细胞信号转导概述与整合控制
细胞生物学第4版第9章细胞信号转导
第一节 细胞信号转导概述
• 细胞通讯步骤与功能
Figure 15-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
一、细胞通讯
• 化学信号通讯 • 接触依赖性通讯（contact-dependent signaling） P157 • 间隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesma）
– 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
– 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）
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
• 3 个功能域
– C 端激素结合结构域 – 中部DNA 或Hsp90 结合结构域 – N 端转录激活结构域
• 细胞内受体的本质是依赖激素激活 的转录因子。
• 信号分子的作用是将抑制性蛋白从 细胞内受体上解离，使受体上的 DNA结合位点暴露而激活。
• 激素－核受体复合物与激素反应元 件（HRE）结 合，调节基因转录。
一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（chemical synapse）：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。
二、几个基本概念
• 信号分子 • 受体 • 第二信使 • 分子开关
1. 化学信号分子
• 根据其溶解性分类： • 亲水性信号分子——神经递质、生长因子、细胞因子
第9章 细胞信号转导
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
细胞信号转导PPT课件
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一般将细胞外信号分子称为“第一信使”，第一信使与受 体作用后在细胞内产生的信号分子称为第二信使。
胞外物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面 受体导致胞内产生第二信使，从而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。
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亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，它们可以穿过细胞膜 进入细胞，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子和大多数激素，它们不能 穿过细胞质膜，只能通过与靶细胞膜表面受体结合，再经过信号转导 机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或磷酸蛋白酶的活性， 引起细胞的应答反应。
气体性信号分子(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”。
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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。当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信 号转换为胞内物理或化学的信号，以启动一系过程，最终 表现出生物学效应。
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此类受体是细胞表面受体中最大家族，普遍存在于各类 真核细胞表面。其信号的传递需要依赖于G蛋白的活性。
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此类受体包括两种类型：一是受体胞内结构域具有潜在酶 活力，另一类是受体本身不具酶活性，通过其胞内区与酶 相联系。
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山东师范大学生命科学学院
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概述细胞信号的整合方式与控制机制
概述细胞信号的整合方式与控制机制细胞信号的传递与控制机制是生物体内至关重要的生命活动之一。
