细胞信号转导
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细胞信号转导
Catalytic receptor with enzyme activity （受体本身具有酶活性）
Noncatalytic receptor linked with enzyme （受体本身没有酶活性，但偶联酶分子）
目录
具有各种催化活性的受体
英文名 receptors tyrosine kinase
第三章 Chapter 3
细胞信息转导 Cellular Signal Transduction
The biochemistry and molecular biology department of HUST
目录
细胞通讯（cell communication）是体内一部分 细胞发出信号，另一部分细胞（target cell）接 收信号并将其转变为细胞功能变化的过程。 细胞间隙连接（gap junction） 膜表面分子直接接触 化学信号联系
1970年 1971年
神经末梢的神经递质的合成、释 放及灭活
激素作用的第二信使机制
Sir Bernard Katz Ulf von Euler Julius Axelrod
Earl Wilber Sutherland
Sune K. Bergström 1982年 前列腺素及相关的生物活性物质 Bengt I. Samuelsson
化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。
单细胞生物 —— 直接作出反应 多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信号传递 系统来传递信息，从而调控机体活动。
目录
（二）可溶性分子信号作用距离不等
多细胞生物与邻近细胞或相对较远距离的细 胞之间的信息交流主要是由细胞分泌的可溶 性化学物质（蛋白质或小分子有机化合物） 完成的。它们作用于周围的或相距较远的同 类或他类细胞（靶细胞），调节其功能。这 种通讯方式称为化学通讯。
Noncatalytic receptor linked with enzyme （受体本身没有酶活性，但偶联酶分子）
目录
具有各种催化活性的受体
英文名 receptors tyrosine kinase
第三章 Chapter 3
细胞信息转导 Cellular Signal Transduction
The biochemistry and molecular biology department of HUST
目录
细胞通讯（cell communication）是体内一部分 细胞发出信号，另一部分细胞（target cell）接 收信号并将其转变为细胞功能变化的过程。 细胞间隙连接（gap junction） 膜表面分子直接接触 化学信号联系
1970年 1971年
神经末梢的神经递质的合成、释 放及灭活
激素作用的第二信使机制
Sir Bernard Katz Ulf von Euler Julius Axelrod
Earl Wilber Sutherland
Sune K. Bergström 1982年 前列腺素及相关的生物活性物质 Bengt I. Samuelsson
化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。
单细胞生物 —— 直接作出反应 多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信号传递 系统来传递信息，从而调控机体活动。
目录
（二）可溶性分子信号作用距离不等
多细胞生物与邻近细胞或相对较远距离的细 胞之间的信息交流主要是由细胞分泌的可溶 性化学物质（蛋白质或小分子有机化合物） 完成的。它们作用于周围的或相距较远的同 类或他类细胞（靶细胞），调节其功能。这 种通讯方式称为化学通讯。
细胞的信号转导
• 由膜上的腺苷酸环化酶（AC）环化胞浆内 • ATP形成cAMP。 • cAMP是最早确定的第二信使。 正常情况下，cAMP的生成与分解保持平衡，使 胞浆内cAMP浓度保持在10-7M以下。当配体与受体 结合后，1个AC可生成许多cAMP，使cAMP的水平 在几秒钟内增高20倍以上。
• • • • • • •
3. PLA 2 –AA信号转导系统 花生四烯酸（ AA）是通过磷脂酶水解膜磷脂释放的不饱
和脂肪酸。 1）PLA2的激活机制 ：
许多细胞外信号（如肾上腺素能激动剂、缓激肽、凝血
酶等）都可激活PLA2，有些PLA2通过G蛋白激活；有些 PLA2被PLC激活，PLC通过增加胞内Ca2+、或激活PKC间 接激活PLA2。细胞外信号刺激PLA2途径直接在sn-2位置 脱酯释放AA，是生成AA的重要途径，也是细胞调控AA生
