细胞间通讯与信号转导

细胞间通讯与信号转导

细胞间通讯与信号转导

1细胞间信息物质（第一信使）：凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质统称细胞间信息物质。包括：神经递质、内分泌激素、局部化学介质和气体信号。

2细胞内信息物质：在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内化学物质。

3第二信使：通常将Ca2+、cAMP、cGMP、DAG、IP3、Cer、花生四烯酸及其代谢产物这类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使。

4第三信使：负责细胞核内外信息传递的物质称为第三信使。是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，能调节基因的转录，因此又称为DNA结合蛋白。

一、细胞通讯

1细胞间隙连接通讯

2膜表面分子接触通讯

3化学信号介导的通讯

二、信号转导：细胞针对外源信息所发生的细胞应答反应全过程。

1信号必须经由受体发挥作用

⑴受体：是位于细胞膜或细胞内能特异识别和结合配体的生物大分子，其化学本质为蛋白质。

⑵分类：①细胞表面受体：离子通道受体；G-蛋白偶联受体；酶偶联受体。

②细胞内受体

⑶离子通道受体：横跨于细胞膜上的、由多个亚基构成的寡聚蛋白，具有离子通道功能。这

类受体接受特异配体（神经递质）并发生相互作用后，可以开启离子通道，促使离子跨膜流动，产生动作电位，将信号下传。

G-蛋白偶联受体：横跨于细胞膜的单链糖蛋白。当受体接受配体

并发生相互作用后，必须要有G蛋白作为中介物，才能将信号传递给膜中效应蛋白（酶）。受G-蛋白调节的效应蛋白（酶）主要有腺苷酸环化酶（AC）、cGMP依赖性磷酸二酯酶、磷脂酶C和离子通道等。腺苷酸环化酶催化A TP环合成cAMP；磷脂酶C催化PIP2水解产生IP3和DAG；cGMP依赖性磷酸二酯酶催化cGMP分解而灭活。

细胞内受体：存在于胞浆和胞核内的类固醇激素和甲状腺激素等脂溶性信息分子的受体。

胞内受体包括四个区域：高度可变区、DNA结合区、铰链区和激素结合区。

⑷受体与配体结合的特点：高度专一性、高度亲和力、可饱和性、可逆性和特定的作用模式。2信号转导分子负责信号在细胞内的传递与转换

⑴第二信使

⑵蛋白激酶与蛋白磷酸酶是蛋白质活性的开关系统

⑶G蛋白的GTP/GDP开关作用

⑷衔接蛋白和支架蛋白参与信号转导复合物的形成

3胞内信息传递途径

⑴cAMP-蛋白激酶A途径：β肾上腺素、胰高血糖素、多巴胺、组胺

①cAMP的生成与降解。一些激素如肾上腺素、胰高血糖素等作用于相应的受体后，活化

相应的受体，活化的受体可催化Gs的GDP与GTP交换，导致Gs 的α亚基与βγ解离，释放出αs-GTP，αs-GTP可导致AC活化，使得A TP转变为cAMP，细胞内cAMP浓度升高。

cAMP在细胞内的浓度除与AC活性相关，还和磷酸二酯酶活性有关。

②cAMP的作用机制。cAMP对细胞的调节作用是通过激活cAMP 依赖性蛋白激酶系统来

实现的。PKA是一种由四聚体组成的别构酶（C2R2）.其中C为催化亚基，R为调节亚基。每个调节亚基上有两个cAMP结合位点，

催化亚基有催化底物蛋白质特定丝/苏氨酸残基磷酸化的功能。调节亚基与催化亚基结合时，PKA呈无活性状态。当4分子cAMP 与两分子调节亚基结合后，调节亚基脱落，游离的催化亚基具有蛋白激酶活性。

