第9章 代谢综合及细胞信号转导-2014
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第9章 细胞信号转导
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）
第9章 细胞信号转导
细胞表面受体信号转导
第9章 细胞信号转导
受体结合特异性的配体后而被激活，通过信号转导 （signal transduction）途径将胞外信号转换为胞内 信号引发两种主要的细胞反应。
第9章 细胞信号转导
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
第一节 细胞信号转导概述
一、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并与其相 应的受体结合，通过细胞信号转导产生使靶细胞产生相应的 生理生化变化，使靶细胞产生生物学效应的过程。 细胞间的通讯对于多细胞生物体的组织发生和形态构建， 协调细胞间的功能，控制细胞的生长和分裂是必须的。细胞 信号转导是实现细胞通讯的关键过程。
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翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）配套PPT 欢迎使用！
第9章 细胞信号转导
二、信号分子与受体
（一）信号分子（signal molecule）
• 气体信号分子（gaseous signal molecule ） NO CO • 疏水性信号分子（hydrophobic signal molecule ） 甾类激素和甲状腺素 • 亲水性信号分子（hydrophilic signal molecule ） 神经递质、局部介质和蛋白类激素
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）
酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
第9章 细胞信号转导
细胞表面受体信号转导
第9章 细胞信号转导
受体结合特异性的配体后而被激活，通过信号转导 （signal transduction）途径将胞外信号转换为胞内 信号引发两种主要的细胞反应。
第9章 细胞信号转导
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
第一节 细胞信号转导概述
一、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并与其相 应的受体结合，通过细胞信号转导产生使靶细胞产生相应的 生理生化变化，使靶细胞产生生物学效应的过程。 细胞间的通讯对于多细胞生物体的组织发生和形态构建， 协调细胞间的功能，控制细胞的生长和分裂是必须的。细胞 信号转导是实现细胞通讯的关键过程。
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第9章 细胞信号转导
二、信号分子与受体
（一）信号分子（signal molecule）
• 气体信号分子（gaseous signal molecule ） NO CO • 疏水性信号分子（hydrophobic signal molecule ） 甾类激素和甲状腺素 • 亲水性信号分子（hydrophilic signal molecule ） 神经递质、局部介质和蛋白类激素
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
第九章物质代谢调节与细胞信号转导
二者之间的关系
物质代谢受到细胞信号转导的引导与调节
细胞信号转导是细胞内物质代谢与外界环 境变化之间相互联系与适应的桥梁
第一节 物质代谢与物质代谢调节
分解代谢：供能 物质代谢 合成代谢：转变为体内的结构成分
大多数有机物质可以相互联系、相互转 变，组成共同的中间物质代谢池，是各种 代谢途径之间的交汇点。
2. 物质代谢通路的可调节性
健全的生物调节系统包括环境变化的感受器、处理器和应答器
Sensor
Processor
Response executor
生物调节系统 内外环境 不断变化
影响机体代谢
适应环境 的变化
机体有精细的调节 机制，调节代谢的 强度、方向和速度
底物水平调节
物质代谢 调节的层次
细胞水平调节 整体水平调节
2. 参与物质代谢的酶在生物机体各器官组织内分布区域化 的差异 ①生物学意义：各器官组织各司其职，肝脏是生物机体 物质代谢的中心。
脑、红细胞、肌肉、脂肪组织、肺肾脏等各有其特殊的物质代谢要求
肝
• 是机体物质代谢的枢纽。
• 在糖、脂、蛋白质、水、盐及维生素代谢中均具 有独特而重要的作用。
如
肝在糖代谢中的作用 • 合成、储存糖原
• 分解糖原生成葡萄糖，释放入血
• 是糖异生的主要器官
——肝在维持血糖稳定中起重要作用。
心脏
酮体 乳酸 游离脂酸 葡萄糖
正常优先以脂肪酸为燃料产生ATP。能量可依 次以消耗自由脂肪酸、葡萄糖、酮体等能源物质提 供。
脑
• 耗能大，耗氧多。 • 葡萄糖为主要能源，每天消耗约100g 。 • 不能利用脂肪酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。
有氧氧化
《细胞信号转导》PPT课件