期使用激动剂和拮抗剂的药理或病理情况下，将之除去后受体 数量和反应性均可恢复。
（2）根据调节的种类，分为
1）受体的数目与结合容量：促使受体数目或结合
容量增加的调节称为上调。反之称为下调。
2）反应性：在内环境影响下，受体反应性会产生增
敏、失敏等现象。 增敏：细胞在某种因素的作用下，受体与配体结合的
敏感性增加。如甲状腺素可增加细胞对儿茶酚胺、TSH、
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
• 跨膜信号转导 • （transmembrane signal transduction）
（一）细胞信号转导
1. 细胞信号转导的概念
不同形式的外界信号作用于细胞时，通常并不进入细胞或 直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面（少数类固 醇激素和甲状腺激素除外）通过引起膜结构中一种或数种 特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新
细胞生物化学第22章 细胞信号转导
——PKB被认为是重要的细胞存活信号分子。
• PKB在体内参与许多重要生理过程：
• 参与胰岛素促进糖类由血液转入细胞、糖原 合成及蛋白质合成过程。
• PKB还参与多种生长因子如PDGF、EGF、 NGF等信号的转导。
• 在细胞外基质与细胞相互作用的信号转导过 程中，PKB亦是关键信号分子。
(四) TPKR介导的信号减弱和终止机制
• 蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）也是 一类丝/苏氨酸蛋白激酶，其激酶活性区序 列与PKA（68％）和PKC（73％）高度同 源。
• 由于PKB分子又与T细胞淋巴瘤中的逆转录
病毒癌基因v-akt编码的蛋白Akt同源，又
被称为Akt。
• PKB的底物有糖原合酶激酶-3、核糖体蛋 白S6激酶、某些转录因子、翻译因子抑制 剂4E-BPI以及细胞凋亡相关蛋白BAD等。
配体
能与受体呈特异性结合的生物活性分 子则称配体(ligand)。
（一）受体的分类
1、膜受体(membrane receptor) 是存在于细胞膜上的受体，绝大部分
是镶嵌糖蛋白。
胞浆段内组成性含有不同功能 结构域的膜受体亚类
酪氨酸蛋白激酶受体（TPKR） 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶受体（SPKR） 肿瘤坏死因子受体家族（TNF-R） T淋巴细胞受体和B淋巴细胞受体(TCR and BCR) Toll样受体
亚基亦含有一个富含半胱氨酸重复序列。 第三类型：胞外段内含5个免疫球蛋白样结构域（IG）。 第四类型：胞外段内含3个免疫球蛋白样结构域（IG）。
(二) TPKR的激活和信号转导
（三）TPKR介导的信号转导途径
1、MAPK途径 2、PI3K-Akt/PKB途径 3、PLC-PKC途径 4、STAT途径
• PKB在体内参与许多重要生理过程：
• 参与胰岛素促进糖类由血液转入细胞、糖原 合成及蛋白质合成过程。
• PKB还参与多种生长因子如PDGF、EGF、 NGF等信号的转导。
• 在细胞外基质与细胞相互作用的信号转导过 程中，PKB亦是关键信号分子。
(四) TPKR介导的信号减弱和终止机制
• 蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）也是 一类丝/苏氨酸蛋白激酶，其激酶活性区序 列与PKA（68％）和PKC（73％）高度同 源。
• 由于PKB分子又与T细胞淋巴瘤中的逆转录
病毒癌基因v-akt编码的蛋白Akt同源，又
被称为Akt。
• PKB的底物有糖原合酶激酶-3、核糖体蛋 白S6激酶、某些转录因子、翻译因子抑制 剂4E-BPI以及细胞凋亡相关蛋白BAD等。
配体
能与受体呈特异性结合的生物活性分 子则称配体(ligand)。
（一）受体的分类
1、膜受体(membrane receptor) 是存在于细胞膜上的受体，绝大部分
是镶嵌糖蛋白。
胞浆段内组成性含有不同功能 结构域的膜受体亚类
酪氨酸蛋白激酶受体（TPKR） 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶受体（SPKR） 肿瘤坏死因子受体家族（TNF-R） T淋巴细胞受体和B淋巴细胞受体(TCR and BCR) Toll样受体
亚基亦含有一个富含半胱氨酸重复序列。 第三类型：胞外段内含5个免疫球蛋白样结构域（IG）。 第四类型：胞外段内含3个免疫球蛋白样结构域（IG）。
(二) TPKR的激活和信号转导
（三）TPKR介导的信号转导途径
1、MAPK途径 2、PI3K-Akt/PKB途径 3、PLC-PKC途径 4、STAT途径
