第八章细胞信号转导
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分子开关
在细胞信号转导过程中,存在正负两种相辅相成的反馈 调节机制,对信号转导的每一步反应既有激活作用,又有相应 的失活效应,而且两者对系统的功能同等重要.我们称这两种 正反同时存在的信号转导调节机制为分子开关。
细胞内信号传递蛋白质(开关蛋白)可分为两类： 一类活性由蛋白激酶和蛋白磷酸酶控制。开关蛋白的活性由 激酶使之磷酸化而开启，由磷酸酶使之去磷酸化而关闭； 另一类活性由GTP或GDP结合控制。结合GTP而活化，结合GDP 而失活。
化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精氨 酸为底物，以NADPH作为电子供体，生成NO和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。
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NO的作用机理： 乙酰胆碱→血管内皮
→Ca2+浓度升高→一氧化 氮合酶→NO→平滑肌细胞 →鸟苷酸环化酶→cGMP→ 血管平滑肌细胞的Ca2+离 子浓度下降→平滑肌舒张 →血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛具有 百年的历史，其作用机理 是在体内转化为NO，可舒 张血管，减轻心脏负荷和 心肌的需氧量。
Fig. G蛋白偶联受体结构图
Fig. 细胞外信号结合所诱导的
G蛋白的活化
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1.cAMP信号通路组成(五种成分)
(1)Rs(激活型激素受体) (2)Ri(抑制型激素受体) (3)Gs(与GDP结合的活化型调 节蛋白) (4)Gi(与GDP结合的抑制型调 节蛋白) (5)腺苷酸环化酶
10
三种类型的细胞表面受体
酶
无活性催化结构域 活化的催化结构域
11
3.第二信使与分子开关
第一信使：细胞外信号分子。 第二信使(Second massenger) ：第一信使与受体作用后在细 胞内最早产生的信号分子。包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇 (IP3)、二酰基甘油(DG)等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
5
内分泌
autocrine
旁分泌
自分泌
化学突触
Fig. 不同的细胞间通讯方式
接触依赖性通讯
Gap junction
6
间隙连接
跨膜细胞信号转导的一般步骤 特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应
7
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G-protein linked receptor
（1）Rs和Ri
33
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cAMP信号通路的主要效应
35
无活性的 蛋白激酶 A
调节亚基 无活性的 催化亚基
cAMP-调节 亚基复合物
活化的催化 亚基
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cAMP信号通路的反应链
37
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cAMP途径的信号解除和抑制
信号解除:
通过环腺苷酸磷酸二 酯 酶 （ PDE ） 将 cAMP 降 解 生 成 5’-AMP ， 起 终 止 信 号的作用。
细胞以三种方式进行通讯：①分泌化学信号；②直接接触；③ 间隙连接。 细胞分泌化学信号的作用方式可分： ①内分泌②旁分泌③ 自分泌④通过化学突触传递信号分子。
细胞间直接接触:通过与质膜结合的信号分子与其相接触的 靶细胞质膜上的受体分子相结合，影响其他细胞。
3
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细胞间隙连接
膜表面分子接触通讯
化学通讯
第八章 细胞信号转导
第一节 概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导 第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
1
第一节 概述
一、细胞通讯 二、信号转导系统及其特性
2
一、细胞通讯
细胞通讯：指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞 产生相应反应的过程。
9
细胞表面受体分属三大家族：
离子通道偶联受体(ion-channel-linked receptor) G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor) 酶连受体（enzyme-linked receptor)
受体多为糖蛋白，一般包括两个功能区域，与配 体结合的区域（结合特异性）及产生效应的区域 （效应特异性） 。
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第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
➢ 一、G蛋白耦联受体的结构与激活 ➢ 二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
以cAMP为第二信使的信号通路 磷脂酰肌醇双信使信号通路 G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
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一、G蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体是指配体受体复合物与靶蛋白（酶或离 子通道）的作用通过与G蛋白的 偶联，在细胞内产生第二信使， 从而将胞外信号跨膜传递到胞 内影响细胞的行为。
信号抑制:
通过抑制型的信号作 用 于 Ri, 然 后 通 过 Gi 起 作 用.