在多细胞生物中，细胞间的信号传递对于维持组织器官的功能、生长和分化具有重要意义。
本文将概述细胞信号的整合方式与控制机制，主要包括以下五个方面：信号接收、信号转导、效应器反应、反馈调节和信号终止。
1.信号接收细胞信号的传递始于信号的接收。
细胞表面存在着多种受体，它们能够识别和结合细胞外环境中的信号分子。
这些信号分子可能来自细胞内或细胞外，包括激素、神经递质、生长因子等。
当受体与信号分子结合后，会产生一系列的构象变化，进而触发下游的信号转导过程。
2.信号转导信号转导是指将接收到的信号传递到细胞内部的过程。
这一过程涉及到一系列的化学反应，最终将外部信号转化为细胞内具体的生理反应。
信号转导的途径多种多样，主要包括：离子通道型、G蛋白偶联型、酶联型和受体型等。
这些途径中涉及到的关键元件包括酶、激酶、磷酸化酶、脱氢酶等，它们在特定的信号转导途径中发挥着不同的作用。
3.效应器反应效应器反应是指细胞对外部信号做出的具体生理反应。
根据信号的性质和类型，效应器反应可能涉及到细胞形态的改变、生长或分化、代谢调节等。
例如，在神经元中，突触处的神经递质通过与受体结合触发一系列的效应器反应，导致神经元产生动作电位或改变其兴奋性。
4.反馈调节反馈调节是一种重要的细胞信号控制机制，它能够根据细胞内外的环境变化对细胞信号进行负反馈或正反馈调节。
负反馈调节能够减弱外部刺激引起的效应器反应，使细胞回到原始状态；而正反馈调节则能够放大外部刺激引起的效应器反应，使细胞状态进一步向刺激方向发展。
例如，在血糖调节中，胰岛素通过负反馈调节降低血糖水平，而胰高血糖素则通过正反馈调节提高血糖水平。
5.信号终止信号终止是细胞信号控制机制的最后一个环节，它能够确保细胞信号传递的短暂性和适应性。
信号终止的方式包括：通过酶降解受体、通过蛋白酶体降解受体、通过内吞作用将受体转运回细胞内等。
细胞生物学第11章-细胞通讯与信号转导
（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。
细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导是指细胞内外信息的传递和转化过程，这一过程起着调节和控制细胞生理活动的重要作用。
通过信号传递，细胞可以对外界环境做出适应性的反应，维持内部稳态，实现生长、分化和细胞命运决定等功能。
本文将从信号的产生、传递和转导机制等方面进行讨论。
一、信号的产生1. 内源性信号细胞自身产生的化学物质可以作为信号分子，以调节细胞内外环境。
例如，细胞内的离子浓度、pH值和代谢产物等，都可以通过信号传递机制发挥作用。
2. 外源性信号外界环境中的物质和刺激也可以作为细胞信号的来源。
例如，细胞表面的受体可以与激素、细菌毒素和细胞外基质等结合，引发相应的信号传递。
二、信号的传递细胞信号传递通常有三种主要方式：通过直接细胞接触、通过细胞间联系以及通过远距离的物质传递。
1. 直接细胞接触细胞表面的受体与邻近细胞的配体结合，通过接触传递信号。
这种方式在免疫系统的活化、神经细胞的传递和胚胎发育等过程中起重要作用。
2. 细胞间联系细胞通过细胞间连接物质（如细胞间隙连接、紧密连接和连接蛋白）进行信号传递。
这种方式在组织内细胞间的协调和相互影响中起到重要作用。
3. 物质传递一些信号分子可以通过远距离的物质传递，例如激素、细菌毒素和神经递质等。
它们通过血液、淋巴液和突触间隙等途径到达目的地细胞，触发相应的信号级联反应。
三、信号的转导机制1. 受体的激活和信号传导当信号分子结合至受体上时，受体会发生构象变化，从而激活相应的信号通路。
这种激活过程包括泛素化修饰、磷酸化等，促使信号传导的启动。
2. 信号通路的级联反应一旦信号通路被启动，连锁反应会引发一系列级联反应。
这些反应会通过激活一些键酶、转录因子和细胞器等，最终产生细胞内外多种生理活动的结果。
3. 信号的转导和传递信号通路中的组分和中介物质可以通过蛋白质相互作用、分子承载体和次级信号等方式，进行信号的转导和传递。
这种方式可以将信号的强度和特异性传递至下游组分，以发挥预期的生物学功能。
细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导是细胞内外环境信息传递和响应的过程。
在细胞内外环境发生变化时，细胞通过感知这些信号并传导到细胞内部，最终引发一系列的生物学效应。
本文将介绍细胞信号转导的基本概念、机制与重要研究领域。
一、信号转导的基本概念细胞信号转导是细胞内外信号信息通过具体的分子机制传递到细胞内部，并且在细胞内引发相应的生物学反应。
信号可以是化学物质、光线、温度和压力等，这些信号通过细胞膜表面受体或胞浆内受体与信号分子特异性结合，从而激活一系列的信号转导分子。