第十九章细胞信号转导
第十九章细胞信号转导第十九章细胞信号转导一、内容提要细胞信号转导是指特定的化学信号在靶细胞内的传递过程，主要由信号分子的识别与接受，信号在细胞内的放大与传递，以及特定生物学效应的产生三个过程组成。
信号分子是指由特定的信号源（细胞）产生的，可以通过扩散或体液转运等方式进行传递，作用于靶细胞并产生特异应答的一类化学物质，包括激素、神经递质、细胞因子、生长因子及无机物等几大类。
由信号细胞释放的信号分子，需经扩散或转运，才能够到达靶细胞产生作用。
根据传递距离的远近，可将信号分子的传递分为内分泌、旁分泌和自分泌信号传递三种方式。
受体是指存在于靶细胞膜上或细胞内的一类特殊蛋白质分子，它们能够识别与结合化学信号分子，并触发靶细胞产生特异的生物学效应。
按照受体存在的亚细胞部位的不同，可将其分为细胞膜受体和细胞内受体二大类，前者又分为跨膜离子通道受体、G蛋白偶联受体和单跨膜受体。
受体的作用特点包括高度的亲和力、高度的特异性、可逆性、可饱和性及特定的作用模式等。
由细胞内若干信号转导分子所构成的级联反应系统就被称为细胞信号转导途径，目前已经鉴定的细胞信号转导途径达10多条。
大多数的激素、神经递质、生长因子和细胞因子通过膜受体介导的信号转导途径传递信号，这些信号转导途径的共同特征都是通过一系列的级联反应，以激活特定的蛋白激酶并对其底物蛋白或酶进行共价修饰，从而产生特定的生物学效应。
在这些信号转导途径中，以环核苷酸（cAMP和cGMP）作为第二信使的信号转导途径是目前较为清楚的信号转导途径。
除此之外，以脂类衍生物，如IP3、DAG、PI-3,4-P2、PI-3,4,5-P3等作为第二信使的信号转导途径，以及以钙离子作为第二信使的Ca2+信号转导途径也越来越受到重视。
而胰岛素、生长因子及细胞因子则主要通过酪氨酸蛋白激酶（TPK）信号转导途径传递信号。
亲脂性的激素主要通过胞内受体介导的信号转导途径传递信号，这一途径通过活化受体调控特异基因的转录表达来产生特定的生物学效应。
第十九章-细胞信号转导
—— 多种蛋白分子含同一相互作用结构域，但分 子结构不同，结合信号分子的选择性不同。细胞100多 种信号酶、蛋白含PH结构域。
—— 连接物蛋白（adaptor protein） 含有2个或数个蛋白质相互作用结构域，无其他功能结 构，连接上下游不同信号转导分子，传递信号。
连接物蛋白Grb2和Nck都含有几个SH2、SH3结构域。
已发现近千种蛋白激酶和磷酸酶。
1．蛋白激酶（protein kinase）
*催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化 ，如增 加或抑制靶蛋白、酶的活性，进而开启信号途径。
—— 主要有蛋白丝/苏氨酸激酶（Ser/Thr- protein kinase, S/T-PK ），
第二信使激活的PKA、PKC、PKG，和丝裂原活 化蛋白激酶 （mitogen activated protein kinase, MAPK） 等。
内分泌 旁分泌 自分泌 细胞-细胞间作用
第二节 细胞内信号转导分子和转导系统
一、 第二信使（secondary messenger）
应答肽类激素刺激，细胞产生，传递信号的小分子。
作用的特点：
* 应答信号刺激主要表现浓度的改变。 * 在细胞内扩散，改变分布状态，诱导靶分子变构
效应，改变其酶或离子通道活性； * 作用后迅速水解终止信号。
主要参与细胞应答辐射、渗压、温度变化的应激反 应。
——TAK1- MKK3/6- P38MAPK 途径， 主要涉及炎性细胞因子、凋亡相关受体等信号转导。
MAPK再磷酸化下游激酶（如RSK、MNK、 MSK），多级激酶级联，逐级传递信号。
（三）蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)，
—— SH3结构域：50～100残基，识别富含脯氨酸 特异模体。
—— 连接物蛋白（adaptor protein） 含有2个或数个蛋白质相互作用结构域，无其他功能结 构，连接上下游不同信号转导分子，传递信号。
连接物蛋白Grb2和Nck都含有几个SH2、SH3结构域。
已发现近千种蛋白激酶和磷酸酶。
1．蛋白激酶（protein kinase）
*催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化 ，如增 加或抑制靶蛋白、酶的活性，进而开启信号途径。
—— 主要有蛋白丝/苏氨酸激酶（Ser/Thr- protein kinase, S/T-PK ），
第二信使激活的PKA、PKC、PKG，和丝裂原活 化蛋白激酶 （mitogen activated protein kinase, MAPK） 等。
内分泌 旁分泌 自分泌 细胞-细胞间作用
