细胞信号系统
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细胞的信号转导
Cellular Signal Transduction
Ligand
Receptorຫໍສະໝຸດ Baidu
Ion channel
Receptor
Kinase
Second messenger
Transcription factor
Gene Transcription
信号转导（singal transduction）：细胞外信号 通过与细胞膜上或细胞内的受体特异性结合，将信 号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信号 做出适当的反应。
第三节 细胞内信使
细胞内信使：受体激活后在细胞内产生的、能介导信号转 导的活性物质，又称第二信使（sencond messenger）。 cAMP，cGMP，DAG, IP3, Ca2+
一、cAMP信使体系
腺苷酸环化酶与cAMP
腺苷酸环化酶 adenylate cyclase,AC； G蛋白的效应蛋白之一， 是cAMP信号传递系统的关键酶；
细胞外信号分类：
根据信号特点和作用方式
激素 神经递质 局部化学介质
根据效应：
激动剂 拮抗剂
根据信号的性质
水溶性信号 脂溶性信号
第一节 细胞外信号
第二节 受体
受体：一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，可以与细胞外信 号分子特异性识别并结合，进而激活胞内一系列生物化学反应， 使细胞对外界刺激产生相应的效应。
α亚单位上有乙酰 胆碱ACh结合部位;
使终板膜Na+内流， 少量K+外流，形成 终板电位。
胞内受体:
配体：多为脂溶性小 分子甾体类激素，还 包括甲状腺素类激素、 Vd等
作用：转录调节蛋白， 与DNA分子的激素调 节元件结合，促进或 抑制基因转录
特点：细胞产生效应 需要的时间长
膜受体
1、配体闸门离子通道受体：
存在于细胞膜上，某些神经递质的受体，其本身是一种或几 种离子的离子通道
为神经系统和其它电激发细胞特有，主要在突触反应中起控 制作用
反应速度快
N型乙酰胆碱受体 5个亚单位αβγδ在 细胞膜上共同构成 一个通道；
每一个亚单位带有 4个越膜区域；
氨基末端有糖基化的位点，羧基末端有两个在蛋白激酶 催化下发生磷酸化的位点 ，与受体活性调控有关。
特点：转导过程较慢，敏感、灵活、类型多样
（Gliman和Rodbell，1994对G蛋白研究获诺贝尔奖）。
G蛋白是一种分子量约10万的可溶性膜蛋白，由αβγ3 个不同的亚单位构成异聚体;具有结合GTP或GDP的 能力和GTPase的活性；调节功能和信号转导，故称 为结合鸟苷酸调节蛋白（或信号转导蛋白）。可分为：
②使信号得到逐渐放大。如肾上腺素使肝、肌 糖元分解，10-10mol/L的量，血糖升高50%，三 步放大了10000倍
掌握
受体概念、类型 cAMP信号途径过程 G蛋白作用机制
三、二脂酰甘油/三磷酸肌醇信使体系
四、钙离子/钙调蛋白信使体系
第四节 信号转导与蛋白激酶
级联反应（cascade reaction）：信号传导通路中， 催化某一步反应的蛋白质由上一步反应的产物激 活或抑制（即通过磷酸化获取磷酸，这样的过程 叫级联反应。）
①一系列酶促反应仅通过单一种类的化学分子 便可加以调节
信号网络（singaling network）：细胞内存在多 种信号转导方式和途径，而且彼此交叉调控，构成 复杂的信号网络。
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
调节代谢 实现细胞功能 调节细胞周期 控制细胞分化 影响细胞存活
细胞信号转导： 第一信使 first messenger 受体recepter; 受体将信号转变为细胞内信号第二信使
