细胞生物学第九至第十二章作业答案

第九章细胞信号转导

1 、什么是细胞通讯？细胞通讯有哪些方式？

答：细胞通讯是指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对应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。

细胞通讯有3种方式：

①细胞通过分泌化学信号进行细胞通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式；

②细胞间接触依赖性通讯，细胞间直接接触，通过信号细胞跨膜信号分子（配体）与相邻靶细胞表面受体相互作用；

③动物相邻细胞间形成间隙连接、植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。

2 、简述细胞的信号分子和受体的类型，信号转导系统的主要特性有什么？

答：<1>信号分子是细胞信息的载体，种类繁多，包括化学信号和物理信号。各种化学信号根据其化学性质通常分为3类：①气体性信号，包括NO、CO；②疏水性信号分子，主要是甾类激素和甲状腺激素；③亲水性信号分子，包括神经递质、局部介导和大多数蛋白类激素。

<2>根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体区分为细胞内受体和细胞表面受体。细胞内受体位于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性分子；细胞表面受体又可分属三大家族：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶联受体。

<3>信号转导系统的主要特性：

①特异性：细胞受体与胞外配体的识别、结合、效应具有特异性，且受体与配体的结合具有饱和性可逆性特征；细胞信号转导既有专一性又有作用机制的相似性。

②放大效应：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。最常见的级联放大作用是通过蛋白质磷酸化实现的；

③网络化和反馈调节机制：由一系列正反馈和负反馈环路组成网络特性，对于及时校正反应的速率和强度是最基本的调控机制；

④整合作用：细胞必须整合不同的信息，对细胞外信号分子的特异性组合作出程序性反应；

⑤信号的终止和下调：信号转导过程具有信号放大作用，但这种放大作用又必须受到适度控制，这表现为信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存。细胞的信号转导具有适应的机制。当细胞长期暴露在某种形式的刺激下，细胞对刺激的反应将会降低。

3、G-蛋白偶联受体的结构，其介导的信号通路有何特点？

答：G-蛋白偶联受体的结构都含有7个疏水肽段形成的跨膜α螺旋区和相似的三维结构，N 端在细胞外侧，C端在细胞胞质侧，每个跨膜α螺旋由22~24个氨基酸残基组成。

由G-蛋白偶联受体其介导的信号通路有何特点是：

（1）G-蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路可分为三类：①激活离子通道的G-蛋白偶联受体；②激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP为第二信使的G-蛋白偶联受体；③激活磷脂酶C，以IP3和DAG作为双信使的G-蛋白偶联受体。

（2）该通路具有多个第二信使：IP3、DAG、cAMP和Ca+。

4、何谓信号传递中的分子开关蛋白？举例说明其作用机制。

答：分子开关蛋白是指早信号传递过程中，通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分两类：一类开关蛋白的活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭，许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是蛋白激酶本身，在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。

5、G-蛋白耦联受体介导的信号通路中，以cAMP为第二信使的信号通路和磷脂酰肌醇双信

使信号通路分别是如何实现的？

答：cAMP信号途径：在此途径中，细胞外信号与相应受体结合，调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使cAMP水平的变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。

cAMP信号途径具有两种调节模型：

<1>Gs调节模型

当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化态，α亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与Rs结合后，导致Rs构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs 蛋白解离出α亚基和βγ基复合物，并暴露出α亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP 的α亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。随着GTP的水解α亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。α亚基与βγ亚基重新结合，使细胞回复到静止状态。

<2>Gi调节模型

Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：

①α亚基通过间接方式抑制AC的活性；

②βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化；βγ亚基复合物直接与AC结合，抑制AC活性。

磷脂酰肌醇途径：

在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C，使质膜上PIP2水解成IP3和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“双信使系统”。其过程如下：

①IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca+浓度升高。

②DG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C。PKC以非活性形式分布于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca+浓度升高，PKC便转位到质膜内表面，被DG活化。

③Ca+活化各种Ca+结合蛋白引起细胞反应，钙调素由单一肽链构成，具有四个钙离子结合部位。结合钙离子发生构象改变，可激活钙调素依赖性激酶。

④IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。Ca+由质膜上的Ca+泵和Na+-Ca+交换器将抽出细胞，或由内质网膜上的钙泵抽进内质网。

⑤DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。

6、概述受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。

答：受体酪氨酸激酶是细胞表面一大类重要受体家族，当配体与受体结合，导致受体二聚化，激活受体的酪氨酸蛋白激酶活性，随即引起一系列磷酸化级联反应，终至细胞生理和基因表达的改变。RTK-Ras信号通路是受体酪氨酸激酶所介导的重要信号通路，其基本模式是：配体→RTK→接头蛋白→GRF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKKK→MAPK→进入细胞核→其他激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修饰，对基因表达产生多种效应。

①组成：受体受体酪氨酸激酶家族包括6个亚族。其胞外配体为可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，还有RTK-Ras信号通路中各种因子。

②特点：

（1）激活机制为受体之间的二聚化、自磷酸化、活化自身；

（2）没有特定的二级信使，要求信号有特定的结构域；

（3）有Ras分子开关的参与；

（4）介导下游MAPK的激活

③功能：RTKS信号通路主要参与控制细胞生长、分化过程。RTK-Ras信号通路具有广泛的功