细胞信号转导概述与整合控制
细胞生物学第4版第9章细胞信号转导
第一节 细胞信号转导概述
• 细胞通讯步骤与功能
Figure 15-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
一、细胞通讯
• 化学信号通讯 • 接触依赖性通讯（contact-dependent signaling） P157 • 间隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesma）
– 受体特异性识别并结合胞外信号分子 ， 形成受体－配体复合物，导致受体 激活
– 受体构象改变，导致信号初级跨膜转 导，靶细胞内产生第二信使或活化的 信号蛋白
– 胞内第二信使或胞内信号蛋白复合物 装配，起始胞内信号放大的级联反应
– 细胞应答反应 – 受体脱敏或受体下调，终止或降低细
胞反应
蛋白质模式结合域（modular binding domain）
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
• 3 个功能域
– C 端激素结合结构域 – 中部DNA 或Hsp90 结合结构域 – N 端转录激活结构域
• 细胞内受体的本质是依赖激素激活 的转录因子。
• 信号分子的作用是将抑制性蛋白从 细胞内受体上解离，使受体上的 DNA结合位点暴露而激活。
• 激素－核受体复合物与激素反应元 件（HRE）结 合，调节基因转录。
一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（chemical synapse）：神经递质由突触前膜释
放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
二、几个基本概念
• 信号分子 • 受体 • 第二信使 • 分子开关
1. 化学信号分子
• 根据其溶解性分类： • 亲水性信号分子——神经递质、生长因子、细胞因子
第9章 细胞信号转导
G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）
酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
第9章 细胞信号转导
细胞表面受体信号转导
第9章 细胞信号转导
受体结合特异性的配体后而被激活，通过信号转导 （signal transduction）途径将胞外信号转换为胞内 信号引发两种主要的细胞反应。
第9章 细胞信号转导
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
第一节 细胞信号转导概述
一、细胞通讯（cell communication）
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与其相 应的受体结合，通过细胞信号转导产生使靶细胞产生相应的 生理生化变化，使靶细胞产生生物学效应的过程。 细胞间的通讯对于多细胞生物体的组织发生和形态构建， 协调细胞间的功能，控制细胞的生长和分裂是必须的。细胞 信号转导是实现细胞通讯的关键过程。
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第9章 细胞信号转导
二、信号分子与受体
（一）信号分子（signal molecule）
• 气体信号分子（gaseous signal molecule ） NO CO • 疏水性信号分子（hydrophobic signal molecule ） 甾类激素和甲状腺素 • 亲水性信号分子（hydrophilic signal molecule ） 神经递质、局部介质和蛋白类激素
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
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。
细胞信号转导PPT课件
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一般将细胞外信号分子称为“第一信使”，第一信使与受 体作用后在细胞内产生的信号分子称为第二信使。
胞外物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面 受体导致胞内产生第二信使，从而激发一系列生化反应， 最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用 终止。
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亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，它们可以穿过细胞膜 进入细胞，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子和大多数激素，它们不能 穿过细胞质膜，只能通过与靶细胞膜表面受体结合，再经过信号转导 机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或磷酸蛋白酶的活性， 引起细胞的应答反应。
