信号分子的合成。 ②信号分子从信号传导细胞释放到周围环境中。 ③信号分子向靶细胞运输。
特征2：不同的信号可产生相同的效应，如肾上
腺素和胰高血糖素均可提高血糖的含量。
◆酶活性的变化 ◆基因表达的变化 ◆细胞骨架构型 ◆通透性的变化 ◆DNA合成活性的变化 ◆细胞死亡程序的变化等
CELL SIGNALING
◆Cell signaling can affect virtually every aspect of cell structure and function:
▲目前公认的第二信息有cAMP、 DG、IP3、cGMP和Ca2+。
效应物(effector)
◆接收信息后能够直接
引起反应效应的物质， 通常是酶；
●如腺苷酸环化酶在信号 转导中能够将ATP转变成 cAMP引起细胞内的反应。
5.3 Receptor
一般特性
◆概念：
●与配体结合并产生特定效应的蛋白质统称为受体。 ●被信息分子识别并传递信息的蛋白质称为信号分子受