第八章细胞信号转导与
细胞信号传导和信号转导
细胞信号传导和信号转导在细胞生长和发育过程中起着关键作用，它们调控着细胞的 增殖、分化和凋亡等过程。
细胞信号传导和信号转导的异常会导致多种疾病，如癌症、神经退行性疾病和免疫 系统疾病等，因此对它们的深入研究有助于疾病的诊断和治疗。
信号转导是信号传导的一部分，信号转导主要关注细胞内特定分子或离子浓度的变化， 而信号传导则涉及细胞间或细胞内信号的传递和放大。
信号转导和信号传导都涉及到信号的识别、转换和传输，但信号转导更侧重于分子识 别和转换机制，而信号传导更强调信号的传递和放大过程。
信号转导和信号传导在某些情况下是相互关联的，例如在某些信号转导过程中，特定 的分子或离子浓度的变化可以触发细胞内的信号传导过程。
细胞信号传导和信号转导在维持细胞内环境稳态、细胞器的功能以及细胞器的合成与降解等方 面发挥重要作用。
细胞信号传导和信号转导对于细胞的能量代谢、物质代谢以及细胞内的氧化还原平衡等也有重 要影响。
细胞信号传导和信号转导在细胞周期调控、细胞凋亡以及细胞自噬等细胞生命活动中扮演着关 键角色，对于维持细胞的正常生命活动具有重要意义。
信号转导和信号传导都涉及到细胞内的分子和离子浓度的变化，这些变化可以影响细 胞的生理功能和行为。
信号转导主要关注信号分子如何与受体结合，引起细胞内一系列生化反应，最终导致细胞反应 的过程。
信号传导则更强调细胞如何整合来自不同信号转导途径的信息，以产生精确和特异的细胞反应。
信号转导通常涉及单个分子事件，而信号传导则涉及多个信号转导途径的整合。
离子通道型信号传导：通过离子通道的开启或关闭，引起细胞膜电位的变化，进而传递 信号。
G蛋白型信号传导：通过G蛋白偶联受体与相应的配体结合，激活G蛋白，进而激活或抑 制效应酶，传递信号。
细胞信号转导和信号放大的机制
细胞信号转导和信号放大的机制细胞信号转导是指细胞内外信息的传递，从而引导生物体的生理和行为反应。
这一过程涉及到信号分子、受体、二次信使、激酶、蛋白激酶和转录因子等多个分子和细胞结构的参与。
信号的放大是指一个信号分子可以引起多个受体的激活，这些激活的受体在后续的信号转导过程中可以激活多个下游因子，从而形成一个链式反应。
细胞信号转导和信号放大的机制已成为现代分子生物学和生物医学研究的重要领域。
背景细胞内外信息的传递是细胞的重要功能之一，它是细胞成长、分化、代谢和生存的基础。
细胞信号分为内源性和外源性两种类型。
内源性信号指的是细胞形成过程中生成的信号分子，例如细胞因子和激素。
外源性信号则是来自于细胞之外的信号分子，例如细胞外基质、神经传导物质和外部刺激。
不同类型的信号会引起不同的反应，例如促进细胞生长和分裂、调节细胞代谢和运动、和促进或者抑制细胞死亡等等。
信号传递的分子机制信号分子通常被分为两类：蛋白质类和非蛋白质类。
其中，蛋白质类分子通常是受体的配体，例如细胞因子、激素和生长因子等。
非蛋白质类分子通常是电信号、热信号、压力信号等，例如神经传导物质和某些药物。
信号分子与受体的结合通常会触发受体本身的构象变化，进而激活受体内部的信号转导通路。
信号转导通路通常由双向的二级信使和蛋白激酶组成，细胞可以在该过程中感应到外界信号，形成内部信号反应。
在此过程中信号分子可以逐渐传递到受体的下游，最终进入细胞核引起转录因子的激活，从而影响了基因表达谱及其生物学行为。
信号的放大机制信号的放大机制是信号转导过程中不可缺少的一个环节。
在信号的转导过程中，很多分子可以被激活，在特定的位置释放二次信使分子，它们又进一步激活下游的分子通路，不断产生一个信号分子激活了多个受体的链式反应。
这种放大机制会增加了细胞对信号分子的敏感性和反应程度，从而更好地完成它所支持的过程。
