细胞生物学课程第12章(医学院)[可修改版ppt]
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细胞生物学课程第 12章(医学院)
学习目的与要求
1. 掌握信号转导的概念，第一、第二信使的概念 及其分类，几种重要的第二信使。
2. 掌握受体的概念、类型、结构和作用特点。 3. 掌握G蛋白的类型、结构特征和作用机制。 4. 熟悉信号转导的特点，蛋白激酶的主要类型及
其与第二信使的关系。 5. 了解几条重要的信号转导通路 6. 了解信号转导异常引起的一些疾病。
1.离子通道型受体
结构特点： 由多个亚基组成的多聚体，每个亚基具有2、4
或5个跨膜域，可供离子通过。
作用特点： ➢ 既可与细胞外信号分子结合，同时又是离子通道，
因此具有受体与离子通道藕联的特点。 ➢ 介导的信号转导反应是一种快速的反应，为神经
系统和其他电激发细胞，如肌细胞所特有。
（1）分类与作用过程
一、细胞外信号
❖ 第一信使：由细胞分泌的，能够调节机制功 能的一大类生物活性物质，他们是细胞间通 讯的信号。
➢ 从化学性质来看：短肽、蛋白质、气体分子 （NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆 固醇衍生物等等
➢ 特点：①特异性；②高效性；③可被灭活。
信号分子的分类
➢ 脂溶性信号分子 （如甾类激素和甲状腺素）可直接穿膜进入靶细胞，与胞内 受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。
（6）其他类型的G耦联型受体
视觉感受器中的G蛋白：
❖ 光信号→Rh激活→G百度文库白活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减 少→Na+离子通道关闭→膜超极化→神经递质释放减少→视觉反应。
3.酶耦联型受体
分为两种情况：
➢ 本身具有激酶活性，如EGF，PDGF等的受体； ➢ 本身没有酶活性，可以连接酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。
❖ 离子通道型受体分类： 阳离子通道：如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体， 阴离子通道：如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。
❖ 作用过程：
神经递质与受体的结合→改变通道蛋白的构象→离子通道的开启或关闭→化 学信号转换为电信号→改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体。
Chemical synapse
Acetylcholine receptor
结构特点: ➢ 胞外区：
N端，配体结构域，配体是可溶性或膜 结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素 和多种生长因子。
➢ 跨膜区：
单次跨膜的疏水α螺旋区，22-26氨基 酸构成。
➢ 胞内区：
酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自 磷酸化位点。具有聚合ATP和结合底物 的位点。
（2）酪氨酸蛋白激酶型受体作用过程
（2）G蛋白
➢ G蛋白又称三聚体GTP结合调节蛋白，位于质膜胞质侧， 在信 号转导过程中起着分子开关的作用。由α、β、γ三个亚基 组成，当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处 于开启状态。
➢ 分类：
❖ 激动型G蛋白（Gs）：激活腺苷酸环化酶； ❖ 抑制型G蛋白（Gi）：抑制腺苷酸环化酶； ❖ 磷脂酶C型G蛋白（Gp）：激活磷脂酶C；
❖ 配体：被受体结合的生物活性物质都称为配体。
（一）受体的种类
细胞内受体： （胞内受体）：介导亲脂性信号分子的信息传递，如 胞内的甾体类激素受体。 细胞表面受体： （膜受体）：介导亲水性信号分子的信息传递。 可分为：
①离子通道型受体； ②G蛋白耦联型受体； ③酶耦联型受体。
Cell surface receptors
分子开关（molecular switches）
（3）G蛋白作用过程
GTP-binding regulatory protein
（4）信号转导中G蛋白的生物学特性
（5）细菌毒素对G蛋白的修饰作用
❖ 霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上，致使α亚基丧失 GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的α亚基上，使α亚基处于持续活 化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续 外流，产生严重腹泻而脱水。
已知六类：
①受体酪氨酸激酶、
②受体酪氨酸磷脂酶、
③受体鸟苷酸环化酶、
④受体丝氨酸/苏氨酸激酶
受体的共同点：
⑤酪氨酸激酶连接的受体、 ⑥组氨酸激酶连接的受体。
①通常为单次跨膜蛋白；
②接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。
（1）酪氨酸蛋白激酶型受体（TPKR）
一条多肽链构成的跨膜糖蛋白，具 有酪氨酸激酶活性。
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
乙酰胆碱N受体（260KD） 外周型：5个亚基组成（2） 调节主要为亚基变化 通道开启：Na+ 内流，K+外流， 膜去极化。
第一节 细胞的信号转导
❖ 信号转导：信号分子与细胞膜上或胞内的受体结合，信号经转换 后传递给胞内系统，使细胞作出适当反应的过程。
❖ 胞内存在多种信号转导的途径，彼此交叉调控，构成信号网络。
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
➢ 水溶性信号分子 （如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换 机制实现信号传递。
❖ 根据与受体结合后细胞所产生的效应不同分类： 激动剂：使细胞产生效应的物质 拮抗剂：不产生效应，但可阻碍激动剂作用的物质
二、受体
❖ 受体： 指一类存在于细胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异 性的同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结 合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
2. G蛋白耦联型受体
(1) G蛋白耦联型受体
G蛋白耦联型受体为7次跨膜糖蛋白： ➢ N端胞外结构域带有多个糖基化位
点，识别胞外信号分子与之结合； ➢ 胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G
蛋白耦联，调节相关酶活性，在细 胞内产生第二信使，从而将胞外信 号跨膜传递到胞内。
