细胞间通讯与信号转导
细胞通讯与信号传导
细胞通讯与信号传导细胞是生物体的最基本单位，每个细胞都像一个小工厂，拥有自己的机器和设备，它们需要不断地接收与发出信息才能完成各自的任务，这就需要细胞间的通讯与信号传导。
本文将从细胞通讯和信号传导两个方面介绍这个重要的生命现象。
一、细胞通讯细胞通讯是指细胞之间通过化学信号相互交流的过程。
这种信号传递可以调节细胞的生命周期、维持内环境的恒定，以及协调身体各系统之间的协同运作。
在细胞通讯中，信号的传递可以分为内源性和外源性两类。
内源性信号是由细胞内自身产生的，如某些信号分子可以调节基因表达，从而影响一系列细胞行为。
外源性信号则来自外界，如神经元通过传递神经递质来调节细胞行为。
通常，细胞通讯的信号传递过程可分为三个基本步骤：识别、传递和响应。
第一步是识别阶段，在这个阶段，细胞必须能够识别外界或内源性信号分子。
这需要细胞表面的受体与信号分子之间发生特定的化学结合。
第二步是信号的传递阶段，在这个阶段，信号分子通过细胞内传递通路进入到细胞内部，从而调节细胞行为。
第三步是响应阶段，在这个阶段，细胞根据传递的信号做出相应的反应。
二、信号传导信号传导是指信号分子在细胞内部的传递过程。
它涉及一系列的生化反应和分子互动。
信号分子进入到细胞内部后，可能被一些蛋白激酶或酶水解，进而改变信号分子的化学结构。
这些过程就是信号转导的第一步，即信号的转换，使原本无法进入细胞内部的信号分子转变为可以作用于细胞内部的具有生物活性的物质。
第二步是信号传导通路，在这一步中，转换后的信号分子会引起细胞内一些特定蛋白质的生物分子反应，这些反应一般有激活或抑制的作用，从而调节细胞内的活动。
最后一步是响应阶段，在这个阶段，细胞会根据信号的强度和类型产生不同的反应，如细胞分裂、细胞分化、细胞凋亡等。
总的来说，细胞通讯和信号传导是两个紧密联系的概念。
细胞通讯的主要任务是产生信号分子，并将其传递到另一个细胞，而信号传导则是用一种内部系统将细胞解码和响应这些信号。
细胞的信号转导：细胞间的通讯
细胞的信号转导：细胞间的通讯
细胞信号转导是细胞间相互通讯的重要过程之一。
细胞通过信号转导将外部环境的信息传递到细胞内部，以调控细胞的生理功能和行为。
这种通讯过程在生物体内各个层次和组织中都十分普遍。
细胞信号转导通过一系列复杂的分子相互作用和级联反应完成。
信号转导通常从外部环境的信号开始，例如化学物质、细胞间接触和光照等。
这些刺激会激活细胞表面的受体蛋白，如受体酪氨酸激酶、离子通道和G蛋白偶联受体等。
一旦受体被激活，它们将开始传递信号到细胞内部。
这个过程中涉及到许多信号转导分子，如细胞内信号转导通路中的蛋白激酶、转录因子、细胞骨架和细胞内钙离子等。
这些分子相互作用形成复杂的网络，将信号从细胞膜传递到细胞质和细胞核，并最终调控基因表达和细胞功能。
细胞间的通讯也是细胞信号转导的一部分。
细胞可以通过细胞间的信号分子进行直接或间接的交流。
例如，神经细胞之间通过突触传递神经递质进行快速的信息传递。
而免疫细胞之间通过细胞因子的释放和受体结合来调节免疫反应。
此外，细胞还可以通过细胞外囊泡（如外泌体）释放信号物质，并被周围的细胞摄取，进而影响接受细胞的行为。
总的来说，细胞信号转导和细胞间通讯是细胞间相互沟通的重要机制。
通过这种方式，细胞可以感知和响应外界环境的变化，并协调各种生物学过程。
理解细胞信号转导和细胞间通讯的机制对于深入研究生物学和治疗疾病具有重要意义。
希望这篇简要介绍对你有所帮助！如果你有任何其他问题，请随时提问。
细胞通讯和细胞信号转导
名称
合成部位 化学特性
主要作用
肾上腺素 肾上腺 酪氨酸衍生物 提高血压、心率、增强代谢
皮质醇
肾上腺 类固醇
在大多数组织中影响蛋白、糖、脂肪的代谢
雌二醇
卵巢
类固醇
诱导和保持雌性副性征
胰高血糖素 胰α细胞 肽
胰岛素
胰β细胞 蛋白质
睾酮
睾丸
类固醇
在肝、脂肪细胞刺激葡萄糖合成、糖原断裂、 脂断裂
刺激肝细胞等葡萄糖吸收、蛋白质及脂的合 成
亚基与催化亚基分开，被
激活的催化亚基可使底物
cAMP激活蛋白激酶A
➢ 蛋白激酶A的细胞质功能和细胞核功能
