细胞信号转导系统
植物细胞信号转导的分子途径
植物细胞信号转导的分子途径你知道吗，植物也有它们的“情报系统”？这可是比你想象的要复杂得多哦！说起植物细胞信号转导，它就像是植物之间的“无线电通讯”系统，负责帮助它们传递各种各样的信息。
像什么“天啊，太干了！快点浇水！”或者“嘿，快点分泌点防御物质，敌人来了！”这些都得靠它们的信号系统来搞定。
你看，植物的世界其实比我们想象中的要忙碌得多。
那到底是怎么回事呢？植物细胞并不是傻乎乎的，它们能够感知外界的环境变化。
比如说，阳光强了，或者空气干燥，植物的细胞会立刻收到“警报”。
这时候，它们就开始启动一种叫“信号转导”的机制，传递信息到植物的每一个角落。
你可以把它想象成一个超级敏锐的警报系统，随时监听着外界的一切动静。
一旦感受到威胁，信号立马发射，保证植物能够做出反应。
植物细胞信号转导的过程中，最重要的角色就是那一大堆的“受体”。
这些受体就像是细胞表面的门卫，一旦它们感知到某种特定的信号，立马通知细胞内部。
比如，植物感受到光线的变化时，它们的光受体会立刻把这个信息传递给细胞，让植物做出反应。
你可以想象成，植物细胞的每一个“受体”就像是细胞表面的一扇扇小门，外面的“信号”一来，门就开了，细胞开始动起来。
然后，信号通过受体进入细胞内部，开始了一系列的“接力赛”。
这时，信号转导的“主角”就是一群叫做“分子”的小家伙。
它们就像是细胞里的小信使，每次传递信息的时候，都要靠精密的配合。
一个分子收到信号后，会触发下一个分子的反应，直到信号传递到细胞的最深处，启动植物所需要的反应。
你可以把它想象成一个足球赛，每个分子都像是场上的球员，接力传球，最终把“球”送进“球门”。
这个过程中的关键分子叫做“第二信使”，就像是小小的“通信员”。
当外界的信号到达细胞表面的受体时，细胞内部就开始产生这些“第二信使”。
它们的任务就是迅速在细胞内部传递信息，像是在细胞里传送一封封“情报”。
这些“情报”能激活各种酶，改变细胞的活动状态。
比方说，有时候这些信号可能会告诉植物：赶紧生产更多的抗病物质；有时候可能会提醒植物：让根部加速生长；甚至可能让植物在缺水的情况下保留水分。
细胞信号系统及其在疾病中的作用
细胞信号系统及其在疾病中的作用细胞信号系统是指细胞内外各种信号分子之间的相互作用和调控，通过这个系统，细胞能够识别外界信号，从而对外界环境做出反应。
细胞信号系统对于生物体的生长、发育、分化以及代谢等方面有着重要的影响。
但是，当这个系统发生了异常，就有可能导致各种疾病的出现。
细胞信号系统主要由配体、受体和信号转导系统等组成。
配体是指一种分子物质，可以结合到受体上，从而引发信号。
而受体则是一种在细胞膜或细胞内部的分子，能够通过结合配体来传递信号。
信号转导系统则是通过转换配体和受体之间的信号来达到细胞内部信号传递的过程。
在细胞信号系统中，最基本的形式就是化学信号，也就是通过化学物质传递信号。
比如，神经递质就是一种常见的化学信号分子，它通过跨越神经元之间的空隙来传递信号。
此外，还有一些激素和生长因子等，都是通过化学信号来进行信号传递的。
细胞信号系统在疾病中的作用也是非常重要的。
例如，糖尿病就是由于胰岛素受体的异常导致胰岛素不能够传递信号，从而导致血糖水平升高。
而肿瘤的发生也与细胞信号系统有关。
比如，肿瘤细胞常常会突变成一个过度激活的形式，从而导致不正常的细胞增殖。
除了上述疾病外，在神经系统疾病、免疫系统疾病、心血管系统疾病以及肝脏疾病等方面，细胞信号系统都扮演着重要的角色。
因此，对于这个系统的深入研究，对于疾病的防治也有着非常重要的意义。
目前，对于细胞信号系统的研究主要集中在下面几个方向：1.受体结构及其功能：通过对于受体的结构及其功能的研究，可以更好地理解受体所对应的真实配体和药物之间的作用机制。
2.信号转导通路：通过对于信号转导通路的研究，可以更好地理解不同信号分子是如何被传递到细胞内部的，从而影响细胞的各种生理功能。
3.基因调控：一些重要的细胞信号通路可能会经由基因调控而发挥其功能。
因此，对于基因调控的研究，有助于深入理解细胞信号系统的调控通路与机理。
在疾病的预防和治疗方面，对细胞信号系统的研究也有着重要的作用。
细胞信号转导原理
第一节 概述
一、细胞信号 （一）化学信号——配体 1、细胞间化学信号 ① 内分泌激素 ② 旁分泌信号 ③ 自分泌化学信号 ④ 突触，N-M接头的神经递质 ⑤ 膜表面的细胞外信号分子：组织相容性复合 体，细胞粘附分子……。
2、细胞内信号 第二信使： DAG， Cer， cAMP， 第二信使：Ca2+， DAG， IP3， Cer， cAMP， cGMP……。 cGMP 。 （二）物理信号 光、电、磁、机械 温度、渗透压、细胞容积改变…… 温度、渗透压、细胞容积改变 生物大分子的结构信号——大分子三维外形 （三）生物大分子的结构信号 大分子三维外形 的亚基结构序列信息。 的亚基结构序列信息。 决定细胞间识别、粘附、聚集和性细胞融合等。 1、决定细胞间识别、粘附、聚集和性细胞融合等。 决定信号分子与受体的识别和结合。 2、决定信号分子与受体的识别和结合。 信号的连接和信号复合体的形成。 3、信号的连接和信号复合体的形成。
