第二信使学说的基本内容
第二信使学说的基本内容
第六小组— 相爱标 王子虎 柴林峰 朱涵
2019/11/28
产生
第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮 激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷 (cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使。
激素等其他信号分子作为第一信使。第二信使是指在胞内产生的非蛋白 类小分子，通过其浓度变化（增加或者减少）应答胞外信号与细胞表面 受体的结合，调节胞内酶的活性和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转 导途径中行使携带和放大信号的功能。
第二信使包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG） 和Ca2+等
以cAMP为第二信使的激素信号途径
• 受体与激素结合被激活，随之激活与其偶联的G蛋白 1
• AC活化与cAMP的生成：AC为G蛋白的效应器酶，催化
2
ATP转变为第二信使cAMP
• 依赖cAMP的蛋白激酶被激活 3
PKA
蛋白质
蛋白质~PO4 ----- 生物学作用
磷酸化
磷脂酰肌醇代谢物为第二信使的信号传 递途径
①激素受体与G蛋白偶43;IP3 IP3作用下引起胞浆内Ca2+增高
Ca2+与CaM结合激活依赖CaM的 下游蛋白激酶发挥作用
• ② DG-PKC信号转导系统：
①激素是第一信使，它可与靶细胞膜上具 有立体构型的专一性受体结合；
②激素与受体结合后，激活膜上的腺苷酸 环化酶系统； ③在Mg2+存在的条件下，腺苷酸环化酶 促使ATP转变为cAMP，cAMP是第二信 使，信息由第一信使传递给第二信使； ④cAMP是使无活性的蛋白激酶（PKA） 激活。PKA具有两个亚单位，即调节亚单 位与催化亚单位。cAMP与PKA的调节亚 单位结合，导致调节亚单位与催化亚脱离 而使PKA激活，催化细胞内多种蛋白质发 生磷酸化反应，包括一些蛋白发生磷酸化， 从而引起靶细胞各种生理生化反应。
第二信使学说 优质课件
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（R）；一个活化R→多个G蛋白； 一个G蛋白→多个效应器（酶）→许多第二信使→磷酸 化更多靶蛋白（酶）→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 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10－10mol/L，可产生10－6 mol /L cAMP （万倍）。
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
胞内靶蛋白磷酸化从而产生效应。
2、二甘油、三磷酸肌醇和Ca2+ 信使体系
PIP2
DG
信号+R
Gp＋磷脂酶C 内质网
IP3
Ca2++CaM ↓
活化CaM ↓
激活磷酸 酶和蛋白 激酶
PKC
↓
Na+/H+ 交换
↓
PH↑
IP3
Gs：刺激性G蛋白；Rs
Gi：抑制性G蛋白；Ri
1、cAMP信使体系
cAMP信号体 系的组成
Rs 受体(R)
Ri 腺苷酸环化酶（AC）
Gs 鸟苷酸调节蛋白（G）
Gi
1、cAMP信使体系
1.第一信号（配体）与专一性受体识别并
结合。
2.受体-配体复合物激活细胞膜中腺苷酸环 要 化酶(AC)。
点
激活的AC Mg2+
PG、钙离子等 第二信使学说
G蛋白
（Gliman和Rodbell，1994对G蛋白研究获得诺贝尔奖）。
G蛋白是一种分子量约10万的可溶性膜蛋白， 由αβγ三个亚单位组成，位于细胞膜的胞质面， 由于结合鸟苷酸GDP或GTP，故称为结合鸟苷酸 调节蛋白（guanine nucleotide-binding regulator proteins, G-protein） 或信号转导蛋白。可分为：
医学生理学期末重点笔记--第十一章-内分泌
第十一章内分泌【目的】掌握内分泌系统的概念，内分泌系统在调节主要生理过程中的作用及机理。
内分泌系统与神经系统的紧密联系，相互作用，相互配合的关系。
下丘脑、垂体、甲状腺、肾上腺等的内分泌功能及其调节。
熟悉信号转导机制及其新进展,了解糖皮质激素作用机制的有关进展。
【重点】1.下丘脑－垂体的功能单位，下丘脑调节肽。
2．腺垂体激素的生物学作用及调节。
3．甲状腺的功能、作用机理及调节。
4．肾上腺皮质激素的作用及调节。
第一节概述内分泌系统和神经系统是人体的两个主要的功能调节系统，它们紧密联系、相互协调，共同完成机体的各种功能调节，从而维持内环境的相对稳定。
一、激素的概念内分泌系统是由内分泌腺和散在的内分泌细胞组成的，由内分泌腺或散在的内分泌细胞分泌的高效能生物活性物质，称为激素〔hormone〕，是细胞与细胞之间信息传递的化学媒介；它不经导管直接释放入内环境，因此称为内分泌。
二、激素的作用方式1．远距分泌多数激素经血液循环，运送至远距离的靶细胞发挥作用，称为远距分泌〔telecrine〕。
