细胞生物学第九章 细胞信号转导
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第九章 细胞信号转导
细胞信号转导
• 1、基本概念 • 2、膜表面受体介导的信号转导 • 3、胞内受体介导的信号传导 • 4、信号的整合与控制
第一节 基本概念
一、几个容易混淆的概念
• 细胞信号（cell signaling）
• 细胞通讯（cell ： communication） 指在多细胞生物的细胞社会中, 细
（脂溶性信号分子－胞质溶胶或细胞核中的受体、水溶性信号分子－细胞表面受体）
•
②物理信号：声音、光、电等
• 特点： ①特异性，只能与特定的受体结合；
•
②高效性，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信
号逐级放大系统；
•
③可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的
完整性和细胞免于疲劳。
• 突触信号发放：神经递质经突触(chemical synapse) 作用 于特定的靶细胞。 作用距离最近
•一个自神分经泌元（与au另to一cri个ne神）经：元信相号接发触放的细部胞位和叫靶做细突胞触为。同突类触或是同 神部经位一元。细之胞间，在常功见能于上癌发变生细联胞系。的部位，也是信息传递的关键
（1）细胞分泌化学信号的作用方式
• 内分泌（endocrine）：内分泌激素随血液循环输至全身， 作用于靶细胞。特点：①低浓度10-8-10-12M ，②全身性， ③长时效。 作用距离最远
• 旁分泌（paracrine）：信号分子通过扩散作用于邻近的细 胞。包括：①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体 信号分子（如：NO）。
附的相互作用。
• 信号转导（signal ： transduction） 是细胞通讯的基本概念, 强调信号的
接收与接收后信号转换的方式(途径)和结果, 包括配体与受体结合、第二信使 的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。
二、细胞通讯（cell communication）
●细胞通讯方式： （1）分泌化学信号进行通讯 (即通过信号分子） （2）接触性依赖的通讯（即通过细胞表面分子的黏着） （3）细胞间隙连接（即细胞与细胞外基质的黏着）
receptor）
G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与 细胞的固有特征有关。
• 一种细胞具有多种类型的受体
• ①相同信号可产生不同效应：如Ach可引起骨骼肌收缩、心肌收缩频率降低， 唾腺细胞分泌；
生长调节剂
激素 膨压 电信号 多肽
未知发育信号
温度
糖、氨基酸
转播
病原体(真菌、 细菌、病毒)
壁断片 壁的机械压力 矿质
伤害
光
放大
发散到多个目标
改变离 子流
调节代 谢途径
基因表 达调节
细胞骨 架改变
改变细胞生长和代谢
信 号 分 子 举 例
（二）受体
➢ 受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号 分子）的生物大分子。一般至少包括两个功能区域： 与配体结合的区域和产生效应的区域。
• 不常见的第二信使： H+,抗坏血酸，谷胱甘肽，过氧化氢
许多信号如蓝光、触摸能改变膜势和活化通道，使钙 能进入，增加胞质中Ca+，引起K+和Cl+通道的打开， 失去膨压，这种分别的转导途径通过 Ca+/钙调蛋白激 酶和其他蛋白联系起来。
细胞内第二信使往往通过调节细胞内多种 蛋白激酶和蛋白磷酸酶，从而调节蛋白质的磷 酸化和脱磷酸化过程，进一步传递信号。
➢ 当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动 一系列过程，最终表现为生物学效应。
➢ 受体与配体间的作用具有三个主要特征：①特异性； ②饱和性；③高度的亲和力。
配体：能与受体呈特异性结合的生物活性分子，包括细胞间信 息物质、药物、维生素、毒物等。
细胞受体+配体（信号物质） 受体-配体复合体 生化反应 细胞反应
• 分子开关：信号转导过程中控制反应开或关的蛋 白分子。
• （1）GTPase开关蛋白：三聚体G蛋白和单体G 蛋白；
• （2）蛋白激酶与蛋白磷酸酶所调控的靶蛋白（靶 蛋白的磷酸化与去磷酸化）（根据磷酸化靶蛋白的氨基酸
配体
神经递质 激素、味、光
细胞因子
结构
寡聚体
单体
单体
跨膜区段数目
4个
7个
1个
功能 细胞应答
离子通道
去极化与超极 化
激活G蛋白
去极化与超极 化，调节蛋白 功能和表达