第二节 细胞内信号转导分子和转导系统
一、 第二信使（secondary messenger）
应答肽类激素刺激，细胞产生，传递信号的小分子。
作用的特点：
* 应答信号刺激主要表现浓度的改变。 * 在细胞内扩散，改变分布状态，诱导靶分子变构
效应，改变其酶或离子通道活性； * 作用后迅速水解终止信号。
主要参与细胞应答辐射、渗压、温度变化的应激反 应。
——TAK1- MKK3/6- P38MAPK 途径， 主要涉及炎性细胞因子、凋亡相关受体等信号转导。
MAPK再磷酸化下游激酶（如RSK、MNK、 MSK），多级激酶级联，逐级传递信号。
（三）蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)，
—— SH3结构域：50～100残基，识别富含脯氨酸 特异模体。
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。
《细胞信号转导》课件
03 肿瘤细胞信号转导与血管生成
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
第五章 细胞的信号转导
细胞效应
举例： 硝酸甘油治疗缺血性心脏病：
硝酸甘油→细胞→NO→GC 活化→cGMP →激活 PKG→肌动蛋白-肌球蛋白复合物抑制→平滑肌松 弛，血管扩张→缺血缓解
三、磷脂酰肌醇信号通路
G蛋白偶联的信号通路 L-R →PLC活化→PIP2分解为DAG和IP3（第二信使）
第四节 信号转导途径的主要特点 一、蛋白质的磷酸化和去磷酸化
β亚单位的作用： 调节G蛋白作用强度。
浓度高→静息G蛋白→ G蛋白作用小 浓度低→游离α亚单位→ G蛋白作用大
效应蛋白种类： 取决于细胞的类型和α亚单位类型
第四节 第二信使及其介导的下游信号途径
第一信使（first messenger）： 各种细胞外信息分子，激素，神经递质，局部化 学介导因子等。
霍乱 霍乱毒素A亚基入细胞→NAD+中的ADP核糖基不 可逆的结合到G蛋白α亚基→G蛋白持续激活→CA 持续活化→cAMP大量增加→CL-和HCO3-通道持续 开放，释放入肠腔→肠道渗透压改变→大量水分 入肠腔→剧烈腹泻
思考题
一、 概念： 受体与配体、G蛋白、第一信使与第二信使 二、问答题 1、膜受体的化学组成和结构、分类。 2、cAMP信号传导通路。 3、试述G蛋白偶联受体作用机制。
举例
2、配体门控性离子通道 常为多亚基 配体-受体→通道状态改变
每个亚单位带4个疏水跨膜区； 每个亚单位的羧基端和氨基端均朝向细胞外基质； 每个亚单位M2越膜区与离子通过有关。
3、G蛋白偶联受体 一条多肽链组成，7个跨膜疏水区 氨基端朝向胞外，羧基端朝向胞内 氨基端具糖基化位点，胞内具有可被磷酸化的位点
➢ 两条以上多肽链构成的受体为复合型受体，例胰 岛素受体、N－乙酰胆碱受体（α2βγσ)。
举例： 硝酸甘油治疗缺血性心脏病：
硝酸甘油→细胞→NO→GC 活化→cGMP →激活 PKG→肌动蛋白-肌球蛋白复合物抑制→平滑肌松 弛，血管扩张→缺血缓解
三、磷脂酰肌醇信号通路
G蛋白偶联的信号通路 L-R →PLC活化→PIP2分解为DAG和IP3（第二信使）
第四节 信号转导途径的主要特点 一、蛋白质的磷酸化和去磷酸化
β亚单位的作用： 调节G蛋白作用强度。
浓度高→静息G蛋白→ G蛋白作用小 浓度低→游离α亚单位→ G蛋白作用大
效应蛋白种类： 取决于细胞的类型和α亚单位类型
第四节 第二信使及其介导的下游信号途径
第一信使（first messenger）： 各种细胞外信息分子，激素，神经递质，局部化 学介导因子等。
霍乱 霍乱毒素A亚基入细胞→NAD+中的ADP核糖基不 可逆的结合到G蛋白α亚基→G蛋白持续激活→CA 持续活化→cAMP大量增加→CL-和HCO3-通道持续 开放，释放入肠腔→肠道渗透压改变→大量水分 入肠腔→剧烈腹泻
思考题
一、 概念： 受体与配体、G蛋白、第一信使与第二信使 二、问答题 1、膜受体的化学组成和结构、分类。 2、cAMP信号传导通路。 3、试述G蛋白偶联受体作用机制。
举例
2、配体门控性离子通道 常为多亚基 配体-受体→通道状态改变
每个亚单位带4个疏水跨膜区； 每个亚单位的羧基端和氨基端均朝向细胞外基质； 每个亚单位M2越膜区与离子通过有关。
3、G蛋白偶联受体 一条多肽链组成，7个跨膜疏水区 氨基端朝向胞外，羧基端朝向胞内 氨基端具糖基化位点，胞内具有可被磷酸化的位点
➢ 两条以上多肽链构成的受体为复合型受体，例胰 岛素受体、N－乙酰胆碱受体（α2βγσ)。
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号分子，广泛存在于各种动物多种组织中。
β-catenin是哺乳类中的一类转录调控蛋白，其在胞质中的 稳定及其在核内的积累是Wnt信号通路中的关键事件，起 中心作用。