❖ 由G蛋白耦联受体所介导的细胞信 号通路主要包括： cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通 路。
学习目的与要求
1. 掌握信号转导的概念，第一、第二信使的概念 及其分类，几种重要的第二信使。
2. 掌握受体的概念、类型、结构和作用特点。 3. 掌握G蛋白的类型、结构特征和作用机制。 4. 熟悉信号转导的特点，蛋白激酶的主要类型及
其与第二信使的关系。 5. 了解几条重要的信号转导通路 6. 了解信号转导异常引起的一些疾病。
1.离子通道型受体
结构特点： 由多个亚基组成的多聚体，每个亚基具有2、4
或5个跨膜域，可供离子通过。
作用特点： ➢ 既可与细胞外信号分子结合，同时又是离子通道，
因此具有受体与离子通道藕联的特点。 ➢ 介导的信号转导反应是一种快速的反应，为神经
系统和其他电激发细胞，如肌细胞所特有。
（1）分类与作用过程
一、细胞外信号
❖ 第一信使：由细胞分泌的，能够调节机制功 能的一大类生物活性物质，他们是细胞间通 讯的信号。
➢ 从化学性质来看：短肽、蛋白质、气体分子 （NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆 固醇衍生物等等
➢ 特点：①特异性；②高效性；③可被灭活。
信号分子的分类
➢ 脂溶性信号分子 （如甾类激素和甲状腺素）可直接穿膜进入靶细胞，与胞内 受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。
（6）其他类型的G耦联型受体
视觉感受器中的G蛋白：
❖ 光信号→Rh激活→G百度文库白活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减 少→Na+离子通道关闭→膜超极化→神经递质释放减少→视觉反应。
3.酶耦联型受体
分为两种情况：
➢ 本身具有激酶活性，如EGF，PDGF等的受体； ➢ 本身没有酶活性，可以连接酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。
❖ 离子通道型受体分类： 阳离子通道：如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体， 阴离子通道：如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。
❖ 作用过程：
神经递质与受体的结合→改变通道蛋白的构象→离子通道的开启或关闭→化 学信号转换为电信号→改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体。
Chemical synapse
Acetylcholine receptor
结构特点: ➢ 胞外区：
N端，配体结构域，配体是可溶性或膜 结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素 和多种生长因子。
➢ 跨膜区：
单次跨膜的疏水α螺旋区，22-26氨基 酸构成。
➢ 胞内区：
酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自 磷酸化位点。具有聚合ATP和结合底物 的位点。
（2）酪氨酸蛋白激酶型受体作用过程
（2）G蛋白
➢ G蛋白又称三聚体GTP结合调节蛋白，位于质膜胞质侧， 在信 号转导过程中起着分子开关的作用。由α、β、γ三个亚基 组成，当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处 于开启状态。
➢ 分类：
❖ 激动型G蛋白（Gs）：激活腺苷酸环化酶； ❖ 抑制型G蛋白（Gi）：抑制腺苷酸环化酶； ❖ 磷脂酶C型G蛋白（Gp）：激活磷脂酶C；
❖ 配体：被受体结合的生物活性物质都称为配体。
（一）受体的种类
细胞内受体： （胞内受体）：介导亲脂性信号分子的信息传递，如 胞内的甾体类激素受体。 细胞表面受体： （膜受体）：介导亲水性信号分子的信息传递。 可分为：
①离子通道型受体； ②G蛋白耦联型受体； ③酶耦联型受体。
Cell surface receptors
分子开关（molecular switches）
（3）G蛋白作用过程
GTP-binding regulatory protein
（4）信号转导中G蛋白的生物学特性
（5）细菌毒素对G蛋白的修饰作用
❖ 霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上，致使α亚基丧失 GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的α亚基上，使α亚基处于持续活 化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续 外流，产生严重腹泻而脱水。
已知六类：
①受体酪氨酸激酶、
②受体酪氨酸磷脂酶、
③受体鸟苷酸环化酶、
④受体丝氨酸/苏氨酸激酶
受体的共同点：
⑤酪氨酸激酶连接的受体、 ⑥组氨酸激酶连接的受体。
①通常为单次跨膜蛋白；
②接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。
（1）酪氨酸蛋白激酶型受体（TPKR）
一条多肽链构成的跨膜糖蛋白，具 有酪氨酸激酶活性。
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
乙酰胆碱N受体（260KD） 外周型：5个亚基组成（2） 调节主要为亚基变化 通道开启：Na+ 内流，K+外流， 膜去极化。
第一节 细胞的信号转导
❖ 信号转导：信号分子与细胞膜上或胞内的受体结合，信号经转换 后传递给胞内系统，使细胞作出适当反应的过程。
❖ 胞内存在多种信号转导的途径，彼此交叉调控，构成信号网络。
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
➢ 水溶性信号分子 （如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换 机制实现信号传递。
❖ 根据与受体结合后细胞所产生的效应不同分类： 激动剂：使细胞产生效应的物质 拮抗剂：不产生效应，但可阻碍激动剂作用的物质
二、受体
❖ 受体： 指一类存在于细胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异 性的同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结 合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
2. G蛋白耦联型受体
(1) G蛋白耦联型受体
G蛋白耦联型受体为7次跨膜糖蛋白： ➢ N端胞外结构域带有多个糖基化位
点，识别胞外信号分子与之结合； ➢ 胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G
蛋白耦联，调节相关酶活性，在细 胞内产生第二信使，从而将胞外信 号跨膜传递到胞内。
❖ 由G蛋白耦联受体所介导的细胞信 号通路主要包括： cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通 路。