PKA既可直接修 饰细胞质中的底物蛋白， 使之磷酸化后立即起作 用，也可以进入细胞核 作用于基因表达的调控 蛋白,启动基因的表达。
cAMP与蛋白激酶对细胞活性的影响
蛋白激酶A的细胞质功能:
糖原分解：在脊椎动物中,糖原的分解受一些激素的控制,如肾上 腺素和胰高血糖素中的任何一种激素同细胞膜受体结合,都会激活磷酸 化酶,使糖原分解成1-磷酸葡萄糖,然后进一步分解为6-磷酸葡萄糖、 葡萄糖后进入血液 。
PKC系统的信号转导
由于该系统中的第二信使是磷脂肌醇,故此这一系统又称为磷脂 肌醇信号途径(phosphatidylinositol signal pathway)。
在这一信号转导途径中,膜受体与其相应的第一信使分子结合后， 激活膜上的Gq蛋白(一种G蛋白),然后由Gq蛋白激活磷酸脂酶Cβ (phos pholipase Cβ, PLC), 将膜上的脂酰肌醇4,5-二磷酸(phosphatidylinos itol biphosphate, PIP2)分解为两个细胞内的第二信使：二酰甘油( dia cylglycerol, DAG)和1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)。IP3动员细胞内钙库释放 Ca2+到细胞质中与钙调蛋白结合，随后参与一系列的反应；而DAG在 Ca2+的协同下激活蛋白激酶C，然后通过蛋白激酶C引起级联反应，进 行细胞的应答, 故此将该系统称为PKC系统,或称为IP3、DAG、Ca2+信 号通路。
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。
细胞生物学名词解释
细胞生物学名词解释1受体，配体：受体（receptor）：存在于细胞膜上细胞内、能接受外界的信号，并将这一信号转化为细胞内的一系列生物化学反应，从而对细胞的结构或功能产生影响的蛋白质分子。
配体（ligand）：受体所接受的外界信号，包括神经递质、激素、生长因子、光子、某些化学物质及其他细胞外信号。
受体是细胞膜上的特殊蛋白分子，可以识别和选择性地与某些物质发生特异性结合反应，产生相应的生物效应．与之结合的相应的信息分子叫配体。
2. 细胞通讯，信号传导，信号转导，细胞识别：细胞通讯：指一个细胞发出的信息通过介质传递到别一个细胞产生相应的反应。
信号传导：相当于是将上面细胞的刺激冲动传向下一个细胞，起着一种传递承接的作用，生化性质上没有什么改变。
信号转导：指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，经细胞内信号转导系统转换，从而影响细胞生物学功能的过程。
细胞识别：是指细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，从而导致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。
是细胞通讯的一个重要环节。
3. 分子伴侣：一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份。
4. 核孔复合体：在内外膜的融合处形成环状开口，直径为50～100nm，核孔构造复杂，含100种以上蛋白质，并与核纤层紧密结合。
是选择性双向通道。
功能是选择性的大分子出入（主动运输），酶、组蛋白、mRNA、tRNA等存在电位差，对离子的出入有一定的调节控制作用。
5. 常染色质，异染色质 : 在细胞核的大部分区域，染色质结构的折叠压缩程度比较小,即密度较低，进行细胞染色时着色较浅，这部分染色质称常染色质．着丝点部位的染色质丝，在细胞间期就折叠压缩的非常紧密，和细胞分裂时的染色体情况差不多，即密度较高，细胞染色时着色较深，这部分染色质称异染色质．6. 核仁组织区：即rRNA序列区，它与细胞间期核仁形成有关，构成核仁的某一个或几个特定染色体片断。
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。
细胞信号传递通路与信号转导
细胞信号传递通路与信号转导细胞信号传递通路及信号转导一直是生物学和医学领域中的热门研究课题，这一领域涵盖了许多重要的生物过程与疾病发生发展过程。