③PKA的作用。PKA被cAMP激活后，能在A TP存在的情况下使许多蛋白质特定的丝/苏

氨酸残基磷酸化，从而调节细胞的物质代谢和基因表达。

④对代谢的调节作用：肾上腺素调节糖原分解的级联反应。肾上腺素与质膜上的受体结合

后，通过激动型G蛋白使AC活化，AC激活A TP生成cAMP。后者进一步激活PKA，PKA一方面使无活性的磷酸化酶激酶b磷酸化为有活性的磷酸化酶激酶b，后者能催化磷酸化酶b成为有活性的磷酸化酶a。磷酸化酶a经磷蛋白磷酸酶脱去磷酸又转变为无活性的磷酸化酶b。磷蛋白磷酸酶活性也受PKA的调节。同时，PKA也使有活性的糖原合酶的特定丝/苏氨酸残基磷酸化转变成无活性。

⑤对基因表达的调节作用:在基因的转录调控区有一类cAMP应答元件（CRE），它可与

cAMP应答元件结合蛋白（CREB）相互作用而调节此基因的转录。当PKA的催化亚基进入细胞核后，可催化反式作用因子－CREB中特定的丝/苏氨酸残基磷酸化。磷酸化的CREB与DNA上的CRE结合，从而激活受CRE调控的基因转录。

⑵Ca2+-依赖性蛋白激酶途径

①Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径（PLC -IP3/DAG-蛋白激酶C 途径）：血管紧张素Ⅱ、乙酰胆碱、α肾上腺素等。

IP3和DAG的生物合成和功能：去甲肾上腺素等激素作用于靶细胞膜上相应的受体后，通过Gp激活PI-PLC，后者可水解PIP2而生成DAG和IP3。DAG生成后仍留在质膜上，在磷脂酰丝氨酸和Ca2+的配合下激活PKC。IP3生成后，从膜中扩散到胞浆中与内质网和肌浆网上的受体结合，促进这些钙储存库内Ca2+的释放，Ca2+能与胞浆内的PKC结合并聚集到质膜，在DAG和膜磷脂共同诱导下，PKC被激

活。

PKC的生理功能：对代谢的调节作用和对基因表达的调节作用。

②Ca2+-钙调蛋白（CaM）依赖性途径（IP3 -Ca2+信息传递途径）

钙调蛋白为钙结合蛋白，人体的CaM有4个Ca2+结合位点，这些位点被占满后其构象发生改变。IP3使胞内Ca2+水平增高，Ca2+与CaM结合。Ca2+-CaM底物谱很广，可以磷酸化许多蛋白质的丝/苏氨酸残基，使之激活或失活。Ca2+-CaM既可以激活腺苷酸环化酶又可以激活磷酸二酯酶，使它既加速cAMP的生成又加速cAMP的降解，使信息迅速传到细胞内，又迅速消失。Ca2+-CaM在细胞的信号传递中也起着重要作用。

⑶cGMP-蛋白激酶系统（鸟苷酸环化酶-cGMP途径）

cGMP由GTP在鸟苷酸环化酶（GC）的催化下生成，经磷酸二酯酶催化而降解。心钠素（ANP）与靶细胞膜上具有鸟苷酸环化酶活性的受体结合后，能激活鸟苷酸环化酶，后者催化GTP 转变为cGMP。cGMP能激活cGMP依赖性蛋白激酶G（PKG），催化有关蛋白丝/苏氨酸残基磷酸化，产生生物学效应，即松弛血管平滑肌和增加尿钠，还可以降低血压。

⑷酪氨酸蛋白激酶（PTK）体系

①受体型PTK-Ras-MAPK途径：胰岛素

受体与配体结合后，发生自身磷酸化和磷酸化Grb2和SOS。磷酸化的受体与Grb2-SOS复合物结合，进而激活Ras蛋白。Ras蛋白又称小G蛋白，性质类似于G蛋白中的Gα亚基，它的活性和其结合GTP或GDP直接有关，Ras与GDP结合时无活性，与GTP结合而活化。活化的Ras蛋白可进一步活化Raf蛋白。Raf蛋白具有丝/苏氨酸蛋白激酶活性，它可进一步激活有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）系统。MAPK系统包括MAPK、MAPKK、MAPKKK，MAPK更具广泛的催化活性，它既能催化丝/苏氨酸残基又能催化酪氨酸残基磷酸化，故是具双重催化活性的蛋白激酶。MAPK除调节花生四烯酸代谢和细胞微管形成外，更重要的是可催化细胞核内许多反式作用因子的丝/苏