（二）NO-cGMP-GPK信号转导系统 信号转导系统 1、NO的生物合成及其作用 、 的生物合成及其作用 ① 合成的部位 合成的前体： 精氨酸 ② 合成的前体：L-精氨酸 合成酶： ③ 合成酶：原生酶和诱生酶 ④ 灭活 * 作用： 作用： 信使作用 递质作用
2、GC的种类 、 的种类 膜结合型GC（使GTP形成 形成cAMP，而把 膜结合型 （ 形成 ， 胞外信号转化为胞内信号） 胞外信号转化为胞内信号） 胞浆可溶性GC（由NO或CO激活，发挥 激活， 胞浆可溶性 （ 或 激活 多种功能） 多种功能） 3、胞内cGMP 3、胞内cGMP 的信使作用 4、cGMP还通过 还通过GPK调节靶酶、靶蛋白 调节靶酶、 、 还通过 调节靶酶 和生理功能
二、受体 （一）概述 定义： 1、定义：细胞膜上或细胞内能特异识别 和结合相应配体或物理信号， 和结合相应配体或物理信号 ， 并引起生 物学效应的特殊功能的蛋白质， 物学效应的特殊功能的蛋白质 ， 个别受 体是糖脂。 体是糖脂。 2、受体功能 ① 识别和结合 ② 信号转导
细胞的信号转导
一、细胞信号转导概述（一）信号转导的概念在多细胞生物体中，细胞间的信号转导(signaltransduction)与交换对细胞的生存非常重要。
细胞的信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子，并产生生物效应的过程。
通常所指的信号转导是指跨膜信号转导(transmembrane signal transduction)，即生物活性物质（如神经递质、激素、细胞因子等）通过受体或离子通道的作用，将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而对细胞的功能、代谢、生长速度、迁移等生物学行为产生影响。
（二）信号转导系统的基本组成细胞信号转导系统通常由信息分子(signaling molecule)、受体(receptor)、转导体(transducer)及效应体(effector)四个环节组成。
信息分子的受体位于靶细胞的质膜上、胞质或核内，与之相结合的相应信息分子统称为配体(ligand)。
配体与受体的结合可诱导受体的构象发生变化，激活转运体，进而启动细胞内的信息转导途径（如效应体的级联反应），最终导致细胞功能的改变。
（三）信号转导的主要途径根据介导的配体和受体的不同，信号转导可分为两大类，一类是水溶性配体或物理信号作用于膜受体，随后经历跨膜和细胞内信号转导体的依次作用，最终作用于效应体，产生效应。
依据膜受体特性的不同，这类信号转导又有多种通路，主要是由离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联受体和招募型受体介导的信号转导。
另一类是脂溶性配体直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用，这类方式通常都是通过影响基因表达而产生效应。
应当注意到膜受体介导的信号转导也大多可以影响转录因子的活性而改变基因的表达。
（四）信号转导途径间的交互联系细胞信号转导通路的细节非常复杂，涉及蛋白质等相互作用以及相关基因表达的过程，而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成错综复杂的信号网络(signaling network)。
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。
细胞生物学第八章细胞信号转导
信号蛋白：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 转承蛋白：负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白：携带信息从一部分传递到另一部分。 接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成，介导产生级联反 应。 传感蛋白：负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径。 整合蛋白：从 2 条或多条信号途径接受信号，并在向下传递之前进 行整合。
2、受体
受体：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大 分子，绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白，少数受体是糖脂，有的受 体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 （1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小 的脂溶性信号分子。
c、间隙连接通透性的调节：
