第八章 细胞信号转导
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8 细胞信号转导
第八章细胞信号转导一、细胞通讯1、细胞通讯1）定义：是指一个细胞发出的信息通过介质（配体）传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。
2）细胞通讯方式：a分泌化学信号进行通讯（大多数）b 接触性依赖的通讯——细胞直接接触，通过与质膜结合的信号分子影响其他细胞c间隙连接（动物间）或胞间连丝（植物间）通过交换小分子实现代谢偶联或电偶联3) 细胞分泌化学信号的作用方式：内分泌：由内分泌细胞分泌信号分子到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞。
（激素）旁分泌：细胞通过分泌局部化学递质到细胞外液中，经过局部扩散，作用于邻近靶细胞。
（生长因子）自分泌：细胞对自身分泌的物质产生反应。
（癌变细胞）化学突触：神经递质由突触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，实现电信号－化学信号－电信号的转换和传导。
细胞通过胞外信号介导的细胞通讯通常涉及如下步骤：①产生信号的细胞合成并释放信号分子；②运送信号分子到靶细胞；③信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活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。
2、细胞的信号分子与受体1）细胞的信号分子①亲脂性信号分子：分子小，疏水性强，可进入细胞，形成激素—受体复合物调节基因表达（甾类激素和甲状腺素）②亲水性信号分子：不能穿过膜，仅能与细胞表面上的特殊受体结合，通过信号转导机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞应答反应（神经递质、生长因子、细胞因子、局部化学递质和大多数激素）③气体性信号分子(NO)：能进入细胞直接激活效应酶2）受体①定义：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转换为胞内化学或物理信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。
细胞生物学第八章细胞信号转导
第 八 章 细 胞 信 号 转 导
内容提示
第一节 概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白耦连联受体介导的信号转
导 第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
第一节 概述
一、细胞通讯（cell communication）
1、概念：一个细胞发出的信息通过介质
美国科学家罗伯特· 莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩· 克比尔卡（Brian K. Kobilka ）因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化 学奖。
Robert J. Lefkowitz
Brian K.有：
肽类激素、局部介质、神经递质、氨基 酸或脂肪酸的衍生物、气味分子、光量 子、声等。50%的药物也是通过与G蛋白 偶联的受体结合发挥作用。
快速应答过程
激素
G蛋白偶联的受体 腺甘酸环化酶 cAMP依赖的蛋白激酶A cAMP 底物蛋白磷酸化
G蛋白
生物学效应
肾上腺素使血糖升高的信号通路
肾上腺素
G蛋白偶联的受体 cAMP 升高 磷酸化酶激酶被 磷酸化 糖原分解为 葡萄糖
G蛋白
激活腺甘酸环 化酶 激活cAMP依赖的蛋白激 酶A
糖原磷酸化酶 被磷酸化
第二节 细胞内受体介导的信号转导
亲脂性信号分子通过扩散进入细胞，与胞内受体
结合（前列腺素除外）。通常表现为影响细胞分 化等长期的生物学效应。 一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 1、细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的 基因调控蛋白。有三个结构域。 C-端激素结合位点 三个结构域 中部的DNA或Hsp90结合位点： 富含Cys、锌指结构 N-端转录激活结构域
receptor)
（三）酶耦联的受体（enzyme-linked
内容提示
第一节 概述 第二节 细胞内受体介导的信号转导 第三节 G蛋白耦连联受体介导的信号转
导 第四节 酶连受体介导的信号转导 第五节 信号的整合与控制
第一节 概述
一、细胞通讯（cell communication）
1、概念：一个细胞发出的信息通过介质
美国科学家罗伯特· 莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩· 克比尔卡（Brian K. Kobilka ）因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化 学奖。
Robert J. Lefkowitz
Brian K.有：
肽类激素、局部介质、神经递质、氨基 酸或脂肪酸的衍生物、气味分子、光量 子、声等。50%的药物也是通过与G蛋白 偶联的受体结合发挥作用。
快速应答过程
激素
G蛋白偶联的受体 腺甘酸环化酶 cAMP依赖的蛋白激酶A cAMP 底物蛋白磷酸化
G蛋白
生物学效应
肾上腺素使血糖升高的信号通路
肾上腺素
G蛋白偶联的受体 cAMP 升高 磷酸化酶激酶被 磷酸化 糖原分解为 葡萄糖
G蛋白
激活腺甘酸环 化酶 激活cAMP依赖的蛋白激 酶A
糖原磷酸化酶 被磷酸化
第二节 细胞内受体介导的信号转导
亲脂性信号分子通过扩散进入细胞，与胞内受体
结合（前列腺素除外）。通常表现为影响细胞分 化等长期的生物学效应。 一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 1、细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的 基因调控蛋白。有三个结构域。 C-端激素结合位点 三个结构域 中部的DNA或Hsp90结合位点： 富含Cys、锌指结构 N-端转录激活结构域
receptor)
（三）酶耦联的受体（enzyme-linked
第八章 细胞信号转导
结合GTP的α亚基的功能是激活腺 苷酸环化酶。
