第八章细胞信号转
简述细胞信号转导的过程
简述细胞信号转导的过程细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，通过这个过程，细胞可以感知和响应外界刺激，并调控细胞内的生物活动。
细胞信号转导过程复杂而精确，涉及多种分子信号、信号传递通路和调控机制。
本文将以简洁明了的语言，从信号的产生、传递和响应三个方面，详细介绍细胞信号转导的过程。
一、信号的产生细胞信号可以来自于细胞外部环境，如激素、神经递质、细胞外基质等，也可以来自于细胞内部，如细胞器的功能变化、代谢产物的积累等。
这些信号分为内源性信号和外源性信号。
内源性信号是由细胞内部的变化所产生的，如细胞内的离子浓度变化、代谢产物积累等。
外源性信号则是由细胞外部的刺激所引起的，如激素的结合、神经递质的释放等。
二、信号的传递细胞信号的传递主要通过信号分子在细胞内外之间的传递来实现。
细胞膜是信号传递的重要场所，其表面覆盖着许多受体分子，当外界信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，并激活下游的信号传递通路。
这些通路包括细胞内信号传导分子的激活、蛋白质的磷酸化和解磷酸化等一系列反应。
这些反应可以通过细胞内的信号传导通路来调控，形成一个复杂的信号网络。
三、信号的响应细胞信号的响应是指细胞对信号的感知和相应行为。
细胞可以通过调节基因表达、蛋白质合成、细胞骨架重组等方式，来实现对信号的响应。
基因表达调控是一种常见的信号响应方式，细胞可以通过转录因子的激活或抑制来改变基因的表达水平。
蛋白质合成则是通过信号传导通路内的蛋白质磷酸化或解磷酸化等酶促反应来实现。
细胞骨架重组是通过改变细胞内骨架蛋白的结构和功能，来调节细胞形态和运动。
细胞信号转导的过程是一个动态平衡的过程，信号的产生、传递和响应是相互关联的。
细胞通过调节信号分子、信号传导通路和调控机制的活性，来实现对外界刺激的感知和响应。
这个过程在细胞生理、发育和疾病中起着重要的作用。
例如，细胞信号转导的异常会导致癌症、心血管疾病等多种疾病的发生和发展。
总结起来，细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，包括信号的产生、传递和响应三个方面。
第八章 细胞信号转导
结合GTP的α亚基的功能是激活腺 苷酸环化酶。
随着使命的完成，α亚基所结合的 GTP水解成GDP，α亚基恢复原来的 构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作 用。α亚基与βγ亚基重新结合，形成 没有活性的三聚体。
Gs调节模型
霍乱毒素能催化ADP核糖共价结合到 Gs的α亚基上，使α亚基丧失GTP酶的 活性，GTP永久结合在Gs的α亚基上， 使α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环 化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞 内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而 脱水。
2、信号分子的共同特点
多细胞有机体中有几百种信号分子，包括蛋 白质、短肽、氨基酸衍生物、核苷酸、脂类、 胆固醇衍生物和气体分子（NO）。特点：
（1）特异性：只能与特定的受体结合； （2）高效性：几个分子即可触发明显的生物 学效应：级联放大； （3）可快速失活：完成信息传递后被降解或 修饰失去活性。
（四）信号分子与信号传导
1、信号分子(signal molecule) 生物细胞所接受的信号既可使物理信号
（光、热、电流），也可是化学信号，有机 体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号 分子实现。
信号分子：是指细胞内某些既非营养物， 也非能源和结构物，也不是酶，唯一的功能 是在细胞内和细胞间传递信息，如激素、神 经递质、生长因子等。
活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内 靶分子，具信号传递功能。
如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙 酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能 开启质膜上K+通道，改变心肌细胞膜电 位
βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合， 对结合GTP的α亚基起协同/拮抗作用
胞内cAMP浓度升高后，激活cAMP依赖的 蛋白激酶A(PKA)。激活的PKA可作用多种底 物，引起多种反应。
细胞生物学第8章细胞信号传导
息系统的进化。
单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。 多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除 了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传 导，以协调不同细胞的行为，如：①调节代谢， 通过对代谢相关酶活性的调节，控制细胞的物质 和能量代谢；②实现细胞功能，如肌肉的收缩和 舒张，腺体分泌物的释放； ③调节细胞周期，使 DNA复制相关的基因表达，细胞进入分裂和增殖 阶段； ④控制细胞分化，使基因有选择性地表达， 细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞； ⑤ 影响细胞的存活。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
