第五章 细胞的信号转导

一、受体的基本概念
受体(receptor)： 一种蛋白质，存在于细胞膜或者细胞内，能接
受外界信号并将该信号转化为细胞内的一系列生物 化学反应，从而对细胞的结构和功能产生影响。
细胞膜受体、细胞内受体
配体(ligand)： 受体所接受的外界信号，通称为配体。
包括神经递质、激素、生长因子、光子、其他细 胞外信号。
Gs家族：激活 Gi家族：抑制 Gq家族：了解不深
二、G蛋白的作用机制
1、静息：α－β－γ－GDP，与受体分离 2、L-R，R构象改变，与α接触， α亲和力改变，结合GTP，
α与β γ分离，与受体分离（ α-GTP,功能状态） 3、L-R分离， α水解GTP成GDP，构象改变，与效应蛋白分离，
恢复静息G蛋白
蛋白磷酸化 蛋白激酶↑↓磷酸酶 蛋白去磷酸化
二、级联反应： 一系列酶促反应仅通过单一化学分子调节 使信号逐渐放大
三、通用性与特异性 通用性：途径通用 特异性：受体特异
四、胞内途径的相互交叉
信号转导与疾病
1、受体缺陷：重症肌无力，自身 免疫病，抗乙酰胆碱受体的抗 体，受体破坏。
2、G蛋白功能异常
举例
2、配体门控性离子通道 常为多亚基 配体-受体→通道状态改变
每个亚单位带4个疏水跨膜区； 每个亚单位的羧基端和氨基端均朝向细胞外基质； 每个亚单位M2越膜区与离子通过有关。
3、G蛋白偶联受体 一条多肽链组成，7个跨膜疏水区 氨基端朝向胞外，羧基端朝向胞内 氨基端具糖基化位点，胞内具有可被磷酸化的位点
二、膜受体的结构和类型
（一）膜受体的化学成分和结构 1、化学成分： 糖蛋白、脂蛋白和糖脂蛋白 2、结构： 跨膜蛋白，3个结构域 细胞外域：亲水 ——识别部 跨膜域：疏水 ——转换部 细胞内域：亲水 ——效应部
膜受体3个部分可以是同一蛋白的不同亚基，也可 以是不同的蛋白分子组成的蛋白复合体。
➢ 一条肽链构成的受体为单体型受体，例生长因子 受体、细胞因子受体等。
第五章 细胞的信号转导
细胞信号转导(signal transduction)的概念： 信息分子将调节机体生命活动的信号传递给靶
细胞（target cell），靶细胞通过其信号接收装置— —受体（receptor）将信号识别、放大并转换，从 而产生多种细胞内生物学效应。
细胞间信号的转导包括几个方面： 信号分子(第一信使) 细胞表面受体 跨膜转导系统(产生第二信使) 胞内信号转导系统
➢ 两条以上多肽链构成的受体为复合型受体，例胰 岛素受体、N－乙酰胆碱受体（α2βγσ)。
（二）膜受体的类型（据活性分类）
生长因子类受体：具酪氨酸激酶活性 某些神经递质的受体：离子通道(配体闸门通道)
配体
G蛋白偶联受体
1、受体型酪氨酸激酶 细胞膜上：具跨膜结构
配体结合区 跨膜区 激酶活性区
1、AC： 膜结合蛋白 G蛋白的效应分子 ATP→cAMP
6种亚型：组织特异性
AC结构特点： M1、M2两大疏水区，氨基端羧基端均向细胞质侧，C1、C2 两大活性区域
功能：催化ATP成cAMP
2、cAMP信号通路 L-R →G蛋白活化 → AC激活 → cAMP→cAMP依赖
性蛋白激酶A（PKA）→cAMP反应元件结合蛋白 （基因转录调节因子）→结合于基因CRE区→启动 基因表达→蛋白产生 →生物学效应 L-R →G蛋白活化 → AC激活 → cAMP→离子通道
细胞
受体1 受体2 受体3……
受体
细胞1 细胞2 细胞3……
生理情况下，受体数目可以受微环境调节
第三节 G蛋白
