第六节：细胞信号转导的整合与控制
细胞信号转导概述与整合控制
细胞表面受体（Cell Surface Receptor）
介导亲水性信号分子的信息传递，可分为： ① 离子通道耦连受体 ② G蛋白耦连受体 ③ 酶连受体
第一类存在于可兴奋细胞，后两类存在于大多数 细胞。
离子通道偶联受体
特点： - 受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 - 受体本身为离子通道，即配体门通道 - 跨膜信号转导无需中间步骤 - 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信
旁分泌：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；②气体信号分子。 化学突触：神经递质经突触作用于靶细胞。
自分泌：信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细 胞，常见于癌变细胞。
二、细胞的信号分子与受体
1. 信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子: 如甲状腺素和甾体激素 亲水性信号分子: 如神经递质,生长因子 气体性信号分子(NO, CO)
细胞间隙连接
连接子：中央为直径 1.5nm 的 亲 水 性 孔 道 ， 允许小分子如Ca2+、 cAMP通过。 作用：协同相邻细胞 对外界信号的反应， 如可兴奋细胞的电耦 联现象(电紧张突触)。
膜表面分子 接触通讯
即细胞识别，如：精子和卵子之间的 识别，T与B淋巴细胞间的识别。
化学通讯
细胞分泌一些化学物质（如激素）至细 胞贝尔医学与生理学奖
分子开关（molecular switches） 调节细胞信号的激活/失活机制的蛋白
细胞内的分子开关蛋白分为两类: 1.活性由蛋白磷酸化/去磷酸化调节 2.活性由结合GTP/GDP调节
蛋白激酶
－是一类磷酸转移酶，将 ATP 的 γ 磷酸基转 移到底物特定氨基酸残基上，使蛋白质磷酸 化。分为5类，其中了解较多的是蛋白酪氨酸 激酶、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。 －作用：通过磷酸化调节蛋白质的活性。
细胞生物学笔记-信号转导
细胞的信号转导信号转导(signal transduction):指在信号传递中,细胞将细胞外的信号分子携带的信息转变为细胞内信号的过程完整的信号传递程序:完整的信号传递程序为合成信号分子;细胞释放信号分子;信号分子向靶细胞转运;信号分子与特异受体结合;转化为细胞内的信号,以完成其生理作用;终止信号分子的作用。
该过程经配体，受体，胞内信使，其中配体是指细胞外的信号分子，或凡能与受体结合并产生效应的物质，分为水溶性配体（N递质、生长因子、肽类激素）和水溶性配体（N递质、生长因子、肽类激素），是细胞外来的信号分子，又称第一信使。
而受体是细胞膜上或细胞内一类特殊的蛋白质，能选择性地和细胞外环境中特定的活性物质结合，从而引起细胞内的一系列效应;分为细胞表面受体胞内受体（胞浆和核内），细胞表面受体又分为离子通道偶联受体，酶偶联受体，G蛋白偶联受体。
其中离子通道偶联受体是由几个亚单位组成的多聚体，亚单位上配体的结合部位，中间围成离子通道，通道的“开”关受细胞外配体的调节。
具有结合位点又是离子通道本身既有信号的特点。
酶偶联受体，或称催化受体、生长因子类受体，既是受体，又是“酶”。
是由一条肽链一次跨膜的糖蛋白组成，具有N端细胞外区有配体结合部，C端细胞质区含特异酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性的特点。
G蛋白偶联受体是N递质、激素、肽类配体的受体，由一条350-400个氨基酸残基组成的多肽链组成，具有高度的同源性和保守性，其作用特点为分布广，转导慢，敏感，灵活，类型多。