Hydrophobic signal 疏水信号 菑类激素；甲状腺素，NO 可以直接穿过细胞膜，与胞内受体或者核受体结合
Hydrophilic signal 亲水信号 不能直接穿过细胞膜 与细胞表面受体结合 产生第二信史 气体分子――一氧化氮（NO）——star molecule 首次发现的气体信号分子，可以进入细胞激活效应酶。
Year 2000 1999 1998 1994 1992 1971
2001 2002
Recipient A. Carlsson, P. Greengard, E. Kandel G. Blobel R. Furchgott, L. Ignarro, F. Murad A. Gilman, M. Rodbell E. Fischer, E. Krebs E.W. Sutherland
（二） 细胞内信号蛋白的相互作用 受体通过细胞内受体蛋白的相互作用组成 不同的信号通路而传播信号，这必然涉及 信号蛋白之间精确互作。细胞内信号蛋白 的相互作用是依靠蛋白质模式结合域特异 性介导的。
（三） 信号转导系统的主要特性 信号识别的特异性。 信号的放大和终止或下调。 细胞对信号的整合。
受体与配体作用的复杂性： 受体与信号分子的空间互补性是二者特异 结合的主要因素，但二者的结合不是简单 的一一对应的关系。靶细胞一方面通过受 体对信号结合的特异性，另一方面通过细 胞本身固有的特征对外界信号进行反应。 不同细胞对同一信号可能具有不同的受体， 不同靶细胞以不同方式应答于相同的化学 信号产生不同的效应。
（一） 信号转导系统的基本组成与信号蛋白 1. 细胞表面受体介导的信号途径的主要步骤： 表面受体对信号的特异性识别。 第一信使通过适当的分子开关机制实现信号 的跨膜转导，产生第二信使。 信号放大过程。 细胞反应由于受体的脱敏和受体下调。启动 反馈机制从而终止和降低细胞反应。
【2024版】细胞生物学笔记-信号转导
可编辑修改精选全文完整版细胞的信号转导信号转导(signal transduction):指在信号传递中,细胞将细胞外的信号分子携带的信息转变为细胞内信号的过程完整的信号传递程序:1、合成信号分子;2、细胞释放信号分子;3、信号分子向靶细胞转运;4、信号分子与特异受体结合;5、转化为细胞内的信号,以完成其生理作用;6、终止信号分子的作用;第一节、细胞外信号1、由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质。
如：配体2、配体的概念：指细胞外的信号分子，或凡能与受体结合并产生效应的物质。
3、配体的类型：1）水溶性配体：N递质、生长因子、肽类激素2）脂溶性配体：甲状腺素、性激素、肾上腺激素4、第一信使：指配体，即细胞外来的信号分子。
第二节、受体一、受体的概念：细胞膜上或细胞内一类特殊的蛋白质，能选择性地和细胞外环境中特定的活性物质结合，从而引起细胞内的一系列效应。
二、受体的类型：细胞表面受体胞内受体（胞浆和核内）1、细胞表面受体类型1）离子通道偶联受体：特点：本身既有信号结合位点又是离子通道组成：几个亚单位组成的多聚体，亚单位上配体的结合部位，中间围成离子通道，通道的“开”关受细胞外配体的调节。
2）酶偶联受体：或称催化受体、生长因子类受体，既是受体，又是“酶”。
特点：N端细胞外区有配体结合部，C端细胞质区含特异酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性。
组成：一条肽链一次跨膜的糖蛋白。
3、 G蛋白偶联受体：是N递质、激素、肽类配体的受体。
1）特点：指配体与细胞表面受体结合后激活偶联的G蛋白，活化的G蛋白再激活第二信使的酶类。
通过第二信使引起生物学效应。
2）组成：由一条350-400个氨基酸残基组成的多肽链组成，具有高度的同源性和保守性。
3）G蛋白偶联受体作用特点:分布广，转导慢，敏感，灵活，类型多。
G蛋白偶联受体:G蛋白（由G蛋白偶联受体介导的信号转导）1）、G蛋白的概念：指鸟苷酸结合蛋白配体—G蛋白偶联受体—G蛋白2）、G蛋白的结构特征：①由α、β、γ3个不同的亚单位构成异三聚体（异聚体），β、γ二个亚单位极为相似且结合为二聚体，共同发挥作用。
第9章 细胞信号转导(1)
受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
受体酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinase,RTK)又称 酪氨酸蛋白激酶受体。迄今已鉴定有50多种，包含7个 亚族。 RTK的N端位于胞外，是配体结合结构域，C端位于胞 内，具有酪氨酸激酶结构域，并具有自磷酸化位点。 大多数RTK是单体跨膜蛋白，配体结合导致受体二聚 化，形成同源或异源二聚体。 胞外配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包 括多种生长因子、胰岛素和胰岛素样生长因子。 RTK的主要功能是控制细胞生长、分化而不是调控细 胞中间代谢。
NO参与的信号途径
NO是一种具有自由基性质的脂溶性气体分子，能够 透过细胞膜迅速扩散 NO在细胞内极其不稳定，半衰期2-30s，被氧化后以 NO3-和NO2-形式存在细胞外液中 NO只能在组织中局部扩散，对邻近的靶细胞发挥作 用 血管内皮细胞，神经细胞时NO的生成细胞，以精氨 酸为底物
细胞因子受体与JAK-STAT信号通路
3 其它细胞表面受体介导的信号通路