例如，表皮生长因子(EGF)是一种重要的信号分子，在它与受体结合后，它可通过Ras信号转导通路激活多个下游蛋白激酶，例如加入胰岛素样生长因子受体-1(IGF-1R)而形成多条并行的信号转导通路。
细胞信号传导与转导
细胞信号传导与转导细胞信号传导与转导是细胞内外信息传递的重要过程，它对维持细胞生命活动、调控细胞功能起着至关重要的作用。
本文将介绍细胞信号传导与转导的基本概念、重要组成及其在细胞生物学中的应用。
一、细胞信号传导的基本概念细胞信号传导是指在细胞内外环境改变时，通过化学、物理或细胞接触等方式传递信息的过程。
细胞信号根据传导距离的不同，可分为近距离信号和远距离信号。
近距离信号主要通过细胞间直接接触、细胞外分泌物等方式传递，而远距离信号则通过激素等在血液中传播到全身各个组织和器官。
信号分子可分为激素、神经递质、细胞因子等，它们通过与细胞表面的受体结合，触发细胞内一系列信号传导及转导的反应。
二、细胞信号传导与转导的重要组成1. 受体分子：受体是细胞接受外界信号的分子，可分为膜受体和胞浆内受体。
膜受体位于细胞膜上，主要通过与外界信号分子结合激活细胞内信号通路。
胞浆内受体则位于细胞质或细胞核内，它们通常与脂溶性信号分子结合，进入细胞质或细胞核后才会激活信号传导。
2. 信号转导分子：信号转导分子是连接受体与效应分子之间的纽带，它们负责将外界信号传导至细胞内部。
常见的信号转导分子包括激酶、磷酸酶、离子通道及细胞骨架等。
3. 信号通路：信号通路是信号传导与转导过程中的重要组成部分，是一系列信号分子之间相互作用的连续反应链。
信号通路可分为激活型和抑制型，通过一系列环节的激活或抑制调控下游效应蛋白的活性。
三、细胞信号传导与转导的应用1. 疾病研究：细胞信号传导与转导异常往往与疾病的发生和发展密切相关。
许多疾病如癌症、糖尿病等都与信号通路的异常活化或失活有关。
因此，深入研究细胞信号传导与转导的机制对于理解疾病的发生机制、预防和治疗具有重要意义。
2. 药物开发：细胞信号传导与转导在药物开发中发挥着重要作用。
通过干扰信号通路中的关键分子，可以实现对某些疾病的治疗。
许多抗癌药物就通过干扰肿瘤细胞的信号传导与转导来实现抗肿瘤效果。
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
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胞内受体介导 的信号传递过 程
精选PPT课件
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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
精选PPT课件
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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。
精选PPT课件
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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
细胞信号转导与信号传递
细胞信号转导与信号传递细胞信号转导是细胞内外信息的传递和响应的过程。
信号分子通过细胞外受体与细胞内信号通路发生相互作用，最终调控细胞的生理功能和适应环境。
信号传递是指信号分子在细胞内传递过程中的多种机制和途径。
本文将重点探讨细胞信号转导和信号传递的原理及其在生物学中的重要作用。
一、细胞信号转导的基本原理细胞信号转导过程中，信号分子通过与细胞表面或内部的受体结合，触发一系列的信号转导途径，最终导致细胞内外环境的调节。
信号转导途径可以分为六个步骤：识别、传导、放大、组织、响应和调节。
1. 识别阶段：信号分子与细胞膜上的受体结合，形成信号复合物。
2. 传导阶段：信号复合物通过膜内或膜外的信号传导通路传递信号，同时触发一系列的酶活化和蛋白质磷酸化等反应。
3. 放大阶段：在传导过程中，信号可以通过激活信号转导途径中的正反馈机制来放大信号强度。
4. 组织阶段：在细胞内部，信号被进一步传递和整合，形成信号网。
5. 响应阶段：细胞通过信号转导途径调节基因表达、蛋白质合成、细胞分化和增殖等生理功能，实现对外界环境的适应。
6. 调节阶段：信号转导途径中的各种组分通过负反馈机制和时序调控来保持信号的稳定性和平衡性。
二、信号传递的方式细胞信号传递方式多种多样，主要包括内分泌传递、神经传递、细胞直接相邻传递和自动信息传递。
1. 内分泌传递：由内分泌腺分泌的信号分子经血液或淋巴循环到达靶细胞，通过血液循环广泛传递，影响身体的多个部位。
2. 神经传递：神经元通过神经冲动传递信息，经神经分支将信号传递至神经肌肉接头或其他神经元，实现信息的传递和交流。
3. 细胞直接相邻传递：细胞通过细胞间连接、质膜融合等方式直接传递信号，如邻近细胞之间的离子传递和细胞间紧密连接的信号传递。
4. 自动信息传递：通过细胞内自动信息传递系统，如细胞内钙信号传递、细胞内信号分子的扩散等。
三、细胞信号转导的重要性细胞信号转导在维持细胞生命活动和调节机体内稳态过程中起着重要的作用。
细胞信号传导和信号转导途径
细胞信号传导和信号转导途径细胞信号传导是细胞内外信息传递的重要过程，它调控细胞的生长、分化、凋亡等重要生理过程。
信号传导的目的是将外界的信号转导到细胞内，最终调控细胞的活动。
细胞信号传导可以分为离子信号传导和分子信号传导两种途径。
一、离子信号传导离子信号传导是利用离子的浓度差或者电位差来传递信息的一种方式。
常见的离子信号有钠离子、钾离子、钙离子等。
离子信号的传导涉及到通道蛋白、转运蛋白等的活动。
1. 钠离子和钾离子的传导钠离子和钾离子在神经细胞的动作电位过程中起着重要的作用。
在静息状态下，神经细胞的细胞外钠离子浓度高，细胞内钾离子浓度高，通过离子通道的开闭来保持这种浓度差。
当神经细胞接收到信号时，离子通道会发生打开或关闭，导致钠离子和钾离子的流动，从而产生了动作电位。
2. 钙离子的传导钙离子在细胞信号传导中也扮演着重要的角色。
当细胞受到刺激时，细胞膜的钙离子通道会打开，细胞外的钙离子会流入细胞内。
钙离子的浓度变化会引发一系列的信号传导事件，进而调控细胞的功能和代谢活动。
二、分子信号传导分子信号传导是利用分子信号分子间的相互作用来传递信息的一种方式。
细胞表面的受体蛋白会与外界信号分子结合，从而激活一系列的信号传导通路。
1. G蛋白偶联受体信号转导G蛋白偶联受体是细胞表面的一类受体蛋白，通过与G蛋白的相互作用来传递信号。
当外界信号分子结合到受体上时，受体会发生构象变化，启动了G蛋白的活化。
活化的G蛋白能够与细胞内的酶或离子通道相互作用，从而传递信号。
2. 酪氨酸激酶受体信号转导酪氨酸激酶受体是一类有丝分裂相关的受体蛋白，它们在细胞的生长、分化和凋亡等过程中发挥重要作用。
当外界信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，进而激活受体内的酪氨酸激酶活性。
激活的酪氨酸激酶会磷酸化其他蛋白，从而引发一系列信号传导事件。
3. 核内受体信号转导核内受体是一类位于细胞核内的蛋白，它们能够与脱氧核糖核酸（DNA）结合，直接影响基因的转录和翻译过程。
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(0001)ppt课件
3、 肢端肥大症和巨人症
GH释放激素 Gs + AC cAMP
Adult?
