分子生物学_信号转导
分子生物学名词解释
分子生物学：从广义来讲，分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。
它主要对蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。
DNA重组技术:DNA重组技术（又称基因工程）是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后，按照人们的设计与克隆用载体定向连接起来，转入特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。
信号转导:是指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其它细胞功能方面的应答过程。
转录因子:是指一群能与基因5′端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分子。
功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
结构分子生物学:就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。
生物信息学：是生物科学和信息科学重大交叉的前沿学科，它依靠计算机对所获得数据进行快速高效计算、统计分类以及生物大分子结构功能的预测。
染色体：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质构成。
染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。
染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。
C-值（C-value）:一种生物单位体基因组DNA的总量。
C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。
核心DNA（core DNA）：结合在核心颗粒而不被降解的DNA。
连接DNA（linker DNA）：重复单位中除核心DNA以外的其它DNA。
DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性两类。
DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。
又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。
终极版分子生物学考试知识点汇总
1 细胞通讯(Cell Communication)细胞间的相互识别、相互作用和信息交流的现象称作细胞通讯。
2 信号转导(Signal Transduction)在细胞通讯中所发生各种分子的活性变化，而引起细胞功能改变的过程称为信号转导3 信息分子(signal molecule)在细胞间或细胞内进行信息传递的化学物质。
4细胞内信息分子细胞受第一信使刺激后产生的、在细胞内传递信息的化学分子，又称第二信使6 受体（Receptor）：细胞中能识别信息分子，并与之特异结合、引起相应生物效应的蛋白质。
7 蛋白激酶（protein kinase）：是指使蛋白质磷酸化的酶。
8.转基因：是指是借助基因工程将确定的外源基因导入动植物的染色体上，使其发生整合并遗传的过程。
9 转基因技术：指将提取特定生物体基因组中所需要的目的基因或人工合成指定序列的DNA片段转入特定生物中，与其本身的基因组进行重组，再从重组体中进行数代的人工选育，从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体的生物技术手段。
10、瞬时转染（transient transfection）是将DNA导入真核细胞的方式之一。
在瞬时转染中，重组DNA导入感染性强的细胞系以获得目的基因暂时但高水平的表达。
转染的DNA不必整合到宿主染色体，可在比稳定转染较短时间内收获转染的细胞，并对溶解产物中目的基因的表达进行检测。
11 基因转染：即Gene transfection，是指将具生物功能的核酸转移或运送到细胞内并使核酸在细胞内维持其生物功能。
12 stable transfection：即稳定转染，是指外源基因转染真核细胞后整合入基因组DNA，能够长期存在于细胞中，随染色体复制而传给子代的转染方式。