Wnt受体和Hedgehog受体介导的信号通路：通 过配体与受体结合引发胞质内多蛋白复合物去 装配，从而释放转录因子，在转位到核内调控 基因表达。 NF-B和Notch信号通路涉及到抑制物或受体本 身蛋白切割作用，从而释放活化的转录因子， 再转位到核内调控基因表达。
cAMP-PKA信号通路
cAMP为第二信使，激活蛋白激酶A（Protein kinase A, PKA）。 无活性PKA含有两个调节亚基（R）和2个催化亚基组 （C）成的四聚体，每个R亚基有2个cAMP结合位点。
cAMP-PKA信号通路对肝细胞和肌细胞糖原代谢的调节 GS:糖原合成酶 PKA：蛋白激酶A IP：磷蛋白磷酸酶抑制蛋白 PP：磷蛋白磷酸酶 G-1-P: 葡萄糖-1-磷酸 GPK:糖原磷酸化酶激酶 GP：糖原磷酸化酶
9 第九章 细胞信号转导
一个细胞发出的信息通过介质（配体，信号分子）传递到 靶细胞，与靶细胞的受体作用，通过信号转导产生细胞内 一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体生物学效应 的过程。
Gene transcription Cell proliferation Cell differentiation Cell death Cell mobility Immune responses
离子通道偶联受体 细胞表面 受体类型 G蛋白偶联受体 酶偶联受体
受体至少有2个功能域： 结合配体的功能域 产生效应的功能域
7
根据受体引发细胞反应作用过程的时间特 点，可以分为2种主要的细胞反应：
一、细胞内存量蛋白活性或功能的改变，进 而影响细胞代谢功能的短期反应（快反应）； 二、通过转录因子的修饰激活或抑制基因表 达的长期反应（慢反应）
双信使系统
→DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促 Na+/H+交换使胞内pH DAG-PKC途径
35
IP3-Ca2+ 和DAG-PKC 双信使信号通路
36
1、IP3-Ca2+途径
激素
受体
G蛋白
PLC
IP3
CaM 钙调蛋白
内质网上的配 体门Ca2+通道
Ca2+
Ca2+ CaM复合体 Ca2+—CaM复合体 结合并激活靶酶
G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors， GPCRs） 是细胞表面受体中最大的多样性家族； 统计表明：现有25%的临床处方药物是针对GPCRs所介 导信号通路为靶点研制和开发的。
23
一、G蛋白偶联受体的结构与激活
G蛋白偶联受体---配体受体复合物与靶 蛋白（酶或离子通道）的作用要通过G 蛋白偶联，才可产生第二信使。 G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白 （trimetric GTP-binding regulatory protein）的简称，由α,β,γ三个亚基组成， α 亚基和βγ二聚体亚基共价结合脂分子 锚于质膜PS面。 当配体结合受体后， α 亚基与受体胞内 部分偶联，引起α 亚基构象变化，使得 GDP被GTP交换， α 亚基脱离受体，产 生游离的活化α 亚基以及游离的活化βγ 二聚体。
Gene transcription Cell proliferation Cell differentiation Cell death Cell mobility Immune responses
离子通道偶联受体 细胞表面 受体类型 G蛋白偶联受体 酶偶联受体
受体至少有2个功能域： 结合配体的功能域 产生效应的功能域
7
根据受体引发细胞反应作用过程的时间特 点，可以分为2种主要的细胞反应：
一、细胞内存量蛋白活性或功能的改变，进 而影响细胞代谢功能的短期反应（快反应）； 二、通过转录因子的修饰激活或抑制基因表 达的长期反应（慢反应）
双信使系统
→DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促 Na+/H+交换使胞内pH DAG-PKC途径
35
IP3-Ca2+ 和DAG-PKC 双信使信号通路
36
1、IP3-Ca2+途径
激素
受体
G蛋白
PLC
IP3
CaM 钙调蛋白
内质网上的配 体门Ca2+通道
Ca2+
Ca2+ CaM复合体 Ca2+—CaM复合体 结合并激活靶酶
G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors， GPCRs） 是细胞表面受体中最大的多样性家族； 统计表明：现有25%的临床处方药物是针对GPCRs所介 导信号通路为靶点研制和开发的。
23
一、G蛋白偶联受体的结构与激活
G蛋白偶联受体---配体受体复合物与靶 蛋白（酶或离子通道）的作用要通过G 蛋白偶联，才可产生第二信使。 G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白 （trimetric GTP-binding regulatory protein）的简称，由α,β,γ三个亚基组成， α 亚基和βγ二聚体亚基共价结合脂分子 锚于质膜PS面。 当配体结合受体后， α 亚基与受体胞内 部分偶联，引起α 亚基构象变化，使得 GDP被GTP交换， α 亚基脱离受体，产 生游离的活化α 亚基以及游离的活化βγ 二聚体。
第九章-细胞信号转导PPT课件
一.离子通道偶联蛋白（配体门离子通道）
包括：结合位点+离子通道 二.G蛋白偶联受体（最大家族）
普遍存在真核细胞表面
.
