第细胞信号转导剖析
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19
（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。
➢ GTPase超家族 ➢ 蛋白质磷酸化和去磷酸化 ➢ Ca2+的结合或解离
20
GTPase超家族
• GTP结合蛋白，包括三聚 体（大G蛋白）和单体（小 G蛋白），都具有GTPase 活性，都具有2种存在状态 ：即G蛋白·GTP为活化的 “开启”状态，而G蛋白 ·GDP为失活的“关闭” 状态。
10
（二）受体
1.概念
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。
⑦-⑧解除信号并导致细胞反应终 止。
6
3.功能
一、细胞通讯
存活 生长+分裂
分化
死亡
7
二、几个基本概念（重点）
• 信号分子 • 受体 • 第二信使 • 分子开关
8
（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
第9章 细胞信号转导 Cell Signal Transduction
许聪 细胞生物学
教研室
1
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转导 – 酶联受体介导的信号转导 – 其它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
➢ 每种细胞都有一套多种类型的受体，应答多种不同的胞外 信号从而启动细胞不同生物学效应，如：生长、分裂、分 化或调亡。
15
不同靶细胞以不同方式应答于相同化学信号
16
受体转导胞外信号引发快反应和慢反应
17
（三）第二信使
• “第一信使”-----细胞外信号分子 • 第二信使（second messenger）
由Sutherland于70年代提出，并因此而获得诺贝尔奖。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 结合，在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
18
（三）第二信使
• 目前公认的第二信使包括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）等。
GPCR） C. 酶联受体（enzyme-linked receptors）
14
（二）受体
3.特点
➢ 同一信号分子作用于不同靶细胞的受体后，产生不同的生 物学效应。如：乙酰胆碱作用于骨骼肌细胞引起收缩，作 用于心肌细胞收缩减缓，作用于唾液腺引起唾液分泌。
➢ 同一靶细胞上不同的受体应答不同的胞外信号，产生相同 的效应。如：肝细胞肾上腺素或胰高血糖素受体在结合各 自配体后，都能促进糖原降解而升高血糖。
化学信号通讯作用方式
A. 内分泌 B. 旁分泌 C. 化学突触 D. 自分泌
5
2.步骤
一、细胞通讯
①- ②信号细胞合成并释放信号分 子（配体）；
③转运信号分子至靶细胞；
④信号分子与靶细胞表面受体特异 性结合并导致受体被激活；
⑤活化的受体启动靶细胞内一种或 多种信号转导途径；
⑥引发细胞代谢、功能或基因表达 的改变；
细胞将外部信号转变为自身应答反应的过程，这 是实现细胞间通讯的关键过程。
3
一、细胞通讯 1.方式
化学信号（chemical messengers）通讯 接触依赖性通讯（contact-dependent signaling） 间隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesma）
4
（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： ① 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 ② 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 ③ 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 ④ 细胞应答反应 ⑤ 受体脱敏或受体下调，终止或降低细胞反应
24
蛋白质模式结合域（modular binding domain）
99
化学信号分子
• 气体性信号分子：NO、CO 特点：可自由扩散进入细胞激活效应酶。
• 亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素 特点：分子小、疏水性强，可穿过细胞膜与细胞质或细 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：神经递质、局部介质和多数蛋白类激 素 特点：不能穿过脂双层，只能与靶细胞表面受体结合， 再经信号转导，在细胞内产生第二信使引起细胞的应答 反应。
11
（二）受体
2.类型
细胞表面受体
细胞内受体
小的亲脂性 信号分子
亲水性信号分子
12
细胞内受体
➢ 位于细胞质基质或核基质中； ➢ 识别并结合小的脂溶性分子； ➢ 通常是基因调控蛋白或酶，与信号分子结合
后被激活。
13
细胞表面受体
A. 离子通道偶联受体（ion channel-coupled receptor） B. G蛋白偶Βιβλιοθήκη Baidu受体（G-protein-coupled receptor，
21
蛋白质磷酸化和去磷酸化
• 通过蛋白激酶（ protein kinase）使靶 蛋白磷酸化，通过蛋白 磷酸水解酶（protein phosphatase）使靶蛋 白去磷酸化，从而调节 靶蛋白的活性。
22
Ca2+ 的结合或解离
钙调蛋白（calmodulin，CaM）
23
三、信号转导系统及其特性
2
第一节 细胞信号转导概述
• 细胞通讯（cell communication）(重点)
一个细胞发出的信息通过介质（配体）传递到另 一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过 细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最 终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。
• 细胞信号转导（cell signal transduction）
（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。
➢ GTPase超家族 ➢ 蛋白质磷酸化和去磷酸化 ➢ Ca2+的结合或解离
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GTPase超家族
• GTP结合蛋白，包括三聚 体（大G蛋白）和单体（小 G蛋白），都具有GTPase 活性，都具有2种存在状态 ：即G蛋白·GTP为活化的 “开启”状态，而G蛋白 ·GDP为失活的“关闭” 状态。
10
（二）受体
1.概念
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。
⑦-⑧解除信号并导致细胞反应终 止。
