第四讲 细胞的跨膜信号传递
细胞的跨膜信号传导
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公 差，以防按键手感不良。
2.电压门控通道蛋白 改变膜电位→通道型蛋白质构型改变 →通道开、相应离子易化扩散 3.机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞 内耳淋巴液振动→毛细胞受切向力弯 曲→通道开→离子易化扩散→毛细胞 兴奋（Ap）→沿神经传至听中枢
8
（二）由膜的特异性受体蛋白、Ｇ蛋白 和膜的效应器酶组成的跨膜信号 转导系统 1.激素结合膜上[G蛋白耦联]受体 →α亚单位结合GTP→G蛋白(+) 2.Ｇ蛋白(+)→(膜效应器酶)腺苷 酸环化酶(+) 3. ↓(细胞内) ATP →cAMP↑(第二信使)
9
10
Ｇ蛋白耦联受体也称促代谢性受体， 效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷 脂酶Ｃ； 第二信使除cAMP外还有IP3（三磷酸 肌醇）、DG（二酰甘油）、钙离子等
细胞的跨膜信号转导功能
1
目录
• 一、跨膜信号转导的概念和特征 • 二、几种主要的跨膜信号转导方式
2
一、跨膜信号转导的概念和特征
（一）概念： 各类刺激信号通过改变靶细胞 膜上的蛋白质构型，从而引起 靶细胞功能改变的过程。 这一过程也可理解为跨膜信号 传递。
3
（二）跨膜信号转导的特征：
1.各类刺激信号只改变膜结构中一种或 数种蛋白质分子结构，从而将细胞外 的信息转变成细胞内的信息，这一信 息引发细胞功能变化。 2.体内需要转导的信号数，接受信号的 靶细胞种类以及引发的功能变化都是 多样的，但它们的转导过程仅限少数 途径。
细胞膜的跨膜信号转导及其主要方式
细胞膜的跨膜信号转导及其主要方式细胞膜是细胞内外环境之间的重要隔离屏障，同时也是细胞与外界相互作用的关键界面。
细胞膜上存在着许多重要的蛋白质，它们能够感知外界的信号，并将这些信号转导到细胞内部，从而引发一系列细胞内的生理反应，这一过程被称为细胞膜的跨膜信号转导。
细胞膜的跨膜信号转导主要通过以下几种方式进行。
一、离子通道介导的跨膜信号转导细胞膜上存在多种离子通道，如钙离子通道、钠离子通道、钾离子通道等，它们能够感知细胞外环境的信号，例如电位变化、荷电物质浓度变化等，并将这些信号转导到细胞内部。
离子通道的开启或关闭可以导致细胞内离子浓度的变化，从而引发细胞内的生理反应。
比如钙离子通道的开启会导致细胞内钙离子浓度的增加，进而激活一系列钙信号通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡等过程。
二、酶-受体介导的跨膜信号转导细胞膜上存在多种酶-受体，如酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶受体等，它们能够与细胞外的配体结合，激活其内在的酶活性，从而引发细胞内的生理反应。
这种跨膜信号转导的方式常见于生长因子、激素等信号分子的传递过程。
例如，胰岛素受体是一种酪氨酸激酶受体，当胰岛素结合到胰岛素受体上时，会激活胰岛素受体内在的酪氨酸激酶活性，进而引发细胞内的糖代谢等反应。
三、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导G蛋白偶联受体是一类跨膜蛋白，它们能够与细胞外的信号分子结合，并通过活性的G蛋白介导信号传递到细胞内部。
当G蛋白偶联受体与配体结合时，G蛋白会从其不活性的GDP结合态转变为活性的GTP结合态，从而激活或抑制下游效应物质的活性。
G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导广泛参与调控细胞的生理过程，如细胞的收缩、分化、增殖等。
举个例子，肌球蛋白收缩过程中，肌纤维收缩由G蛋白偶联受体介导，通过激活蛋白激酶C和磷酸酶等下游效应物质，最终引发肌肉的收缩。