本文将从细胞信号传递的基本概念入手，分析信号传递的主要类型以及信号转导的机制和重要作用。
一、细胞信号传递的基本概念细胞信号传递是指细胞内外环境的信息交流和传递过程。
这一过程起始于细胞接受到特定的信号，例如化学物质、光、压力、温度、重力等，信号将被通过受体蛋白的识别和转化，进而引发一系列的生物反应。
通常，细胞信号传递可分为内分泌、神经递质和细胞接触信号三种。
内分泌信号就是由内分泌腺分泌出来的激素通过血液系统传递到靶细胞上，从而诱导生物反应的一种信号传递方式。
神经递质信号则是由神经系统释放的化学物质，在神经节点周围与神经元或神经肌肉接头处作为信号分子，引发与神经母细胞发生反应的一种信号传递机制。
此外，细胞接触信号也被广泛研究，细胞接触信号是指当细胞表面的受体分子与信号转导分子结合，可通过分子接触引发一系列的细胞反应。
二、信号转导的机制和重要作用基本上，信号转导是细胞内外信号分子之间一系列、有次序的分子交互。
某一刺激通过多种信号转导蛋白激活下，可能会在细胞内部激活一些信号分子或转录因子，从而改变细胞代谢或活性的一种过程。
信号转导的过程可分为分子水平、细胞水平和器官水平三个层次。
在分子水平，信号分子进入细胞，与受体分子结合，通过不同的反应促进几乎每个细胞代谢路径的正常运作，包括细胞增殖、分化、凋亡、代谢等。
在细胞水平，信号分子的去留和寿命影响着细胞表型的选择，可导致细胞生长、方向性运动和发育等的变化，或在人体免疫防御和神经系统细胞内存储信息等过程起到重要作用。
在器官水平，信号转导机制影响到心血管、神经、消化系统支配内脏活动的机能，使人体系统内的动力学变得更加协调和稳定。
三、细胞信号传递通路研究的意义最近几年，细胞信号传递通路研究的价值越来越被广泛关注。
这一研究对于人类疾病的治疗和预防毫不含糊。
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。
细胞信号转导的意义及其应用
细胞信号转导的意义及其应用细胞信号转导（cellular signaling pathway）是细胞内外发生的能够调控细胞行为的过程。
它涉及到复杂的分子互作、反应途径和调节机制，其中包括了分子信号的接收、传递和响应。
这个过程在细胞内外的正常空间环境下，或者根据特定的利益集合，在异常环境中发挥着先导作用。
因此，细胞信号转导的研究成为了许多学科的重要研究方向。
本文主要介绍细胞信号转导的意义、应用及其相关研究进展。
一、细胞信号转导的意义细胞信号传导通常指细胞之间的通讯和信息交流过程。
它是维持细胞的功能和生存所必需的基础。
细胞信号传导被广泛认为是细胞生物学中最重要的研究领域之一，其研究对生命科学的发展和应用有很大的贡献。
1. 主要控制生物过程生物体是由不同种类的细胞组成的，每种细胞都具有自己的特定功能和生存条件。
细胞信号转导是生物复杂多样的细胞之间进行通讯和交流的核心机制。
它通过调节响应细胞内、外环境变化的反应，使细胞在不同的状态下保持自身特定的行为。
细胞间的信息传递和互相作用，控制了许多重要的生命过程，如细胞增殖、分化，以及癌症、心血管等疾病的发生等。
2. 可以启发新的治疗策略由于细胞信号转导是控制生物过程的关键因素之一，因此研究它已成为许多领域的重要课题。
正常情况下，它是为了维持生物体的正常生理功能而存在。
但当信号转导通路异常时，它可能会导致各种疾病的发展。
研究细胞信号转导可以识别与疾病相关的信号，为疾病的治疗提供新的思路和方法。
对于癌症来说，深入研究信号转导通路的分子机制，找到抑制癌细胞的关键信号分子，可以为靶向癌症治疗提供新途径。
二、细胞信号转导的应用随着细胞信号转导的研究深入，人们已经可以将相关知识用于医学诊断、预防、治疗和药物开发等方面。
以下是细胞信号转导的主要应用。
1. 新药研发药物研发是细胞信号转导的一个重要应用领域。
利用细胞信号通路的相关机制和调节途径，可以构建更加精准的药物靶点，提高药物疗效。
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
简述细胞的信号转导方式
