第八章细胞信号转导
细胞生物学总结(复习重点)——8.细胞信号转导
4、细胞通讯：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的反应。
对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。
包括分泌化学信号（内、旁、自、化学突触）、细胞间接触、和相邻细胞间间隙连接。
5、细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。
20、信号分子：生物体内的某些化学分子，如激素、神经递质、生长因子、气体分子等，在细胞间和细胞内传递信息，特称为信号分子。
21、信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套的特定机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。
22、受体：一种能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转导为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。
两个区域：配体结合区、效应区。
受体主要有三类离子通道型受体、G蛋白偶联型受体和酶偶联的受体。
23、第一信使：一般将胞外信号分子称为第一信使。
24、第二信使：细胞表面受体接受胞外信号后最早在胞内产生的信号分子。
细胞内重要的第二信使有：cAMP、cGMP、DAG、IP3等。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性，也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。
10、IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。
DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单脂酰甘油。
13、分子开关：在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制精确调控，也即对每一步反应既要求有激活机制，又必然要求有相应的失活机制，使细胞内一系列信号传递的级联反应能在正、负反馈两个方面得到精确控制的蛋白质分子称为分子开关。
简述细胞信号转导的过程
简述细胞信号转导的过程细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，通过这个过程，细胞可以感知和响应外界刺激，并调控细胞内的生物活动。
细胞信号转导过程复杂而精确，涉及多种分子信号、信号传递通路和调控机制。
本文将以简洁明了的语言，从信号的产生、传递和响应三个方面，详细介绍细胞信号转导的过程。
一、信号的产生细胞信号可以来自于细胞外部环境，如激素、神经递质、细胞外基质等，也可以来自于细胞内部，如细胞器的功能变化、代谢产物的积累等。
这些信号分为内源性信号和外源性信号。
内源性信号是由细胞内部的变化所产生的，如细胞内的离子浓度变化、代谢产物积累等。
外源性信号则是由细胞外部的刺激所引起的，如激素的结合、神经递质的释放等。
二、信号的传递细胞信号的传递主要通过信号分子在细胞内外之间的传递来实现。
细胞膜是信号传递的重要场所，其表面覆盖着许多受体分子，当外界信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，并激活下游的信号传递通路。
这些通路包括细胞内信号传导分子的激活、蛋白质的磷酸化和解磷酸化等一系列反应。
这些反应可以通过细胞内的信号传导通路来调控，形成一个复杂的信号网络。
三、信号的响应细胞信号的响应是指细胞对信号的感知和相应行为。
细胞可以通过调节基因表达、蛋白质合成、细胞骨架重组等方式，来实现对信号的响应。
基因表达调控是一种常见的信号响应方式，细胞可以通过转录因子的激活或抑制来改变基因的表达水平。
蛋白质合成则是通过信号传导通路内的蛋白质磷酸化或解磷酸化等酶促反应来实现。
细胞骨架重组是通过改变细胞内骨架蛋白的结构和功能，来调节细胞形态和运动。
细胞信号转导的过程是一个动态平衡的过程，信号的产生、传递和响应是相互关联的。
细胞通过调节信号分子、信号传导通路和调控机制的活性，来实现对外界刺激的感知和响应。
这个过程在细胞生理、发育和疾病中起着重要的作用。
例如，细胞信号转导的异常会导致癌症、心血管疾病等多种疾病的发生和发展。
总结起来，细胞信号转导是细胞内外信息传递的过程，包括信号的产生、传递和响应三个方面。
细胞生物学PPT第八章_细胞信号转导PPT课件
转录激活功能域
配体结合功能域
DNA-结合功能域
抑制性蛋 白
无活性的细胞核受体
辅激发蛋白
配体
受体结合序列
起始靶基因转录
精选PPT课件 激活的细胞核受体
20
胞内受体介导 的信号传递过 程
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21
甾类激素可以诱导原初反应和次级反应；即：
A：直接诱导少数特殊基因转录的原初反应阶段；
B：基因产物再活化其他基因，产生一种延迟的次级 反应。这种反应对激素原初作用起放大效应。
a亚基上GTP水解，使该亚基本
身失活，造成和靶蛋白解离
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29
失活的a-亚基与bg -复合体结合
无活性G-蛋白 无活性靶蛋白
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激活G-蛋白的功能
1) 离子通道
2) 酶
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二、G-蛋白耦联受体介导的细胞信号通路 （一）以cAMP为第二信使的信号通路
1)腺苷酸 环化酶
第八章 细胞信号转导
细胞外信号分子 受体蛋白分子
细胞内信号分子
靶位蛋白
代谢类酶 基因调节蛋白 细胞骨架蛋白
代谢改变 基因表达 细胞形状
改变 精选或PP运T课动件改变
1
第一节 概述
一、细胞通讯
概念（P218)：生物体内C与C之间的联