四、穿梭蛋白介导的跨膜信号转导穿梭蛋白是一类能够穿越细胞膜的蛋白质，它们能够感知细胞外的信号，并将这些信号转导到细胞内部。
细胞的跨膜信号转导功能
静息电位（resting potential，RP）是指细胞在静 息状态下（未受刺激）存在于细胞膜两侧的电位差。
生 理 学
谢谢观看！
生 理 学
细胞的跨膜信号转 导功能
细胞的跨膜信号转导功能
机体各种器官、组织和细胞的活动是相互联系的， 通过神经和体液调节成为一个有机整体，并与环境相适 应。因此，细胞之间必须存在传递信息的信号交流机 制，保证机体功能活动的完整性和统一性。能在细胞间 传递信息，并能与受体发生特异性结合的信号物质称为 配体（ligand），如神经递质、激素、细胞因子等。
细胞的跨膜信号转导功能
三、 酶耦联型受体介导的信号转导
酶耦联型受体（enzyme-linked receptor）是 存在于细胞膜上的一些蛋白质，它们既有受体的作 用，又有酶的活性，或能激活与之相连的酶，从而 能够完成信号的转导。其中，较重要的有酪氨酸激 酶受体、鸟苷酸环化酶受体和酪氨酸激酶结合型受 体三种类型。
细胞的跨膜信号转导功能
1.酪氨酸激酶受体
酪氨酸激酶受体的配 体结合位点位于细胞 外侧，而伸入细胞质 的一侧具有酪氨酸激 酶活性。
鸟苷酸环化酶受体 的配体结合位点位 于细胞外侧，而胞 质的一侧则具有鸟 苷酸环化酶活性。
酪氨酸激酶结合型受 体本身没有蛋白激酶 活性，但其与细胞外 配体结合后，引起细 胞内效应。
细胞的跨膜信号转导功能
一、 G蛋白耦联受体介导的信号转导
图 1-8 G 蛋白耦联受体介导的信号转导示意图
细胞的跨膜信号转导功能
二、 离子通道型受体介导的信号转导
离子通道型受体是一种同时具有受体和离子通道 两种功能的蛋白质，通常是指化学门控通道。通道 的开放（或关闭）不仅涉及离子的跨膜转运，还可 以实现化学信号的跨膜转导，因而这一信号转导途 径称为离子通道型受体介导的信号转导。
细胞膜的跨膜信号转导及其主要方式
细胞膜的跨膜信号转导及其主要方式细胞膜是细胞的外层，它起到了维持细胞内外环境的稳定性和选择性渗透的作用。
除此之外，细胞膜还承担着信号转导的重要功能，即将外界的信号转化为细胞内的生理响应。
细胞膜的跨膜信号转导是一系列复杂的分子事件，涉及到细胞膜上的受体、信号分子、转导蛋白以及细胞内的信号传递网络。
本文将介绍细胞膜的跨膜信号转导及其主要方式。
细胞膜上的信号转导通常可以分为三个主要步骤：信号的识别、信号的传递和信号的响应。
首先，信号分子在细胞膜上与特定的受体结合，形成信号复合物。
这些受体可以是单个蛋白质，也可以是复合物。
信号分子与受体的结合通常是高度选择性的，一种信号分子通常只能与特定的受体结合。
信号分子与受体结合后，信号就会被传递到细胞内部。
这通常涉及到一系列的分子事件，包括信号分子的磷酸化、酶的激活、蛋白质的结合等。
其中，磷酸化是最常见的信号传递方式之一。
通过酶的作用，信号分子上的磷酸基团被转移给特定的蛋白质，从而改变该蛋白质的活性。
这种磷酸化事件可以被转导蛋白识别和结合，进而触发下一步的信号传递。
信号的传递通常涉及到一系列的转导蛋白。
转导蛋白是一类能够与磷酸化蛋白结合的蛋白质，它们可以将信号从细胞膜传递到细胞内的信号传递网络中。
转导蛋白通常具有多个结构域，包括结合磷酸基团的结构域、与其他蛋白质相互作用的结构域等。
通过这些结构域的相互作用，转导蛋白能够将信号从细胞膜传递到细胞内的下游效应器上。
信号的响应是细胞对外界信号做出的生理反应。
这种响应可以是细胞内的代谢活性的改变、基因表达的调控、细胞骨架的重排等。
细胞膜上的信号转导通常涉及到一系列的信号分子和转导蛋白的相互作用，这种相互作用可以将信号从细胞膜传递到细胞内的下游效应器上，从而产生特定的生理响应。
细胞膜上的跨膜信号转导可以通过多种方式实现。
其中，最常见的方式是通过受体激活的酶级联反应来传递信号。
这种酶级联反应通常涉及到一系列的酶，包括激酶、磷酸酶等。
细胞跨膜信号转导的分子机制和调控