激活蛋白酪氨酸 激酶
调节蛋白功能和 表达，调节细胞
ຫໍສະໝຸດ Baidu增值和分化
细胞表面受体分属三大家族： 离 子 通 道 偶 联 的 受 体 （ ion-channel-linked
（2）接触性依赖的通讯
• 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨 膜蛋白。
• 通讯方式：细胞－细胞黏着、细胞－基质黏着
• 作用：在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分 化起决定性作用。
三、细胞的信号分子与受体
• （一）细胞信号分子
• 定义：是细胞信号的载体，主要用于细胞间和细胞内传递信息。
• 组成：①化学信号：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）、氨基酸、核苷酸、脂类、胆固醇衍生物；
胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制, 并通过放大 引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活 动来协调各组织活动, 使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反 应。
• 细胞识别（cell ： recognition） 细胞间通过表面黏附分子形成专一性黏
根据受体在细胞 中的位置，可将它 分为细胞表面受体 和胞内受体。
细胞受体的分类：
细胞内受体: 位于胞质溶胶或细胞核，胞外亲脂性信号分子所激
活，e.g. 激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 胞外亲水性信号分子所激活，多为膜上的功能性
糖蛋白。
细胞膜表面受体
特性
离子通道 G蛋白偶联 单次跨膜
• ②不同信号可产生相同效应：如肾上腺素、胰高血糖素，促进肝糖原降解而 升高血糖
（三）第二信使和分子开关
• 第一信使：胞外信号分子（不能进入细胞，作用于细胞表面
受体）
• 第二信使：胞内产生的小分子，细胞内传递和放大 细胞外的刺激信号，最终引起细胞中生化反应的化 学物质（信号的跨膜转换）
• 常见的第二信使：cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+等；
第九章 细胞信号转导
细胞信号转导
• 1、基本概念 • 2、膜表面受体介导的信号转导 • 3、胞内受体介导的信号传导 • 4、信号的整合与控制
第一节 基本概念
一、几个容易混淆的概念
• 细胞信号（cell signaling）
• 细胞通讯（cell ： communication） 指在多细胞生物的细胞社会中, 细
（脂溶性信号分子－胞质溶胶或细胞核中的受体、水溶性信号分子－细胞表面受体）
•
②物理信号：声音、光、电等
• 特点： ①特异性，只能与特定的受体结合；
•
②高效性，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信
号逐级放大系统；
•
③可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的
完整性和细胞免于疲劳。
• 突触信号发放：神经递质经突触(chemical synapse) 作用 于特定的靶细胞。 作用距离最近
•一个自神分经泌元（与au另to一cri个ne神）经：元信相号接发触放的细部胞位和叫靶做细突胞触为。同突类触或是同 神部经位一元。细之胞间，在常功见能于上癌发变生细联胞系。的部位，也是信息传递的关键
（1）细胞分泌化学信号的作用方式
• 内分泌（endocrine）：内分泌激素随血液循环输至全身， 作用于靶细胞。特点：①低浓度10-8-10-12M ，②全身性， ③长时效。 作用距离最远
• 旁分泌（paracrine）：信号分子通过扩散作用于邻近的细 胞。包括：①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体 信号分子（如：NO）。
附的相互作用。
• 信号转导（signal ： transduction） 是细胞通讯的基本概念, 强调信号的
接收与接收后信号转换的方式(途径)和结果, 包括配体与受体结合、第二信使 的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。
二、细胞通讯（cell communication）
●细胞通讯方式： （1）分泌化学信号进行通讯 (即通过信号分子） （2）接触性依赖的通讯（即通过细胞表面分子的黏着） （3）细胞间隙连接（即细胞与细胞外基质的黏着）