10
三.酶联受体： 一类具有酶活性； 另一类受体胞内段与酶联系。
至少两个功能域：结合配体、产生效应
受体被激活-信号转导-引发两种主要反应：
改变预存蛋白活性
影响特殊蛋白的表达量
•
.
11
.
3
细胞通讯3种方式：
一、分泌化学信号
分泌化学信号作用方式4种： • 内分泌 • 旁分泌 • 自分泌 • 化学突出传递神经信号
.
4
二、细胞间接触性依赖通讯：
①细胞-细胞黏着 ②细胞-基质黏着
.
5
三、间隙连接或胞间连丝：
• 动物细胞间的间隙连接或植物细胞间的胞 间连丝同属于通讯连接。
• 通讯连接：详见第十七章
.
18
③.表面受体被激活后，在临近质膜上形成肌 醇磷脂分子，从而募集具有PH结构域的信号 蛋白，形成复合物，参与下游事件。
.
19
（三）信号转导系统的4个主要特性：
• 特异性 • 放大效应 • 网络化与反馈 • 整合作用
.
20
第二节 细胞内受体介导的信号传递
细胞内受体超家族本质是依赖激素激活的基因调控 蛋白，在细胞内，受体与抑制剂（如Hsp90）结 合为复合物，当信号分子与受体结合后，抑制剂 脱落，使得受体暴露其DNA结合位点而被激活。
.
15
• 研究蛋白互作的模式结构域——SH2结构域
确定蛋白家族成员： 酶、癌蛋白、锚定蛋白接头蛋白、调节蛋 白、转录因子
.
16
（二）信号蛋白复合物的装配3种策略：
细胞生物学：第九章 细胞信号转导
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）
B) constitutive activation of type II TGFb receptor
C) loss of Smad3 function
D) constitutive activation of Smad3
E) loss of Smad 4 function
Clicker Question 15-4
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。
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。
➢ 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。
第八次课第9章细胞信号转导
PLC）可将PIP2分解成为甘油二酯（DAG） 和肌醇三磷酸（IP3）。
PLC
PIP2
甘油二酯（DAG）+ 肌醇三磷酸（IP3）
目录
磷脂酰肌醇-3激酶催化生成各种磷酸化磷脂酰肌醇
PI
磷脂酰肌醇-3激酶
（PI-3K）
PIP
PIP2
催化亚基（P110） PI-3K 调节亚基（P85）
PI-3-P PI-3,4-P2 PI-3,4,5-P3
目录
根据体内化学信号分子作用距离，可以将其分为 三类：
①作用距离最远的内分泌（endocrine）系统化学 信号，称为激素；
②属于旁分泌（paracrine）系统的细胞因子，主 要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自 分泌（autocrine）。
③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质 （neurotransmitter）。
诺贝尔奖获得者
Edmond H. Fischer Edwin G. Krebs Alfred Gilman，Martin Rodbell Robert F. Furchgott，Louis J. Ignarro，Ferid Murad
Arvid Carlsson，Paul Greengard，Eric R. Kandel
目录
IP3的靶分子是钙离子通道 IP3为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质 中，与内质网或肌质网膜上的IP3受体结合。 IP3 ＋ IP3受体
钙离子通道开放，细胞钙库内钙 释放
细胞内钙离子浓度迅速增加
目录
细胞中其他种类的PLC和PIK同样具有重要 的信号转导作用，催化许多重要的小分子信 使生成。
近年来，一些鞘磷脂衍生物的第二信使作用 也受到关注。例如，由神经节苷酯衍生的神 经酰胺（ceramide）对细胞凋亡信号转导具 有调节作用。
PLC
PIP2
甘油二酯（DAG）+ 肌醇三磷酸（IP3）
目录
磷脂酰肌醇-3激酶催化生成各种磷酸化磷脂酰肌醇
PI
磷脂酰肌醇-3激酶
（PI-3K）
PIP
PIP2
催化亚基（P110） PI-3K 调节亚基（P85）
PI-3-P PI-3,4-P2 PI-3,4,5-P3
目录
根据体内化学信号分子作用距离，可以将其分为 三类：
①作用距离最远的内分泌（endocrine）系统化学 信号，称为激素；