细胞跨膜信号转导的分子机制和调控细胞跨膜信号转导是指在细胞内外环境的相互作用下，通过跨越细胞膜的信号传递机制将外界信号传递到细胞内部，进而引发一系列生物学反应。
这种信号转导的分子机制和调控十分复杂，涉及多种蛋白质和分子信号，下面我们就来详细讨论。
一、细胞跨膜信号转导的基本原理在细胞界面发生的各种生物学反应主要涉及到细胞表面的受体蛋白和信号分子之间的作用。
在外向信号的刺激下，受体蛋白发生构象改变，促使细胞内部的信号转化成分子相互作用和进一步反应。
例如，一些细胞外部的环境因素，如激素、细胞因子或病原体，都可以与细胞膜上的受体蛋白相结合，进一步调节细胞内部的生物学反应。
这些受体蛋白主要分为两类：离子通道型受体和嵌入式受体。
前者的作用是改变细胞膜的通透性，让离子通过，从而影响细胞内部的化学反应。
后者则通过物理招募两个嵌入在膜内的酶相互结合来触发反应。
二、细胞跨膜信号转导的分子机制1. G蛋白偶联受体信号系统G蛋白偶联受体是跨膜受体的一种，其结构主要分为跨膜区域和胞浆区域两个部分。
当外界刺激到达跨膜区域时，胞浆区域中的G蛋白会释放出其α亚基，激活酶，同时信号分子会把α亚基缴回到胞内。
这些激活的酶主要是腺苷酸酰化酶，它们的作用是为反应提供了足够的能量，从而促使细胞内发生化学变化，形成细胞界面存储的信息库。
2. 酪氨酸激酶受体信号系统酪氨酸激酶受体是一类胞膜受体，主要由外层多肽G蛋白偶联受体与酪氨酸激酶受体嵌合而成。
在外界刺激的作用下，会引发受体内部的构象变化，使其活性化。
随后活性化的酪氨酸激酶就开始催化蛋白质的磷酸化反应。
而这种磷酸化反应则会导致蛋白质本身的构象发生改变，从而引发细胞内部的一系列反应。
3. 五磷酸酯酶受体信号系统五磷酸酯酶受体位于细胞膜上，其本身并没有输出信号的功能，但是可以通过交互作用的形式引发细胞内部信号的传递。
五磷酸酯酶受体是能够催化五磷酸酯酸化的酶，而这种反应可以使腺苷酸受体（如G蛋白偶联受体）变为不活跃状态。
细胞的基本功能—细胞的跨膜信号转导功能(正常人体机能课件)
2.酪氨酸激酶受体
• 酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor,TKP）也称受体酪氨 酸激酶（receptor tyrosine kinase），是指受体分子的膜内侧部 分本身具有酪氨酸激酶活动的受体。
• 酪氨酸激酶受体的膜外侧部分可与胰岛素、各类生长因子等 信号分子结合，进而激活膜内侧部分的酪氨酸激酶，酪氨酸 激酶使细胞产生一系列生物化学反应，从而使细胞产生生理 效应，实现细胞信号转导。此过程不需要G 蛋白参加，没有 第二信使产生及细胞内蛋白激酶的激活。
GTP GDP
GTP
ATP cAMP
GDP GTP
5`AMP PDE
细胞内
生理效应
PKA ATP ADP
蛋白质 P
离子通道介导的跨膜信号转导
01
02
跨膜信号转导 离子通道介导的跨 膜信号转导
03
化学门控通道
1.跨膜信号转导
各种形式的信号物质作用于细胞时，大多数信号物质如神经递质、含氮激素、细胞因 子等本身并不能进入细胞内，而是与细胞膜上相应的受体结合后，通过膜的信号转导 系统，将细胞外物质所携带的信息传递到细胞内，从而引起细胞的相应功能活动的改 变，这一过程称为跨膜信号转导。
G蛋白介导的跨膜信号转导
01
G蛋白耦联受体
02
受体-G蛋白-AC途径
1.G蛋白耦联受体
• G蛋白耦联受体：G 蛋白耦联受 体也称为促代谢型受体，这类受 体与信号分子结合后通过G 蛋白 即激活GTP结合蛋白，发挥生物 学效应。
2.受体-G蛋白-AC途径
• G 蛋白耦联受体与信号分子结合后，通过激活细胞膜上的G蛋白进而激活G 蛋白效应器酶 （如腺苷酸环化酶），G蛋白效应器酶再进一步催化某些物质（如ATP、PIP２）生成具有生 物活性的小分子信号物质即第二信使（如cAMP、IP３、DG等），第二信使再通过结合蛋白 激酶或离子通道而发挥生物学效应，最终完成细胞跨膜信号转导过程。