细胞的信号转导是指外界信号通过细胞膜传递到细胞内部，触发一系列生化反应和细胞功能的调控过程。
细胞的信号转导可以通过多种方式进行，其中常见的几种方式包括：
1.直接通透型信号转导：某些小分子信号物质（如气体一氧化氮）、离子（如钙离子）或
水溶性小分子可直接穿过细胞膜，与胞浆内的靶分子发生作用，并触发相应的信号转导反应。
2.膜受体介导的信号转导：大部分信号分子无法直接通过细胞膜，而是通过与细胞膜上特
定的受体结合来传递信号。
这些受体可以是离子通道、酪氨酸激酶、鸟苷酸环化酶等类型的膜受体。
当信号分子与受体结合后，受体会激活下游的信号传递通路，如激活蛋白激酶级联反应或次级信号分子的释放，从而引发细胞内的信号转导。
3.细胞间接触介导的信号转导：有些细胞间信号传递是通过直接接触实现的。
例如，细胞
间的黏附分子可以通过细胞-细胞或细胞-基质之间的物理接触来传递信号。
这种方式通常使细胞与周围环境相互作用，调控细胞的形态、迁移和生长等过程。
4.核内受体介导的信号转导：某些脂溶性信号分子（如类固醇激素和甲状腺激素）可以通
过穿过细胞膜进入细胞，并与细胞核内的核受体结合。
与核受体结合后，信号分子与核受体复合物进入细胞核，影响特定基因的转录和表达，从而调控细胞功能。
这些信号转导方式可以单独存在，也可以相互作用，共同调节细胞的功能和生理过程。
不同的信号转导方式在细胞内部形成了复杂的网络，以确保信号的准确传递和细胞功能的精确调控。
第十四章细胞信号转导与信号传递系统
二、细胞对细胞外信号反应的不同速率
快速反应
激活的蛋白质激酶催化胞内蛋白质的磷酸化（Ser或Thr磷酸 激活的蛋白质激酶催化胞内蛋白质的磷酸化（Ser或Thr磷酸 化），从而产生细胞反应 ），从而产生细胞反应 不同种类的细胞，磷酸化的靶蛋白组不同，细胞效应不同。 不同种类的细胞，磷酸化的靶蛋白组不同，细胞效应不同。 通过磷酸化级联反应链进行，不涉及基因表达。 通过磷酸化级联反应链进行，不涉及基因表达。
参与磷酸化级联反应的蛋白激酶种类： 2、参与磷酸化级联反应的蛋白激酶种类： 丝氨酸/苏氨酸激酶— （1）丝氨酸/苏氨酸激酶 可催化蛋白中的丝氨酸
和苏氨酸磷酸化
（2）酪氨酸激酶 可催化蛋白中的酪氨酸磷酸化 酪氨酸激酶—
蛋白激酶是一类磷酸转移酶， 蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将核苷酸 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上， 的 γ 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上 ， 使 蛋白质磷酸化。 蛋白质磷酸化。
二、靶细胞—信号分子作用的效应细胞 靶细胞
靶细胞反应过程的特征： 靶细胞反应过程的特征：
细胞按发育编程，在不同的分化阶段， （一）专一识别信号 细胞按发育编程，在不同的分化阶段， 分别与专一的信号分子识别结合。 分别与专一的信号分子识别结合 。 如在分化过程中有的细 胞只对分化信号起反应， 有的只对增殖信号起反应， 胞只对分化信号起反应 ， 有的只对增殖信号起反应 ， 也有 的只对其它信号起反应。 的只对其它信号起反应。
蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面： 蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面：
A.通过磷酸化调节蛋白质的活性， A.通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是 通过磷酸化调节蛋白质的活性 绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制， 绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋 白质在磷酸化后具有活性， 白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有 活性； 信号分子活性调节） 活性；(信号分子活性调节） B.通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细 B.通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大， 通过蛋白质的逐级磷酸化 胞反应。（信号放大） 胞反应。 信号放大）