随着使命的完成，α亚基所结合的 GTP水解成GDP，α亚基恢复原来的 构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作 用。α亚基与βγ亚基重新结合，形成 没有活性的三聚体。
Gs调节模型
霍乱毒素能催化ADP核糖共价结合到 Gs的α亚基上，使α亚基丧失GTP酶的 活性，GTP永久结合在Gs的α亚基上， 使α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环 化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞 内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而 脱水。
2、信号分子的共同特点
多细胞有机体中有几百种信号分子，包括蛋 白质、短肽、氨基酸衍生物、核苷酸、脂类、 胆固醇衍生物和气体分子（NO）。特点：
（1）特异性：只能与特定的受体结合； （2）高效性：几个分子即可触发明显的生物 学效应：级联放大； （3）可快速失活：完成信息传递后被降解或 修饰失去活性。
（四）信号分子与信号传导
1、信号分子(signal molecule) 生物细胞所接受的信号既可使物理信号
（光、热、电流），也可是化学信号，有机 体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号 分子实现。
信号分子：是指细胞内某些既非营养物， 也非能源和结构物，也不是酶，唯一的功能 是在细胞内和细胞间传递信息，如激素、神 经递质、生长因子等。
活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内 靶分子，具信号传递功能。
如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙 酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能 开启质膜上K+通道，改变心肌细胞膜电 位
βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合， 对结合GTP的α亚基起协同/拮抗作用
胞内cAMP浓度升高后，激活cAMP依赖的 蛋白激酶A(PKA)。激活的PKA可作用多种底 物，引起多种反应。
细胞生物学第8章细胞信号传导
息系统的进化。
单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。 多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除 了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传 导，以协调不同细胞的行为，如：①调节代谢， 通过对代谢相关酶活性的调节，控制细胞的物质 和能量代谢；②实现细胞功能，如肌肉的收缩和 舒张，腺体分泌物的释放； ③调节细胞周期，使 DNA复制相关的基因表达，细胞进入分裂和增殖 阶段； ④控制细胞分化，使基因有选择性地表达， 细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞； ⑤ 影响细胞的存活。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
（四）配体与受体（Ligand & Receptor） 1、配体（Ligand）：在细胞通讯中，由信号传导 细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发 靶细胞的应答，此时的信号分子被称为配体 (ligand)，接收信息的分子称为受体。 2、受体（Receptor）：广义的受体指任何能够同 激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合 并能引起细胞功能变化的生物大分子。狭义的受 体指能够识别和选择性结合配体（signal molecule） 的大分子，当与配体结合后，通过信号转导 （Signal Transduction）作用将细胞外信号转换为 细胞内的物理和化学信号，以启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。
第八章
细胞信号转导
生命与非生命物质最显著的区别在于生命
是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生
物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部
环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息 物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维 持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不 同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信
在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表 面或细胞内与信号分子结合的蛋白质，多为糖 蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结 合的区域和产生效应的区域；当受体与配体结 合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程， 最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用 具有三个主要特征：①特异性；②饱和性；③ 高度的亲和力。
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。
细胞生物学思考题及答案
第八章细胞信号转导1、名词解释细胞通讯: 指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与其受体相互作用，产生特异性生物学效应的过程。
受体: 指能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子。
多数为糖蛋白，少数为糖脂或二者复合物。
第一信使: 由信息细胞释放的，经细胞外液影响和作用其它信息接收细胞的细胞外信号分子第二信使: 第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分子称为第二信使。