细胞生物学课件第四章物质的跨膜运输与信号传递
细胞生物学课件第四章物质的跨膜运输与信号传递第四章物质的跨膜运输与信号传递第一节物质的跨膜运输跨膜运输是细胞维持生命活动的基础之一（图）一、被动运输(passive transport)特点：运输方向：顺浓度梯度；跨膜动力：浓度梯度；膜转运蛋白：通道载体类型：简单扩散（simple diffusion）（图）协助扩散（faciliated diffusion）:载体蛋白具有通透酶（permease）的性质，介导被动与主动运输通道蛋白（channel proteins）：具有粒子转运类型：（书p111 图5-4）电压门通道（voltage-gated channel）配体们通道（ligand-gated channel）压力激活通道:含羞草二、主动运输（active transport）1、特点：（与被动运输比较）特点简单扩散协助扩散主动运输运转的物质例子小，非极性氧Yes No No 大，非极性脂肪酸Yes No No小，极性水Yes No No大，极性葡萄糖No Yes Yes离子N+,K+,Ca2+No Yes Yes热力学特点与电化学梯度方向的关系顺顺逆对代谢能量的需要No No Yes动力学特点（1）由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵：结构与机制（书p113 图5-6）（2）钙泵：（Ca-ATP酶）质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶（3）协同运输（Cotransport）由Na+、K+泵与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。
（4）物质的跨膜运输与膜电位三、胞吞作用（endocytosis）1、胞吐作用（exocytosis）作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输（bulk transport）,属于消耗能量的主动运输胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagecytosis）胞饮作用于吞噬作用主要有三点区别特征内吞泡的大小转运方式内吞泡形成机制胞饮作用小于150nm 连续发生的过程笼形蛋白、接合素蛋白连接吞噬作用大于250nm 需受体介导的信号触发过程微丝及结合蛋白的参于2、受体介导的内吞作用及包被的组装（书p120 图5-12）3、胞内体（endosome）及其分选作用四、胞吐作用1、组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathway）所有真核细胞连续分泌过程，用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养与信号分子）default pathway:粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面2、调节型外排途径（regulated exooytosis pathway）特化的分泌细胞储存---刺激----释放产生的分泌物：如激素、粘液或消化酶具有共同的分选机制、分选信号存在于蛋白本身分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白决定3、膜流：是指膜泡动态流动的过程，对于质膜更新和维持细胞的生存和生长是必要的第二节细胞通讯与信号传递一、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产生相应的反应。
细胞的跨膜信号转导