配体：与受体结合的生物活性物质，包括激素、神经递质、生 长因子、某些药物等。
I型
离子通道型受体 II型
III型 膜受体 G蛋白耦联受体
受体分类
胞内受体
具备酶活性的受体 胞浆受体
核受体
1、离子通道型受体
1).I型受体超家族： 五个亚基构成 每个亚基4-5个跨膜域 通过胞外区域与配体结合
AC可催化ATP分解形成cAMP－－第二信使。
第三节 细胞内信使
Gprotein
AC cAMP
PKA
AC催化ATP -- cAMP → cAMP活化PKA →PKA磷酸化 CREB→CREB结合相关基因的CRE区→在其他特异性转录因 子的调控下，启动基因的表达，产生各种生物学效应。
PKA--- cAMP依赖性蛋白激酶(cAMP-dependent protein kinase) CREB---反应元件结合蛋白(cAMP responsive element -binding
3.酪氨酸蛋白激酶受体： 一条单次跨膜的多肽链 配体结合区域为胞外区 胞内区具有酪氨酸激酶
活性 往往通过配体介导受体
二聚化，相互激活 激活具有SH2结构域的
蛋白并使之激活，传递 信号 主要介导细胞生长和分 化，产生效应过程较慢
3、G蛋白耦联的受体（G蛋白-鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide－binding protein） 存在于细胞膜上，神经递质、激素、肽类和胺类的受体， 与G蛋白耦联。 结构： 由一条多肽链组成，其中带有7个疏水越膜区域 氨基末端朝向细胞外，羧基末端则朝向细胞内基质
2、生长因子类受体（酶联受体）： 存在于细胞膜上，具有酪氨酸激酶（trk）的活性。 在参与细胞生长和分化调控中起作用， 产生效应过程缓慢。
受体酪氨酸激酶receptor Tyrosine Kinase, receptor trK （RPTK） 酶蛋白以跨膜结构形式存在于细胞膜上; 胞外的部分是配体结合区，起受体的作用； 细胞质一侧的部分称为激酶活性区，具有酪氨酸激酶的活 性
胞内信号的转导途径，最终转 化为细胞的各种复杂的生物学 效应。
信号分子的失活引起细胞反应 的终止
第一节 细胞外信号
第一信使:由细胞分泌的、能够调节机体机体功能的一 大类生物活性物质，是细胞间通讯的信号。
主要是蛋白质、肽类、氨基酸及其衍生物、类固醇激 素、NO等。
与细胞膜上或胞内特定的受体结合后，后者将接收到 得信息转导给胞浆或细胞核中的功能反应体系，从而 启动细胞产生效应。
Gs：刺激性G蛋白；Rs Gi：抑制性G蛋白；Ri Gt：与激活磷酯酶C的受体偶联； Go：与控制Ca2+通道的受体偶联； Gp：与激活磷酸二酯酶的受体偶联；
糖基化位点
磷酸化 位点
G蛋白的作用机制：静息状态下，G蛋白（细胞 膜上）与GDP结合，与受体分离→配体与相应 的受体结合时，受体蛋白构象改变→与G蛋白α 亚单位接触 →α亚单位与 GTP结合→α亚单位的 构象改变，与βγ亚单位相分离 → 结合GTP的α
protein)---转录因子 基因的CRE区---序列为TGACGTCA
cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase A，PKA）
cAMP信号途径可表示为：
激素→ G蛋白耦联受体 →G蛋白→腺苷酸环化酶 cAMP→PKA →基因调控蛋 白磷酸化→基因转录。
亚单位从受体上分离并游离（调节细胞内的效
应蛋白的生物学活性，实现细胞内外的信号传 递）→α亚单位分解GTP → α亚单位构象改变， 与效应蛋白脱离，与βγ亚单位结合为静息状态 的G蛋白。
第二节 受体
G蛋白：
Ligand GTP
ab
PLC
g
GDP
AC
二、受体作用的特点： 1.能选择性地与特定配体结合 2.具备强的亲和力 3.受体-配体结合具有可饱和性 4.受体-配体结合具有可逆性 5.受体-配体结合可以通过磷酸化与去磷酸化进行调节