11 基因组印记.Genomic imprinting：由于源自某一亲本的等位基因或它所在染色体发生了表观遗传修饰,导致不同亲本来源的两个等位基因在子代细胞中表达不同。
医学分子生物学第六章_信号转导
调节蛋白质功能 水平，调节细胞分化和增
和表达水平
殖
受体的结构特点
• 结合结构域-----识别外源信号分子并与之结 合
• 效应结构域-----转换配体信号，使之成为细 胞内分子可识别的信号
3、信号转导分子和分子开关
• 信号转导分子（signaling molecule）：细 胞内执行信号转导的成分的一些蛋白质分 子和小分子活性物质。
• 信号转导分子组织在支架蛋白上的意义：
① 保证相关信号转导分子容于一个隔离而稳定的信号转导 通路内，避免与其他不需要的信号转导通路发生交叉反 应，以维持信号转导通路的特异性；
② 增加调控复杂性和多样性。
信号转导通路中的一些环节是由多种分子聚集形成的 信号转导复合物（signaling complex）来完成信号 传递的。
激酶
磷酸基团的受体
蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶 蛋白酪氨酸激酶 蛋白组/赖/精氨酸激酶 蛋白半胱氨酸激酶 蛋白天冬氨酸/谷氨酸激酶
丝氨酸/苏氨酸羟基 酪氨酸的酚羟基 咪唑环，胍基，ε-氨基 巯基 酰基
蛋白磷酸酶衰减或终止蛋白激酶诱导的效应
• 蛋白质磷酸酶(phosphatidase)使磷酸化的 蛋白分子发生去磷酸化，与蛋白激酶共同 构成了蛋白质活性的调控系统。
及信息传递，是指一个细胞发出的信息通过介 质传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相 互作用，然后通过信号转导产生胞内一系列生 理生化反应，最终表现为细胞整体的生物学效 应的过程。
T淋巴细胞
（一）细胞通讯的方式
靶细胞
细胞间隙连接
细胞表面分子接触通讯 可溶型信号分子
化学信号介导通讯
❖分泌化学信号
根据体内化学信号分子作用距离，可以将 其分为三类：
生物学中的细胞信号转导
生物学中的细胞信号转导在生物学中，细胞信号转导指的是生物体对外界刺激的应答过程。
它是细胞内外信息交流的方式之一，是调节细胞功能协调性的重要机制之一。
细胞信号转导涉及到多种细胞因子、受体、激酶、蛋白质等分子的参与，这些分子通过不同的途径相互作用，最终导致细胞内的生理响应发生改变。
细胞信号转导在生命起源、正常生长发育、免疫应答、代谢调节、疾病治疗等方面都有着重要的作用。
一、细胞信号转导的基本原理细胞信号转导的关键是信号转导通路。
通路的起点是外界刺激分子与受体结合，触发内部信号转导步骤，最终导致下游分子的生理响应。
信号转导的传导方式主要有两种：离子通道介导的直接转导和酶媒介的间接转导。
对于一些水溶性分子，它们可以直接结合受体，形成复合物后通过跨膜通道进入细胞内部，影响细胞内环境。
对于另一些大分子如蛋白质，它们需要通过受体介导的酶结合，启动下游级联反应。
这种级联反应是一种信号放大的机制，一个刺激分子可以激活多个受体，每个受体又能活化很多的下游因子，最终传导效应有可能达到几百倍甚至几千倍。
二、信号通路的分类细胞信号转导通路按照信号的类型、具体传导路线，以及参与分子的类别等多种角度进行分类。
目前最常用的分类方法是按照信号的传导路线：内质网应激、细胞器受损、氧化应激等压力信号通路；Wnt、Notch、TGF-β、Hedgehog等发育调节传导通路；PKC、Ca2+、cAMP等第二信使传导的途径；JNK、NF-κB、MAPK等一系列蛋白质酶级联反应的经典信号传导通路以及几种新型信号通路如PI3K/Akt、APC/β-catenin和Jak/Stat等。
三、信号通路中的基本元素不同的信号通路有不同的特点，但一般都包括信号分子、受体、酶活化、级联反应、二级信使的产生、细胞核入口等基本元素。
信号分子作为通路的起点，是通过途径发挥作用的重要分子。
信号分子可以是内部因子，也可以是外部刺激物，这些刺激物可以分为化学物质、光线、温度以及机械刺激等多种形式。
分子生物学 简介
分子生物学简介
分子生物学是研究生物体内分子结构、功能和相互作用的科学。
通过研究分子生物学，我们可以深入了解生物体内的生命活动，揭示生命的奥秘。
分子生物学的研究对象主要是生物体内的分子，包括DNA、RNA、蛋白质等。
DNA是生物体遗传信息的载体，它决定了生物体的遗传特征。
RNA则参与了遗传信息的传递和转录过程。