细胞的跨膜信号转导1、跨膜信号转导或跨膜信号传递的共性各种外界信号(物理、生物、化学等信号)↓膜蛋白构型变化↓信号传递到膜内↓靶细胞功能变化(如电变化)２、跨膜信号转导的方式有3种:①离子通道介导②G蛋白耦联介导③酶耦联受体介导3、受体定义:能与激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并引起其功能的改变的生物大分子分类:部位——胞膜、胞浆、胞核受体配基——胆碱能、肾上腺素能、多巴胺能受体结构——离子通道、Ｇ蛋白、酶、转录调控受体特征: ①高度特异性②饱与性③竞争抑制④亲与力⑤可逆性⑥高效性功能:①识别与结合②传递信息一、由离子通道介导的跨膜信号传导(一)、化学门控通道——配体门控通道定义:当膜外特定的化学信号(配体)与膜上的受体结合后通道就开放,因而称为化学门控通道或配体门控通道,也称为通道型受体分布:神经元突触后膜,肌细胞终板膜受体—化学信号结合位点-促离子型受体转到途径:化学信号膜通道蛋白↘↙通道蛋白变构↓通道开放↓离子异化扩散↓完成跨膜信号传导↓产生效应(二)、电压门控通道分布在除突触后膜与终板膜以外的细胞膜(三)、机械门控通道定义:感受机械刺激引发细胞功能改变的通道结构二、由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导1、G蛋白耦联受体就是一种与细胞内侧Ｇ蛋白的激活有关的独立受体蛋白质分子2、G蛋白就是鸟苷酸结合蛋白:G蛋白未被激活时,她与一个分子的GDP结合,G蛋白的激活很短暂3、G蛋白效应器,:催化生成第二信使的酶与离子通道４、蛋白激酶:丝氨酸∕苏氨酸激酶可就是底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化, 包括:蛋白激酶A、蛋白激酶G、蛋白激酶C5、几条主要跨膜信号转导途径①受体－G蛋白－AC信号转导途径Gs ＡTP→cＡＭP↑﹢↗↘﹢﹢↗↘配体+受体Ａ C PKA﹢↘↗﹣﹣↘↗GｉＡTP→ｃAMＰ↑②受体-Ｇ蛋白－ＰＬＣ信号转导途径IP3+IP３受体→内质网或肌浆网释放Ga+ＰLC ↗PIL2→→→Gｉ﹨Gp↘DG→→受体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
人肾上腺素能2受体二级结构模式图
G 蛋白: （G protein或（GTP-binding protein）
• 20种以上。 、、三个亚单位构成。
c.谷aa取代1422位的赖aa和 1714位的丙aa，则通道选择性 由Na+改变为Ca2+。
d.S4中含有带正电荷的精aa和赖 aa，此段对膜电位变化敏感— voltage sensor
二、受体介导的跨膜信号传递
(Signal Transduction mediated by receptor)
•结合酪氨酸激酶受体（receptor-associated tyrosine kinase）: 受体激活后，与酪氨酸结合并使之激活。如 RBC生成素受体、生长素受体、及细胞因子和干扰素受 体等。
•具有鸟苷酸环化酶的受体（receptor-guanylyl cyclase）
具体酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor
KCa2+通道
（三） 酶耦联受体介导的信号传导
(Signal Transduction Mediated by Emzyme-linked Receptor)
酶耦联受体：
•具体酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor或受体 酪氨酸激酶 receptor tyrosine kinase）：受体与酶为同 一分子。如大部分生长因子和部分肽类激素的受体。
G蛋白耦联受体介导的信号传导的主要过程
G蛋白耦联受体 a.最大的细胞表面受体家族（superfamily）： 300种以上以被克隆；如肾上腺素能受体、 胆碱能受体、5-HT受体及多数肽类激素的 受体。 b.7 次跨膜受体（7-spanning receptor）； c. 识别配体、与配体结合部位不同：
(Signal Transduction mediated by ion channel)