Cellular Signal Transduction
Ligand
Receptorຫໍສະໝຸດ Baidu
Ion channel
Receptor
Kinase
Second messenger
Transcription factor
Gene Transcription
信号转导（singal transduction）：细胞外信号 通过与细胞膜上或细胞内的受体特异性结合，将信 号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信号 做出适当的反应。
第三节 细胞内信使
细胞内信使：受体激活后在细胞内产生的、能介导信号转 导的活性物质，又称第二信使（sencond messenger）。 cAMP，cGMP，DAG, IP3, Ca2+
一、cAMP信使体系
腺苷酸环化酶与cAMP
腺苷酸环化酶 adenylate cyclase,AC； G蛋白的效应蛋白之一， 是cAMP信号传递系统的关键酶；
细胞外信号分类：
根据信号特点和作用方式
激素 神经递质 局部化学介质
根据效应：
激动剂 拮抗剂
根据信号的性质
水溶性信号 脂溶性信号
第一节 细胞外信号
第二节 受体
受体：一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，可以与细胞外信 号分子特异性识别并结合，进而激活胞内一系列生物化学反应， 使细胞对外界刺激产生相应的效应。
α亚单位上有乙酰 胆碱ACh结合部位;
使终板膜Na+内流， 少量K+外流，形成 终板电位。
胞内受体:
配体：多为脂溶性小 分子甾体类激素，还 包括甲状腺素类激素、 Vd等
作用：转录调节蛋白， 与DNA分子的激素调 节元件结合，促进或 抑制基因转录
特点：细胞产生效应 需要的时间长
膜受体
1、配体闸门离子通道受体：
存在于细胞膜上，某些神经递质的受体，其本身是一种或几 种离子的离子通道
为神经系统和其它电激发细胞特有，主要在突触反应中起控 制作用
反应速度快
N型乙酰胆碱受体 5个亚单位αβγδ在 细胞膜上共同构成 一个通道；
每一个亚单位带有 4个越膜区域；
氨基末端有糖基化的位点，羧基末端有两个在蛋白激酶 催化下发生磷酸化的位点 ，与受体活性调控有关。
特点：转导过程较慢，敏感、灵活、类型多样
（Gliman和Rodbell，1994对G蛋白研究获诺贝尔奖）。
G蛋白是一种分子量约10万的可溶性膜蛋白，由αβγ3 个不同的亚单位构成异聚体;具有结合GTP或GDP的 能力和GTPase的活性；调节功能和信号转导，故称 为结合鸟苷酸调节蛋白（或信号转导蛋白）。可分为：
②使信号得到逐渐放大。如肾上腺素使肝、肌 糖元分解，10-10mol/L的量，血糖升高50%，三 步放大了10000倍
掌握
受体概念、类型 cAMP信号途径过程 G蛋白作用机制
三、二脂酰甘油/三磷酸肌醇信使体系
四、钙离子/钙调蛋白信使体系
第四节 信号转导与蛋白激酶
级联反应（cascade reaction）：信号传导通路中， 催化某一步反应的蛋白质由上一步反应的产物激 活或抑制（即通过磷酸化获取磷酸，这样的过程 叫级联反应。）
①一系列酶促反应仅通过单一种类的化学分子 便可加以调节
信号网络（singaling network）：细胞内存在多 种信号转导方式和途径，而且彼此交叉调控，构成 复杂的信号网络。
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
调节代谢 实现细胞功能 调节细胞周期 控制细胞分化 影响细胞存活
细胞信号转导： 第一信使 first messenger 受体recepter; 受体将信号转变为细胞内信号第二信使
配体：与受体结合的生物活性物质，包括激素、神经递质、生 长因子、某些药物等。