蛋白质是生物体内最重要的功能分子，它们在细胞中扮演着各种重要的角色。
分子生物学研究的核心问题之一是基因的表达调控。
基因的表达调控是指在不同细胞和不同发育阶段中，如何通过调控基因的转录和翻译过程来决定细胞的功能和特性。
分子生物学通过研究转录因子、启动子、转录调控元件等分子机制，揭示了基因表达调控的分子机理。
另一个重要的研究领域是细胞信号转导。
细胞信号转导是指细胞内外信号分子的传递和转导过程。
通过研究细胞膜受体、信号转导通路和细胞内信号分子等，分子生物学揭示了细胞信号转导的分子机制，并且在研究疾病的发生机制和药物研发中有着重要的应用价值。
分子生物学还研究了细胞凋亡、细胞周期调控、DNA修复等一系列重要生物过程。
这些研究为我们理解生物体内分子之间的相互作用和调控提供了重要的线索。
分子生物学是一门研究生物体内分子结构和功能的科学。
通过研究分子生物学，我们可以深入了解生命的本质和生命的奥秘。
分子生物学的研究成果不仅为人类健康和疾病的治疗提供了重要的理论基础，也为生物技术的发展和应用提供了重要的支持。
分子生物学-信号转导
大理学院生化学院 阿周存
第四节
信号转导与基因表达调控
细胞外信号通过与细胞表面的受体相互作用转 变为胞内信号并在细胞内传递的过程称为信号转 导（signal transduction ）。 通过细胞外信号分子与细胞的相应受体相互作 用，调节细胞的基因表达、代谢和功能。 信号转导是多细胞生物细胞间协调统一，以 及与外环境协调适应的一个重要途径。
（2） IP3 与 DG的作用 DG使蛋白激酶C（PKC）磷酸化后被活化。 活化后的PKC可附着于膜上，调节Na+-H+的交换 器促进Na+流入，H+流出，使PH升高。PKC可对 胞内的多种靶蛋白磷酸化，改变其功能，促进细胞 增殖等。
DG Ca2+ 磷脂酰Ser PKC无活性
PKC活性
IP3作用于肌浆网上的Ca2+受体通道蛋白，使通 道开放，肌浆网内的Ca+流入细胞质，作为第三 信使，调节相关的蛋白质的功能。
A 激 酶
Pro（靶蛋白） 生 理 Pro-p 功 能 调 节
(1) cAMP信号体系
AC与cAMP ATP 腺苷酸环化酶 Gs Gi cAMP A激酶 cAMP磷酸二酯酶 5’-cAMP
cAMP 依赖的蛋白激酶（A激酶，PKA） 1.结构：2个催化亚基，2个调节亚基 的蛋白质 2.激活：别构激活 （别构剂cAMP） A激酶 3.作用： Pro Pro-P
5、 基因概念 断裂基因，受体，第二信使，激素反应元件，锌指 基因扩增,简单转录单位, 复杂转录单位
由5个 亚基组 成，形 成了5个 跨膜区。
CAMP信号途径：刺激型 1、信号与受体结合，受体活化， 构象改变，暴露与G蛋白的 结合部位。 2、配体－受体复合物与G蛋白 结合，G活化，Gsα构象改 变，结合GTP 3、Gsα-GTP复合物与βγ分离， 暴露与AC的结合部位。 4、Gsα-GTP与 AC结合， AC活化，分解 ATP为 cAMP 5、Gsα分解GTP为 GDP，构 型改变，与 AC分离， AC失 活， Gsα与βγ结合，恢复静 息状态。
《药学分子生物学》第5章细胞信号转导基础
a
7
EGFR介导的信a 号转导过程
8
MAPK家族
ERK家族：调控细胞增殖与分化
JNK/SAPK家族：参与细胞对辐射、渗透压和温度变化的 应急反应，促进细胞修复
p38MAPK家族：介导炎症和细胞凋亡等应激反应
a
9
（2）其他RTK信号转导途径
PI3K/PKB途径: （Akt途径）
a
10
a
11
（二）酪氨酸激酶偶联受体介导的信号转导
4、形成SH2结合位点的空间结构， 与具有SH2结构域的下一级信号 分子结合；
5、信号逐级传递；
a
5
2、RTK信号转导途径
（1）Ras-MAPK级联反应信号转导途径
组成内容：
信号分子：生长因子、细胞因子等信号
RTK：催化型受体
Grb-2：衔接蛋白，与RTK的SH2结构域结合
SOS：富含脯氨酸，可与Grb-2SH3结合，
大多为单次跨膜糖蛋白；
胞外区N端一般由500-850个氨基酸残基组成，为配体结合 部位；
胞内区具有酪氨酸激酶结构域，位于C端，包括ATP结合区 和底物结合区。
a
3
受体酪氨酸蛋白激酶的分子结构
a
4
（2）RTK的活化
1、结合配体后，受体形成二聚体 或寡聚体；
2、受体膜内部分发生构象变化；
3、酪氨酸残基发生自体磷酸化；
➢受体量调节
受体减量调节
a
29
（2）信号蛋白直接参与负性调节
➢I-κB ➢iSmad