气体性信号分子(NO) ：是迄今为止发现的第一个气体信号分子，它 能直接进入细胞直接激活效应酶，是近年来出现的“明星分子”。
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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。当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信 号转换为胞内物理或化学的信号，以启动一系过程，最终 表现出生物学效应。
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此类受体是细胞表面受体中最大家族，普遍存在于各类 真核细胞表面。其信号的传递需要依赖于G蛋白的活性。
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此类受体包括两种类型：一是受体胞内结构域具有潜在酶 活力，另一类是受体本身不具酶活性，通过其胞内区与酶 相联系。
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山东师范大学生命科学学院
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细胞信号转导与作用细胞生物学论文(1)
细胞信号转导与作用细胞生物学论文(1)
细胞信号转导与作用细胞生物学论文
1. 概述
细胞信号转导是指细胞接收外界信号后进行内部反应的过程。
信号可
以是化学物质、光、声音、触觉等各种刺激，而对信号进行转导的细
胞通常会做出相应的反应，如增殖、运动、分化等。
信号转导可分为
三个基本阶段：受体激活、转导途径和反应输出。
2. 受体激活
细胞膜和细胞核内的受体可以感知来自外界环境的刺激。
常见的细胞
膜受体有受体酪氨酸激酶、G蛋白耦联受体等；而细胞核内受体如核受体则对脂溶性物质有选择性的识别和结合作用。
受体与配体结合后，
受体激活开始。
3. 转导途径
受体激活后，信号会通过一系列酶、蛋白质、激酶等分子间的反应传递。
这些分子会相互作用形成受体复合物或信号传导通路，从而传递
外界的信息。
不同的转导途径通常包括有线性通路、串联通路、并联
和反馈通路。
4. 反应输出
转导途径终究会导致细胞内部某些分子的磷酸化或变化。
这些分子经
过一系列反应后会触发细胞内的一些反应，如胞质钙离子浓度的改变、酶的活性的改变等。
这些反应最终会导致细胞行为的改变，如细胞增殖、分化、凋亡等。
总之，细胞信号转导是一个复杂而有机的过程。
它可以是线性通路，
也可以是多重通路，甚至是网络通路。
它可以通过很多途径达到不同的细胞反应，从而影响细胞的生理行为。
理解信号转导和掌握其应用非常重要，可以应用于疾病治疗和药物开发等领域。
概述细胞信号的整合方式与控制机制
概述细胞信号的整合方式与控制机制细胞信号的传递与控制机制是生物体内至关重要的生命活动之一。
在多细胞生物中，细胞间的信号传递对于维持组织器官的功能、生长和分化具有重要意义。
本文将概述细胞信号的整合方式与控制机制，主要包括以下五个方面：信号接收、信号转导、效应器反应、反馈调节和信号终止。
1.信号接收细胞信号的传递始于信号的接收。
细胞表面存在着多种受体，它们能够识别和结合细胞外环境中的信号分子。
这些信号分子可能来自细胞内或细胞外，包括激素、神经递质、生长因子等。
当受体与信号分子结合后，会产生一系列的构象变化，进而触发下游的信号转导过程。
2.信号转导信号转导是指将接收到的信号传递到细胞内部的过程。
这一过程涉及到一系列的化学反应，最终将外部信号转化为细胞内具体的生理反应。
信号转导的途径多种多样，主要包括：离子通道型、G蛋白偶联型、酶联型和受体型等。
这些途径中涉及到的关键元件包括酶、激酶、磷酸化酶、脱氢酶等，它们在特定的信号转导途径中发挥着不同的作用。
3.效应器反应效应器反应是指细胞对外部信号做出的具体生理反应。
根据信号的性质和类型，效应器反应可能涉及到细胞形态的改变、生长或分化、代谢调节等。
例如，在神经元中，突触处的神经递质通过与受体结合触发一系列的效应器反应，导致神经元产生动作电位或改变其兴奋性。
4.反馈调节反馈调节是一种重要的细胞信号控制机制，它能够根据细胞内外的环境变化对细胞信号进行负反馈或正反馈调节。
负反馈调节能够减弱外部刺激引起的效应器反应，使细胞回到原始状态；而正反馈调节则能够放大外部刺激引起的效应器反应，使细胞状态进一步向刺激方向发展。
例如，在血糖调节中，胰岛素通过负反馈调节降低血糖水平，而胰高血糖素则通过正反馈调节提高血糖水平。
5.信号终止信号终止是细胞信号控制机制的最后一个环节，它能够确保细胞信号传递的短暂性和适应性。
信号终止的方式包括：通过酶降解受体、通过蛋白酶体降解受体、通过内吞作用将受体转运回细胞内等。
细胞生物学第11章-细胞通讯与信号转导
（3）不同的细胞通过各自的受体，对胞外信号应答， 产生相同的效应。如：肝细胞肾上腺素受体和胰 高血糖素受体结合各自的配体激活以后，都能促 进血糖的升高。
（4）一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种 不同的胞外信号，从而启动细胞的不同生物学效 应。
（３）自分泌（autocrine）：
细胞对自身分泌物产生反应，常见于病理 条件下。如：肿瘤细胞合成释放生长因子刺 激自身。