2．旁分泌某些激素可不经血液运输，仅通过组织液扩散至邻近细胞发挥作用，称为旁分泌〔paracrine〕。
3．神经分泌神经细胞分泌的激素可沿神经细胞轴突借轴浆流动运送至所连接的组织或经垂体门脉流向腺垂体发挥作用，称为神经分泌〔neurocrine〕。
4．自分泌由内分泌细胞所分泌的激素在局部扩散又返回作用于该内分泌细胞而发挥反馈作用，称为自分泌〔autocrine〕。
三、激素的分类按其化学结构可分为：1.含氮类激素：〔1〕蛋白质激素，如生长素、催乳素、胰岛素等；〔2〕肽类激素，如下丘脑调节肽等；〔3〕胺类激素，如肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺激素等。
2.类固醇激素：〔1〕肾上腺皮质激素，如皮质醇、醛固酮等；〔2〕性激素，如雌二醇、睾酮等。
3.固醇类激素：包括维生素D3、25-羟维生素D3、1，25-二羟维生素D3。
4．脂肪酸衍生物：前列腺素。
细胞生物学第五节第二信使
GTP 鸟嘌 呤核苷酸 cGMP 鸟苷环化酶
若细胞外的信息分子发生异常，细胞膜上受体出现 障碍，或受体后某个环节有缺陷，都将破坏信息的 正常传递，从而导致第二信使代谢异常。
原发性甲状旁腺功能亢进，肾脏cAMP、血、尿中 cAMP明显。
心律不齐及急性心肌梗死时，血中cAMP
动脉粥样硬化时可见cAMP
急性胰腺炎时,胰腺组织中Ca2+堆积。
第五节 第二信使
胞内信息物质
细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内 信息物质。
细胞内信息物质的组成:
无机离子，如Ca2+；
脂类衍生物，如甘油二酯（DG）、N-脂酰鞘氨醇（Cer）；
糖类衍生物，如1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）；
核苷酸。如cAMP、cGMP；
信号蛋白分子--多数为癌基因的产物，如Ras和底物酶。底物酶主要为酪氨酸或丝／苏氨酸蛋白激酶，但它们本身又是其他酶的底物，如JAK。Raf等。
N
OO
+ N 腺 苷环 化 酶 H OPOPOH
O OH OH
N
N
N O
N
OHOH
H OPO
第二信使的作用是对胞外信号起转换和放大 O
OH
的作用，可激活蛋白激酶起生理作用或作用
于细胞内配体门控性通道使膜电位改变。
cAMP生理作用的特点为：
一． 传递不同的细胞外信息，表达不同的生理效应。如下丘脑的生长激素(GH)的释放。而垂 体后叶的抗利尿激素 (ADH)，则通过cAMP促进肾脏对水的回吸收。
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。
考点速记认识第二信使
考点速记认识第二信使）认识第二信使第二信使是指在胞内产生的非蛋白类小分子，通过其浓度变化(增加或者减少)应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节胞内酶的活性和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
一、定义已知的第二信使种类很少，但却能转递多种细胞外的不同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。
能将细胞表面受体接受的细胞外信号转换为细胞内信号的物质称为第二信使，而将细胞外的信号称为第一信使。
第二信使为第一信使作用于靶细胞后在胞浆内产生的信息分子，第二信使将获得的信息增强、分化、整合并传递给效应器才能发挥特定的生理功能或药理效应。
第二信使包括环-磷腺苷、环-磷鸟苷、三磷酸肌醇、钙离子、二酰甘油、花生四烯酸及其代谢产物廿碳烯酸类、一氧化氮等。
二、作用方式第二信使的作用方式一般有两种：(1)直接作用，如钙离子能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩;(2)间接作用，这是主要的方式。
第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。
三、基本特性第二信使至少有两个基本特性：(1)是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子;(2)能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答，第二信使都是小的分子或离子。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们能够激活级联系统中酶的活性，以及非酶蛋白的活性。
第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节，它可以瞬间升高、且能快速降低，并由此调节细胞内代谢系统的酶活性，控制细胞的生命活动，包括葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动以及细胞产物的分泌。
第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存并参与基因转录的调节。
第二信使(课件)