LDL-receptor-related protein
糖原合酶激酶3 Glocogen systhase kinase 3
支架蛋白
山东师范大学生命科学学院
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
细胞信号转导概述 细胞内受体介导的信号转导 G蛋白偶联受体介导的信号转导 酶联受体介导的信号通路 其它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
第一节 细胞信号转导概述
细胞通讯(cell communication)是指一个信号产生细胞发出 的信息通过介质（配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的 受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列
信号通路在被活化后，
也会通过不同的途径发
生失活；
信号通路异常的持续活 化对细胞具有负面影响。
通过受体自身的蛋白激酶的活性来完成信号跨膜转换； 该通路对信号的反应比较慢(通常要几小时)，并且需要许多 细胞内的转换步骤； 通常与细胞分裂相关。
一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 二、PI3K-PKB(Akt)信号通路 三、TGF-β受体及其TGF-β-Smad信号通路
信号转导过程中高度受控的，前三类信号调节通路往往是
可逆的，第四类通路却是不可逆的过程。
一、细胞的应答反应特征
细胞外信号的强度或持续时间的不同控制反应反应的性质。
在不同细胞中，相同受体因不同的胞内信号蛋白可引发不 同的下游通路。
细胞通过整合不同通路的输入信号调节细胞对信号的反应。
生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。 一、细胞通讯 二、信号分子与受体
三、信号转导系统及其特性
1、细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯 2、细胞间接触依赖性通讯
3、动物相邻细胞间形成间隙连接、植物细胞间通过胞间 连丝相互沟通 通过胞外信号所介导的细胞通讯的主要步骤
细胞内受体位于细胞质
基质或核基质中，主要 识别和结合小的脂溶性
信号分子。
细胞表面受体主要识别
和结合亲水性信号分子， 包括分泌型信号分子或
膜结合型信号分子。
此类受体主要存在于可兴奋细胞中。它本身既有信号结
合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。
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。
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。
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。
NF-κB和Notch两种信号通路涉及到抑制物或受体本身的蛋白切割作用，从
而释放活化的转录因子，再转位到核内调控基因表达。
所介导的细胞反应是长期反应，结果是改变核内基因转录； 细胞外信号所诱导的长期反应影响多方面的细胞功能，包
括细胞增殖、细胞分化、细胞通讯，在影响发育方面起关
键作用，并与许多人类疾病有关；
一、G蛋白偶联受体的结构与激活 二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路 （一）激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路
（二）激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体
（三）激活磷脂酶C、以IP3和DAG作为双信使G蛋白偶 联受体介导的信号通路 信号通路的中止
G蛋白是三聚体GTP结
在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必需有正负两种 相辅相成的反馈机制进行精确控制，因此分子开关的作用
十分重要。对每一步反应既要求有激活机制又要求有相应
的失活机制。
GTPase激活蛋白（GTPase-activating protein，GAP）加速GTP的水解。 鸟苷交换因子（guanine nucleotide-exchange factor，GEF）促进GDP从G蛋 白上解离的蛋白因子。 鸟苷解离抑制蛋白（guanine nucleotide-dissociation inhibitor，GDI）抑制结 合的GDP从G蛋白释放出来，使G蛋白处于非活性状态。 G蛋白信号调节因子（regulators of G protein-signaling ，RGSs ）。