（4）化学突触传递神经信号：
神经细胞兴奋后，动作电位的传递，引起突 触前突起终末分泌化学信号，扩散至突触后细 胞，实现电信号和化学信号之间的转换。
2 通过细胞的直接接触（contactdependent signaling）：即细胞间接 触性依赖的通讯
（3）气体信号分子： 第一个发现的气体信号分子是NO，可以进入细胞直 接激活效应酶，参与体内众多的生理和病理过程。
2. 受体（receptor）
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子, 通过和配体的结合，经信号转导作用，最终表现为生 物学效应。
▪ 受体的结构特点：
多为糖蛋白，至少包含配体结合区和效应区2个 功能区域，分别具有结合特异性和效应特异性。
▪ 特异性 ▪ 放大作用 ▪ 信号终止或下调特征 ▪ 整合作用
第二节
细胞内受体介导的信号传递
一、细胞内受体与基因表达
细胞内受体活化的机制：
激活前：受体和抑制性蛋白结合成复合物 激活后：如果甾类激素和受体结合，导致抑制
性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露出 DNA结合位点，激素－受体复合物与基因调 控区（激素应答元件，hormone response element, HRE）结合，影响基因的转录。
细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导是指细胞内外信息的传递和转化过程，这一过程起着调节和控制细胞生理活动的重要作用。
通过信号传递，细胞可以对外界环境做出适应性的反应，维持内部稳态，实现生长、分化和细胞命运决定等功能。
本文将从信号的产生、传递和转导机制等方面进行讨论。
一、信号的产生1. 内源性信号细胞自身产生的化学物质可以作为信号分子，以调节细胞内外环境。
例如，细胞内的离子浓度、pH值和代谢产物等，都可以通过信号传递机制发挥作用。
2. 外源性信号外界环境中的物质和刺激也可以作为细胞信号的来源。
例如，细胞表面的受体可以与激素、细菌毒素和细胞外基质等结合，引发相应的信号传递。
二、信号的传递细胞信号传递通常有三种主要方式：通过直接细胞接触、通过细胞间联系以及通过远距离的物质传递。
1. 直接细胞接触细胞表面的受体与邻近细胞的配体结合，通过接触传递信号。
这种方式在免疫系统的活化、神经细胞的传递和胚胎发育等过程中起重要作用。
2. 细胞间联系细胞通过细胞间连接物质（如细胞间隙连接、紧密连接和连接蛋白）进行信号传递。
这种方式在组织内细胞间的协调和相互影响中起到重要作用。
3. 物质传递一些信号分子可以通过远距离的物质传递，例如激素、细菌毒素和神经递质等。
它们通过血液、淋巴液和突触间隙等途径到达目的地细胞，触发相应的信号级联反应。
三、信号的转导机制1. 受体的激活和信号传导当信号分子结合至受体上时，受体会发生构象变化，从而激活相应的信号通路。
这种激活过程包括泛素化修饰、磷酸化等，促使信号传导的启动。
2. 信号通路的级联反应一旦信号通路被启动，连锁反应会引发一系列级联反应。
这些反应会通过激活一些键酶、转录因子和细胞器等，最终产生细胞内外多种生理活动的结果。
3. 信号的转导和传递信号通路中的组分和中介物质可以通过蛋白质相互作用、分子承载体和次级信号等方式，进行信号的转导和传递。
这种方式可以将信号的强度和特异性传递至下游组分，以发挥预期的生物学功能。
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（一）信号分子 （二）受体 （三）第二信使与分子开关
信号分子（signal molecule）：指细胞的信息载体，种类繁 多，包括化学信号（① 各类激素、② 神经递质和③ 局部介 质等）和物理信号（声、光、电和温度等）。
激素（hormone）：是内分泌细胞合成的化学信号分子， 它们经血液循环被送到体内各个部位作用于靶细胞。
细胞通讯可概括为3种方式：
（1）细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯; 这是多细胞生物普遍采用的通讯方式。
（2）细胞间接触性依赖的通讯； 即一方具有跨膜配体另一方具有细胞表面受体，包括
细胞-细胞黏着和细胞-细胞外基质黏着； （3）动物细胞间通过间隙连接、植物细胞间通过胞间连丝 ，通过交换小分子实现通讯。
细胞表面受体按其功能分为3大家族：
（1）离子通道偶联受体（ion channel-coupled receptor） ：受体-离子通道； （2）G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptor， GPCR ）：受体·G蛋白； （3）酶连/联受体（enzyme-linked receptor）：受体-酶或 受体·酶。
受体至少有2个功能域： 即结合配体的功能域和产生效应的功能域，分别具有结合
特异性和效应特异性。
受体通过信号转导引发2 种主要的细胞反应：
一是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）；
二是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），
最后的综合效应是改变细胞 的行为。