（四）配体与受体（Ligand & Receptor） 1、配体（Ligand）：在细胞通讯中，由信号传导 细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发 靶细胞的应答，此时的信号分子被称为配体 (ligand)，接收信息的分子称为受体。 2、受体（Receptor）：广义的受体指任何能够同 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。狭义的受 体指能够识别和选择性结合配体（signal molecule） 的大分子，当与配体结合后，通过信号转导 （Signal Transduction）作用将细胞外信号转换为 细胞内的物理和化学信号，以启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。
第八章
细胞信号转导
生命与非生命物质最显著的区别在于生命
是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生
物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部
环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息 物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维 持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不 同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表 面或细胞内与信号分子结合的蛋白质，多为糖 蛋白，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；当受体与配体结 合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用 具有三个主要特征：①特异性；②饱和性；③ 高度的亲和力。
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。
细胞生物学第八章
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 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。
第八章 细胞信号转导
第八章细胞信号转导一、填空题1.生物体内的化学信号分子一般可以分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两类。
2.受体多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，一是＿＿＿＿，二是＿＿＿＿。
3.列举细胞内的第二信使＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿。
4.一般将胞外的信号分子称为＿＿＿＿，将细胞内最早产生的信号分子称为＿＿＿＿。
5.介导跨膜信号转导的细胞表面受体可以分为＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿3类。
6.由G-蛋白耦联型受体所介导的细胞信号通路主要包括＿＿＿＿和＿＿＿＿。
7.磷脂酰肌醇信使系统，由分解PIP2产生的两个第二信使是＿＿＿＿和＿＿＿＿。
8.cAMP信号通路的效应酶是＿＿＿＿，磷脂酰肌醇信号通路的效应酶是＿＿＿＿。
9.与酶连接的催化性受体至少包括5类：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿。
10.Ras蛋自在RTKs介导的信号通路中起着关键作用，具有＿＿＿＿活性，当结合＿＿＿＿时为活化状态，当结合＿＿＿＿时为失活状态。
GAP增强Ras的＿＿＿＿。
11.细胞通讯的方式有：————、————、————。
12.细胞表面受体的三大家族：————、————、————。
13.酶联受体包括————、————、————、————、————。
14.硝酸甘油之所以能治疗心绞痛是因为在体内能转化为————引起血管————。
15.确定蛋白质寿命的信号通常存在于、————，若为含有不稳定氨基酸的蛋白，则该蛋白通过————降解。
16.表皮生长因子（EGF）的跨膜信号转导是通过————方式实现的。
17.细胞信号分子根据其溶解性通常可分为————和————两类。
18.表皮生长因子（EGF）受体的下游信号传递分子是___。
19.酶连受体都是___次跨膜结构的。
20.只有一个单体分子起作用的是___。
21.细胞间的识别依赖于___。
22.微丝踏车运动发生在正端的聚合速率___负端的解聚速率。
23.受体的跨膜区通常是___结构。
24.酶偶连受体的下游一般是————、————。
细胞生物学第八章细胞信号转导-文档资料
受体结构域为： 位于C端激素结合位点
位于中部的DNA结合位点 转录激活结构域
● 甾类激素介导的信号通路 ●一氧化氮介导的信号通路
（A）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员
● 甾类激素介导的信号通路
激素与膜内受体
●一氧化氮介导的信号通路