胞内信使是指受体被激活后在细胞内产生的、能介导信号转导的活性物质，又称为第二信使。
第二信指第一信使与受体结合后最早产生的可将信号向下游传递的信号分子。
如：cAMP、cGMP、IP3、DAG（二酯酰甘油）、Ca2+等。
第三节、细胞内信使其中环磷酸腺苷（ cAMP ）是最重要的胞内信使。
cAMP是细胞膜的腺苷酸环化酶（AC）在G蛋白激活下，催化ATP脱去一个焦磷酸后的产物，AC的主要功能是催化ATP或cAMP，这一过程不仅需要经G蛋白激活，还需Mg2+、Mn2+的存在，cAMP的主要作用是激活依赖cAMP的蛋白激活酶A（PKA），进而使下游信号蛋白被激活产生生物学效应。
9 第九章 细胞信号转导
Gene transcription Cell proliferation Cell differentiation Cell death Cell mobility Immune responses
离子通道偶联受体 细胞表面 受体类型 G蛋白偶联受体 酶偶联受体
受体至少有2个功能域： 结合配体的功能域 产生效应的功能域
7
根据受体引发细胞反应作用过程的时间特 点，可以分为2种主要的细胞反应：
一、细胞内存量蛋白活性或功能的改变，进 而影响细胞代谢功能的短期反应（快反应）； 二、通过转录因子的修饰激活或抑制基因表 达的长期反应（慢反应）
双信使系统
→DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促 Na+/H+交换使胞内pH DAG-PKC途径
35
IP3-Ca2+ 和DAG-PKC 双信使信号通路
36
1、IP3-Ca2+途径
激素
受体
G蛋白
PLC
IP3
CaM 钙调蛋白
内质网上的配 体门Ca2+通道
Ca2+
Ca2+ CaM复合体 Ca2+—CaM复合体 结合并激活靶酶
G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors， GPCRs） 是细胞表面受体中最大的多样性家族； 统计表明：现有25%的临床处方药物是针对GPCRs所介 导信号通路为靶点研制和开发的。
23
一、G蛋白偶联受体的结构与激活
G蛋白偶联受体---配体受体复合物与靶 蛋白（酶或离子通道）的作用要通过G 蛋白偶联，才可产生第二信使。 G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白 （trimetric GTP-binding regulatory protein）的简称，由α,β,γ三个亚基组成， α 亚基和βγ二聚体亚基共价结合脂分子 锚于质膜PS面。 当配体结合受体后， α 亚基与受体胞内 部分偶联，引起α 亚基构象变化，使得 GDP被GTP交换， α 亚基脱离受体，产 生游离的活化α 亚基以及游离的活化βγ 二聚体。
细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，经细胞内信号转导系统转换，从而影响细胞生物学功能的过程。
水溶性信息分子及前列腺素类（脂溶性）必须首先与胞膜受体结合，启动细胞内信号转导的级联反应，将细胞外的信号跨膜转导至胞内；脂溶性信息分子可进入胞内，与胞浆或核内受体结合，通过改变靶基因的转录活性，诱发细胞特定的应答反应。
基本内容细胞信号转导细胞信号转导是指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)结合,引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋白间相互作用,直至细胞生理反应所需基因开始表达、各种生物学效应形成的过程.现已知道，细胞内存在着多种信号转导方式和途径，各种方式和途径间又有多个层次的交叉调控，是一个十分复杂的网络系统。
高等生物所处的环境无时无刻不在变化，机体功能上的协调统一要求有一个完善的细胞间相互识别、相互反应和相互作用的机制，这一机制可以称作细胞通讯(Cell Communication)。