第二信使（second messenger）：指第一信使分子（胞外化 学信号）与细胞表面受体结合后，导致在胞内产生（或释放） 的非蛋白类小分子，通过其浓度变化（增加或减少）来应答 胞外信号，调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信 号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
包括cAMP、cGMP、Ca2+、 DAG（二酰甘油）、IP3（ 1,4,5-三磷酸肌醇）和PIP3（3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇）等。
蛋白激酶 （PK）/ 蛋 白磷酸酶（PP）：将 磷酸基团转移到其它 蛋白质上（或相反） 的酶，通常对其它蛋 白质的活性具有调节 作用。
（一）信号转导系统的基本组成及信号蛋白的 相互作用
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配 （三）信号转导系统的主要特性
分子开关 （ molecular switch ）：指通过活化（开启） 和失活（关闭） 2种状态的转换来控制下游靶蛋白的活性 的调控蛋白。
三种类型：
① G蛋白超家族开关； ② 蛋白激酶/蛋白磷酸酶开关； ③钙调蛋白（calmodulin，CaM）开关。
GEF（guanine nucleotide-exchange factor）即鸟苷酸交换因 子 GAP（GTPaseaccelerating protein）即 GTPase促进蛋白 RGS（regulator of G protein-signaling） 即G 蛋白信号调节子 GDI（guanine nucleotide dissociation inhibitor）即 鸟苷酸解离抑制蛋白
①类固醇: 肾上腺皮质激素、性激素等。 ②氨基酸衍生物: 甲状腺素、肾上腺髓质激素等。 ③肽与蛋白质: 下丘脑激素、胰岛素、降钙素等。 ④脂肪酸衍生物: 如前列腺素。
神经递质（neurotransmitter）：突触前端释放的一种化学 物质，与突触后靶细胞结合，并改变靶细胞的膜电位。
局部介质（local mediator）：即由各种不同类型的细胞合 成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的 细胞，典型的如生长因子、淋巴因子和前列腺素等。
A：内分泌 B：旁分泌 C：化学突触通讯 D：自分泌 E：细胞间接触依
赖性通讯
通过胞外信号所介导的细胞通讯通常包括如下6个 步骤：
①信号细胞合成并释放信号分子（配体）； ②转运信号分子至靶细胞； ③信号分子与靶细胞表面受体特异性结合并导致受体被激 活； ④活化的受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径； ⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变； ⑥解除信号并导致细胞反应终止。
受体（recsptor）：一种能够识别和选择性结合某种配体 （信号分子）的大分子，大多数为糖蛋白，少数是糖脂， 还有的是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 细胞内受体（ intracellular receptor）细胞内受体位于细胞 质基质或核基质中，其本质是依赖疏水性激素激活的转录 因子。 细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上 ，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子 （如多肽类激素、神经递质和生长因子等）或膜结合型信 号分子（如细胞表面抗原和细胞表面黏着分子等）。
根据化学信号（分子）的化学性质可O）；
②疏水性信号分子（可穿过细胞质膜与细胞内受体结合 成激素-受体复合物来调节基因表达，如甾类激素和甲状腺 素）；
③亲水性信号分子（只能通过与靶细胞表面受体结合而 启动细胞信号转导，如大多数蛋白类激素、神经递质和局 部介质）。
细胞信号转导概述和整合 控制
第一节 细胞信号转导概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导 第四节 酶联受体介导的信号转导 第五节 其他细胞表面受体介导的信号通路 第六节 细胞信号转导的整合与控制
一、细胞通讯 二、信号分子与受体 三、信号转导系统及其特性
细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信 息（配体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用 ，通过细胞信号转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的 过程。 （细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外 部信号转变为自身应答反应的过程。 细胞信号传递（cell signaling）：通过信号分子与受体的 相互作用，将外界信号经细胞质膜传递至细胞内部，通常 传递至细胞核，并引发特异生物学效应的过程。