络、识别以及信息传递，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。
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2)环化 AMP 磷酸二酯酶
精选PPT课件
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3)蛋白激酶A
第八章 细胞信号转导
结合GTP的α亚基的功能是激活腺 苷酸环化酶。
随着使命的完成，α亚基所结合的 GTP水解成GDP，α亚基恢复原来的 构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作 用。α亚基与βγ亚基重新结合，形成 没有活性的三聚体。
Gs调节模型
霍乱毒素能催化ADP核糖共价结合到 Gs的α亚基上，使α亚基丧失GTP酶的 活性，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。
2、信号分子的共同特点
多细胞有机体中有几百种信号分子，包括蛋 白质、短肽、氨基酸衍生物、核苷酸、脂类、 胆固醇衍生物和气体分子（NO）。特点：
（1）特异性：只能与特定的受体结合； （2）高效性：几个分子即可触发明显的生物 学效应：级联放大； （3）可快速失活：完成信息传递后被降解或 修饰失去活性。
（四）信号分子与信号传导
1、信号分子(signal molecule) 生物细胞所接受的信号既可使物理信号
（光、热、电流），也可是化学信号，有机 体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号 分子实现。
信号分子：是指细胞内某些既非营养物， 也非能源和结构物，也不是酶，唯一的功能 是在细胞内和细胞间传递信息，如激素、神 经递质、生长因子等。
活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内 靶分子，具信号传递功能。
如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙 酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能 开启质膜上K+通道，改变心肌细胞膜电 位
βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合， 对结合GTP的α亚基起协同/拮抗作用
胞内cAMP浓度升高后，激活cAMP依赖的 蛋白激酶A(PKA)。激活的PKA可作用多种底 物，引起多种反应。
细胞生物学第8章细胞信号传导
息系统的进化。
单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。 多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除 了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传 导，以协调不同细胞的行为，如：①调节代谢， 通过对代谢相关酶活性的调节，控制细胞的物质 和能量代谢；②实现细胞功能，如肌肉的收缩和 舒张，腺体分泌物的释放； ③调节细胞周期，使 DNA复制相关的基因表达，细胞进入分裂和增殖 阶段； ④控制细胞分化，使基因有选择性地表达， 细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞； ⑤ 影响细胞的存活。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
（四）配体与受体（Ligand & Receptor） 1、配体（Ligand）：在细胞通讯中，由信号传导 细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发 靶细胞的应答，此时的信号分子被称为配体 (ligand)，接收信息的分子称为受体。 2、受体（Receptor）：广义的受体指任何能够同 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。狭义的受 体指能够识别和选择性结合配体（signal molecule） 的大分子，当与配体结合后，通过信号转导 （Signal Transduction）作用将细胞外信号转换为 细胞内的物理和化学信号，以启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。
第八章
细胞信号转导
生命与非生命物质最显著的区别在于生命
是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生
物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部
环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息 物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维 持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不 同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表 面或细胞内与信号分子结合的蛋白质，多为糖 蛋白，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；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。
第八章-细胞信号转导
• 化学信号根据其溶解性分为: 亲脂性信号分子：分子小、疏水性强、可透膜与胞内受体结合。
如甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子：分子较大、亲水性强、不能透膜、只能与胞 外受体结合。如神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数 激素… 气体性信号分子(NO)：可以透膜直接激活效应酶。