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(二)脂酰肌醇双信使信号通路
胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结 合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使 质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水 解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基 甘油（diacylglycerol, DAG）。
细胞内受体的本质：激素激活的基因调控蛋白。
三个结构域：C-端激素结合位点、中部的DNA或Hsp90结合位点（富含 Cys、锌指结构）、N-端转录激活结构域。
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二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
NO为脂溶性自由基性质的可以迅速跨膜结合靶细胞的气体分 子。
NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧
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分子开关(Molecular switches)
Fig. 细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
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胞外信号分子 受体
细
胞
信
胞内信号分子
号
途
径
的
组
成
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
靶蛋白
改变新陈代谢 改变基因表达 改变细胞形状或运动
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组成从细胞表面到细胞核的信号 途径的各类信号蛋白组分
质膜 支架蛋白
分歧蛋白
潜在基因调控蛋白 转承蛋白 接头蛋白
放大和转导蛋白 整合蛋白
细Baidu Nhomakorabea内中介小分子
修饰蛋白 核膜
锚蛋白 信使蛋白
靶蛋白 信号应答元件
基因转录
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第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接
与酶结合
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一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
分子开关
在细胞信号转导过程中,存在正负两种相辅相成的反馈 调节机制,对信号转导的每一步反应既有激活作用,又有相应 的失活效应,而且两者对系统的功能同等重要.我们称这两种 正反同时存在的信号转导调节机制为分子开关。
细胞内信号传递蛋白质(开关蛋白)可分为两类： 一类活性由蛋白激酶和蛋白磷酸酶控制。开关蛋白的活性由 激酶使之磷酸化而开启，由磷酸酶使之去磷酸化而关闭； 另一类活性由GTP或GDP结合控制。结合GTP而活化，结合GDP 而失活。
化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精氨 酸为底物，以NADPH作为电子供体，生成NO和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。
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NO的作用机理： 乙酰胆碱→血管内皮
→Ca2+浓度升高→一氧化 氮合酶→NO→平滑肌细胞 →鸟苷酸环化酶→cGMP→ 血管平滑肌细胞的Ca2+离 子浓度下降→平滑肌舒张 →血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛具有 百年的历史，其作用机理 是在体内转化为NO，可舒 张血管，减轻心脏负荷和 心肌的需氧量。
Fig. G蛋白偶联受体结构图
Fig. 细胞外信号结合所诱导的
G蛋白的活化
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1.cAMP信号通路组成(五种成分)
(1)Rs(激活型激素受体) (2)Ri(抑制型激素受体) (3)Gs(与GDP结合的活化型调 节蛋白) (4)Gi(与GDP结合的抑制型调 节蛋白) (5)腺苷酸环化酶
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三种类型的细胞表面受体
酶
无活性催化结构域 活化的催化结构域
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3.第二信使与分子开关
第一信使：细胞外信号分子。 第二信使(Second massenger) ：第一信使与受体作用后在细 胞内最早产生的信号分子。包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇 (IP3)、二酰基甘油(DG)等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。
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内分泌
autocrine
旁分泌
自分泌
化学突触
Fig. 不同的细胞间通讯方式
接触依赖性通讯
Gap junction
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间隙连接
跨膜细胞信号转导的一般步骤 特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应
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G-protein linked receptor
（1）Rs和Ri
33
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cAMP信号通路的主要效应
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无活性的 蛋白激酶 A
调节亚基 无活性的 催化亚基
cAMP-调节 亚基复合物
活化的催化 亚基
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cAMP信号通路的反应链
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cAMP途径的信号解除和抑制
信号解除:
通过环腺苷酸磷酸二 酯 酶 （ PDE ） 将 cAMP 降 解 生 成 5’-AMP ， 起 终 止 信 号的作用。
细胞以三种方式进行通讯：①分泌化学信号；②直接接触；③ 间隙连接。 细胞分泌化学信号的作用方式可分： ①内分泌②旁分泌③ 自分泌④通过化学突触传递信号分子。
细胞间直接接触:通过与质膜结合的信号分子与其相接触的 靶细胞质膜上的受体分子相结合，影响其他细胞。
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细胞间隙连接
膜表面分子接触通讯
化学通讯
第八章 细胞信号转导
第一节 概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导 第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
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第一节 概述
一、细胞通讯 二、信号转导系统及其特性
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一、细胞通讯
细胞通讯：指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞 产生相应反应的过程。
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细胞表面受体分属三大家族：
离子通道偶联受体(ion-channel-linked receptor) G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor) 酶连受体（enzyme-linked receptor)
受体多为糖蛋白，一般包括两个功能区域，与配 体结合的区域（结合特异性）及产生效应的区域 （效应特异性） 。
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第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
➢ 一、G蛋白耦联受体的结构与激活 ➢ 二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
以cAMP为第二信使的信号通路 磷脂酰肌醇双信使信号通路 G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
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一、G蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体是指配体受体复合物与靶蛋白（酶或离 子通道）的作用通过与G蛋白的 偶联，在细胞内产生第二信使， 从而将胞外信号跨膜传递到胞 内影响细胞的行为。
信号抑制:
通过抑制型的信号作 用 于 Ri, 然 后 通 过 Gi 起 作 用.
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(二)脂酰肌醇双信使信号通路
胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结 合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使 质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水 解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基 甘油（diacylglycerol, DAG）。
细胞内受体的本质：激素激活的基因调控蛋白。
三个结构域：C-端激素结合位点、中部的DNA或Hsp90结合位点（富含 Cys、锌指结构）、N-端转录激活结构域。
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二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
NO为脂溶性自由基性质的可以迅速跨膜结合靶细胞的气体分 子。
NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧
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分子开关(Molecular switches)
Fig. 细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
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胞外信号分子 受体
细
胞
信
胞内信号分子
号
途
径
的
组
成
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
靶蛋白
改变新陈代谢 改变基因表达 改变细胞形状或运动
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组成从细胞表面到细胞核的信号 途径的各类信号蛋白组分
质膜 支架蛋白
分歧蛋白
潜在基因调控蛋白 转承蛋白 接头蛋白
放大和转导蛋白 整合蛋白
细Baidu Nhomakorabea内中介小分子
修饰蛋白 核膜
锚蛋白 信使蛋白
靶蛋白 信号应答元件
基因转录
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第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接
与酶结合
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一、细胞内核受体及其对基因表达的调控