血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高， 激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，
分子）的大分子物质，多为糖蛋白，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 。
类型：细胞内受体（intracellular receptor）：
受胞外亲脂性信号分子激活
细胞表面受体（cell surface receptor）
受胞外亲水性信号分子激活
同一细胞具有不同受体，受多信号的调控，如心肌 细胞上有乙酰胆碱受体和肾上腺素受体 不同细胞具有相同受体，但反应各异 如心肌和分泌细胞上的乙酰胆碱受体相同
外周型：5个亚基组成（2）
通道开启：Na+ 内流，K+外流，
(二) G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体是指配体--受体复合物与靶蛋白 要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从 而将胞外信号转变成胞内信号。三聚体GTP结合调 节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称 G蛋白。由α、β、γ三个亚基组成，α亚其具有GTP 酶活性。β和γ亚基通过共价结合于膜上。G蛋白在 信号转导过程中起着分子开关的作用，当α亚基与 GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启 状态。
• 亲脂性信号分子——甾类激素(皮质醇、雌二
醇和睾酮）和甲状腺素，分子小，疏水性强， 可穿过细胞膜进入细胞，介导长时间的持续反 应，与细胞内受体结合，调节基因表达。 •气体信号分子——NO、CO、H2S等
第五章 物质的跨膜运输+第八章细胞信号转导(复习习题)
第五章物质的跨膜运输+第八章细胞信号转导一、名词解释1、主动运输2、被动运输3、细胞通讯4、简单扩散5、协助扩散（促进扩散）6、协同运输7、分子开关8、胞吞作用9、胞吐作用10、吞噬作用11、胞饮作用12、信号分子13、信号通路14、受体15、第一信使16、第二信使17、G—蛋白偶联受体18、双信使系统二、填空题1、根据胞吞的物质是否有专一性，将胞吞作用分为的胞吞作用和的胞吞作用。
2、细胞的化学信号可分为、、、等四类。
3、细胞膜表面受体主要有三类即、和。
4、细胞之间以三种方式进行通讯，细胞间，通过与质膜的影响其他细胞；细胞间形成连接，通过交换使细胞质相互沟通；细胞通过分泌进行相互通讯，是细胞间通讯的途径。
5、根据物质运输方向与离子沿梯度的转移方向，协同运输又可分为协同与协同。
6、在细胞的信号转导中，第二信使主要有、、和。
7、Ca2+泵主要存在于膜和膜上，其功能是将Ca2+输出或泵入中储存起来，维持内低浓度的Ca2+。
8、小分子物质通过、、等方式进入细胞内，而大分子物质则通过或作用进入细胞内。
9、H+泵存在于细菌、真菌、细胞的细胞膜、及上，将H+泵出细胞外或细胞器内，使周转环境和细胞器呈性。
10、IP3信号的终止是通过形成IP2，或被形成IP4。
DG通过两种途径终止其信使作用：一是被成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被水解成单脂酰甘油。
11、在磷酰③脂醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面受体结合，质膜上的磷脂酶C，使质膜上水解成1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为。
12、酶偶联受体通常是指与酶连接的细胞表面受体又称，目前已知的这类受体都是跨膜蛋白，当胞外配体与受体结合即激活受体胞内段的酶活性。
至少包括五类即：、、、和。
13、门通道对离子的通透有高度的不是连续开放而是开放，门的开关在于孔道蛋白的变化，根据控制门开关的影响因子的不同，可进一步区分为门通道、门通道、门通道。
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。
细胞通讯与信号传递
在细胞内一系列信号传递的级联反应中， 对信号通路的激活或失活起调节作用的 蛋白质分子称为分子开关(p224)。常见 的有两类：
蛋白激酶 GTP结合蛋白
细胞通讯与信号传递
细胞通讯与信号传递
G蛋白作为分子开关：G蛋白的活化和失活 细胞通讯与信号传递
二、信号转导系统及其特性
（一）基本组成与信号蛋白
细胞通讯与信号传递
（一）方式 1 通过分泌化学信号进行 2 细胞间接触依赖性的通讯 （contact-dependent signaling) 3 通过间隙连接或胞间连丝使细胞
质相互沟通
细胞通讯与信号传递
细胞通讯与信号传递
细胞分泌化学信号的作用方式
内分泌(endocrine) 旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine) 通过化学突触传递神经信号
信号传递细胞通的讯与信级号传递联反应
信号转细导胞通讯的与信号一传递 般模式
（二）信号分子与受体(p220)
1.信号分子(signal molecule) 亲水性信号分子——神经递质、生长
因子、细胞因子、局部化学递质、大 多数激素，介导短暂的反应，与细胞 表面受体结合 *前列腺素为脂溶性，但不能穿过质膜， 与表面受体结合
至少包括两个功能区域：配体结合区域和
产生效应的区域。
细胞内受体
离子通道耦联受体