意义：间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间 隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性： 1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2 、组织特异性： 由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性 和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透 功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙 连接时，连接子没有通透功能。
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白 信号转导系统： 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息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、信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大 的级联反应，使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。
细胞信号转导
讲座一 细胞信号转导异常与疾病提要：一、细胞信号转导系统概述二、信号转导异常的原因和机制 三、细胞信号转导异常与疾病一、细胞信号转导系统概述细胞信号转导系统具有调节细胞增殖、分化、代谢、适应、防御和凋亡等功能。
细胞信号转导 系统的构成（一）细胞信号转导的基本过程和机制１、信号的接受和转导典型的过程是细胞受体膜受体信号类型信号转导蛋白 调控信号转导蛋白活性方式：受体能接受信号的其他成分（离子通道、细胞粘附分子）细胞内信号转导通路受体接受信号启动细胞内信号转导通路膜受体（占大多数）核受体Ｇ蛋白耦联受体（ＧＰＣＲ）家族细胞因子受体超家族受体酪氨酸激酶（ＲＴＫ）家族丝／苏、氨酸蛋白激酶（ＰＳＴＫ）型受体家族死亡受体家族（ＴＮＦＲ·Ｆas ）离子通道型受体粘附分子（钙粘素、整合素）等化学信号（激素、Ｎ递质、Ｎ肽、代谢产物、外源药物、毒物）物理信号（机械刺激、细胞间、细胞与胞外基质间直接接触 产生的刺激）具有活性非活性（１）通过配体调节胞外信号结合受体→受体激活。
如转录因子（核受体）→ＲＴＫ 激活→受体型离子通道开放。
胞内信使分子→激活胞内受体和蛋白激酶。
如I Ｐ３→激活平滑肌心肌内质网／肌浆网上Ca ２＋通道的ＩＰ３受体，Ca ２＋通道开放，胞内Ca ２＋↑。
（２）通过Ｇ蛋白调节能结合ＧＴＰ或ＧＤＰ并具有内在ＧＴＰＳa Ｓ活性的蛋白。
Ｇ蛋白 ＧＴＰ结合－活性形式（转导信号）ＧＤＰ结合－非活性形式（关闭转导通路）ＧＴＰ结合能激活ＡＣ（腺苷酸环化酶）和多种磷脂酶 产物 （第二信使） 激活下游蛋白激酶，激活的Ｇ蛋白、小Ｇ蛋 白位于跨膜信号转导上游，故有信号转导通路中分子开关之 称。
（３）通过可逆磷酸化调节磷酸化级联反应传导以丝裂原激活的蛋白激酶（ＭＡＰＫ）家族为例ＭＡＰＫ包括刺激 生长因子丝裂 应激促炎细胞因子 原ＧＰＣＲ 生长因子ＧＰＣＲ→→→α,β,γ三个亚基－Ｇ蛋白家族单亚基小Ｇ蛋白Ｒa Ｓ家族Ｒh Ｏ家族→→ＥＲＫ（细胞外信号调节的蛋白激酶）ＪＮＫ（c -jun Ｎ端激酶）ＳＡＰＫ（应激激活的蛋白激酶）p ３８ＭＡＰＫ→三 级酶 促级联 反应 ２、信号对靶蛋白的调节（可逆性磷酸化调节）激活的蛋白激酶（ＰＫＡ.ＰＫＣ.ＭＡＰＫ等）或磷酸酶 效应蛋白（代谢酶、离子通道离子泵 可逆的磷 运输蛋白、骨架蛋白等） 酸化修饰调节活性和功能跨膜信号 转录因子 核内与ＮＤＡ 调节基 调节细胞增殖 转导通路 结合因表达 分化和凋亡活性３、膜受体介导的信号转导通路举例ＧＰＣＲ，７次跨膜，人类基因组第三大家族。
细胞内信号转导系统的结构和功能分析
细胞内信号转导系统的结构和功能分析细胞内信号转导系统（cellular signaling pathway）是指细胞内的一系列复杂的生化反应，通过细胞内的信号传递，在细胞内部生化机制的控制下，将外界信息传输到细胞内部的靶位点来进行生理功能调节。
这个系统对于生物体内的正常生长、发育、维护平衡以及抗病抗压等方面都具有重要的意义。
因此，对于学习和深入研究这个系统的结构和功能有着重要的意义。
1.信号转导系统的分类和作用信号传导系统主要分为内源性和外源性两类。
内源性信号传导系统是指一些生化反应物质，如蛋白质、脂质或核酸等，转移已经刺激了外部的基因，将这些刺激的信息转化为内部信号从而引发细胞内反应的生化途径。
而外源性信号传导系统则是指身体对环境或沟通的一些反应，如例子，抵抗外来病原体菌体的侵袭或细胞内的代谢功能。
这两个系统的共同作用，使人体能够接收身体内外的信息并调节身体的生理状态。
2.信号转导系统的结构信号传导系统主要包括基因、拓扑映射、蛋白质、糖、酸和其他生化反应物质等方面的分子。
这些分子构成了一个庞大的复杂系统，涉及到细胞外受体、嵌合蛋白、激酶等多种蛋白质和其他配合物质的作用与合作。
具体来讲，内源性信号传导系统主要包括如下三个部分：外源性刺激物质―受体―信号传导蛋白。
在整个系统中，以受体和信号传导蛋白为核心，通过细胞内的信号传递，将外界信息转化为细胞内部的反应，进一步调控细胞的生理状态。