G蛋白家族 G蛋白作用机制
G蛋白：鸟苷酸结合蛋白，总称。 共同特征：
三个亚基构成异聚体（αβγ） 具结合GTP和GDP能力，并具GTP酶活性 构象改变可激活效应蛋白
一、G蛋白家族 据α亚单位结构与活性可分3类。
第二信使（second messenger）： 第一信使与其特异受体结合后，激活的受体，刺 激膜内特定的效应酶或离子通道，而在胞浆内产 生的小分子信使物质。
腺苷酸环化酶与cAMP信号转导通路 鸟苷酸环化酶与cGMP信号转导通路 磷脂酰肌醇信号通路
一、腺苷酸环化酶（AC）与cAMP信号转导通路
①结构： 细胞外区（配体结合区） 跨膜区 细胞质区（有G蛋白结合部位）
②机制：在细胞膜中与效应器是分开的，必须偶联一种 结合GTP的蛋白（G蛋白），才能将信号转给效应器。
三、膜受体的特性
（一）特异性: 立体构象互补 （二）可饱和性 （三）高亲和力 （四）可逆性 （五）特定的组织定位
四、膜受体的数量和分布
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胞外信号 受体 G蛋白 第二信使与下游信号传导途径
第一节 胞外信号
特点： 特异性、高效性、可灭活性
一、内分泌激素 低浓度、全身性、长时效
二、神经递质 时间短、作用距离短、局部浓度高
三、细胞因子 旁分泌作用、自分泌作用
四、气体分子 NO、CO，直接跨膜、局部作用
第二节 受体
受体的基本概念 膜受体的结构类型 膜受体的特性 膜受体的数量与分布
β亚单位的作用： 调节G蛋白作用强度。
浓度高→静息G蛋白→ G蛋白作用小 浓度低→游离α亚单位→ G蛋白作用大
效应蛋白种类： 取决于细胞的类型和α亚单位类型
第四节 第二信使及其介导的下游信号途径
第一信使（first messenger）： 各种细胞外信息分子，激素，神经递质，局部化 学介导因子等。
举例
3、cAMP信号通路的调控 G蛋白的调节 钙调素/Ca2+的活化(也可激活AC) 环核苷酸磷酸二酯酶对cAMP的降解
二、鸟苷酸环化酶与cGMP传导通路
1、鸟苷酸环化酶（GC）： 膜结合性和可溶性的
膜结合性GC： 跨膜蛋白，受体和酶的双重作用
可溶性GC： 胞质中，需要NO（第二信使）的激活
霍乱 霍乱毒素A亚基入细胞→NAD+中的ADP核糖基不 可逆的结合到G蛋白α亚基→G蛋白持续激活→CA 持续活化→cAMP大量增加→CL-和HCO3-通道持续 开放，释放入肠腔→肠道渗透压改变→大量水分 入肠腔→剧烈腹泻
思考题
一、 概念： 受体与配体、G蛋白、第一信使与第二信使 二、问答题 1、膜受体的化学组成和结构、分类。 2、cAMP信号传导通路。 3、试述G蛋白偶联受体作用机制。
细胞效应
举例： 硝酸甘油治疗缺血性心脏病：
硝酸甘油→细胞→NO→GC 活化→cGMP →激活 PKG→肌动蛋白-肌球蛋白复合物抑制→平滑肌松 弛，血管扩张→缺血缓解
三、磷脂酰肌醇信号通路
G蛋白偶联的信号通路 L-R →PLC活化→PIP2分解为DAG和IP3（第二信使）
第四节 信号转导途径的主要特点 一、蛋白质的磷酸化和去磷酸化
2、cGMP信号传导通路 膜结合型GC： L-R → GC激活→ cGMP→活化cGMP依赖性蛋白
激酶（PKG）→进一步激活酶蛋白→产生效应 L-R → GC激活→ cGMP→离子通道
可溶性GC： 乙酰胆碱（精氨酸等） →NO 细胞外NO→ 外源物质入细胞→NO
GC激→cGMP → →激活PKG →