第二信使（课件）第一节细胞膜一、细胞膜的功能1. insulator / barrier 隔离物2. selective permeability 选择透过性3. signal detector 信号转导4. catalyst（催化）5. trafficking (endo/exocytosis) 物质运输6. raft →caveolae 脂筏7. catalyst 线粒体膜有催化功能8. communication: gap junction缝隙连接 / synapse突触9. repair/ regenerating（膜修复与再生）二、膜蛋白1.包括：transporter 、receptor、channel 蛋白2.蛋白纯化过程（既是艺术又是噩梦）得到目标 cDNA→选择 expression system (E.coli , yeast or CHO)→目的基因表达后，得到重组蛋白（用antibody确定其表达）→ solubilization 增溶(选择正确的 detergent即增溶剂，保证功能不变)→buffer(要保证伴侣蛋白分子始终存在，确保目的蛋白有活性)→affinity column/separation protocol 亲和层析分离蛋白→ SDS-PAGE只有一个条带→ function study 功能研究3.蛋白功能研究后，nonfunction 的原因：⑴ denaturation变性（加入chaperone分子伴侣防止变性）⑵缺少 cofactor 辅因子( the more pure the more function loss)三、膜电位已知细胞静息状态下细胞内外不同离子浓度的大小，根据能斯特方程可以计算出每一种离子产生的电势能和静息状态下总的膜电位约为-70mv。
见下图四、详细的-70mv 推导过程略去。
五、Membrane repair 细胞膜修复过程1.膜修复的过程可以分三部分：①sense of the damage ;②胞浆中的 vesicle 聚集在损伤处；③vesicle fuse and form membrane patch , then cell survive。
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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PKA
蛋白质
蛋白质~PO4 ----- 生物学作用
磷酸化
磷脂酰肌醇代谢物为第二信使的信号传 递途径
①激素受体与G蛋白偶联使α 亚基活化，激活PLC
PLC将PIP2水解成DG+IP3 IP3作用下引起胞浆内Ca2+增高
Ca2+与CaM结合激活依赖CaM的 下游蛋白激酶发挥作用
• ② DG-PKC信号转导系统：
• 蛋白激酶C（PKC）与蛋白激酶A（PKA）均是一类重要的丝氨酸/苏氨 酸蛋白激酶。在DG的作用下，PKC被激活并作用于多种酶系产生广泛的 生理效应，另外PKC可以调节基因转录。
• ③DAG-PKC途径： • 许多能兴奋的DG生成并激活PKC的激素受体
• 往往引起胞浆内Ca2+源自度升高加强PKC的活化作用（短暂） 相反的是，DAG所引起的PKC激活则可以在激素的持续兴奋下延长细胞的反应
第二信使学说的基本内容
第六小组— 相爱标 王子虎 柴林峰 朱涵
2019/11/28
产生
第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮 激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷 (cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使。
激素等其他信号分子作为第一信使。第二信使是指在胞内产生的非蛋白 类小分子，通过其浓度变化（增加或者减少）应答胞外信号与细胞表面 受体的结合，调节胞内酶的活性和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转 导途径中行使携带和放大信号的功能。
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第二信使包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG） 和Ca2+等
以cAMP为第二信使的激素信号途径
• 受体与激素结合被激活，随之激活与其偶联的G蛋白 1
• AC活化与cAMP的生成：AC为G蛋白的效应器酶，催化
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ATP转变为第二信使cAMP
• 依赖cAMP的蛋白激酶被激活 3
①激素是第一信使，它可与靶细胞膜上具 有立体构型的专一性受体结合；
②激素与受体结合后，激活膜上的腺苷酸 环化酶系统； ③在Mg2+存在的条件下，腺苷酸环化酶 促使ATP转变为cAMP，cAMP是第二信 使，信息由第一信使传递给第二信使； ④cAMP是使无活性的蛋白激酶（PKA） 激活。PKA具有两个亚单位，即调节亚单 位与催化亚单位。cAMP与PKA的调节亚 单位结合，导致调节亚单位与催化亚脱离 而使PKA激活，催化细胞内多种蛋白质发 生磷酸化反应，包括一些蛋白发生磷酸化， 从而引起靶细胞各种生理生化反应。