细胞表面受体
G蛋白耦联受体
酶连受体
细胞通讯与信号传递
三 种 类 型 的 细 胞 表 面 受 体
细胞通讯与信号传递
（2）特点 ◆结合特异性 ◆效应特异性 ◆受体交叉(receptor crossover) ◆可逆性 ◆特定的组织定位 （3）类型 （4）反应的复杂性
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输和第八章 细胞信号转导
第五章 物质的跨膜运输一、跨膜运输方式细胞质膜是选择性透性膜，是能调控物质进出的精致装臵。
除脂溶性分子和不带电荷的小分子能以简单扩散方式过膜之外，水溶性分子和离子都是不能自行穿越脂双层的。
几乎所有的有机小分子和带电荷的无机离子都需要由膜转运蛋白来跨膜转运。
总之，跨膜的物质运输方式有：被动运transport 胞能量，顺浓度梯1、简单扩散 小分子物质（水、尿素、甘油、葡萄糖、O 2、N 2等）能自由扩散过膜，不须膜蛋白协助 2、协助扩散小分子及离子在膜转运蛋白协助下，会增快跨膜转运速率 (1)葡萄糖、氨基酸、乳糖、核糖等由载体蛋白选择性结合转运过膜 (2)离子由通道蛋白选择性开启离子通道转运 主动运输active transport （消耗细胞能量，运输方向是逆浓度梯度或逆电化学梯度） 1、主动运输:靠离子泵（钠钾泵、钙泵）或质子泵(H +泵）直接消耗细胞的ATP 进行运输。
2、协同运输:待运物质在载体蛋白上与某种离子伴跨膜转运，由钠钾泵（或H +泵）所维持的离子浓度梯度所驱动，∴是间接消耗细胞内的ATP 。
⑴同向转运：例如肠上皮细胞摄取葡萄糖、氨基酸需伴Na +过膜；而细菌吸收乳糖是伴H +过膜。
⑵反向转运：动物细胞靠Na +－H +交换载体，由Na +驱动H +反向输出胞外，以调节细胞内 pH 值。
吞排作用 胞吞作用胞吐作用(消耗细胞能量，将大分子和颗粒物泡来跨膜运输) 1、吞噬作用：吞食大的颗粒物质2、胞饮作用：吞饮液态物质（微胞饮作用）3、跨细胞转运： 由胞吞和胞吐相结合，组成穿胞吞排物质转运方式，其过程中不涉及溶酶体消化。
例如母体中的抗体由血液穿过上皮细胞进入乳汁，而婴儿肠上皮细胞再将母乳中的抗体摄入其血液。
二、各类跨膜运输的特点(一)被动运输1、简单扩散：由小分子自行热运动，顺浓度梯度过膜，其通透性主要取决于分子的大小和极性，凡带电荷的离子皆不能简单扩散；2、协助扩散：由膜转运蛋白促使被动运输的转运速率增快,可分为两种类型:①载体蛋白与其特定溶质分子相结合来转运；②离子通道蛋白能对离子选择转运。
第八章细胞信号转导
量。
35
一氧化氮的产生
36
NO很容易从制造的细胞中扩散 出来并且进入到邻近的细胞。由于NO 的半衰期很短(5-10秒钟)，所以它只 能作用于相邻细胞。NO作用的靶酶是
鸟苷环化酶，使GTP转变成cGMP。
37
一氧化氮的信号作用
38
• 1998 年 R ． Furchgott 等三位美国科学家因对 NO 信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
●结构： The inactive form of protein kinase A consists of two regulatory (R) and two catalyticinds to the regulatory subunits, leading to their dissociation from the catalytic subunits. The free catalytic subunits are then enzymatically active and able to phosphorylate serine residues on their target proteins. ?
◆C端结构域:
◆中间结构域:
◆N端结构域:
32
胞内受体的结构
33
二、NO
• NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。 • 血管内皮细胞和神经细胞是 NO的生成细胞，NO的生成由 一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精
氨酸为底物，以 NADPH 作为电子供体，生成 NO 和 L 瓜氨
抑制型的GTP结合蛋白传递抑制性信号,降低腺苷酸 环化酶的活性。
◆效应物
腺苷酸环化酶C。
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NO介导的信号通路
• 直接激活酶，较涉及基因表达变化的反应更为快速 • 产自精氨酸，在许多组织中起局部介质的作用 • 利用硝化甘油治疗心绞痛病人有几百年历史，N0
松弛血管壁的作用揭示了硝化甘油作用的机制 • 半衰期很短，5－10s • 靶分子：鸟苷酸环化酶，形成cGMP
第八章细胞信号转
细胞通讯的一般过程 ◆信号分子的产生 信号分子 ◆细胞识别（Cell recognition） 受体蛋白 ◆信号转导（Signal transduction） 胞内信号 特定基因表达 应答反应
第八章细胞信号转
细胞通讯与信号传递引起的反应 ◆酶活性的变化 ◆细胞分化 ◆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
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转第八章细源自信号转G蛋白偶联受体介导的细胞信号通路，根据引 起的级联反应的不同，分为：
◆G蛋白调节的离子通道 ◆cAMP信号通路 ◆磷脂酰肌醇信号通路
第八章细胞信号转
G蛋白调节的离子通道