• 化学信号根据作用方式分为： 内分泌信号、旁分泌信号、突触信号、接触依赖性信号 P220
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。这种通讯方式 在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。（胚胎诱导）
P218
细胞通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯步骤
①信号分子的产生; ②运送信号分子至靶细胞; ③信号分子与靶细胞受体特异性结合,并激活 受体; ④活化受体启动胞内一种或多种信号转导途 径; ⑤引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥信号的解除并导致细胞反应终止。
G-蛋白耦联的受体（G-protein-linked receptor）
酶连受体（enzyme-linked receptor） 受体的两个功能区域：配体结合区（结合特异性）
效应区（效应特异性）
P221
亲水性信号
胞 外 受 体
亲脂性信号
胞 内 受 体
胞外受体和胞内受体
三种类型的细胞表面受体
NO合酶 (NOS)
L-Arg+NADPH
NO+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。
P229
Guanylate cyclase
内源性 NO 由 NOS 催化合成后，扩散到邻近细胞，与鸟苷酸环化酶活 性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性的增加和cGMP 合成增 强。 cGMP作为第二信使介导蛋白质的磷酸化，引起生理生化反应。
细胞生物学思考题及答案
第八章细胞信号转导1、名词解释细胞通讯: 指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与其受体相互作用，产生特异性生物学效应的过程。
受体: 指能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子。
多数为糖蛋白，少数为糖脂或二者复合物。
第一信使: 由信息细胞释放的，经细胞外液影响和作用其它信息接收细胞的细胞外信号分子第二信使: 第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分子称为第二信使。
2、细胞信号分子分为哪两类？受体分为哪两类？细胞信号分子：亲脂性信号分子和亲水性信号分子；受体：细胞内受体：位于细胞质基质或核基质，主要识别和结合脂溶性信号分子;细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子（三大家族;G 蛋白耦联受体，酶联受体，离子通道耦联受体）3、两类分子开关蛋白的开关机制。
GTPase开关蛋白：结合GTP活化，结合GDP失活。
鸟苷酸交换因子GEF引起GDP从开关蛋白释放，继而结合GTP并引起G蛋白构象改变使其活化；随着结合GTP水解形成GDF和Pi，开关蛋白又恢复成失活的关闭状态。
GTP水解速率被GTPase促进蛋白GAP和G蛋白信号调节子RGS所促进，被鸟苷酸解离抑制物GDI所抑制。
普遍的分子开关蛋白：通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化和蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化活性调节蛋白质活性。
4、三类细胞表面受体介导的信号通路各有何特点？（1）离子通道耦联受体介导的信号通路特点：自身为离子通道的受体，有组织分布特异性，主要存在与神经、肌肉等可兴奋细胞，对配体具有特异性选择，其跨膜信号转导无需中间步骤，其信号分子是神经递质。
（2）G蛋白耦联受体介导的信号通路特点：信号需与G蛋白偶联，其受体在膜上具有相同的取向，G蛋白耦联受体一般为7次跨膜蛋白，会产生第二信使，G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用。
（3）酶连受体信号转导特点：a.不需G蛋白，而是通过受体自身的蛋白酶的活性来完成信号跨膜转换； b.对信号的反应较慢，且需要许多细胞内的转换步骤；c. 通常与细胞生长、分裂、分化、生存相关。
细胞生物学第八章细胞信号转导
信号蛋白：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 转承蛋白：负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白：携带信息从一部分传递到另一部分。 接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成，介导产生级联反 应。 传感蛋白：负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径。 整合蛋白：从 2 条或多条信号途径接受信号，并在向下传递之前进 行整合。
2、受体
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）的大 分子，绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白，少数受体是糖脂，有的受 体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 （1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小 的脂溶性信号分子。
c、间隙连接通透性的调节：
意义：间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间 隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性： 1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2 、组织特异性： 由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性 和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透 功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙 连接时，连接子没有通透功能。