在这一系统中，细胞或者识别与之相接触的细胞，或者识别周围环境中存在的各种信号(来自于周围或远距离的细胞)，并将其转变为细胞内各种分子功能上的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，影响细胞的生长速度，甚至诱导细胞的死亡。
这种针对外源性信号所发生的各种分子活性的变化，以及将这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过程称为信号转导(Signal Transduction)，其最终目的是使机体在整体上对外界环境的变化发生最为适宜的反应。
在物质代谢调节中往往涉及到神经－内分泌系统对代谢途径在整体水平上的调节，其实质就是机体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞接收信号并将其转变为细胞功能上的变化的过程。
所以，阐明细胞信号转导的机理就意味着认清细胞在整个生命过程中的增殖、分化、代谢及死亡等诸方面的表现和调控方式，进而理解机体生长、发育和代谢的调控机理。
一、细胞信号转导的概念细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，经细胞内信号转导系统转换，从而影响细胞生物学功能的过程。
《细胞生物学》——细胞10章 信号转导2
随堂练习
4（）可降解cAMP生成5’AMP，导致细胞内 cAMP水平下降 A. 环腺苷磷酸二酯酶（PDE） B. ADP核糖转移酶 C. 腺苷酸环化酶 D. PKA
单选题 10分
4()可降解cAMP生成5’AMP,导致细胞内 cAMP水平下降
A 环腺苷磷酸二酯酶(PDE) B ADP核糖转移酶 C 腺苷酸环化酶 D PKA
• RTK的二聚化：二聚化是一次跨膜的酶联受体被激活的
普遍机制。
• 活化的RTK通过磷酸酪氨酸残基可以结合多种细 胞质中带有SH2结构域的蛋白：
①接头蛋白：如GRB2（生长因子受体结合蛋白2）本身虽 不具酶活性，也没有传递信号的性质，但其作用是偶联活 化受体与其它信号蛋白，参与构成细胞内信号转导复合物；
苷酸环化酶，第二 信使为cAMP （3）激活磷脂酶C， 以IP3和DAG为双 信使
（一）激活离子通道的G蛋白偶联受体所介 导的细胞信号通路
1. 心肌细胞上M型-乙酰胆碱受体激活G蛋白 开启K+通道 Ach→M型Ach受体→Gi蛋白（GiαGβγ） → Gβγ →K+通道→ K+外流→超极化→减 缓心肌细胞的收缩频率
心肌细胞上M型乙酰胆碱受体的活化与效应器 K+通道开启的工作模型
随堂练习
2.心肌细胞上M乙酰胆碱受体通过G蛋白引发 Gα亚基激活并与Gβᵧ解离，释放的Gβᵧ亚基 结分 2.心肌细胞上M乙酰胆碱受体通过G蛋白引发Gα 亚基激活并与Gβᵧ解离,释放的Gβᵧ亚基结合并打开 钾离子通道。() 正 A确
错 B误
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2. 光受体活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭
人类视杆细胞含有大约4х107个视紫红质分子， 组成7次跨膜的视蛋白（opsin）与光吸收色素共 价连接
细胞信号转导教学课件
胞核→基因表达调控。
03
酶联受体介导的信号转导途径类型
根据信号分子类型和作用方式不同，酶联受体介导的信号转导途径可分
为酪氨酸激酶型、G蛋白型和其它型等。
酶联受体介导的信号转导与疾病
01
02
03
04
酶联受体介导的信号转导与 疾病关系概述：酶联受体介 导的信号转导在许多疾病的 发生和发展过程中发挥重要
导有关。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
细胞因子信号转导
细胞因子的种类与功能
细胞因子种类
包括白细胞介素（IL）、干扰素（ IFN）、肿瘤坏死因子（TNF）、集 落刺激因子（CSF）等。