细胞信号转导的过程通常包括受体激活、信号传导、增强或抑制等多个环节。
二、信号转导的机制在细胞信号转导的过程中，不同信号可以通过不同的机制进行转导，包括直接通过受体激活、信号级联放大、二级信号传导以及负反馈调控等机制。
1. 直接激活：有些信号可以直接通过受体激活下游分子，例如膜受体激活酪氨酸激酶，进而磷酸化下游调节因子。
2. 信号级联放大：部分信号转导可以通过级联放大的方式增强信号的强度和传递效果。
一个典型例子是G蛋白偶联受体信号转导通路，一个G蛋白偶联受体可以激活多个G蛋白，每个G蛋白可进一步激活下游信号转导分子。
3. 二级信号传导：某些信号分子可以通过激活下游信号分子形成二级信号传导，例如细胞内钙离子浓度的增加可以激活蛋白激酶C，进而磷酸化下游的蛋白质。
4. 负反馈调控：为了避免过度的信号激活，细胞常常会通过负反馈调控机制来抑制信号转导分子的活性，以保持信号的动态平衡。
三、细胞信号转导的重要研究领域细胞信号转导是生物学的重要研究领域，许多科学家致力于探索细胞内信号传导的机制和调控网络。
以下是其中的几个重要研究领域：1. 肿瘤信号转导：细胞信号转导的异常调控与肿瘤的发生和发展密切相关。
研究人员通过研究与肿瘤发生相关的信号转导通路，探索肿瘤的分子机制，并寻找新的治疗靶点。
2. 免疫信号转导：细胞信号转导在免疫系统中起着重要的作用。
研究人员致力于解析免疫应答的信号转导网络，以揭示免疫反应的机制，为免疫相关疾病的治疗提供新的思路。
细胞信号转导途径的分子机制和控制措施
细胞信号转导途径的分子机制和控制措施细胞信号转导途径是维持细胞生命和功能的重要机制，它应对外界刺激并引导细胞行为，调节生物体内各种生理过程。
在细胞信号转导途径中，分子机制和控制措施具有重要意义。
本文将探讨细胞信号转导途径的分子机制和控制措施。
一、分子机制在细胞信号转导途径中，信号分子通过与细胞膜上的受体结合来引起一系列反应，最终导致细胞内信号通路的激活。
这一过程包括多种分子机制的参与。
1. 受体及信号分子多种化学物质参与信号转导，其中包括激素、神经递质、细胞因子等。
这些信号分子通过结合细胞膜或核内的受体，继而引起某些分子的活化。
常见的受体包括酪氨酸激酶受体、G蛋白偶联受体等。
2. 信号转导通路信号转导通路是信号分子从受体到细胞内质膜或细胞核的转导过程。
这一过程包括多种通路的参与，例如酪氨酸激酶信号转导通路、G蛋白偶联受体通路以及酵素调节通路等。
这些通路的不同之处在于参与的分子机制以及终点的信号反应类型。
3. 下游效应分子信号通路中的下游效应分子扮演着十分重要的角色。
其主要作用是转导细胞内的信号，从而控制细胞的反应。
下游效应分子包括细胞内酶、转录因子等。
4. 信号抑制分子细胞还存在着一些信号抑制分子，它们的作用是阻止细胞内信号通路的激活。
这些分子常见于负反馈调节的信号通路中。
二、控制措施细胞信号转导途径的控制措施是指通过控制信号分子活性和调节信号传导通路等方式，从而对细胞信号转导途径进行调控。
1. 分子靶点的招募和催化分子靶点的招募和催化是一种对信号分子活性进行调控的方式。
例如，在信号转导通路中，酶催化单元可以使信号分子更加有效地催化下游反应。
2. 负反馈调节负反馈调节是信号转导通路中一种经典的调控方式。
其机制是通过信号通路内部产生抑制性信号来抑制初始信号的活化，从而稳定信号通路的强度。
这一机制在信号转导通路生理过程中具有重要的意义。
3. 修饰信号分子修饰信号分子是指通过亚细胞水平控制细胞内分子的活性和局部分布，从而对信号转导进行调控。
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。
《细胞信号转导》课件
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
9 第九章 细胞信号转导
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
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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
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IP3-Ca2+ 和DAG-PKC 双信使信号通路
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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。
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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