②属于旁分泌（paracrine）系统的细胞因子，主 要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自 分泌（autocrine）。
③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质 （neurotransmitter）。
诺贝尔奖获得者
Edmond H. Fischer Edwin G. Krebs Alfred Gilman，Martin Rodbell Robert F. Furchgott，Louis J. Ignarro，Ferid Murad
Arvid Carlsson，Paul Greengard，Eric R. Kandel
目录
IP3的靶分子是钙离子通道 IP3为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质 中，与内质网或肌质网膜上的IP3受体结合。 IP3 ＋ IP3受体
钙离子通道开放，细胞钙库内钙 释放
细胞内钙离子浓度迅速增加
目录
细胞中其他种类的PLC和PIK同样具有重要 的信号转导作用，催化许多重要的小分子信 使生成。
近年来，一些鞘磷脂衍生物的第二信使作用 也受到关注。例如，由神经节苷酯衍生的神 经酰胺（ceramide）对细胞凋亡信号转导具 有调节作用。
第九章细胞信号转导习题及答案
细胞生物学章节习题-第九章一、选择题1、动物细胞内引起储存Ca2+释放的第二信使分子是（ A ）。
A. IP3B. DAGC. cAMPD. cGMP2、一氧化氮的受体是（B ）。
A. G蛋白偶联受体B. 鸟苷酸环化酶C. 腺苷酸环化酶D. 受体酪氨酸激酶3、表皮生长因子（EGF）的穿膜信号转导是通过（A ）实现的。
A. 活化酪氨酸激酶B. 活化酪氨酸磷酸酶C. cAMP调节途径D. cGMP途径4、有关cAMP信号通过，下列说法错误的是（B）。
A. 被激活的蛋白激酶A的催化亚基转为进入细胞核，使基因调控蛋白磷酸化B. 结合GTP的α亚基具有活性，而βγ亚基复合物没有活性C. βγ亚基复合物与游离的Gs的α亚基结合，可使Gs的α亚基失活D. 这一通路的首要效应酶是腺苷酸环化酶，cAMP被环腺苷磷酸二酯酶消除5、霍乱弧素引起急性腹泻是由于（A ）。
A. G蛋白持续激活B. G蛋白不能被激活C. 受体封闭D. 蛋白激酶PKC功能异常E. 蛋白激酶PKA功能异常6、G蛋白具有自我调节活性的功能，下列哪种说法可以解释G蛋白活性丧失的原因（A ）。
A. α亚基的GTPase活性B. 效应物的激活C. 与受体结合D. 亚基解离7、胞内受体介导的信号转导途径对代谢调控的主要方式是下列哪种（A ）？A. 特异基因的表达调节B. 核糖体翻译速度的调节C.蛋白降解的调节D. 共价修饰调节8、制备人类肝细胞匀浆液，然后通过离心技术分离细胞膜性成分和可溶性胞质。
如在可溶胞质组分中加入肾上腺素，会发生下何种情况（D ）A. cAMP增加B. 肾上腺素与其胞内受体结合C. 腺苷环化酶的激活D. cAMP浓度不变9、1,4,5-三磷酸肌醇促进Ca2+从细胞那个部位释放进入细胞质（B ）A. 线粒体B. 内质网C. 质膜（从胞外到胞内）D. Ca2+-CaM复合体细胞10、与视觉信号转导有关的第二信使分子是下列哪种成分（D ）。
第九章-细胞信号转导(共53张PPT)
• NO的作用机制：
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
1234 5
67
G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
第一节 细胞信号转导概述
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
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
1234 5
67
G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
第一节 细胞信号转导概述
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
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质
第九章 细胞的信号转导
4. 甘油二酯、三磷酸肌醇和Ca2+的信号体系
Medical Genetics Department, WHU
Dr. Luo Daji<Cell Biology>
第一信使(或第二信使)与信号的级联放大
Medical Genetics Department, WHU
Dr. Luo Daji<Cell Biology>
Dr. Luo Daji<Cell Biology>
一般认为，以离子通道为效应蛋白的配体-受 体作用快速而短暂；而以酶分子为效应蛋白的配体受体作用缓慢而持久。