细胞因子功能
参与免疫应答、炎症反应、造血过程 、组织损伤修复等生理和病理过程。
许多疾病的发生和发展都与G蛋白偶联受体介导的信号转导有关，如肿瘤、心血管疾病、代谢性疾病等。这些疾病的发生和 发展过程中，G蛋白偶联受体介导的信号转导途径会出现异常，导致细胞生长和分化失控、炎症反应等。因此，针对G蛋白偶 联受体介导的信号转导途径的治疗策略对于疾病的治疗具有重要意义。
REPORT
CATALOG
抑制酶活性
负调控因子通过抑制酶的 活性来调节信号转导，从 而控制细胞反应的强度和 持续时间。
竞争性结合
负调控因子可以与信号分 子竞争性结合，从而降低 信号转导的效率。
细胞信号转导的正调控
正调控因子
细胞信号转导的正调控因子是指 能够促进信号转导过程的蛋白质
或小分子化合物。
激活酶活性
正调控因子通过激活酶的活性来调 节信号转导，从而增强细胞反应的 强度和持续时间。
简述细胞的信号转导方式
细胞的信号转导是指外界信号通过细胞膜传递到细胞内部，触发一系列生化反应和细胞功能的调控过程。
细胞的信号转导可以通过多种方式进行，其中常见的几种方式包括：
1.直接通透型信号转导：某些小分子信号物质（如气体一氧化氮）、离子（如钙离子）或
水溶性小分子可直接穿过细胞膜，与胞浆内的靶分子发生作用，并触发相应的信号转导反应。
2.膜受体介导的信号转导：大部分信号分子无法直接通过细胞膜，而是通过与细胞膜上特
定的受体结合来传递信号。
这些受体可以是离子通道、酪氨酸激酶、鸟苷酸环化酶等类型的膜受体。
当信号分子与受体结合后，受体会激活下游的信号传递通路，如激活蛋白激酶级联反应或次级信号分子的释放，从而引发细胞内的信号转导。
3.细胞间接触介导的信号转导：有些细胞间信号传递是通过直接接触实现的。
例如，细胞
间的黏附分子可以通过细胞-细胞或细胞-基质之间的物理接触来传递信号。
这种方式通常使细胞与周围环境相互作用，调控细胞的形态、迁移和生长等过程。
4.核内受体介导的信号转导：某些脂溶性信号分子（如类固醇激素和甲状腺激素）可以通
过穿过细胞膜进入细胞，并与细胞核内的核受体结合。
与核受体结合后，信号分子与核受体复合物进入细胞核，影响特定基因的转录和表达，从而调控细胞功能。
这些信号转导方式可以单独存在，也可以相互作用，共同调节细胞的功能和生理过程。
不同的信号转导方式在细胞内部形成了复杂的网络，以确保信号的准确传递和细胞功能的精确调控。
6_细胞的信号转导和整合
6.3.1 电信号的产生和传导
神经元未兴奋时称为静息状态 处于静息状态的神经元质膜内外两侧的电位差称为
静息电位
枪乌贼等神经轴突膜的静息电位约为-70mV
静息电位的产生与轴突膜的结构有关
膜上进入细胞内
但聚集在细胞内的K+可通过K+通道自由扩散到细胞外
内分泌腺细胞 分泌
激素
松果体 下丘脑
垂体 甲状旁腺
甲状腺 胸腺
肾上腺 胰腺
卵巢
精巢
下丘脑和脑下垂体构成了最主要的神经内分泌控制中心
脑下垂体以细柄悬挂在下丘脑底部，是神经系统与内分泌 腺联系的重要环节
1、下丘脑激素
分泌激素为释放激素和释放抑制激素
促甲状腺释放激素 促肾上腺皮质激素释放激素 促卵泡素释放激素 促黄体生成释放激素 生长素释放抑制激素
氧化，消除自由基功效；可治疗失眠
褪黑激素，抑制性腺，性激素含量少
光照抑制褪黑激素，性激素含量高
4、甲状腺素：
T3 ng 效率是T4的1000倍 T4 μg
甲状腺素的生理功能
促进糖、脂及蛋白质的代谢 促进机体的生长发育和组织分化
幼年动物若甲状腺机能减退将引起发育迟缓，身材矮 小，行动呆笨而缓慢；——呆小症
类固醇激素
髓质
肾上腺素 去甲肾上腺素
氨基酸衍生物激素
加速心跳、升高血压 升高血糖
8、前列腺素--脂肪酸衍生物激素
首先在精子胞浆中发现，因其普遍存在于前列腺而得名 但后来在绝大多数哺乳动物细胞和组织中都发现存在 前列腺素是人体内分布最广的生物活性物质之一
可引起肌肉收缩和血管的开启、关闭，头痛和痛经是由 前列腺素引起的肌肉收缩所造成的