2、细胞信号分子分为哪两类？受体分为哪两类？细胞信号分子：亲脂性信号分子和亲水性信号分子；受体：细胞内受体：位于细胞质基质或核基质，主要识别和结合脂溶性信号分子;细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子（三大家族;G 蛋白耦联受体，酶联受体，离子通道耦联受体）3、两类分子开关蛋白的开关机制。
GTPase开关蛋白：结合GTP活化，结合GDP失活。
鸟苷酸交换因子GEF引起GDP从开关蛋白释放，继而结合GTP并引起G蛋白构象改变使其活化；随着结合GTP水解形成GDF和Pi，开关蛋白又恢复成失活的关闭状态。
GTP水解速率被GTPase促进蛋白GAP和G蛋白信号调节子RGS所促进，被鸟苷酸解离抑制物GDI所抑制。
普遍的分子开关蛋白：通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化和蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化活性调节蛋白质活性。
4、三类细胞表面受体介导的信号通路各有何特点？（1）离子通道耦联受体介导的信号通路特点：自身为离子通道的受体，有组织分布特异性，主要存在与神经、肌肉等可兴奋细胞，对配体具有特异性选择，其跨膜信号转导无需中间步骤，其信号分子是神经递质。
（2）G蛋白耦联受体介导的信号通路特点：信号需与G蛋白偶联，其受体在膜上具有相同的取向，G蛋白耦联受体一般为7次跨膜蛋白，会产生第二信使，G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用。
（3）酶连受体信号转导特点：a.不需G蛋白，而是通过受体自身的蛋白酶的活性来完成信号跨膜转换； b.对信号的反应较慢，且需要许多细胞内的转换步骤；c. 通常与细胞生长、分裂、分化、生存相关。
第08章细胞信号转导-PPT精选文档
接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信
号转导为胞内细胞信号，最终调节特定基因的表达， 引起细胞的应答反应的系列过程。
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的
8
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
（二）信号分子与受体
1.信号分子
概念: 在细胞间或细胞内传递信息的化学分子。 化学信号：各类激素、局部介质和神经递质等。
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第八章 细胞信号转导
教学要求：
1.掌握细胞通讯与信号传递。 2.理解细胞内受体介导的信号转导。 3.掌握蛋白耦联受体介导的信号转导。 4.掌握酶连受体介导的信号转导。
5.了解信号的整合与控制。
教学安排：4课时
1
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第一节 概述
多细胞生物有赖于细胞通讯与信号传递, 以协调各种细胞 的功能，维持一个繁忙而有序的细胞社会。 单细胞生物有时也需要细胞通讯与信号传递。 一、细胞通讯
5
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
不同的细胞间通讯方式
6
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
跨膜细胞信号转导的一般步骤：
特定的细胞合成并释放信号分子 ↓扩散或血循环 靶细胞 ↓ 信号分子与靶细胞受体特异性结合→受体激活 ↓ 活化受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 ↓ 靶细胞功能、代谢或发育的改变。 ↓
15
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第二信使学说（second messenger theory）
胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它
作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，
信号的解除并导致细胞反应终止
7
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
号转导为胞内细胞信号，最终调节特定基因的表达， 引起细胞的应答反应的系列过程。
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的
8
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
（二）信号分子与受体
1.信号分子
概念: 在细胞间或细胞内传递信息的化学分子。 化学信号：各类激素、局部介质和神经递质等。
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第八章 细胞信号转导
教学要求：
1.掌握细胞通讯与信号传递。 2.理解细胞内受体介导的信号转导。 3.掌握蛋白耦联受体介导的信号转导。 4.掌握酶连受体介导的信号转导。
5.了解信号的整合与控制。
教学安排：4课时
1
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第一节 概述
多细胞生物有赖于细胞通讯与信号传递, 以协调各种细胞 的功能，维持一个繁忙而有序的细胞社会。 单细胞生物有时也需要细胞通讯与信号传递。 一、细胞通讯
5
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
不同的细胞间通讯方式
6
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
跨膜细胞信号转导的一般步骤：
特定的细胞合成并释放信号分子 ↓扩散或血循环 靶细胞 ↓ 信号分子与靶细胞受体特异性结合→受体激活 ↓ 活化受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 ↓ 靶细胞功能、代谢或发育的改变。 ↓
15
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第二信使学说（second messenger theory）
胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它