a
30
思考题
G蛋白偶联受体信号通路与酶偶联受体信号通路的 相互作用？
a
31
THANK YOU！
医学分子生物学名解
细胞信号转导1.secondary messenger:是细胞表面受体接受细胞外信号后转化而来的细胞内信号。
2.receptor：是细胞膜或细胞内的一些天然分子，能够识别和结合有生物活性的化学信号物质，从而启动一系列信号转导，最后产生相应的生物学效应.3.GTP binding proteins：是一种鸟苷三磷酸(GTP)结合蛋白，一般是指与细胞表面受体偶联的异三聚体G蛋白。
4.small GTP binding proteins：是指分子量20-30KD的单链G蛋白。
5.蛋白质的磷酸化：是指由蛋白激酶催化ATP或者GTP的γ-磷酸基转移到底物蛋白的特定氨基酸残基上的过程。
6.signalling domain：是信号蛋白中保守的非催化结构域，能特异性结合另一蛋白中的肽段，介导信号蛋白之间的相互作用。
7.junctin adaptor：是指一些本身无酶活性，只在信号通路中起连接、接头或停靠作用的细胞内蛋白质。
8.transcription factor：是一种具有特殊结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子。
9.MAPK：丝裂原激活的蛋白激酶属于丝/苏氨酸蛋白激酶类，是接收膜受体转换与传递的信号，并将其带入细胞核内的一类重要细胞，在多种受体信号传递途径中均有关键作用。
10.PTK：酪氨酸蛋白激酶是一类能催化蛋白质酪氨酸残基磷酸化的蛋白激酶。
11.RTK：受体酪氨酸蛋白激酶为PTK的一种，是PTK结构直接装配在受体的胞内区，因此兼有受体和酶两种作用。
12:蛋白激酶（kinase）:是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。
13：PKA：蛋白激酶A又称依赖于CAMP的蛋白激酶，属于丝/苏氨酸蛋白激酶类，由两个调节亚基R和两个催化亚基C组成的四聚体。
14：PKG：蛋白激酶G又称依赖于CGMP的蛋白激酶,是由相同的亚基构成的二聚体15：PSTK:丝/苏氨酸蛋白激酶包括ACG组、钙调素激酶组，CMGC 组。
AGC组指三个主要激酶家族即PKA、PKG、PKC。
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3、局部化学介质：又称旁分泌信号，如炎症介质 特点：通过扩散作用到达靶细胞，作用时间短
4、气体信号： NO 由NOS氧化精氨酸胍基生成 CO 由血红素加单氧酶氧化血红素产生
GAS MOLECULE
二、细胞内信息物质
在细胞内传递细胞调控信号的化学物质， 称为细胞内信息物质。
通常将其中的小分子物质如Ca2+、DAG、 IP3 、 Cer 、 cAMP 、 cGMP 称 为 第 二 信 使 (secondary messenger)。
cAMP的生成
AC
cGMP的生成
GC
IP3和DAG的生成
磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)
配体(ligand)：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。
受体的分类：
（一）膜受体 （二）胞内受体
（一）膜受体
1、环状受体：配体依赖性离子通道 2、G蛋白偶联受体： 七个跨膜受体 3、单个跨膜α螺旋受体 4、具有GC活性的受体
1. 环状受体 —— 配体依赖性离子通道
磷脂酰肌醇特异的 磷脂酶C (PI-PLC)
二脂酰甘油(DAG)+三磷酸肌醇(IP3)
第三信使
指负责细胞核内外信息传递的物质，是 一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白， 如立早基因编码蛋白。
c-fos
c-jun AP1
第二节 受 体
受体(receptor)：细胞膜上或胞内能特异识别生物活性 分子并与之结合，把信号传递到细胞内部，进而引起 生物学效应的特殊蛋白质。个别是糖脂。
内容
第一节 信息物质 第二节 受体 第三节 信息的传递途径 第四节 信息传递途径的交互联系 第五节 信息传递与疾病
第一节 信息物质
一、细胞间信息物质 二、细胞内信息物质
一、细胞间信息物质
凡由细胞分泌的、调节靶细胞生命活动的化 学物质统称为细胞间信息物质。
又称为第一信使。
细胞间信息物质的化学本质 细胞间信息物质的化学本质