receptor）
G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与 细胞的固有特征有关。
• 一种细胞具有多种类型的受体
• ①相同信号可产生不同效应：如Ach可引起骨骼肌收缩、心肌收缩频率降低， 唾腺细胞分泌；
生长调节剂
激素 膨压 电信号 多肽
未知发育信号
温度
糖、氨基酸
转播
病原体(真菌、 细菌、病毒)
壁断片 壁的机械压力 矿质
伤害
光
放大
发散到多个目标
改变离 子流
调节代 谢途径
基因表 达调节
细胞骨 架改变
改变细胞生长和代谢
信 号 分 子 举 例
（二）受体
➢ 受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号 分子）的生物大分子。一般至少包括两个功能区域： 与配体结合的区域和产生效应的区域。
• 不常见的第二信使： H+,抗坏血酸，谷胱甘肽，过氧化氢
许多信号如蓝光、触摸能改变膜势和活化通道，使钙 能进入，增加胞质中Ca+，引起K+和Cl+通道的打开， 失去膨压，这种分别的转导途径通过 Ca+/钙调蛋白激 酶和其他蛋白联系起来。
细胞内第二信使往往通过调节细胞内多种 蛋白激酶和蛋白磷酸酶，从而调节蛋白质的磷 酸化和脱磷酸化过程，进一步传递信号。
➢ 当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动 一系列过程，最终表现为生物学效应。
➢ 受体与配体间的作用具有三个主要特征：①特异性； ②饱和性；③高度的亲和力。
配体：能与受体呈特异性结合的生物活性分子，包括细胞间信 息物质、药物、维生素、毒物等。
细胞受体+配体（信号物质） 受体-配体复合体 生化反应 细胞反应
• 分子开关：信号转导过程中控制反应开或关的蛋 白分子。
• （1）GTPase开关蛋白：三聚体G蛋白和单体G 蛋白；
• （2）蛋白激酶与蛋白磷酸酶所调控的靶蛋白（靶 蛋白的磷酸化与去磷酸化）（根据磷酸化靶蛋白的氨基酸
配体
神经递质 激素、味、光
细胞因子
结构
寡聚体
单体
单体
跨膜区段数目
4个
7个
1个
功能 细胞应答
离子通道
去极化与超极 化
激活G蛋白
去极化与超极 化，调节蛋白 功能和表达
激活蛋白酪氨酸 激酶
调节蛋白功能和 表达，调节细胞
ຫໍສະໝຸດ Baidu增值和分化
细胞表面受体分属三大家族： 离 子 通 道 偶 联 的 受 体 （ ion-channel-linked
（2）接触性依赖的通讯
• 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨 膜蛋白。
• 通讯方式：细胞－细胞黏着、细胞－基质黏着
• 作用：在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分 化起决定性作用。
三、细胞的信号分子与受体
• （一）细胞信号分子
• 定义：是细胞信号的载体，主要用于细胞间和细胞内传递信息。
• 组成：①化学信号：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）、氨基酸、核苷酸、脂类、胆固醇衍生物；
胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制, 并通过放大 引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活 动来协调各组织活动, 使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反 应。
• 细胞识别（cell ： recognition） 细胞间通过表面黏附分子形成专一性黏
根据受体在细胞 中的位置，可将它 分为细胞表面受体 和胞内受体。
细胞受体的分类：
细胞内受体: 位于胞质溶胶或细胞核，胞外亲脂性信号分子所激
活，e.g. 激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 胞外亲水性信号分子所激活，多为膜上的功能性
糖蛋白。
细胞膜表面受体
特性
离子通道 G蛋白偶联 单次跨膜
• ②不同信号可产生相同效应：如肾上腺素、胰高血糖素，促进肝糖原降解而 升高血糖
（三）第二信使和分子开关
• 第一信使：胞外信号分子（不能进入细胞，作用于细胞表面
受体）
• 第二信使：胞内产生的小分子，细胞内传递和放大 细胞外的刺激信号，最终引起细胞中生化反应的化 学物质（信号的跨膜转换）
• 常见的第二信使：cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+等；