膜受体Frzzled(Fz) 膜辅助性受体LRP5/6 糖元合酶激酶3(GSK3) 支架蛋白(Axin) 抑癌蛋白(APC) T细胞因子(TCF)
Wnt→Fz → LRP/DSH → Axin/APC/GSK3/β-catenin →β-catenin →β-catenin/TCF → 激活靶基因转录
级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。
主要内容：
细胞信号转导概述 细胞内受体介导的信号传递 G蛋白偶联受体介导的信号转导 酶联受体介导的信号转导 其他细胞表面受体介导的信号通路 细胞信号转导的整合与控制
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
分泌化学信号
Hedgehog（Hh）：Hh信号分子是一种由信号细胞分泌的局域性蛋白质 配体，作用范围小。 Hh受体：Ptc、Smo和iHog蛋白，介导细胞对Hh信号应答反应。Ptc和Smo 具有接受和转导Hh信号的功能，iHog可能作为辅助性受体参与Ptc 与Hh信号的结合。
相关的信号分子超家族，无活性的分泌性前体需经蛋白酶水解作用形成以
二硫键连接的同源或异源二聚体，即成熟的活化形式。
TGF-β受体： 与TGF-β结合的细胞表面受体复合物，可将胞外信号将胞内转导， 包括RⅠ、RⅡ和RⅢ受体，本质上是受体Ser/Thr激酶。
TGF-β-Smad信号通路
TGF-β（配体）与TGF-β受体结合 形成复合物后便被激活，受体的激 酶活性能在胞质内直接磷酸化并激 活特殊类型的转录因子Smad，进入 核内调节基因表达。 ① 配体与RⅢ结合 ② RⅢ将配体递交给RⅡ或配体直接 结合RⅡ。RⅡ自磷酸化被激活 ③ 与配体结合的RⅡ募集并磷酸化 RⅠ的Ser/Thr残基，RⅠ受体被 激活 ④ 激活的R1受体磷酸化Smad ⑤ Smad激活靶基因转录
细胞的信号转导和整合
细胞表面受体与跨膜信号转导的 三种模式
1、激动剂控制的离子通道型受体 2、G蛋白偶联型受体 3、具有酶活性的受体
离子通道型受体
共同特点是： 是有多亚基组成受体/离子通道复合 体，除本身有信号接受部位外，又 是离子通道，其跨膜信号转导无需 中间步骤，反应快，一般只需几毫 秒
（1）配体（非电压）依赖性复合体； nAchR （2）电压依赖性复合体
小脑：接收整合大脑发出的有关运动指令，协 调运动和平衡；接收听觉和视觉信息；协调知 觉和识别功能并进行纠错，与学习记忆有关 间脑：包括上丘脑、丘脑和下丘脑 上丘脑：松果腺和脉络从 丘脑：感觉信息传入大脑的输入中心；运动 信息的主要输出中心；调节人的情绪和觉醒。 下丘脑：负责内环境调节
大脑：左右半球 半球：大脑皮质（外面覆盖的灰质）、内部 的白质（髓质）和深部的基底神经节 实施高级功能的关键部位
视觉系统
光线照射视杆细胞活化视紫红质；活化的视 紫红质活化转导蛋白G蛋白；G蛋白活化磷脂 二酯酶（PDE）；活化的PDE促使cGMP水解 成GMP，使原结合在Na离子通道上的cGMP 离开，因此Na离子通道关闭，膜对Na离子通 透性降低，视杆细胞膜内电位向负值加大方 向变化，阻断了谷氨酸释放，停止了它对双 极神经细胞和神经节细胞的“抑制”，视杆 细胞将光能转化成生物电，沿着双极神经细 胞、神经节细胞和视神经轴突传到大脑，产 生视觉。
NO通过扩散进入血管平滑肌细胞，与NO受体 结合，激发细胞内可溶性鸟苷环化酶活性，鸟 苷环化酶催化GTP生成cGMP和PPi； cGMP导致蛋白激酶G（PKG）活化，该酶触发 的通路使肌肉松弛和血管舒张； 刺激ANF（心钠素）位于平滑肌细胞表面的受 体，同样可刺激内源鸟苷酸环化酶激活，导致 cGMP量增加，肌肉松弛。
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
细胞信号转导通路的控制和调节
细胞信号转导通路的控制和调节细胞信号转导通路通常指的是在细胞内部进行信号传递的生物化学机制。
这种机制可以使得外界的信号通过受体途径，被转化为细胞内部的反应和行为。
细胞信号转导通路对于维持细胞的正常运作和细胞间的沟通起着关键的作用。
然而，有时候细胞信号转导通路也对于某些疾病的发生和进展起着重要的作用。
因此，对于细胞信号转导通路的控制和调节，以及与之相关的疾病的治疗，成为了当前生物医学领域的一个热点研究方向。
细胞信号转导通路的基础在许多生物体内，细胞在许多情况下需要与环境进行交流。
这种交流过程通常通过细胞膜上面的一个叫做受体的蛋白质来完成。
当外部信号（比如，激素或炎症介质）到达细胞表面上的受体时，会引起受体的构象变化，从而促使受体内部的一条生物化学反应链得以启动。