酶分子
离子通道
Medical Genetics Department, WHU
Dr. Luo Daji<Cell Biology>
二、G蛋白 G蛋白(G protein)
Medical Genetics Department, WHU
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Dr. Luo Daji<Cell Biology>
三种主要的受体类型
1. 离子通道受体 (Iro-channel-linked receptor)； 2. G蛋白偶联受体 (G-protein-linked receptor) ； 3. 酶联受体(Enzyme-linked receptor) ；
G蛋白耦联受体(G-protein-linked receptor) ：
G蛋白耦联受体是由七个跨膜螺旋组成的膜蛋白质，它 与细胞膜内侧面的G蛋白相耦联。与该受体结合的配体包括 大部分激素、多种神经递质以及嗅味分子等。
G蛋白耦联受体的作用过程 G蛋白耦联受体
Medical Genetics Department, WHU
细胞生物学课件 第九章 细胞信号转导
G 蛋白的分类
GS家族：对效应蛋白起激活作用的α亚单位 为αs亚单位，由此亚单位构成的G蛋白为Gs 蛋白； Gi家族：抑制作用 Gq家族
cAMP信号转导系统
1.cAMP信号通路的组成：
①. 激活型激素受体（Rs）或抑制型 激素受体（Ri）； ②. 活化型调节蛋白（Gs）或抑制型 调节蛋白（Gi）；
NO的作用机理： • 乙酰胆碱→血管内皮→Ca2+浓度升高→一 氧化氮合酶→NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环 化酶→cGMP→血管平滑肌细胞的Ca2+离子 浓度→平滑肌舒张→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。
信号分子的分类
旁分泌信号： 突触信号： 内分泌信号 自分泌信号
第一节、受 体 Receptor
一、受体的概念
多数为糖蛋白； 存在于细胞膜或细胞内； 能接受外界的信号并 将这一信号转化为细胞 内的一系列生物化学反 应 ，而对细胞的结构 或功能产生影响
配体Ligand
受体所接受的外界信号统称为配体。 受体与配体结合特性：特异性、高效性、可饱和 性、可逆性。
各类受体酪氨酸激酶
受体酪氨酸激酶作用机制
配体与TRK结合→蛋白质构象的变化→激酶活
性区的酪氨酸残基自体磷酸化→ 其他底物蛋白
质磷酸化→催化细胞内的生物化学反应--------把细胞外的信号传导到细胞内。
（二）配体闸门离子通道
N型乙酰胆碱受体
5个亚单位α2、β、γ、δ在细胞膜上共同构成 一个通道； 每一个亚单位带有4个越膜区域； α亚单位上有乙酰胆碱ACh结合部位; 使终板膜Na+内流，少量K+外流，形成终板电位。
内蒙古大学细胞生物学讲义09细胞信号转导
第九章细胞信号转导第一节细胞信号转导概述细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。
细胞通讯（cell commnication）：细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。
细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。
信号转导（signal transdction）：指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。
一、细胞通讯与细胞识别（一）细胞通讯（Cell commnication）：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，控制细胞的生长和分裂是必须的。
1、胞间通信的主要类型三种主要方式：细胞间隙连接、膜表面分子接触通讯、化学通讯。
①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）。
②膜表面分子接触通讯：即细胞识别（cell recognition）。
如：精子和卵子之间的识别，T与B淋巴细胞间的识别。
③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，作用于靶细胞。
特点：低浓度10-8-10-12M；全身性；长时效。
•旁分泌：信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。
包括：各类细胞因子如表皮生长因子和气体信号分子如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：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。
（二）细胞识别（cell recognition）●概念：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，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。
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2）糖原合成抑制（糖原合酶活性降低）
磷蛋白磷酸酶PP
糖原合成酶b
糖原合成酶a
（P化，低活性） （去P化，高） 糖原合酶激酶3 PKA激活： 1)使糖原合酶激酶3被磷酸化，活性升高，使糖原合成酶a 磷酸化为糖原合成酶b，糖原合成被抑制 2）使磷蛋白磷酸酶PP抑制剂磷酸化（激活），抑制磷蛋 白磷酸酶PP活性，抑制糖原合成酶b去磷 酸化
4.脂肪组织 以甘油三酯形式贮存和提供脂肪酸 • （1）能量充足时：利用G合成脂肪酸并形成TAGs， 并贮存来自肝脏的TAGs • （2）禁食：TAGs动员 • （3）婴儿和冬眠动物的棕色脂肪：产热
5.大脑 • （1）神经元细胞正常时以G为唯一燃料，饥饿时 可利用酮体，不能利用脂肪动物产生的脂肪酸作 为燃料 • （2）无氧酵解的效率很低 • （3) 耗氧量占全身20-25%
6.肾脏
可进行糖异生和生成酮体 • 正常时：肾脏糖异生生成的G仅占10%，饥饿5-6天， 可合成50g/每天 7.哺乳动物成熟红细胞 • 葡萄糖为唯一燃料，只能进行无氧酵解
（四）ATP是机体利用能量的共同方式 • （五）NADPH是机体内还原性合成的共同还原力
•
二 、三大物质的联系
• （一）在能量代谢上的联系 • 1.都能转化为乙酰辅酶A进入TCA • 2.可互相替代，又相互制约 • （1）正常时，供能以糖为主 • 低糖高脂肪膳食：脂肪为主 • 高蛋白膳食：氨基酸是重要的燃料 • （2）禁食 • 动用体蛋白和体脂作为燃料
（二）物质之间的联系
• • • • •
通过关键代谢物联系在一起 糖与脂肪 糖与氨基酸 脂肪与氨基酸 糖与核苷酸 氨基酸与核苷酸
三、代谢的调节
(一)基本原则 • 1.活细胞维持着动态平衡（Dynamic Steady State） • 2.在细胞内，每个代谢途径都不可避免地从不同层面 上同其他代谢途径交错在一起。
（６）ＰＫA途径信号的终止 • 激素与受体解离 • G蛋白结合的GTP裂解为GDP+Pi • cAMP转化为5’-AMP
（２）PKA（依赖性cAMP的蛋白激酶） 有两个R亚基和2个C亚基 R结合cAMP后，释放C亚基 C亚基单独时具催化活性
（３）PKA的作用 磷酸化效应蛋白 １）对代谢的调节 • 如：调节糖原和脂肪代谢相关酶活性 ２）调节基因表达 磷酸化某些转录激活因子，使基因转录水 平发生变化 ３）细胞兴奋
•
• 需要复杂的调控机制使每个代谢途径精确地朝正常的方向以及以合适的速率进行， 以保证细胞或机体能够适应生存的环境。
例如G- 6-P (肝脏）
• Glycolysis（ATP）
• pentose phosphate pathway （ NADPH and pentose phosphates）, • hydrolysis to glucose and phosphate to replenish blood glucose. • a number of other possible fates; • be used to synthesize other sugars （such as glucosamine, galactose）, • for use in protein glycosylation （糖基化） • provide acetyl-CoA for fatty acid and sterol synthesis.
（三）第三信使(the third messenger) • 负责细胞核内外信息传递的物质：DNA结合蛋白
• • 转录因子 转录调节因子
•
第二节 膜受体及其介导 的信号转导途径
一、受体概述 二、G偶联受体受体及其介导的信号转导 三、酶偶联受体及其介导的信号转导 四、非酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号转导 五、离子通道受体 六、粘附受体
（2）肝脏脂肪代谢特点 • 在一般情况下，以脂肪酸作为主要燃料； • 是脂肪酸、胆固醇合成的主要部位； • 是酮体合成部位； • 脂蛋白合成部位 （3）是合成血浆蛋白的主要器官；将氨转变为尿素 （4）贮存某些营养物质（如 Fe ions 和 vitamin A） （5）解毒器官（drugs, food additives, preservatives, and other possibly harmful agents with no food value ）.
