细胞生物学-第9章-细胞信号转导(翟中和第四版)

• 脂溶性气体分子NO
– 受体具有鸟苷酸环化 酶 活性
• 个别亲脂性小分子（如 前列腺素）受体在细胞 质膜上
Figure 15-3b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
二、NO 气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
“明星分子”——NO
受体
G蛋白
效应物
一、G 蛋白偶联受体的结构与激活
• 含有7 个疏水肽段形成的跨膜α 螺旋区和相似的 三维结构，N 端在细胞外侧，C 端在胞质侧
一、G 蛋白偶联受体的结构与激活
2.G蛋白
• G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白 的简称，位于质膜胞浆一侧。
• 由Gα、Gβ、Gγ三个亚基组成，Gβ 和Gγ亚基以异二聚体存在；Gα和 Gβγ亚基通过共价结合的脂肪酸 链尾结合在膜上；现已知人类 基因组至少编码27 种Gα 亚基 ，5 种Gβ 亚 基和13 种Gγ 亚 基
（二）激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体
• 受体：刺激性激素的受体(Rs)；抑制性激素的受体(Ri) • G蛋白：刺激性G蛋白(Gs)；抑制性G蛋白(Gi) • 效应酶：腺苷酸环化酶（AC）
第二信使
G蛋白在cAMP-PKA通路中的作用
• cAMP信号途径又称PKA系统，是蛋白激酶A系统 的简称(protein kinase A system, PKA)；
• 在细胞中，各种信号转导分子相互识别、相互作 用将信号进行转换和传递，构成信号转导通路（ signal transduction pathway）
二、几个基本概念
• 信号分子 • 受体 • 第二信使 • 分子开关
（一）信号分子（配体）
Signal molecule (Ligand): 细胞的信息载体，能与靶细胞受体 结合并传递信息。 物理信号：声、光、电、温度 化学信号：激素、局部介质、神经递质
蛋白激酶A（protein kinase A， PKA）
• PKA 是含有2 个调节亚基和2 个催化亚基四聚体，每个R 亚基上有2 个cAMP 结合位点
• 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
• 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构建，协调细胞的功能，控制细 胞的生长和分裂是必需的。
• 细胞识别（cell recognition）：细胞通过表面的受体与胞外 信号物质分子（配体）选择性的相互作用，导致细胞内一系 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
Goα
磷脂酶C
IP3，DAG（升高） 乙酰胆碱受体（内皮细胞）
Gtα
cGMP 磷酸二酯酶 cGMP（降低） 视杆细胞中视紫红质（光受体）
一、G 蛋白偶联受体的结构与激活
二、G 蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
• G蛋白偶联受体主
要有3类：
– 激活离子通道
– 激活或抑制腺苷 酸环化酶(AC) ，以cAMP为第 二信使
信号转导影响细胞结构和功能的各方面
发育
信号转导
凋亡
生长
代谢
免疫
酶活性； 细胞骨架； 离子通透性； DNA合成的起始； 基因表达激活或抑制
• 信号通路
• 信号通路（signaling pathway）指细胞接受外 界信号，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，引起 细胞的应答反应。
• “人类为什么能感受到春天
紫丁香的香气，并在任何时
候都能提取出这种嗅觉上的
紫
记忆”。
丁
• 人能够分辨和记忆约1万种
香
不同的气味，但人具有这种
能力的基本原理是什么？？
• 香气 ---受体结合-- G蛋白--纤毛膜上的离子通道----产生 电信号---沿着神经细胞的轴 突传送---嗅球
第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导
合，在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
（三）第二信使
• 目前公认的第二信使：cAMP（环腺苷酸）、 cGMP（环鸟甘酸）、Ca2+、 DAG（二酰甘油）、 IP3（1,4,5-三磷酸肌醇）、 PIP3（3,4,5-三磷酸磷 脂酰肌醇）等。
（四）分子开关
分子开关（molecular switch）：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。
➢ NO为脂溶性气体，可快速扩散透过细胞膜，作用 于临近靶细胞；
➢ 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞； ➢ N
化，以NADPH为电子供体，生成NO和瓜氨酸； ➢ NO的效应酶是鸟苷酸环化酶。
血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高，激活NO合酶，细胞释放NO，NO
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
第9章 细胞信号转导