生物学中的细胞信号转导和信号传递
生物学中的细胞信号转导和信号传递细胞信号转导和信号传递是细胞内外信息的传递过程。
信号的产生和传递可以通过细胞表面上的受体和细胞内部的信号分子来实现。
这一过程是维持生命活动、细胞增殖、发育、分化和代谢的重要过程。
细胞信号转导的基本原理细胞信号转导的基本原理是，当一个信号分子与细胞外受体相结合时，会引起受体的结构发生变化，从而启动一个信号传递过程。
这个过程包括一系列的化学反应，形成细胞内部新的信号分子，继续传递信号。
这些信号可以是生长因子、激素、神经递质等，它们能够识别和选择性地激活特定的细胞类型。
细胞表面的受体有不同的类型，包括离子通道、酪氨酸激酶受体、丝氨酸/苏氨酸激酶受体、G蛋白耦合受体等。
它们能以不同的方式传递信号。
细胞信号传递和细胞响应通过细胞内部一系列复杂的化学反应，信号变成了一条特定的路径，即信号通路。
通常，一个信号通路包括受体、信号分子、转导酶、下游信号分子等多个分子。
按照信号的流向，信号通路可以分为下列几种类型：激活型、抑制型、交织型、反馈型。
这些信号通路都会产生一种或多种细胞响应，比如细胞增殖、分化、凋亡、细胞周期控制等。
常见的细胞信号通路1. MAPK通路MAPK通路是细胞内最重要的信号通路之一，也是最复杂的通路之一。
MAPK通路通过启动一系列下游信号分子和转录因子的磷酸化来调节细胞增殖、生长和凋亡。
该通路具有多样性和多层次的调控机制，可以被不同的信号刺激，如生长因子、激素和环境因素等。
2. PI3K-Akt通路PI3K-Akt通路是生长和代谢的重要通路之一。
该通路的主要功能是通过磷酸化AKT (蛋白激酶B)和其他下游分子来调节凋亡、生长和代谢。
AKT的活化以及其下游信号转导的调节与许多人类疾病的发生和发展有关，如肿瘤、心血管疾病和代谢性疾病等。
3. Wnt通路Wnt通路是一个复杂的信号通路，它与细胞增殖、细胞分化和凋亡等相关。
该通路受到Wnt ligand的激活：激活后，Wnt ligand能够结合细胞表面的活化型Frizzled受体，从而启动信号转导过程。
第九章-细胞信号转导(共53张PPT)
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
1234 5
67
G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
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
一、细胞通讯
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质
细胞生物学11细胞信号转导
四、受体（Receptor）
1. 受体的概念
细胞对于细胞外特殊信号分子的反应能力依赖于 细胞具有特殊的受体。
受体(receptor)是能够与信息分子特异结合的一类 特殊蛋白质。
Protein kinases
第二节 主要的信号传导途径
一、通过细胞内受体介导信号的机制
与细胞内的受体结合的信号分子的主要代表是:
小分子的甾类激素、甲状腺素、维甲酸和维生素 D等
甾类激素是疏水性小分子，由于它们的亲脂性， 通过简单的扩散即可跨越质膜进入细胞内。
细胞内
皮质酮、黄体酮
甲状腺素、维生素D、 维甲酸和雌激素
肾上腺素（α 2型）受体、阿片肽受 体、乙酰胆碱（M）受体和生长激素 释放的抑制因子受体等
2. GS和Gi
激素与受体结合所产生的增强或降低腺苷酸环化酶的活性， 不是受体与腺苷酸环化酶直接作用的结果，而是通过两种 调节蛋白Gs和Gi完成的。G蛋白使受体和腺苷酸环化酶偶 联起来，使细胞外信号转换为细胞内的信号即cAMP第二信 使。所以G蛋白也称为偶联蛋白或信号转换蛋白。
