细胞生物学：10第八章细胞信号传导
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。
细胞生物学研究中的细胞信号传导
细胞生物学研究中的细胞信号传导细胞信号传导是细胞生物学研究中的一个重要领域。
它研究的是细胞接收和传递信息的过程，是细胞内部各种生物化学反应的基础。
细胞信号传导在生命体内起着至关重要的作用，涉及到细胞生长、分化、代谢、凋亡等多个生命过程，对于人类疾病的诊断与治疗也具有重要意义。
细胞信号传导的主要方式包括内分泌传导和神经传导。
内分泌传导是指细胞通过形成激素，释放到体液中，再由血液循环将激素传递到远离源细胞的靶细胞，从而引起相应的反应。
而神经传导则是通过神经元释放神经递质，通过神经纤维将信号传递至目标细胞。
细胞信号传导可以通过多种途径实现，包括细胞表面受体介导的信号传导、细胞间直接相互作用的信号传导和细胞内物质自身的信号传导。
细胞表面受体介导的信号传导是最常见的途径，其中包括离子通道与受体连接的信号传导、热耦联系统、酪氨酸激酶受体等。
细胞间直接相互作用的信号传导则是指通过细胞间连接通道传递信息，例如细胞间的紧密连接、信息素的扩散等。
细胞内物质自身的信号传导包括细胞内钙离子波动、小分子荷电物质的传递等。
细胞信号传导的研究领域很广泛，其中一个重要的课题就是细胞信号通路的研究。
细胞信号通路是指一系列相互关联的蛋白质与信号分子之间的相互作用和反应，通过这些通路，细胞可以接收到外界的刺激并做出相应的反应。
细胞信号通路通常包括信号分子、受体、信号传导分子和效应分子等不同组分。
在细胞信号传导的研究中，科学家们通过研究信号通路的开关机制、信号转导的调控机制以及信号通路的整合等方面，来揭示细胞内各种生理和病理进程的分子机制。
除了细胞信号通路，细胞信号传导的研究还涉及到细胞外基质与细胞间的信号传递、细胞内信号传导的空间分布及其调控。
它们通过不同的细胞信号传导通路，形成一个复杂的网络。
在这个网络中，不同信号通路之间可以相互调节和交叉作用，从而实现细胞内外的正确信息传导，维持生命体的正常运行。
细胞信号传导的研究对于解析细胞生命过程及相关疾病的发生和发展具有重要意义。
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
精选PPT课件
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
精选PPT课件
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激活G-蛋白的功能
1) 离子通道
2) 酶
精选PPT课件
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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
细胞信号传导
细胞信号传导细胞信号传导是细胞内外环境交互的重要过程，它通过信号分子的识别、传递和响应，调控细胞的各种生理功能和生物行为。
本文将从细胞信号传导的基本概念、信号分子的识别和传递、信号转导通路以及细胞信号传导的调节等方面进行详细探讨。
一、细胞信号传导的基本概念细胞信号传导是指细胞感受外界刺激或内源性刺激后，通过信号分子的识别和传递，引起一系列信号转导过程，从而调控细胞的生理功能和行为。
细胞信号传导是细胞内外环境相互交流的桥梁，对于维持机体内稳态、调节生物发育、应对外界刺激具有重要意义。
二、信号分子的识别和传递细胞信号传导的第一步是信号分子的识别和传递。
细胞通过不同的受体分子对外界信号分子进行识别，如细胞表面的受体蛋白和胞内的核受体。
受体与信号分子结合后，通过构象变化或联合其他蛋白分子，将信号传递至细胞内部。
三、信号转导通路信号转导通路是细胞内信号传导的重要组成部分，它将受体与细胞内效应蛋白连接起来，实现信号的传递和转导。
常见的信号转导通路有激活型受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体和核受体等。
信号转导通路可以分为线性传导、分支传导和反馈调控等不同模式，通过磷酸化、蛋白激酶级联反应、信号蛋白激活等方式产生生物效应。
四、细胞信号传导的调节细胞信号传导在生物体内需要被精确调节，以实现组织和器官的正常功能。
调控细胞信号传导的机制包括正负向调控、交叉耦合和反馈调节等。
细胞通过修饰信号分子、改变受体亲和性、调节信号通路中关键蛋白的表达和活性等方式对信号传导进行调节，以适应不同的生理和环境需求。
细胞信号传导是细胞生物学的重要研究方向，对于揭示生命的奥秘和发展新的治疗手段具有重要意义。
未来的研究将进一步深入细胞信号传导的分子机制、调控策略以及与疾病的关联，为生物医学领域的研究和临床应用提供新的突破口。
细胞信号传导
细胞信号传导细胞信号传导是一种细胞间的通讯方式，涉及到细胞内外的相互作用，它对于维持生物体内部稳态以及适应环境变化起着重要作用。
细胞信号传导涉及到多种分子信号和信号通路，在细胞的正常功能发挥、生长、分化和凋亡等过程中发挥着重要的调控作用。
本文将重点介绍细胞信号传导的基本概念、重要信号通路及其调控机制。
细胞信号传导的基本概念细胞信号传导是一种通过分子信号传递信息的过程。
通常来说，细胞外的信号分子（例如激素、生长因子、细胞因子等）通过与细胞表面的受体结合，触发一系列转导分子的级联反应，最终引发细胞内的相应生物效应。