本章主要内容
• 细胞信号转导概述 • 细胞内受体介导的信号传递 • 细胞表面受体介导的信号传递
– G蛋白偶联受体介导的信号传递 – 酶联受体介导的信号传递 – 其它细胞表面受体介导的信号传递
• 细胞信号转导的整合与控制
第一节 细胞信号转导概述
➢GTPase超家族 ➢蛋白质磷酸化和去磷酸化 ➢Ca2+的结合或解离
GTPase超家族
• GTPase 超家族：
– 三聚体GTP 结合蛋白 – 单体 GTP 结合蛋白
蛋白质磷酸化和去磷酸化
通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸 化，通过蛋白磷酸水解酶使 靶蛋白去磷酸化，从而调节 靶蛋白的活性。
Ca2+ 的结合或解离
蛋白质模式结合域及其结合基序特异性
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
基于支架蛋白
基于受体活化域
基于肌醇磷脂
（三）信号系统的主要特性 p163
特异性
脱敏
放大效应
整合作用
第二节 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。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，导致抑制性蛋白从复 合物上解离下来，受体的 DNA结合位点被激活。
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（二）受体
受体（receptor）：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，多为糖蛋白 。受体结合特异性配体后被激活，通过信号转导 途径将胞外信号转换为胞内化学或物理信号，以 启动一系列过程，最终表现为细胞生物学效应。
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 ，分别具有结合特异 性和效应特异性。
细胞分泌化学信号通讯方式
A. 内分泌 自分泌：细胞对其自身分泌的信号分子起反应。信号发放细胞 和B.靶旁细分胞泌为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。 内分泌：①低浓度；②全身性；③长时效。 C. 化学突触 内分泌：由内分泌腺产生的激素，分泌进入血液循环，作用于 相应的靶器官。 旁D.分自泌分：泌信号细胞分泌局部化学介质释放到细胞外液中， 作用 于邻近的靶细胞，其作用距离只有几微米。包括各类细胞因子 和 化气学体突信触号：分神子经。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。
– 受体构象改变，导致信号初级跨膜转 导，靶细胞内产生第二信使或活化的 信号蛋白
– 胞内第二信使或胞内信号蛋白复合物 装配，起始胞内信号放大的级联反应
– 细胞应答反应 – 受体脱敏或受体下调，终止或降低细
胞反应
蛋白质模式结合域（modular binding domain）
• SH2 结构域（Src homology 2 domain）
钙调蛋白（calmodulin，CaM）
三、信号转导系统及其特性
Figure 15-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
（一）信号转导系统基本组成及信号蛋白相互作用
• 细胞表面受体介导的信号通路5 个 步骤组成：
– 受体特异性识别并结合胞外信号分子 ， 形成受体－配体复合物，导致受体 激活
– 激活磷脂酶 C(PLC)，以IP3 和DAG作为双 信使
（一）激活离子通道的G 蛋白偶联受体所介导的信号通路
• 心肌细胞上M 乙酰胆碱受体激活G 蛋白开启 K+ 通道
Ach→M型Ach受体→Gi蛋白（GiαGβγ）→ Gβγ →K+通道→ K+ 外流→超极化→减缓心肌细胞的收缩频率
（一）激活离子通道的G 蛋白偶联受体所介导的信号通路
Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
p159
（三）第二信使
• 第一信使-----细胞外信号分子
• 第二信使（second messenger）：指在胞内产生的非蛋白类 小分子，其浓度变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结
扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，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可降低血管平滑肌中的Ca2+
离子•浓度N。O引在起导血管致平血滑管肌的平舒滑张肌，血舒管张扩中张、的血作流用通畅。
第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导
• 细胞信号通路（signaling pathway ）：指细胞接受外界信号 ，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，引起细胞的应答反应。
一、细胞通讯
1.方式
• 化学信号通讯( chemical signaling ) • 接触依赖性通讯（contact-dependent signaling） • 间隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesma）