受体和第二信使
细胞生物学：信号转导与第二信使
细胞生物学：信号转导与第二信使2007-8-12 9:42【大中小】【我要纠错】信号分子这把钥匙一旦打开了细胞表面的受体锁，细胞就要作出应答。
由于细胞自身就是一个社会，有各种不同的结构和功能体系，外来信号应由何种功能体系应答？这就是所谓的信号转导的通路。
■信号转导途径信号转导途径有两个层次，第一是将外部信号转换成内部信号途径，即信号转导途径。
第二层次的含义是外部信号转换成内部信号后从哪个途径引起应答。
医学教育网●两种信号转导途径：一种是通过G蛋白偶联方式，即信号分子同表面受体结合后激活G蛋白，再由G蛋白激活效应物，效应物产生细胞内信号；第二种转导途径是结合的配体激活受体的酶活性，然后由激活的酶去激活产生细胞内信号的效应物（图5-17）。
图5-17 信号转导的两种途径途径①：结合的配体激活G蛋白，然后由G蛋白激活效应物产生信号；途径②：结合配体激活受体的酶活性，然后由激活的受体酶激活产生信号的效应物。
●细胞内生化反应途径：当外部信号被转换成内部信号后，在细胞内的传递途径如何？细胞内各种不同的生化反应途径都是由一系列不同的蛋白和酶组成的，执行着不同的生理生化功能。
各途径中上游蛋白对下游蛋白活性的调节（激活或抑制）主要是通过添加或去除磷酸基团，从而改变下游蛋白的构型完成的（图5-18）。
所以，构成生化反应途径的主要成员是蛋白激酶和磷酸酶，它们能够引起细胞活性的快速变化又迅速恢复。
图5-18 由蛋白激酶和蛋白质磷酸酶构成的信号转导途径■细胞应答与信号级联放大●细胞应答细胞对外部信号的应答通常是综合性反应，包括基因表达的变化、酶活性的变化、细胞骨架构型的变化、通透性的变化、DNA合成的变化、细胞死亡程序的变化等（图5-19）。
这些变化并非都是由一种信号引起的，通常要几种信号结合起来才能产生较复杂的反应，而且通过信号的不同组合产生不同的反应。
图5-19 多种细胞外信号引起动物细胞的应答细胞在信号应答中的每一种最终表现都是受体接受了一套相关的细胞外信号并作出综合应答的结果，图中所示只是推测的简化模式。
第二信使主要有cAMPcGMP
cAMP作为第二信使可以直接激活离子通道。 人体的嗅觉即依靠该途径产生。
气味分子与G蛋白偶联型受体结合，可激活 AC，产生cAMP，开启cAMP门控通道， 引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲 动，最终形成嗅觉。
更多细胞中，cAMP可以特异性活化cAMP 依赖性蛋白激酶A（ cAMP dependent protein kinase, PKA）。
IP3可在酶作用下水解。 DAG通过两种途径终止其信使作用：一是被DAG 激酶磷酸化成为磷脂酸，进入肌醇脂循环再生； 二是被DAG酯酶水解成甘油和花生四烯酸。
Ca2+-CaM介导的胞外信号诱导的细胞反 应
Ca2+-钙调蛋白(calmodulin, CaM)-钙调蛋白依 赖性蛋白 CaM为钙结合蛋白，有4个Ca2+结合位点，结 合钙离子后可发生构象改变，形成的Ca2+CaM复合物具有活性，磷酸化蛋白质的丝氨酸 /苏氨酸，激活蛋白激酶或磷酸酶。
cAMP被降解成5’-AMP
ห้องสมุดไป่ตู้
活化的激酶在磷酸酶的作用下去磷酸化， 进入失活状态。
海南霍乱疫情
从10月29日开始，海南大学部分学院有少数学生 发生腹泻。截止到11月1日12时，共发现有腹泻 症状者30人，其中22 例症状较轻的病人隔离在海 大医院并进行采样和预防性服药，8例病人在市医 院传染病科进行隔离治疗。经核实为诊断病例7例， 疑似病例1例。 10月3至11月2日，海南省共发生霍乱病人51例， 已治愈出院29例，康复11例，现患病人11例，无 死亡病例。
光照使视黄醛的构象变为反式，Rh分解为 视黄醛和视蛋白，构象改变的视蛋白激活 cGMP磷酸二酯酶，将细胞中的cGMP水解， 关闭离子通道，减少神经递质释放，产生 视觉。
细胞生物学期末复习名词解释
一、名词解释：细胞通讯：信号转导：微管组织中心：细胞衰老：分子伴侣：脂质体：细胞周期：亲核蛋白：细胞培养：核型：受体：第二信使：胞吐作用：生物膜：血影：微粒体：细胞培养：细胞黏着分子的类型：核小体，组蛋白非组蛋白；内质网二、填空：1肝细胞中起解毒作用的细胞器有________和_____________。
2过氧化物酶体的标志酶是______________ ，溶酶体的标志酶是______________。
3在神经轴突的物质转运过程中，由两种蛋白介导，一是________________，介导运输小泡由轴突顶端运向胞体；二是________________，介导小泡由胞体运向轴突顶端。
4质子泵有_____________、______________和_____________三种类型。
5NOR位于染色体的__________部位，是________基因所在部位，与间期_____________形成有关。
6真核细胞每一个DNA分子被包装成一条____________，每个有机体的全套染色体中所贮存的全部遗传信息称为____________。
7___________赋予组织弹性，___________赋予组织抗张性。
8在组成某些蛋白质的氨基酸序列中存在着分选信号，称之为___________，这种信号在完成蛋白质分选功能以后通常被结合在膜上的__________酶切除。
9质膜又称细胞膜，是指围绕在细胞最外层，由____________和____________组成的薄膜。
10磷脂酰肌醇信号通路的关键反应是PIP2水解生成______________和_____________两个第二信使，催化这一反应的酶是_____________，这一信号通路又叫_____________系统。
特别注意：我最后一次课给讲过的那些都没再重复，那些可能更是重点！！！简答与问答：1.列举影响膜流动性的因素。
2．什么是细胞融合，诱导细胞融合的方法有哪些？3．癌细胞的基本特性。
植物生理学名词解释 (2)
第一章植物的水分生理名词解释水势water potential：水溶液的化学势与纯水的化学势之差除以水的偏摩尔体积所得的商。
渗透势osmotic potential：由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能因而其水势低于纯水的水势。
压力势pressure potential：细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用，与此同时引起富有弹性的细胞壁产生一种原生质体膨胀的反作用力。
质外体apoplast：由细胞壁及细胞间隙等空间组成的体系。
共质体symplast：由穿过细胞壁的胞间连丝把细胞相连，构成一个相互联系的原生质的整体。
渗透作用osmosis：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。
根压root pressure：靠根部水势梯度使水沿导管上升的动力。
蒸腾作用transpiration：指水分以气体状态通过植物体外表从体内散失到体外的现象。
蒸腾速率transpiration rate：植物在一定时间内单位面积蒸腾的水量。
蒸腾比率transpiration ratio〔TR〕：蒸腾作用丧失水分与光合作用同化CO2物质的量比值。
水分利用率water use efficiency〔WUE〕：TR的倒数。
内聚力学说cohesion theory：以水分具有较大的内聚力是以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分上升的学说。
水分临界期critical period of water：植物在生命周期中，对水最敏感、最易受伤害的时期。
简答1、从植物生理学角度分析“有收无收在于水〞。
①水是细胞质主要成分②代谢作用过程的反响物质③植物对物质吸收和运输的溶剂④保持植物固有形态第二章植物的矿质营养名词解释矿质营养mineral nutrition：植物对矿物质的吸收、转运和同化。
大量元素macroelement：植物对某些元素需要量相对较大〔大于10mmol/kg干重〕，C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg微量元素microelement：植物需要量极微〔小于10mmol/kg干重〕，稍多即发生毒害，Cl、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Ni、Mo溶液培养solution culture：在含有全部或局部营养元素的溶液中栽培植物。
第二信使名词解释细胞生物学
第二信使名词解释细胞生物学
第二信使是细胞生物学中的一个术语，指的是参与细胞信号转导的一类分子。
在细胞信号转导中，细胞通过感受外部或内部的刺激，产生一系列的化学信号，以调节细胞的功能和行为。
其中，第一信使是刺激物（如激素、生长因子等）与细胞膜上的受体结合后产生的，而第二信使则是在激活后，起到传递信号、放大信号和调节下游分子活性的分子。
常见的第二信使包括环磷酸腺苷（cAMP）、鸟苷酸环化酶（cGMP）、磷酸肌醇（IP3）、二鸟苷酸（DAG）等。
这些分子能够通过不同的机制，在细胞内引发一系列级联的反应，从而调节细胞的功能。
第二信使的产生可以通过细胞膜上的受体激活酶、离子通道或其他信号传递蛋白等方式实现。
第二信使在多种生理过程中发挥着重要的作用，包括细胞增殖、分化、凋亡、细胞运动、代谢调节等。
对于了解细胞内的信号传递机制以及药物研发和疾病治疗方面的研究，第二信使的研究具有重要的意义。
03-细胞膜的功能(3)
3、信号分子类型 ◆根据溶解度 ①亲脂性：甾醇类激素、甲状腺素
②亲水性：神经递质、生长因子、 局部化学递质、大多数 肽类激素 。
◆根据产生的时间顺序：
第一信使（primary messenger）：细胞外信号分
子，与细胞受体结合并传递信息。
第二信使（Second messenger）：第一信使与受
Байду номын сангаас
衣被形成的关键蛋白：
◎三腿蛋白复合体：牵引细胞膜向内凹陷。 ◎衔接蛋白（结合素蛋白）：决定特异性（识别受体胞质侧
结构域，连接膜与网格蛋白）
轻链
重链
三腿蛋白复合体
衣被的结构单位
篮网状小泡衣被
（36个三腿复合蛋白 形成五边形或六边形）
衣被的电镜照片
受体介导的胞吞作用作用特点：
[特点]（1）有受体参与，特异性很强 （2）选择浓缩机制，速度快 （3）过程：配体受体识别→质膜凹陷 →“有被小窝”→有被小泡→进入 细 胞内→无被小泡→与膜内体结合→ 多种形式完成生理过程。 [举例] 铁的吸收，胆固醇的吸收等
被激活的催化亚基
肌肉细胞中糖原的降解
无活性的蛋白激酶A
被激活的蛋白激酶A
无活性的磷酸 化酶激酶
被激活的磷酸 化酶激酶
无活性糖 原磷酸化 酶
被激活的糖 原磷酸化酶
糖原
1-磷酸葡萄糖 糖酵解
蛋白激酶调节糖原的降解
对基因表达的调节作用
受cAMP调控的基因中，在其转录调控区有一共
同的DNA序列(TGACGTCA)，称为cAMP应答元件
（4）途径4——受体与配体保持结合，一起
转移到细胞的另一侧
又称为穿胞吞吐作用。 如：新生小鼠可通过此方式从母乳中获得抗体。
第二信使学说
第二信使学说
1965年，Southland根据自己和其他科学家的在cAMP方面的工作成果，大胆提出：含氮类激素作用于细胞膜受体，激活细胞膜的腺苷酸环化酶，在细胞内催化ATP生成cAMP，生成的cAMP将激素携带的信息传到细胞内，如果激素是“第一信使”，那么，cAMP作为激素的中介物，是执行激素指令的“第二信使”，通过调节细胞内酶的活性以改变细胞内的生理功能，由于不同的细胞酶种类的差别，cAMP在不同细胞也就产生不同的生物学效应。
在20世纪60年代后期，Southland提供了确凿的证据，表明不同肽类或蛋白质激素作用的特异性，取决于细胞膜的不同受体及cAMP引发的不同化学反应。
也就是说不同激素的靶细胞内酶反应系统有很大的差别。
因此，不同的靶细胞产生的反应也不一样。
如甲状腺腺泡细胞在cAMP作用下合成甲状腺素，肾上腺皮质却促进甾体激素的合成，肾小管上皮细胞则可以增加对水的通透性。
继肾上腺素和胰高血糖素后，相继又发现很多肽类和胺类激素是通过促进cAMP生成发挥作用的。
相反，有些激素则可降低细胞内cAMP浓度以拮抗上述激素的效应。
现在已明确：高等动物几乎所有的组织细胞都装备了腺苷酸环化酶-cAMP这一调节系统。
此外,Southland还发现在粘液菌、海胆、果蝇和蛙类也存在着cAMP，调节这些低等生物对外环境的适应性。
说明cAMP调节系统具有高度保守性，符合生物进化过程中具有重要功能的生物分子如核酸和蛋白质的基本组成成分不变的规律。
说明cAMP是一种在生命活动中起重要作用的小分子化合物。
第二信使学说
,
5-AMP
PDE
Mg2+
cAMP 胞内 第二信号 无活性PKA 无活性 胞内效应
ATP
Ac:腺苷酸环化酶 腺苷酸环化酶 PKA:蛋白激酶 蛋白激酶A 蛋白激酶
有活性PKA 有活性 靶蛋白磷酸化
PDE:环核苷酸磷酸 环核苷酸磷酸 通过激活鸟苷酸环化酶,使胞内 通过激活鸟苷酸环化酶 使胞内 二脂酶 cGMP增高，而激活一种特异蛋白激酶A使 增高，而激活一种特异蛋白激酶 使 增高 胞内靶蛋白磷酸化从而产生效应。 胞内靶蛋白磷酸化从而产生效应。
启动基因转录和蛋白质的合成 DNA合成 DNA合成
激活磷酸酶 和蛋白激酶
调节细胞 增殖活动
底物蛋白磷酸化
调节细胞内的代谢活动
3、cGMP信使体系 cGMP信使体系
• cGMP由鸟苷酸环化酶分解 由鸟苷酸环化酶分解GTP产生 由鸟苷酸环化酶分解 产生 • 转换蛋白为 蛋白 转换蛋白为G蛋白 • cAMP信使体系与 cGMP信使体系存在拮抗关系 信使体系与 信使体系存在拮抗关系 • cAMP浓度升高，促进细胞分化 浓度升高， 浓度升高 • cGMP浓度升高，加快细胞内DNA复制，促进细胞分 浓度升高，加快细胞内 复制， 浓度升高 复制 裂 • 肝细胞中， cAMP浓度升高时，糖原分解；cGMP浓度 肝细胞中， 浓度升高时， 浓度升高时 糖原分解； 浓度 升高时，糖原合成加快。 升高时，糖原合成加快。
信号转导机制的放大效应
一个信号→多个受体（ ）；一个活化R 多个G蛋白； 一个信号→多个受体（R）；一个活化R→多个G蛋白； 一个活化 一个G蛋白→多个效应器（ 一个G蛋白→多个效应器（酶）→许多第二信使→磷酸 许多第二信使→ 化更多靶蛋白（ 化更多靶蛋白（酶）→产生放大效应。 产生放大效应。 因此，一个信号体系好比一个信号扩大器，将细胞外 因此，一个信号体系好比一个信号扩大器， 微小的信号逐级放大，产生明显效应。 微小的信号逐级放大，产生明显效应。如引起糖原分解 的必需肾上腺浓度为10 mol/L，可产生10 的必需肾上腺浓度为10－10mol/L，可产生10－6 mol /L 万倍）。 cAMP （万倍）。
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主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞中，其信号分子为神经递质， 神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道 的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转 换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。
7.1 受体的分子机制
※ Ach受体的分子结构※ 如图：由5个亚单位组成,即2个α ,1个β ,1个γ 和1 个δ 亚基,分子量为2.7 ×105, ACh与受体的α 亚 单位结合。ACh结合位点位于α 亚单位 N-端的二硫键附近，它们只在α 亚单位中存在, 在 其它三种亚单位中没有。
乙酰胆碱受体的三种构象
7.1 受体的分子机制
NMDA受体具有独特的电压 依赖性，其受体通道被Mg2+ 堵塞，去极化将Mg2+逐出而 打开NMDA受体通道。
QA受体有两种亚型： ※谷氨酸受体※ ①离子型受体：开启时直接开放 谷氨酸：哺乳动物中枢神经系统中最常见的兴奋性递 阳离子通道，曾称为Q1受体，现 质。 称为AMPA受体； 受体的三种亚型: ②代谢型受体：激活时促使磷脂 ①N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA) 受体； 酰脂醇(PIP2)水解, 产生甘油二 ②使君子氨酸(QA)受体； ③海人藻酸(KA)受体； 醇(DG)和三磷酸肌醇(IP3)两种 胞内第二信使，又称为QP受体。 ④L-AP4型受体。 作用模式图
2.Ach受体的分子结构
A示：膜上ACh受体1个亚 单位的三维结构，有4 个嵌入膜内区，长的 N-端为配体结合位点。
B示：5个亚单位 一起组成含有20 个跨膜区围绕中 心通道的复合体， 每个α 亚单位上 有1个ACh结合位 点，中央通道呈 漏斗状，圆锥形 部分面向膜外， 狭长部分位于膜 内，每个亚单位 蓝灰色的M5围绕 狭长部分，M5中 有些氨基酸带电 荷的部分排列在 α 螺旋面对通道 的一侧，其疏水 部分排列在α 螺 旋的另一侧，这 样的α 螺旋称为 双性α 螺旋。
①离子通道型受体 ②G蛋白耦联型受体 ③酶耦联的受体 注：①存在于可兴奋细胞；②和③存在于大多数细 胞，在信号转导的早期表现为激酶级联事件.
7.1 受体的分子机制
※离子通道型受体※ 离子通道型受体：一类自身为离子通道的受体，即配 体门通道（见图）。 离子通道型受体分为： ①阳离子通道 如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体； ②阴离子通道 如甘氨酸和γ －氨基丁酸的受体。 作用机制
功能：能介导神经递质、光、
如图：产生作用的过程：
G-P+GDP →相应的受体激 活后GDP-α 、β 、γ 复合 物Mg2+－GDP与胞浆中GTP 交换，GTP-α 与β 、γ 分 离并与相应的效应机制结 合，同时配体与受体分离 →α 亚单位内在的GTP酶 活性促使GTP水解为GDP， 激活效应机制,从而恢复 原来的静息状态。
G 蛋 白 偶 联 受 体 为 7 次 跨 膜 蛋 白
7.2 神经信号传导中的G蛋白
三.效应蛋白: 酶、通道或转运蛋白 现已确认G蛋白调节的效应物约10种，包括合成 或降解第二信使的酶，离子通道和膜转运蛋白。
•见图:G蛋白可以
激活或抑制腺苷 酸环化酶(AC)。 •许多受体可使Gs 激活AC，形成环 化酶-Gs-GTP复合 物，其活性是环 化酶的20倍；另 一些受体通过G蛋 白抑制AC。
受体：能与配体结合
7.1 受体的分子机制
并能传递信息，引起效 应的细胞成分，它是存 在于细胞膜上或细胞质 内的蛋白质大分子。
** 受体(receptor) ** ①接受部分其功能是 受体的组成： 与递质、激素和药物 ①接受部分 等配体特异地结合； ②效应部分 ②效应部分 它 受体的作用机制：见模式图 起换能作用。 受体的鉴定标准:
个膜蛋白家族。受体是 球状糖蛋白, 其结构 基础是由亲水环连接在 一起的7条跨膜全长的 疏水螺旋组成的束，糖 基化的N末端位于膜的 外表面, C末端位于细 胞质面。(见图：G蛋白 偶联受体的结构）
7.2 神经信号传导中的G蛋白
G蛋白偶联受体与配体结合有两种模式: ①小的疏
水性正离子型配体，如视蛋白等；②大的糖蛋白 类配体，如黄体激素等。
①饱和性: 由于受体数量有限, 它与配体的结合在 剂量-反应曲线上有饱和现象； ②特异性: 受体分子能准确地识别配体及化学结构 类似的物质，具高度立体特异性； ③可逆性: 配体与受体结合位点的结合多数通过离 子键、氢键或分子间引力作用进行，因此是可逆的。
受 体 作 用 机
7.1 受体的分子机制
根据结构受体分为ຫໍສະໝຸດ 类:7.2 神经信号传导中的G蛋白
一.受体通过GTP催化激活G蛋白
①受体通过促进GTP的结合而激活G蛋白与GTP结
合时呈活化状态，与GDP结合时呈失活化态。
②每个受体分子可激活多个G蛋白分子 ③信号传递与受体和G蛋白的相对数目及受体 的催化活性有关。
7.2 神经信号传导中的G蛋白
二.G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体:一
7.1 受体的分子机制 ※受体与配体※
味、激素和其它细胞外信使的 7.2 神经信号传导中的G蛋白 作用。G蛋白偶联受体所引发 G蛋白:能与GTP结合的蛋白质。 的反应较慢，而且具有多样性。 结构：由三个不同的亚单位α它不仅调节离子通道，还参与 、β 、γ 组成三聚体。 神经递质的合成与释放、突触 受体的敏感性、细胞代谢、分 功能 化和生长、细胞骨架结构、基 产生作用的过程 因表达等方面。
图示：G蛋白通过两种不同的机制调节 离子通道之一：G蛋白直接作用于离子通道。
图示：G蛋白通过两种不同的机制调节离子通道之二：G蛋 白通过调节第二信使的作用,再通过磷酸化影响通道的功能。
7.3
钙作为第二信使系统
Ca2+是神经细胞内一种重要的第二信使。细胞内Ca2+ 浓度一般为0.1-0.2μ mol/L,细胞外为1.8 mmol/L。 通过调节细胞内Ca2+实现Ca2+作为第二信使的功能: ① Ca2+内流触发神经递质释放; ②Ca2+通过与其它第二信 使、蛋白磷酸化、蛋白合成和代谢作用联系发生作用; ③ Ca2+在突触可塑性、发育、学习记忆等神经细胞功能中 起重要作用。 利用指示剂，早期用水母荧光素和金属色指示剂,最近用 钙螯合剂EGTA类指示剂Fura-2，测量准确,优点多。