不过，在不同类型的信号传导系统中，其中的结构和组成也有所不同。
例如，外源性信号传导系统主要包括细胞膜受体、细胞核受体、细胞内受体和细胞间受体等。
其信号传导方式包括了酶依赖型、酶无依赖型、离子依赖型等多种方式。
3.信号转导系统的作用信号转导系统不仅对人体内部的正常生长、发育有重要影响，同时在人体免疫反应、代谢功能、精神状态等方面也发挥着重要作用。
作为维持人体内正常生物反应对环境的适应之策，信号转导系统具有以下几个重要的作用。
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（ligand）。
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2.受体的功能 受体的生物学功能有三个方面： ① 识别与结合； ② 信号转导； ③ 产生相应的生物学效应。
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3.受体的性质
1）高度的亲和力（high affinity）： 2）高度的特异性（high specificity）： 3）可逆性（reversibility）： 4）可饱和性（saturability）： 5）特定的作用模式：
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4.受体的分类
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1)胞内受体
胞内受体（intracellular receptor）位于细胞 液或细胞核内，通常为单纯蛋白质。
某些激素进入细胞后，能与特异性的胞内受体 结合形成活性复合物，作用于染色体DNA，调 节基因表达，从而影响细胞的物质代谢和生理 活动。
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激素
3.局部化学介质
又称旁分泌信号
特点 由体内某些普通细胞分泌； 不进入血循环，通过扩散作用到达 附近的靶细胞； 一般作用时间较短。
例如 生长因子、前列腺素等。精源自课件194.气体信号
例如 * NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸 的胍基而产生NO *血红素单加氧酶氧化血红素产生的CO
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细胞信号转导方式 ① 通过相邻细胞的直接接触
② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其 他细胞的代谢和功能
具有调节细胞生命活动的化学物质称为 信息物质
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5
信号转导的一般步骤
特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞
与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
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3
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
细胞信息转导系统
主要内容
一
细胞通讯的分子基础
二
主要细胞信号转导途径
三 细胞信号转导过程的基本规律
四 细胞信号转导研究在医学中的意义
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1
外界环境变化时
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。
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2
几个容易混淆的概念
细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子， 将信息传递给其它细胞。
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雄激素受体的配体结合域（Ligand-Binding Domain，LBD）和睾酮，pdbID:2AM9
两种亚型的人类雄激素受体（AR-A和受体 - B）的结构域
条带上的数字是指从N-端（左）开始的C-末端（右）的氨基酸残基。 NTD= N末端结构域，DBD= DNA结合域， LBD=配体结合域。 AF=激活功能。
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2、细胞内信息物质 定义 第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传
递细胞调控信号的化学物质。 组成 无机离子：如 Ca2+
脂类衍生物：如DAG、Cer
核苷酸：如cAMP、cGMP