I型
离子通道型受体 II型
III型 膜受体 G蛋白耦联受体
受体分类
胞内受体
具备酶活性的受体 胞浆受体
核受体
1、离子通道型受体
1).I型受体超家族： 五个亚基构成 每个亚基4-5个跨膜域 通过胞外区域与配体结合
AC可催化ATP分解形成cAMP－－第二信使。
第三节 细胞内信使
Gprotein
AC cAMP
PKA
AC催化ATP -- cAMP → cAMP活化PKA →PKA磷酸化 CREB→CREB结合相关基因的CRE区→在其他特异性转录因 子的调控下，启动基因的表达，产生各种生物学效应。
PKA--- cAMP依赖性蛋白激酶(cAMP-dependent protein kinase) CREB---反应元件结合蛋白(cAMP responsive element -binding
3.酪氨酸蛋白激酶受体： 一条单次跨膜的多肽链 配体结合区域为胞外区 胞内区具有酪氨酸激酶
活性 往往通过配体介导受体
二聚化，相互激活 激活具有SH2结构域的
蛋白并使之激活，传递 信号 主要介导细胞生长和分 化，产生效应过程较慢
3、G蛋白耦联的受体（G蛋白-鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide－binding protein） 存在于细胞膜上，神经递质、激素、肽类和胺类的受体， 与G蛋白耦联。 结构： 由一条多肽链组成，其中带有7个疏水越膜区域 氨基末端朝向细胞外，羧基末端则朝向细胞内基质
2、生长因子类受体（酶联受体）： 存在于细胞膜上，具有酪氨酸激酶（trk）的活性。 在参与细胞生长和分化调控中起作用， 产生效应过程缓慢。
受体酪氨酸激酶receptor Tyrosine Kinase, receptor trK （RPTK） 酶蛋白以跨膜结构形式存在于细胞膜上; 胞外的部分是配体结合区，起受体的作用； 细胞质一侧的部分称为激酶活性区，具有酪氨酸激酶的活 性
胞内信号的转导途径，最终转 化为细胞的各种复杂的生物学 效应。
信号分子的失活引起细胞反应 的终止
第一节 细胞外信号
第一信使:由细胞分泌的、能够调节机体机体功能的一 大类生物活性物质，是细胞间通讯的信号。
主要是蛋白质、肽类、氨基酸及其衍生物、类固醇激 素、NO等。
与细胞膜上或胞内特定的受体结合后，后者将接收到 得信息转导给胞浆或细胞核中的功能反应体系，从而 启动细胞产生效应。
Gs：刺激性G蛋白；Rs Gi：抑制性G蛋白；Ri Gt：与激活磷酯酶C的受体偶联； Go：与控制Ca2+通道的受体偶联； Gp：与激活磷酸二酯酶的受体偶联；
糖基化位点
磷酸化 位点
G蛋白的作用机制：静息状态下，G蛋白（细胞 膜上）与GDP结合，与受体分离→配体与相应 的受体结合时，受体蛋白构象改变→与G蛋白α 亚单位接触 →α亚单位与 GTP结合→α亚单位的 构象改变，与βγ亚单位相分离 → 结合GTP的α
protein)---转录因子 基因的CRE区---序列为TGACGTCA
cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase A，PKA）
cAMP信号途径可表示为：
激素→ G蛋白耦联受体 →G蛋白→腺苷酸环化酶 cAMP→PKA →基因调控蛋 白磷酸化→基因转录。
亚单位从受体上分离并游离（调节细胞内的效
应蛋白的生物学活性，实现细胞内外的信号传 递）→α亚单位分解GTP → α亚单位构象改变， 与效应蛋白脱离，与βγ亚单位结合为静息状态 的G蛋白。
第二节 受体
G蛋白：
Ligand GTP
ab
PLC
g
GDP
AC
二、受体作用的特点： 1.能选择性地与特定配体结合 2.具备强的亲和力 3.受体-配体结合具有可饱和性 4.受体-配体结合具有可逆性 5.受体-配体结合可以通过磷酸化与去磷酸化进行调节