这种反应链又被称为细胞信号转导通路。
细胞信号转导通路的特点之一就是它的复杂性，它通常包含了数百种或者更多不同的分子构件。
所以说，在分子水平上去理解细胞信号转导通路的组成和行为，是对于研究这种机制非常重要的。
目前，我们已经了解到了哪些分子在细胞信号转导通路中起着重要的作用。
以下就是其中的一些：1.受体：作为接收外部信号的细胞膜蛋白质。
2.激酶：可以添加磷酸团的酶类分子，它能够参与到与细胞信号转导通路相关的许多反应之中。
3.蛋白激酶：一种特殊类型的激酶，它可以通过激酶反应来调节诸如细胞增殖和存活等生命过程。
4.蛋白激酶抑制因子：介导信号转导通路的负调控分子，可以抑制细胞内的特定分子（如蛋白激酶）的活性。
上面这些分子是细胞信号转导通路中的一部分核心组成部分。
然而，还有许多其他的分子和反应会涉及到细胞信号转导通路中。
这些分子和反应的复杂性给了研究者们挑战。
但是，这也展现了研究细胞信号转导通路的重要性。
通过深入研究这些分子之间的关系，我们可以帮助我们更好地理解和治疗一些与细胞信号转导通路相关的疾病。
细胞信号转导通路的控制和调节细胞信号转导通路是一个非常复杂的系统，尽管我们已经对这个系统有了一些了解，但是我们距离真正了解整个通路的组成和行为还有很长的路要走。
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。
细胞信号转导的分子机制和调控
细胞信号转导的分子机制和调控细胞信号转导是指细胞内分子之间相互传递信息的过程，这些信息可以来自于细胞外界，如激素、生长因子等分泌物，或来自于细胞内部信号分子的产生和调节。
细胞信号转导过程是复杂而精密的，涉及到许多分子机制和调控方式。
细胞信号转导的分子机制在细胞信号转导的分子机制中，第一步是信号分子与受体的结合。
在更进一步的步骤中，信号分子会引起一系列的反应，形成信号转导链。
细胞膜受体、细胞质受体和细胞核受体是信号分子和细胞反应之间最重要的介质。
细胞膜受体是细胞信号转导的最常见的类型，它们包括酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、G蛋白偶联受体、离子通道受体等。
其中，酪氨酸激酶受体和酪氨酸磷酸酶受体是一些传递细胞生长和分化信息，G蛋白偶联受体则通常作为基本视觉和嗅觉的信号传递途径。
细胞质受体的最典型的例子就是钙离子信号的转导，其中钙离子介导的信号是细胞生理学功能中非常重要的一种。
细胞核受体通常与细胞战斗反应和细胞增殖分化的过程密切相关，这些反应最终导致基因的激活或阻止。
除此之外，很多信号分子都需要进入细胞才能发挥作用，这就需要一些特殊的调节机制来确保信号分子可以穿过细胞膜进入到细胞内部。
典型的例子就是激素类物质的传递，这需要一些溶质载体来实现 - 激素受体蛋白可以识别激素结构，然后在激素与受体配对的过程中改变结构，从而使激素与其载体蛋白结合。
细胞信号转导的调控在细胞信号转导链中，最重要的是信号分子在一个快速、准确的方式下引起细胞反应。
信号分子的中央节点通常是调制态蛋白，例如蛋白激酶、磷酸酶和细胞骨架蛋白。
这些蛋白从不同的角度影响信号传递过程。
蛋白激酶是一类能够通过激酶活性作用于自身或其他蛋白分子磷酸化修饰来调节信号转导过程的酶类分子。
蛋白激酶的一个重要的例子就是Ras-MAPK信号转导通路。
在这个通路中，Ras激活的蛋白激酶激活一系列的蛋白磷酸化，最终导致细胞分化和增殖。
另一个重要的蛋白调节分子是磷酸酶，它可以通过加速或阻止一些蛋白的磷酸化来调节信号转导通路过程。
第九章 细胞信号转导
主要过程：刺激性激素（配体）→刺激性激素受体→G蛋白 上Gα亚基→受体配体复合物解离→Gα结合并激活腺苷酸 环化酶→cAMP含量增加→激活蛋白激酶A（PKA）的两 个调节亚基→释放催化亚基→酶的迅速活化→调节各种生 命代谢。
在细胞内还有另一种酶即环线甘酸磷酸二酯酶（PDE），可 降解 cAMP，导致细胞内cAMP水平下降，从而终止信号反应。
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
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
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
信号转导系统及其特性： （一）基本组成及信号蛋白的相互作用 • 细胞表面受体介导的信号通路5个步骤： 受体激活→活化信号蛋白→级联反应→反 应回答→受体脱敏
信号转导系统： • 是由细胞内多种行驶不同功能的信号蛋白 所组成的信号传递连。
• 细胞内信号蛋白的相互作用是靠蛋白质模 式结合域所特异性介导的。