细胞信号传导可以分为内源性信号传导和外源性信号传导两种类型。
内源性信号传导是指细胞内产生的分子信号通过绑定到受体，激活信号通路产生细胞内信号的过程。
外源性信号传导是指来自细胞外部环境的分子信号（例如激素、药物等）通过绑定到细胞表面的受体，引发细胞内的信号传导。
重要信号通路及其调控机制1. G蛋白偶联受体（GPCR）信号通路GPCR是一类跨膜受体，能够感知细胞外的多种信号分子。
当外界信号分子结合到GPCR上时，GPCR会激活细胞内的G蛋白，使其释放出GTP。
GTP结合的G蛋白进一步激活腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase），将ATP转化为cAMP。
cAMP能够激活蛋白激酶A（PKA），从而调节细胞内的各种生物过程。
2. 酪氨酸激酶受体（RTK）信号通路RTK是一类跨膜受体激酶，包括EGFR、INSR等。
当外界信号分子结合到RTK上时，RTK会自身磷酸化，并激活下游的信号分子，如PI3K/Akt和MAPK/ERK等。
这些信号通路调节细胞的生长、分化和存活等重要生物过程。
3. Wnt信号通路Wnt信号通路参与胚胎发育和成体细胞的生长与发育。
在没有Wnt信号的情况下，Wnt信号通路的蛋白被磷酸化，形成β-氨基丁酸类器官。
当Wnt信号分子结合到膜受体Frizzled和共受体LDL受体相关蛋白（LRP5和LRP6）时，磷酸化作用被抑制，从而导致β-氨基丁酸类器官降解，并通过下游信号调控基因表达。
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。
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。
细胞生物学[第八章细胞信号转导]课程预习
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第八章细胞信号转导一、概述(一)细胞通讯细胞通讯(cell communication)是指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。
1．细胞通讯的方式(1)细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯。
这是多细胞生物包括动物和植物最普遍采用的通讯方式。
(2)细胞间接触性依赖的通讯(contact-dependent signaling)。
细胞间直接接触，通过与质膜组合的信号分子影响其他细胞。
(3)细胞问形成间隙连接使细胞质相互沟通，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。
2．细胞分泌化学信号的作用方式(1)内分泌(endocrine)。
由内分泌细胞分泌信号分子(激素)到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞。
(2)旁分泌(paracrine)。
细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用于邻近靶细胞。
(3)自分泌(autocrine)。
细胞对自身分泌的物质产生反应。
(4)通过化学突触传递神经信号(neuronal signaling)。
当神经元细胞在接受环境或其他神经细胞的刺激后，神经信号通过动作电位的形式沿轴突以高达100m／s的速度传至末梢，刺激突触前突起终末分泌化学信号(神经递质或神经肽)，快速扩散作用于突触后细胞，影响突触后膜，实现电信号一化学信号一电信号转换和传导。
细胞识别(cell recognition)是指细胞通过其表面受体与胞外信号物质分子(配体)选择性相互作用，从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。
可见，细胞识别是细胞通讯的一个重要环节。
细胞信号通路(signaling pathway)：细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，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，这是细胞信号系统的主线，这种反应系列称之为细胞信号通路。
(二)信号分子与受体1．信号分子细胞的信号分子(signal molecule)可根据其溶解性分为亲脂性和亲水性两类：(1)亲脂性信号分子主要代表是甾类激素和甲状腺素。
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2.旁分泌
细胞通过分泌局部化学介 质到细胞外液中，经过局部扩 散作用于邻近靶细胞。
在多细胞生物中调节发育 的许多生长因子往往是通过旁 分泌起作用的。
旁分泌的方式对于创伤或 者感染组织刺激细胞增殖及恢 复功能也具有重要意义。
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3.自分泌
自分泌是细胞对自身分 泌的物质发生反应，自分泌 信号常存在于病理条件下， 如肿瘤细胞合成并释放生长 因子刺激自身，导致肿瘤细 胞的持续增殖。
但正常细胞也可能出现， 如胰腺β细胞释放的胰岛素 能抑制同一细胞进一步释放 胰岛素
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细胞通讯方式
a 分泌化学信号通讯