糖类衍生物：如IP3 （三磷酸肌醇）
信号蛋白分子
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※第二信使
在细胞内传递信息的小分子物质，如： Ca2+、 DAG（二酰甘油）、IP3、Cer、 cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。
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根据细胞的分泌方式
1.神经递质 又称突触分泌信号 特点 由神经元细胞分泌；（神经元突触前膜释放） 通过突触间隙到达下一个神经细胞； 作用时间较短。
例如： 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等
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根据细胞的分泌方式 2. 内分泌激素
又称内分泌信号 特点
由特殊分化的内分泌细胞分泌 ； 通过血液循环到达靶细胞 ；
※第三信使 负责细胞核内外信息传递的物质，又称
为DNA结合蛋白，是一类可与靶基因特异序 列结合的核蛋白，能调节基因的转录。如立早 基因的编码蛋白质 。
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四、受 体
1.受体概念及基本特性
受体（receptor）是指存在于靶细胞膜上或细胞 内能特异识别与结合生物活性分子（配体），进 而引起靶细胞生物学效应的分子。
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6
第一节 细胞通讯的分子基础
一
细胞间通讯方式
二 细胞分泌化学信号的作用方式
三
化学信号的种类
四
受
体
五
细胞信号转导的基本方式
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7
一 、 细 胞 间 通 讯 方 式
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10
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11
二 、 细 胞 分 泌 化 学 信 号 的 作 用 方 式
细胞间隙连接
三、化学信号的种类
1、细胞间信息物质
定义 是由细胞分泌的调节靶细胞生命活 动的化学物质的统称，又称作第一信使。
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化学性质
蛋白质和肽类
（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）
氨基酸及其衍生物
（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等）
类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等） 脂酸衍生物（如前列腺素） 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等
细胞通讯（cell communication）：细胞发出的信息通 过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。
细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面 的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。
信号转导（signal transduction）： 指外界信号（如光、 电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓 度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。
胞内受体主要包括：
⑴ 类固醇激素受体：
如糖皮质激素受体（GR）、雌激素受体 （ER）、孕激素受体（PR）、雄激素受 体（AR）、盐皮质激素受体（MR）；
⑵ 维生素D3受体（VDR）； ⑶ 甲状腺激素受体（TR）。
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胞内受体通常为单体蛋白，含400~1000个氨
基酸残基，分为四个功能区域：
大多数作用时间较长。
例如 胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等
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按内分泌激素的化学组成分为 含氮激素
如肾上腺素、甲状腺素、 促甲状腺激素、 胰高血糖素、胰岛素、生长激素等
类固醇激素 如性激素、皮质醇、醛固酮等
按激素受体的分布部位
胞内受体激素: 甲状腺素、类固醇激素 胞膜受体激素: 除甲状腺素外其他的含氮