存在于心肌 细胞中，使 心搏减缓
第八章细胞信号转
cAMP信号通路
◆cAMP信号途径又称PKA系统，是蛋白激酶A系统 的简称；
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
G蛋白偶联受体
细胞表面受体的最大家族，其信号分子包括激素、 局部介质、神经递质
所有的G蛋白偶联受体都具有相似的结构，七次跨 膜
第八章细胞信号转
G-蛋白
G蛋白:三聚体GTP结合调节蛋白. ◆组成:
一般由三个亚基组成, 分别叫α、β、γ， β、γ两 亚基通常紧密结合在一起，只有在蛋白构象改变 时才分开 ◆功能位点: 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。
糖皮质(激)素受体除同糖皮质(激)素结合以外, 还可 同其它甾类激素结合 ◆可逆性 配体与受体的结合是可逆的。 ◆特定的组织定位 受体在体内的分布、种类和数量均随组织的不同而 不同。
第八章细胞信号转
第二信使
第八章细胞信号转
概念：大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使，而把细胞内最早产 生的信号物质称为第二信使。
第八章 细胞信号转导
第八章细胞信号转
细胞通讯的意义
通过细胞通讯使细胞对外界环境具备敏锐的感觉 和反应，例如营养、信号分子、光暗、毒物、 天敌等。
细胞间通讯
交配因子、shmoos
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信号转导 指信号的转换过程。如文字－声音－电脉冲
－神经脉冲 细胞间的信号转导相对简单，细胞外－细胞
内
第八章细胞信号转
第二信息至少有两个特征: ▲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 ▲能启动或调节细胞内稍晚出现的反应。 目前公认的第二信息有cAMP、DG、IP3、cGMP
第八章细胞信号转
信号传导的分子开关
作为分子开关的两类蛋白 1 磷酸化控制的开关蛋白，有很多本身就是蛋白
激酶，从而组成磷酸化的级联反应，导致信号 的放大、分流及调变 2 GTP结合蛋白，如G蛋白
第八章细胞信号转
细胞信号的类型
一、通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯： 内分泌－激素（进入血液） 旁分泌－局部介质（如局部炎症和伤口愈合） 自分泌－细胞对自身分泌物产生反应 化学突触－神经递质（快速100m/s，信号转导） 二、依赖接触－与膜结合的信号分子（例如在胚胎发
育中细胞的分化） 三、间隙连接
◆在该系统中，细胞外信号要被转换成第二信息 cAMP引起细胞反应
◆cAMP的合成和降解，在细胞内的浓度迅速变化 ◆cAMP介导的细胞反应多是增加代谢燃料的消耗
速度。例如人受惊吓或激动时，释放肾上腺素， 其结合多种细胞的G蛋白偶联受体，导致cAMP浓 度增加，在骨骼肌中，介导糖原分解，在脂肪细 胞中，介导脂肪分解，在心脏，介导心率增加
第八章细胞信号转
注意：有开必有关，激活与失活同样重要
第八章细胞信号转
通过细胞内受体介导的信号传递
多为基因调控蛋白 如类固醇激素（包括皮质醇、 雌二醇和睾酮）和甲
状腺激素
第八章细胞信号转
当男性缺乏睾酮 受体时，会全面 表现出女性特征， 这证明睾酮受体 的关键作用，同 时也说明 该受体介导多种 细胞的不同效应
第八章细胞信号转
细胞内信号级联反应
又称信号通路，有以下特点： 1 它们把信号从接受部位传递到应答部位 2 它们把信号变换为能刺激细胞反应的某种分子形
式 3 大多数情况下，信号级联反应放大所接收的信号 4 信号级联反应能分选信号，以至平行地影响几个
过程 5 信号级联反应的每一步易受到其他因素干扰
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
细胞表面受体主要类型∶ ◆离子通道偶联受体 ◆G-蛋白偶联受体 ◆酶联受体 许多细胞外信号分子具有一种类型以上的受体，
如乙酰胆碱 外源性物质也能通过和受体结合干扰生理功能和
感觉，如海洛因、辣椒粉。它们模拟天然配体， 大多数药物和毒素都是如此。
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
离子通道偶联受体
◆见于可兴奋细胞间的突触信号传递，产生一种
电效应。常见于神经系统和其它电兴奋细胞如 肌细胞 ◆受体本身就是形成通道的跨膜蛋白。如乙酰胆 碱受体就是离子通道偶联受体。 ◆它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白, 除有配 体结合部位外, 本身就是离子通道的一部分, 并 籍此将信号传递至细胞内。
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
细胞应答的复杂性 1 每个细胞应答有限的一组信号（取决于受
体） 2 一个和同一类受体结合的信号能引起靶细
胞的多种效应，如形状、代谢、基因表达 等 3 不同的细胞对同一信号的反应可能不同 4 不同信号的组合效果
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
受体（receptor ）
• 概念:能够识别和选择结合信号分子并能引 起一系列生物学效应的生物大分子. 多为糖 蛋白
• 存在部位 ◆细胞表面（表面受体） ◆细胞内（细胞内受体）
第八章细胞信号转
第八章细胞信号转
受体的作用特性:
◆结合特异性----与信号分子空间结构的互补 ◆效应特异性 ◆受体交叉