多细胞生物普遍采用的通讯方式， 分泌信号分子---血液循环----靶细胞 包括：内分泌，旁分泌，自分泌，化 学突触
b 接触性依赖的通讯
不需要信号分子；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。
c 间隙连接
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a 分泌化学信号通讯
1.内分泌
内分泌细胞分泌的信号分子到血液 中，随血液循环输至全身，作用于 靶细胞。
其特点是：
①低浓度
②全身性，随血液流经全身，但只 能与特定的受体结合而发挥作用；
③长时效，激素产生后经过漫长的 运送过程才起作用，而且血流中微 量的激素就足以维持长久的作用。
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概述
细胞通讯 cell communication
是指一个细胞发出的信息通过介质（又称配体）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 细胞信号转导产生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。
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概述
细胞通讯：概念、细胞通讯方式 细胞识别、信号通路 信号分子：概念、分类 受体 第二信使 分子开关：概念、GTPase开关蛋白、蛋白的
磷酸化及去磷酸化
信号转导系统的基本组成
Edmond H.Fischer cell signal transduction laboratory
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c 间（缝）隙连接 （Gap Junction）
动物细胞通过间隙连接， 植物细胞通过胞间连丝使细胞 沟通，通过交换小分子来实现 代谢耦联或电耦联。间隙连接 的基本结构单位是连接子 （connexon），每个连接子 （connexin）由六个相同或相 似的跨膜连接蛋白呈环状排列， 中央形成一个直径约为1.5nm 的亲水性通路。相邻细胞质膜 上的两个连接子对接便形成完 整的间隙连接结构。
冲动的转导。突触可分为电突触和化学突触。电突触就是指 细胞间形成间隙连接，电信号可直接通过间隙连接从突触前 向突触后转导，相比于化学突触，电突触信号传递速度快了 很多。
此外间隙连接在神经元之间的通讯及中枢神经系统的整 合过程中也起着重要的作用，并以此调节和修饰相互独立的 神经元群的行为。同时，间隙连接使细胞间形成电耦联，在 协调心肌细胞的收缩，保证心脏正常跳动，协调小肠平滑肌 的收缩，控制小肠蠕动等过程中也起着重要的作用。
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b 接触性依赖的通讯
接触性依赖通讯是指细胞间直接接触而无需信 号分子的释放，代之以通过质膜上的信号分子与靶 细胞质膜上的受体分子相互作用来介导细胞间通讯。
这种通讯发生包括细胞—细胞黏着、细胞—基 质黏着，这种接触依赖性的通讯在胚胎发育过程中 对组织内相邻细胞的分化命运具有决定性作用。
形式，表明缝隙连接与动作电位在前后突触纤维
间的快速传递有关，其后关于缝隙连接蛋白家族
和它的结构通道问题引起了人们的广泛关注。
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间隙连接功能
1.间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 神经元之间或神经元与效应细胞之间通过突触完成神经
连接通道能够使细胞间的小分子物质（<10002000Da）进行交换；它们也能传递一些与细胞模
型有关的信号。这些能够通过缝隙连接通道的物
质都与细胞间的调控有关，包括一些第二信使如 1,4,5-磷酸肌醇和钙离子。
Furshpan和Potter最早报道了缝隙连接，他 们描述了小龙虾中巨大运动突触的新的突触联系
细胞信号转导
Cell Signal Transduction
Edmond H.Fischer cell signal transduction laboratory
主要内容
一. 概述 二. 细胞内受体介导的信号转导 三. 通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 四. 信号分子间的识别结构域 五. 细胞信号传递的基本特征
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缝隙连接是细胞间膜通道的场所，它为相邻
Hale Waihona Puke 细胞间细胞质的连续性提供帮助。缝隙连接的结
构单位是连通小管，它是一种亲水性的由蛋白质
组成的圆柱形通道；连通小管跨越细胞膜使细胞
紧密地排列在一起，建立一个细胞间通道。缝隙
4.化学突触
神经细胞通过突触影响靶细胞
当神经元接受刺激后，神 经信号以动作电位的形式沿轴 突快速（100m/s）传递至神经 末梢，电压门控的钙离子通道 将电信号转换为化学信号，即 刺激突触前化学信号小泡的分 泌，在不到1ms的时间内化学信 号通过扩散经过相距不足100nm 的突出间隙到达突触后膜，再 通过后膜上配体门控通路将化 学信号转回电信号，实现电信 号—化学信号—电信号的快速 转化。