TM7
i1
Cytoplasmic
D R Y
i2
G蛋白作用部位
i3 COOH-
G蛋白偶联受体：1000多种
七个α螺旋受体 蛇型受体
特点：由一条肽链组成的糖蛋白，N端在 胞外侧，C端在胞内，中段形成七个跨膜 螺旋结构。有三个胞外环和三个胞内环 ，胞浆面第三个环能与G蛋白偶联。
G蛋白
一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜细胞浆面 的外周蛋白，由三个亚基α、β、γ组成。
细胞信息转导
（signal transduction）
蒋小英
jiangxy@
生物化学与分子生物学系 西 安 交 通 大 学 医 学 部基础医学院
外界环境变化时
单细胞生物 —— 直接作出反应
多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信 号传递系统来传递信息，从而调控机体 活动。
* 蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）
* 氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素 等）
* 类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等） * 脂酸衍生物（如前列腺素） * 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等
根据分泌方式分为四大类：
1、神经递质：又称突触分泌信号，由神经元突触前 膜释放，如乙酰胆碱，作用时间短。
细胞信息传递方式
① 通过相邻细胞的直接接触
② 通过细胞分泌各种化学物质来调节 其他细胞的代谢和功能
具有调节细胞生命活动的化学物质称 为信息物质。
跨膜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
Gα种类 αs αi αp αt
效应分子 AC活化 AC抑制
磷脂酶c活化
cGMP磷酸二酯 酶活化
细胞内信使
cAMP
cAMP
Ca2+, IP3, DAG cGMP
靶分子 PKA PKA PKC
Na+通道关闭
两种G蛋白的作用 两种G蛋白的作用
G蛋白偶联受体的信息传递途径联受
体的信息传递途径
激素
受体
Ｇ蛋白
乙酰胆碱受体
1、环状受体
-配体依赖性离子通道
Acetylcholine
乙酰胆碱
2、G 蛋的多肽）
G-protein-coupled receptors
与配体结合
Extracellular
-NH2
e2
e3
e1 -S-S-
TM1
TM2
TM3
TM4
TM5
TM6
非活化型：α、β、γ三聚体结合GDP 两种构象 活化型：α与β、γ解聚结合GTP
已发现多种G蛋白，常见的有激动型Gs，抑制型Gi 和磷脂酶C型Gp。
G蛋白由三个亚基组成：
G：有GTP或GDP结合位点、GTP酶活性、 ADP核糖基化位点及受体和效应器结合位点 等。
G与G 结合紧密。
H
RＲ
β γ
G蛋白的种类及功能
Ｇ蛋白的类型 Ｇs Ｇi Ｇp Ｇo* ＧT * *
亚基 功 能 s 激活腺苷酸环化酶 i 抑制腺苷酸环化酶 p 激活磷脂酰肌醇的特异磷脂酶Ｃ o 大脑中主要的Ｇ蛋白,可调节离子通道 Ｔ 激活视觉
*o表示另一种(other) ＊＊T：传导素 (transductin)
G蛋白的α亚基的效应分子及其功能
酶
第二信使
蛋白激酶
酶或其他功能蛋白磷酸化
生物学效应
3、单个跨膜α螺旋受体
β
α GDP
γ
GTP
AA CC
cAMP
ATP
G-proteins
L
G
Effector
Signal
G-protein subtypes
Gi/o
Gs
Gp
G12/13
✓ inhibitio✓n ionfcrceAaMsePdpsr✓yondatuchtceitvsiaoistniofn✓coAfmMPeLPdCiatleesadsiignngatloling between GPCRs and RhoA ✓ inhibitio✓naocftiCvaat2i+ocnhoafn✓nCaeacl2ts+ivaantdioKn(+oGcfhTaPPnKansCee(l)sDAG) ✓activation of GIRK K+ ✓chinatnrnaeclesllul✓arfCuan2c+trioenleuansdee(rIPin3v)estigation