甾类激素和甲状腺素
易穿过靶细胞质膜进入细胞 介导长时间的持续反应
与特殊的载体蛋白结合在血 液中长距离转运 与细胞质或细胞核中的受体 结合形成受体复合物。配体 受体复合物通过与DNA的特 定控制区结合，改变基因表 达模式
通常影响特殊组织的生长与
分化
神经递质、生长因子、细胞因子、 局部化学递质和大多数激素
B
C
• 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。
第九章细胞信号转导知识点总结
第九章细胞信号转导细胞通讯：一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过信号转导产生靶细胞内一系列的生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应。
信号传导：是指信号分子从合成的细胞中释放出来，然后进行传递。
信号传导强调信号的产生、分泌与传送。
信号转导：是指信号的识别、转移与转换，包括配体与受体的结合、第二信使的产生及其后的级联反应等。
信号转导强调信号的接收与接收后信号转换的方式与结果。
受体：是一类能够结合细胞外特异性信号分子并启动细胞反应的蛋白质。
第二信使：细胞外信号分子不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，经信号转导，在细胞内产生非蛋白类小分子，这种细胞内信号分子称为第二信使。
分子开关：细胞信号传递级联中，具有关闭和开启信号传递功能的分子。
信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。
G蛋白偶联受体：指配体-受体复合物与靶细胞的作用是要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞行为的受体。
cAMP信号通路：细胞外信号与细胞相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP水平的变化而引起细胞反应的信号通路。
（磷脂酰肌醇信号通路）双信使系统：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活膜上的磷脂激酶C，使质膜上的PIP2分解成IP3和DAG两个第二信使，将胞外信号转导为胞内信号，两个第二信使分别激活两种不同的信号通路，即IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，实现对胞外信号的应答，因此将这种信号通路称为“双信使系统”。
钙调蛋白：真核细胞中普遍存在的Ca2+应答蛋白。
Ras蛋白：Ras基因的产物，分布于质膜胞质侧，结合GTP时为活化状态，结合GDP时失活状态，因此Ras蛋白属于GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，具有分子开关的作用。
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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
氨酸残基磷酸化，导致基因转录或关闭。
受体型PTK活化后还可通过激活AC，多种磷脂酶等发挥调控基因的作用。
②JAKs-STAT途径：β-干扰素、白细胞介素
一部分生长因子和大部分细胞因子可借助细胞内非受体型酪氨酸蛋白激酶JAKs完成信息传导。
JAKs再通过激活STA T影响基因的转录调节。
⑸胞内受体途径
在基础状态下，胞内受体往往与一类热休克蛋白（Hsp）构成无活性的聚合体形式存在，当类固醇激素与其结合后，引起受体变构释出Hsp而活化，活化受体发生二聚化，并进入细胞核作用于细胞核染色质DNA特定调控区（HRE）碱基序列，促进或抑制碱基表达。
4 G-蛋白偶联受体转导信号的基本方式
⑴配体与受体结合
⑵受体活化G蛋白
⑶G蛋白激活或抑制效应分子
⑷效应分子改变第二信使的含量与分布
⑸第二信使作用于相应的靶分子，使之构象改变，从而改变细胞的代谢过程及基因表达等功能。