GH分泌
child
三、细胞内信号转导分子、转 录因子异常与疾病
（一）NO与缺血-再灌注损伤 心肌缺血 NO合酶 NO cGMP PKG
家族性高胆固醇血症*
家族性肾性尿崩症
遗传性受体病
甲状腺素抵抗综合征*
重症肌无力
自身免疫受体病
自身免疫性甲状腺病
继发性受体异常
损伤性：膜磷脂分解 代偿性：ligand
家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia, FH)
LDL-R
1、合成障碍 2、转运障碍 数目
3、与配体结合障碍 4、内吞缺陷
21000～28000
位于细胞内
只有G α功能
（Ras ,微管蛋白 β亚基）
在将信号从细胞膜外传递至细胞核的过程中， Ras蛋白起着非常重要的作用。整个过程开 始于生长因子（如EGF或PDFG）等与各自
受体的细胞外功能域结合
G 蛋白介导的细胞信号转导途径
G蛋白
腺苷酸环化酶 （AC）
PLC β
DG-蛋白激酶C
cell
Vascular smooth muscle
cell
Vascular GC signal transduction system
cytokines CO
Ca2+
GTP
Ach-R arg
NO
synthase NO
sG
GRC
C cGM
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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
第八章细胞信号转导与
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） 包括6个亚族
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。 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，这种反应系列称之为细胞信号通路。
第八章细胞信号转导与
细胞的信号分子与受体
●信号分子（signal molecule）
亲脂性信号分子 亲水性信号分子 气体性信号分子(NO)
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
间隙连接实现第代八谢章偶细胞联信或号电转导偶与联
细胞识别（cell recognition）
●概念： 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。 ●信号通路（signaling pathway）
第八章 细胞信号转导
●细胞通讯与细胞识别
●细胞的信号分子与受体
●通过细胞内受体介导的信号传递
●通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
●由细胞表面整合蛋白介导的信号传递（不讲）
●细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息
（不讲）
第八章细胞信号转导与
细胞通讯与细胞识别
●细胞通讯（cell communication） ●细胞识别（cell recognition）
受体失敏（desensitization） 关闭反应、 减量第调八节章细（胞d信o号wn转-导r与egulation） 降低反应。
通过细胞内受体介导的信号传递
● 甾类激素介导的信号通路
两步反应阶段： 初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速； 次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。
反应减弱（迟发相）---减量调节（down-regulation）
机制：受体-配体复合物内吞，导致表面受体数量减少，发现 arrestin
可直接与Clathrin结合，在内吞中起adeptors作用；
受体减量调节与内吞后受体的分选有关。
第八章细胞信号转导与
磷脂酰肌醇信号通路
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→
第八章细胞信号转导与
GPLR的失敏：
例：肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不到1min内反应速降， 以至消失。
受体活性快速丧失（速发相）---失敏（desensitization）； 机制：受体磷酸化 受体与Gs解偶联，cAMP反应停止并被PDE降解。 两种Ser/Thr磷酸化激酶： PKA（蛋白激酶A） 和肾上腺素受体激酶（ ARK）， 负责受体磷酸化； 胞内协作因子扑获蛋白（ arrestin）---结合磷酸化的受体，抑制其功能活 性（ arrestin 已克隆、定位11q13）。
第八章细胞信号转导与
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产生相应的反应。细 胞间的通讯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。
●细胞通讯方式：
分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化学突触（chemical synapse）
第八章细胞信号转导与
G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
●G蛋白耦联受体的结构与激活：G蛋白耦联受体的 概念？ 结构：是三聚体GTP结合调节蛋白的简称， 位于质膜内胞浆的一侧（P231）
● cAMP信号通路
●磷脂酰肌醇信号通路
受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 （不讲）
第八章细胞信号转导与
细胞表面其它与酶偶联的受体
受体丝氨酸/苏氨酸激酶
受体酪氨酸磷酸酯酶
受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals）
酪氨酸蛋白激酶联系的受体
两大家族：
一是与Src蛋白家族相联系的受体；
二是与Janus激酶家族联系的受体。
信号转 导 子和转录 激活子 （ signal transducer and
actvator of transcription ， STAT ） 与 JAK-STAT 途
●受体（receptor）多为糖蛋白（什么叫受体？） ●第二信使（second messenger） （概念？） ● 分子开关（molecular switches）
第八章细胞信号转导与
细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活
径。
第八章细胞信号转导与
cAMP信号通路
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
组分及其分析
G-蛋白偶联受体 （结构与激活，P231） G-蛋白活化与调节 效应酶——腺苷酸环化酶
GPLR的失敏（desensitization）与减量调节 细菌毒素对G蛋白的修饰作用
细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
受体的功能： 介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用) 信号转导：受体的激活（activation） （级联反应）；
●一氧化氮介导的信号通路
第八章细胞信号转导与
通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
● G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递离子 ●通道偶联的受体介导的信号跨膜传递 ●细胞表面其它与酶偶联的受体（不讲）
第八章细胞信号转导与
离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
信号途径（见P242） 特点：
受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 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号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性