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3.功能
一、细胞通讯
存活 生长+分裂
分化
死亡
7
二、几个基本概念（重点）
• 信号分子 • 受体 • 第二信使 • 分子开关
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（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
第9章 细胞信号转导 Cell Signal Transduction
许聪 细胞生物学
教研室
1
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转导 – 酶联受体介导的信号转导 – 其它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
➢ 每种细胞都有一套多种类型的受体，应答多种不同的胞外 信号从而启动细胞不同生物学效应，如：生长、分裂、分 化或调亡。
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不同靶细胞以不同方式应答于相同化学信号
16
受体转导胞外信号引发快反应和慢反应
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（三）第二信使
• “第一信使”-----细胞外信号分子 • 第二信使（second messenger）
由Sutherland于70年代提出，并因此而获得诺贝尔奖。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 结合，在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
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（三）第二信使
• 目前公认的第二信使包括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）等。
GPCR） C. 酶联受体（enzyme-linked receptors）
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（二）受体
3.特点
➢ 同一信号分子作用于不同靶细胞的受体后，产生不同的生 物学效应。如：乙酰胆碱作用于骨骼肌细胞引起收缩，作 用于心肌细胞收缩减缓，作用于唾液腺引起唾液分泌。
➢ 同一靶细胞上不同的受体应答不同的胞外信号，产生相同 的效应。如：肝细胞肾上腺素或胰高血糖素受体在结合各 自配体后，都能促进糖原降解而升高血糖。
化学信号通讯作用方式
A. 内分泌 B. 旁分泌 C. 化学突触 D. 自分泌
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2.步骤
一、细胞通讯
①- ②信号细胞合成并释放信号分 子（配体）；
③转运信号分子至靶细胞；
④信号分子与靶细胞表面受体特异 性结合并导致受体被激活；
⑤活化的受体启动靶细胞内一种或 多种信号转导途径；
⑥引发细胞代谢、功能或基因表达 的改变；
细胞将外部信号转变为自身应答反应的过程，这 是实现细胞间通讯的关键过程。
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一、细胞通讯 1.方式
化学信号（chemical messengers）通讯 接触依赖性通讯（contact-dependent signaling） 间隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesma）
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（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： ① 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 ② 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 ③ 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 ④ 细胞应答反应 ⑤ 受体脱敏或受体下调，终止或降低细胞反应
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蛋白质模式结合域（modular binding domain）
99
化学信号分子
• 气体性信号分子：NO、CO 特点：可自由扩散进入细胞激活效应酶。
• 亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素 特点：分子小、疏水性强，可穿过细胞膜与细胞质或细 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：神经递质、局部介质和多数蛋白类激 素 特点：不能穿过脂双层，只能与靶细胞表面受体结合， 再经信号转导，在细胞内产生第二信使引起细胞的应答 反应。
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（二）受体
2.类型
细胞表面受体
细胞内受体
小的亲脂性 信号分子
亲水性信号分子
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细胞内受体
➢ 位于细胞质基质或核基质中； ➢ 识别并结合小的脂溶性分子； ➢ 通常是基因调控蛋白或酶，与信号分子结合
后被激活。
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细胞表面受体
A. 离子通道偶联受体（ion channel-coupled receptor） B. G蛋白偶Βιβλιοθήκη Baidu受体（G-protein-coupled receptor，
21
蛋白质磷酸化和去磷酸化
• 通过蛋白激酶（ protein kinase）使靶 蛋白磷酸化，通过蛋白 磷酸水解酶（protein phosphatase）使靶蛋 白去磷酸化，从而调节 靶蛋白的活性。
22
Ca2+ 的结合或解离
钙调蛋白（calmodulin，CaM）
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三、信号转导系统及其特性
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第一节 细胞信号转导概述
• 细胞通讯（cell communication）(重点)
一个细胞发出的信息通过介质（配体）传递到另 一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过 细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最 终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。
• 细胞信号转导（cell signal transduction）