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白 信号转导系统： 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生 细胞内第二信使或活化的信号蛋白。 3、信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大 的级联反应，使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。
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Sequestration; down-regulation; inactivation; inactivation; inhibitory protein
再见
2011
接触性依赖的通讯
①
②
③ ⑤
④
胞外信号介导的信号通讯
（二）信号分子与受体
●信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子：主要包括甾类激素和甲状腺素 亲水性信号分子：神经递质、生长因子、大多数激素。 气体性信号分子：NO，能进入细胞直接激活效应酶
●受体（receptor） ●第二信使（second messenger） ●分子开关（molecular switches）
受体
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子。
根据存在部位分为：细胞内受体、细胞表面受体 根据信号转导机制和受体蛋白类型不同：
离子通道耦联受体、G蛋白耦联受体、酶连受体。 包括两个功能区：配体结合区----具有结合特异性
效应区 ---------具有效应特异性
Joseph Orly 和 Micheal Schramm 通过细胞融合实验 首先证明了受体与 腺苷酸环化酶是不 同的两种蛋白。
（三）G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
1.离子通道偶联的受体
特点：
①主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突 触信号传递
②跨膜信号转导无需中间步骤 ③受体/离子通道复合体 ④选择性：配体的特异性和运输离子的选择性
2.G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控
3.Gt蛋白耦联的光受体的活化诱发cGMP－ 门控阳离子通道的关闭
•百日咳毒素催化Gi的α亚基发生ADP-核糖基化 ，结果抑制了GDP的释放，使Gi的α亚基不能活 化，从而阻断了Ri受体引起的对腺苷酸环化酶的 抑制作用。导致气管内的cAMP水平增高，促使 液体、电解质和黏液分泌增多，并进入肺，引起 严重的咳嗽。
cAMP信号如何终止?
(二)磷脂酰肌醇双信使信号通路
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→
磷脂酶C(PLC)→
→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 →DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH
IP3和DG信号如何终止?
• IP3是通过依次去磷酸化形 成自由的肌醇。
• DG是通过DG激酶使DG磷 酸化成为磷脂酸，进入磷 脂酰肌醇循环；或被DG 酯酶水解为单酰基甘油。
二、信号转导系统及其特性
• 细胞转导系统的基本组成与信号蛋白 • 细胞内信号蛋白的相互作用 • 信号转导系统的主要特性
第二节 细胞内受体介导的信号转导
●细胞内核受体及其对基因表达的调节 两步反应阶段：
初级反应阶段 次级反应
●一氧化氮介导的信号通路
抑制蛋白复合物 转录激活结构域
激素结合位点
活化的PKC和Ras蛋白激酶的激酶磷酸化级连反应
二、 细胞表面其他酶连受体
受体丝氨酸/苏氨酸激酶(TGF-β受体) 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶（配体：心房排钠肽） 酪氨酸蛋白激酶联系的受体
三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导
第五节 信号的整合与控制
一、细胞对信号的整合
细胞对信号反应表现发散性或收敛性特征 蛋白激酶的网络整合信息
图8-17 cAMP信号通路对基因转录的激活
细菌毒素对G蛋白的修饰作用，会引起多种疾病
•霍乱毒素催化Gs的α亚基发生ADP-核糖基化， 致使α亚基丧失GTP酶的活性，GTP永久结合在 Gs的α亚基上，α亚基处于持续活化状态，则腺 苷酸环化酶永久活化。导致小肠上皮细胞中 cAMP增加100倍以上，则Na+和水持续外流， 产生严重腹泻而脱水。
DNA结合结构域
甾类 激素
铰链区
DNA结合部位暴露
细胞内受体蛋白作用模型
第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导
二、G蛋白耦联受体所介导的信号通路
（一）以cAMP为第二信使的信号通路
反应链： 激素→G-蛋白偶联受体→G蛋白→腺苷酸环 化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因 调控蛋白→基因转录
第四节 酶连受体介导的信号转导
一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）
配体→RTK→adaptor←GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→ MAPKK→ MAPK →进入细胞核→其它激酶或转录因子的磷酸化修钸。