（一）化学门控通道：2（ 与Ach结合） （二）电压门控通道：神经、肌细胞。 （三）机械门控通道：如内耳毛细胞。
（一） Chemically-gated ion channel
N2-Ach receptor cation channel) :
•根据激活它们的第二信使不同，分为： 依赖于cAMP的蛋白激酶（cAMP-dependent protein
kinase,or protein kinase A, PKA) 依赖于Ca2+的蛋白激酶（or protein kinase C, PKC）
几种主要的信号传导方式：
•cAMP-PKA途径：Gs，Gi •IP3-Ca途径：Gq-PLC-PIP2-IP3-IP3受体- Ca2+释放 •DG-PKC途径：DG激活PKC，后者使底物蛋白磷酸化 •G蛋白-离子通道途径：KAch通道
(一种G蛋白)
MAPK：丝裂原激活的蛋白激酶 GRB2：生长因子受体结合蛋白2
化学性胞外信号(ACh) ACh +Байду номын сангаас受体=复合体 通道变构=离子通道开放
Na+内流 终板膜电位 骨骼肌收缩
（二） Voltage-gated ion channel
a.4个氨基酸排列顺序相似的结 构领域。
b.每个结构域：6个跨膜螺旋 （S1-S5）。其中S5与S6之间的 胞外环内向折叠构成孔道内壁， 并决定离子选择性。
• G蛋白未激活时，GDP与结合 • GTP与结合有活性。 • G蛋白可分为Gs (stimulatory G protein)
和Gi (inhibitory G protein)
G蛋白激活过程示意图
G-蛋白效应器（G-protein effector）
1.离子通道：直接或间接调控离子通道的活动。 2.酶：催化生成第二信使。包括
cAMP:
IP3: inositol triphosphate DG: diacylglycerol
cGMP: cyclic guanosine monophosphate
Ca2+:
蛋白激酶（protein kinase）：可被第二信使激活。
•根据底物不同，分为： 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：多 酪氨酸蛋白激酶：少，下一个信号传导途径中
腺苷酸环化酶（adenylate cyclase,AC） 磷脂酶C（phospholipase,PLC） 依赖于cGMP的磷酸二酯酶（phosphodiesterase,PDE） 磷脂酶A2(phospholipase A2)
第二信使（second messenger）：
实验：肾上腺素与肝组织切片孵育，可增加糖原磷酸化酶 活性，导致肝糖原分解；但加入磷酸化酶或磷酸化酶激酶 中，不能增加酶活性。 说明：epinephrine是先作用于细胞膜，在胞浆中生成一种 小分子物质（cAMP），然后才激活上述酶的。
•5个亚单位:2、、、梅花状排列； •每个亚单位有4个跨膜螺旋(M1-4)； •5个M2构成孔道(Ø=0.65nm)的内壁； •每个M2 螺旋的两端（孔道内外口） 有带负电的谷氨酸和门冬氨酸； •每个的N端都有一个与Ach结合位点。
Chemically-gated ion channel
(一)离子通道藕联受体介导的信号传递 (二) G蛋白耦联受体介导的信号传递 (三)酶藕联受体介导的信号传递
(二)、 G蛋白耦联受体介导的信号传导
(Signal Transduction Mediated by G Protein-linked Receptor)
组成： 1、 G蛋白耦联受体 2、G蛋白 3、效应蛋白（酶或通道）
第四讲 细胞的跨膜信号传递功能 (Signal Transduction)
• 细胞外信号分子：神经递质（neurotransmitter） 激 素（hormone） 细胞因子（cytokine）等。
其中： 脂溶性分子：进入细胞作用于胞内受体 水溶性分子：作用于细胞膜受体
一、离子通道介导的跨膜信号传导