细胞因子与质膜受体特异性结合→细胞因子受体二聚化→JAK活化→ 磷酸化受体胞内段酪氨酸残基→与具有SH2结构域的STAT蛋白结合 →STAT被JAK磷酸化，STAT分子从受体上解离→两个磷酸化的STAT形 成同源二聚体→转位到细胞核内，与 特异基因的调控序列结合，调节相
关基因的表达
第五节 其他细胞表面受体介导的信号通路
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路 按效应器蛋白不同可分为：
①激活离子通道的G蛋白偶联受体。 ②激活或抑制Ac，以CAMP为第二信使的G蛋白偶 联受体。 ③激活PLC，以IP3和DAG作为双信使的G蛋白偶联 受体。
细胞信号转导-讲义
细胞对外界刺激作出适当 的反应是细胞生存的前提。 细胞通过细胞信号转导对 刺激作出反应。
细胞信号转导模型视频
细胞信息传递途径
细胞对胞外组合信号的程 序性反应决定细胞的命运.
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。 相同信号可产生不 同效应：如Ach可引 起骨骼肌收缩、心肌 收缩频率降低，唾腺 细胞分泌。 不同信号可产生相 同效应：如肾上腺素、 胰高血糖素，促进肝 糖原降解而升高血糖。
G蛋白耦联受体结构
G 蛋白结构与激活
3.2.1 cAMP信号途径 • 通过调节胞内cAMP的浓度，将细胞外信号转变为细胞内信号。 • 主要组分：① Rs（激活）、Ri（抑制）受体。② G蛋白：Gs、Gi。 ③ 腺苷酸环化酶和环腺苷酸磷酸二脂酶。④ 蛋白激酶A（PKA）
整合结构域
催化结构域
肝细胞G蛋白耦联受体通过G蛋白激活或抑制腺苷酸环化酶活性。 Epinephrine 肾上腺素，glucagon 胰高血糖素，ACTH 促肾上腺 皮质激素，PGE1 前列腺素E1 ，adenosine 腺苷。
D. 细胞内两种信号开关分子
• 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。 • 作用：通过磷酸化调节蛋白质的活性。
蛋白激酶分子开关：蛋白激酶和 蛋白磷酸酶磷酸化和去磷酸化靶蛋 白激活或抑制靶蛋白活性起细胞效 应分子开关作用。
GTP环化酶
NO对血管的作用。InsP3＝IP3，calmodulin 钙调蛋 白，citrulline 瓜氨酸，guanylyl cyclase 鸟苷酸环化 酶。
3 细胞表面受体介导的信号转导
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。
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细胞表面受体（Cell Surface Receptor）
介导亲水性信号分子的信息传递，可分为： ① 离子通道耦连受体 ② G蛋白耦连受体 ③ 酶连受体
第一类存在于可兴奋细胞，后两类存在于大多数 细胞。
离子通道偶联受体
特点： - 受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 - 受体本身为离子通道，即配体门通道 - 跨膜信号转导无需中间步骤 - 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信
旁分泌：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；②气体信号分子。 化学突触：神经递质经突触作用于靶细胞。
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、细胞的信号分子与受体
1. 信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子: 如甲状腺素和甾体激素 亲水性信号分子: 如神经递质,生长因子 气体性信号分子(NO, CO)
细胞间隙连接
连接子：中央为直径 1.5nm 的 亲 水 性 孔 道 ， 允许小分子如Ca2+、 cAMP通过。 作用：协同相邻细胞 对外界信号的反应， 如可兴奋细胞的电耦 联现象(电紧张突触)。
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。
化学通讯
细胞分泌一些化学物质（如激素）至细 胞贝尔医学与生理学奖
分子开关（molecular switches） 调节细胞信号的激活/失活机制的蛋白
细胞内的分子开关蛋白分为两类: 1.活性由蛋白磷酸化/去磷酸化调节 2.活性由结合GTP/GDP调节
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，使蛋白质磷酸 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。 －作用：通过磷酸化调节蛋白质的活性。