代谢成为有用的产物，本身不直接诱导任何细胞活性，也不
具有酶的活性。它们唯一的功能是与受体结合，改变受体的 性质，通知细胞在环境中存在一种特殊的信号或刺激因素。 信号分子本身并不直接作为信息，它的基本功能只是提 供一个正确的构型及与受体结合的能力。
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”。
合调节蛋白的简称，位 于胞浆一侧，一般由α、 β和γ三个亚基组成, β、 γ两亚基通常紧密结合
在一起, 只有在蛋白变
性时才分开。
α亚基具有三个功能位点：
GTP/GDP结合位点; GTPase活性; ADP-核糖化位点。
心肌细胞上M乙酰胆碱受体激活G蛋白开启K+通道
Gt蛋白偶联和光敏感受体的活化诱发cGMP 门控阳离子通道的关闭
磷酸化的STAT形成同源二 聚体，暴露其NLS，入核， 调节基因表达。
一、Wnt-β-catenin信号通路 二、Hedgehog受体介导的信号通路 三、NF-κB信号通路 四、Notch信号通路 五、细胞表面整联蛋白介导的信号通路 细胞表面受体介导的信号通路的类型和特点
Wnt是一组富含半胱氨酸的分泌性糖蛋白，作为局域性信
5、细胞反应的终止。
SH2(Src homology 2 domain)是研究蛋白 质互作的原型模式结 构域，约由100AA残 基构成，具有SH2结 构域的蛋白家族，具 有相似的蛋白结构， 每一成员可特异性结
合围绕磷酸酪氨酸残
基的AA序列。
细胞表面受体和某些细胞骨信号蛋白通过大的支架蛋白预先形成细胞内信号复合 物，当受体结合胞外信号被激活后，再依次激活细胞骨信号蛋白并向下游传递。
产生信号的细胞合成并释放信号分子； 运送信号分子至靶细胞； 信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活；
活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径；
引发细胞功能、代谢或发育的改变； 信号的解除并导致细胞反应终止。
（一）信号分子
（二）受体 （三）第二信使与分子开关
大多数外界化学信号分子不具有生物学功能，它们不能
核糖体的信号通路
GPCR-cAMP-PKA和RTK-Ras-MAPK信号通路，它们通过受体导致胞内蛋 白激酶的活化，然后活化的胞质激酶转位到核内并磷酸化特异的核内转录 因子，进而调控基因转录。 TGF-β-Smad和JAK-STAT信号通路，它们是通过配体与受体结合激活受体 本身或偶联激酶的活性，然后直接或间接导致胞质内特殊转录因子的活化， 进而影响核内基因的表达。 Wnt受体和Hedgehog受体介导的信号通路是通过配体与受体结合引发胞质 内多蛋白复合物去装配，从而释放转录因子，再转位到核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）信号系统的主要特性
1、细胞通过特异性受体识别胞外 信号分子； 2、胞外信号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、通过胞内级联反应，实现信号 的放大作用；
4、细胞应答反应；
依赖激活的细胞表面受体装配细胞内信号蛋白复合物，即表面受体结合胞外 信号被激活后，受体胞内段多个残基位点发生自磷酸化作用，从而为细胞骨 不同的信号蛋白提供锚定位点，形成短暂的信号转导复合物分别介导可能不 同的下游事件。
受体结合胞外信号被激活后，在邻近质膜上形成修饰的肌醇磷脂分子，从而 募集有PH结构域的信号蛋白，装配形成信号复合物。
特异性 放大效应
网络化与反馈的调节机制
整合作用
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
脂溶性信号分子
细胞内受体的本质是激素激活 的基因调控蛋白，这类受体一 般具有三个结构域：
位于C端的的激素结合位点；
位于中部的DNA结合位点；
位于N端的转录激活结构域。
Notch信号通路是一种细胞间接触依赖性的通讯方式。信 号分子及其受体均是膜整合蛋白。
信号转导的启动依赖于信号细胞的信号蛋白与相邻应答细
胞的受体蛋白的相互作用，信号激活的受体发生两次切割 释放转录因子，调节应答细胞的分化方向，决定细胞的发 育命运。
由细胞表面到细胞 核的信号通路
由细胞表面到胞质
Hedgehog信号分子是一种由信号细胞所分泌的局域性蛋白 质配体，作用范围很小，参与细胞命运决定、增殖与分化。
Hedgehog在胞内是以前体形式合成与分泌的，之后在细胞
发生自我催化性降解，然后在N端不同氨基酸残基位点发 生胆固醇化和软脂酰化修饰，从而制约其扩散并增加其与 质膜的亲和性。