G蛋白激活后，可激活或抑制酶的活性（催化第二信使产生的相 关酶）
（三）G蛋白偶联受体介导的信号转导途径
1.cAMP蛋白激酶途径 2.Ca2＋依赖性蛋白激酶途径
1、cAMP蛋白激酶途径
也叫蛋白激酶A途径（PKA途径） （1）cAMP是该途径的第二信使 cAMP的作用：是PKA的变构激活剂合成 合成：由 AC(腺苷酸环化酶)催化 分解：磷酸二酯酶催化
5、膜受体类型 • G蛋白偶联受体 • 酶偶联受体 • 非酪氨酸蛋白激酶受体 • 离子通道偶联受体 • 粘附受体
二、G蛋白偶联受体
（一）特点 受体与靶蛋白（酶或离子通道）之间的联系是 通过G蛋白实现的。 （二）G蛋白 鸟苷酸结合蛋白（guanylate binding protein）。
Oligosaccharide unit
一、受体概述 1.概念 • 受体(receptor）： 能与信息物质特异结 合，而且能把识别和接受的信号正确地放 大和传递，进而引起生物学效应的物质。 2.受体化学本质 • 多为蛋白，少数是糖脂 3.受体位置 (1)膜受体 (2)胞内受体
4、膜受体特点 （1）配体特点 分子大或极性强，不能通过细胞膜 （2）膜受体特点 • 多为膜镶嵌糖蛋白 • 结构特点： 细胞外结构域：特异地识别信号分子 细胞内结构域：功能区域
激活G s 激活AC
磷酸化酶b激酶磷酸化 磷酸化酶被磷酸化 糖原分解加强
PKA激活
PP抑制剂被磷酸化 糖原合酶磷酸化 PP活性被抑制
糖原合成抑制
血糖
PP:磷蛋白磷酸酶
肾上腺素和胰高血糖素对糖原代谢的调节 1）促进糖原分解（糖原磷酸化酶活性升高）
磷蛋白磷酸酶
磷酸化酶b 磷酸化酶a （去P，低活性）磷酸化酶b激酶（磷酸化，高活 性） PKA激活： 磷酸化酶b激酶被磷酸化修饰，活性升高，使磷酸 化酶b磷酸化为磷酸化酶a，糖原分解加速
Cytosolic side
1、G蛋白的结构特点 • ①由α 、β 和γ 亚基组成 • ② 有两种形式 • 非活性形式：G α β γ 三聚体形式(Gα -GDP) • 活性形式： G α 与G β γ 分离( G α –GTP)
2.G蛋白的类型 • Gs ：激活腺苷酸环化酶（AC） • Gi ：抑制AC • Gp ：激活磷脂酶C
2.骨骼肌 （1）能合成和贮存肌糖原和磷酸肌酸 （2）休息状态：以脂肪酸和酮体为主要原料 • 适度运动：除脂肪酸和酮体外，还利用血液葡萄 糖 • 剧烈运动： 动用肌糖原，无氧酵解 磷酸肌酸(10 to 30 mM) • （3）可以动员肌蛋白作为燃料
3.心肌 不同于骨骼肌 • 贮存的燃料极少 • 在正常时也主要利用脂肪酸为燃料，同时也利 用葡萄糖和酮体 • 进行完全的有氧呼吸（线粒体更多 ） • 动脉硬化或冠状动脉血栓：缺氧，心肌死亡 （心肌梗死）
第二部分 细胞信息（号）转导
Cell Communication and Signal Transduction • 细胞的信息转导：细胞间跨膜的信息传递 过程。
细胞信号传递的一般过程
• 特定细胞产生信息物质
• 信息物质经扩散或血液循环到达靶细胞 • 信息物质与靶细胞的受体特异性结合 • 受体转换信号并启动细胞内信使系统 • 靶细胞产生生物学效应 信号的终止
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
信息物质 受体 膜受体介导的细胞信号转导途径 细胞内受体介导的信号转导
第一节 信息物质 Signal Molecules
信息物质：能够调节靶细胞生命活动的特殊化 学物质
一、 细胞间信息物质 （ extracellular signal molecules）
二、细胞内信息物质(intracellular signal molecules)
• 在细胞内传递细胞调控信号的化学物质 • 改变酶活性、开启或关闭离子通道、调节基因转录等 （一）种类 • 小分子物质:第二信使 • 信号蛋白分子：如Ras蛋白、底物酶等 （二）第二信使 • (secondary messenger) 1、定义：能够代替第一信使行使功能并放大第一信使信号 的细胞内小分子信息物质 2、作用 对胞外信号起转换和放大的作用 3、种类 cAMP、cGMP、IP3（1，4，5－三磷酸肌醇）和 DAG（甘油二酯）、Ca2+ 等。
第一部分 代谢综合
一、代谢的特点 二、几大代谢物的相互联系 三、代谢的调节
一、 代谢的特点
• • • • • （一）整体性 各物质的代谢彼此联系，相互依赖和制约 （二）代谢受到严密的调节 机体存在复杂完整的代谢调节网络 （三）不同组织器官的代谢各具特点
1.肝脏 “生物化工厂” “分配中心” • Processes and distributes nutrients • the liver has remarkable metabolic flexibility （1）负责维持血糖水平 • 可合成肝糖原（约150g） • 分解的葡萄糖可释放入血 • 是糖异生主要场所
Ｇ蛋白的类型 Ｇs Ｇi Ｇp Ｇo* ＧT * * 亚基 s i p o Ｔ 功 能 激活腺苷酸环化酶 抑制腺苷酸环化酶 激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶Ｃ 大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道 激活视觉
*o表示另一种(other) ＊＊T：传导素 (transductin)
两种G蛋白的作用
（４） ＰＫA途径的信息传递途径 • • H＋ R • • G
α βγ
-GDP AC
α
HR* Gβγ ＋ G