号传递 - 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性 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
G蛋白耦联受体
－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 胞内产生第二信使。
－类型：①多种神经递质、肽类激素和趋化因 子受体 ②味觉、视觉和嗅觉感受器。
细胞间分泌化学信号进行通讯的方式:
内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化学突触（chemical synapse）
细胞间分泌化学信号进行通讯的方式:
内分泌：内分泌激素随血液循环输至全身，作用 于靶细胞。特点：①低浓度（10-8-10-12M ），② 全身性，③长时效。
细胞信号转导概述 和整合控制
- 概述 - 细胞内受体介导的信号转导 - G蛋白耦联受体介导的信号转导 - 酶连受体介导的信号转导 - 其他细胞表面受体介导的信号转导 - 细胞信号转导的整合与控制
信号分子
细 合成、运输 胞 ◈ 细胞识别 通
配体 受体
讯信
膜内 受体
膜上 受体
离子通道耦联 G蛋白耦联 与酶耦联
三、 信号转导系统的特性
1.信号转导系统的基本组成与信号蛋白 细胞特异性受体识别信号分子 信号跨膜转导 信号级联放大 细胞应答反应 受体脱敏或下调, 细胞反应终止或降低
2。细胞内信号蛋白的相互作用， 由蛋白质模式结合域特异性介导
信号蛋白之间通过蛋白质模式结构域的特异性介导
3. 信号转导系统的主要特性
2. 受体(Receptor) - 能识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分子 - 与配体结合后, 通过信号转导作用将胞外信号转 换为胞内物理或化学信号并产生特定生物学效应 - 受体多为糖蛋白 - 功能: (1)细胞内蛋白质活性或功能改变
(2) 影响细胞内蛋白质的表达 - 功能结构域: (1)结合配体功能域 (2)效应功能域
号
G蛋白 耦联
cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路
通
与酶连接
受体酪氨酸激酶
路
的受体
受体耦联的酪氨酸激酶 受体丝/苏激酶
受体酪氨酸磷酸酯酶
◈由整联蛋白介导的信号传递 受体鸟苷酸环化酶
第一节 概述
一 细胞通讯（cell communication）
细胞通讯的概念：一个细胞发出的信息通过介质 传递到另一个细胞产生相应的反应。
特异性 放大作用 网络化与反馈调节机制 整合作用
第二节 细胞内受体介导的信号传递
一 细胞内核受体及其对基因表达的调节
二
细胞内受体超家族: 依赖激素激活的基
因
三 细胞调核控内蛋受白体. :
配体(通过核孔进入细胞核)
类固醇激素 视黄酸 维生素D 甲状腺素
胞内受体一般有三个结构域： １C端的激素结合位点 ２中部富含Cys，具有锌指结构的DNA或Hsp90 结合位点 ３N 端的转录激活结构域
胞的代谢过程及基因表达等功能
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
G-蛋白偶联受体(GPCR)
配体-受体复合物与靶蛋白的作用需要通过与 G蛋白的藕联, 在细胞内产生第二信使, 将胞外信 号传递到胞内.
G蛋白偶联受体的信号传递过程包括 (1)配体与受体结合 (2)受体活化G蛋白 (3)G蛋白激活或抑制细胞中的效应分子 (4)效应分子改变细胞内信使的含量与分布 (5)细胞内信使作用于相应的靶分子，从而改变细
细胞通讯的作用： 多细胞生物的组织发生与形态建成 协调多细胞生物细胞间的功能 控制细胞的生长和分裂 组织发生与形态建成
细胞的信号转导 - 细胞必须接受合适的环境信号才能生存 - 细胞必须对信号作出适当的反应
1. 细胞通讯的方式： 分泌化学信号 细胞间的直接接触或分子作用 (膜表面分子接触通讯) 动物细胞的间隙连接和植物细胞的胞间连丝
－相关信号途径：cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。
细胞内受体
甾体类激素 甲状腺素 气体分子 的受体
第一信使：水溶性信号分子（如神经递 质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信 号转换机制实现信号传递，称第一信使。
第二信使（second messenger）
已经发现的第二 信使有: cAMP,
Ca2+, cGMP, IP3, DG等