作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，
信号的解除并导致细胞反应终止
7
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
细胞生物学第八章细胞信号转导ppt课件
（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。
细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子。
（2）根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞报名受体分属 三大家族（尤凯他们详细讲述）
① 离子通道耦联受体
② G蛋白耦联受体
再有就是一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种不同的 胞外信号从而启动细胞不同生物学效应。
（4）第二信使和分子开关
第二信使：是指在胞内产生的小分子，其浓度变化应应答胞外信号 与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。（cAMP、 cGMP、Ca2+、二酰甘油DAG、1,4,5—肌醇三磷酸 IP3）
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。
3、动态结构：
（二）信号分子与受体
1、信号分子：是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如各 类激素、局部介质和神经递质等，以及物理信号诸如声、光、电和 温度变化等。
亲水性和亲脂性信号分子
根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。亲水性信号分子 的主要代表是神经递质、含氮类激素(除甲状腺激素)、局部介质等， 它们不能穿过靶细胞膜，只能通过与细胞表面受体结合，再经信号转 换机制，在细胞内产生“第二信使”(如cAMP)或激活膜受体的激酶活 性(如蛋白激酶)，跨膜传递信息，以启动一系列反应而产生特定的生 物学效应。
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“双信使系统”反应链： 在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细
胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜上的磷 脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰
↘
磷脂酰肌醇 二酰基甘油
肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）
和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转
换为胞内信号。
肌醇三磷酸
（ 一 细 胞 间 通 讯 方 式
)
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通过分泌化学信号的通讯（化学通讯）
化学通讯是间接的细胞通讯，指细胞分泌一 些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子 作用于靶细胞，调节其功能。
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内分泌（endocrine）： 内分泌细胞分泌的激素
cAMP与R以协同方式结合
2个调节亚基（R） 2个催化亚基（C）
细胞快速应答胞外信号的过程：
细胞缓慢应答 胞外信号过程： 反应链：
激素
G蛋白耦联受体
G蛋白
腺苷酸环化酶
cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A （PKA） 基因调控蛋白
基因转录
H
R Ｒ
β β γ
GTP
α
γ
A C
GDP
cAMP
ATP
（二）磷脂肌醇双信使信号通路
绞痛的病人(这种绞痛是由血液不适当地流向
心肌引起的)。硝化甘油在体内转化成NO，它
可以使血管松弛。减轻心脏的工作压力，减少
心肌对氧的需要。
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第三节
G蛋白耦联受体的信号转导
亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋 白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞，
而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信
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细胞间隙连接（gap junction）
动物相邻细胞间形成间隙连接以及植物 细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通 过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联。
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间隙连接实现代谢 偶联或电偶联：通 过交换小分子来实 现代谢偶联或电偶 联
构的DNA或Hsp90
结合位点，以及
位于N端的转录激
活结构域。
类固醇激素与甲状腺素 通过胞内受体调节生理过程
类固醇激素诱导的基因活化2个阶段：
初级反应：直接激活少数特殊基因的转录，
反应迅速；
次级反应：初级反应产物再活化其它基因
产生延迟的放大作用。
DNA
DNA
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合 NO是另一种可进入细胞内部的信号分子，能快
速透过细胞膜，作用于邻近细胞。
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NO对血管的作 用
血管内腔 G蛋白耦联受体 内皮细胞 钙调蛋白 磷脂酶C 1,4,5-肌醇三磷酸
具有鸟苷酸 环化酶活性
抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导 致血管平滑肌舒张。
NO对血管的效应可以很好地解释硝化甘油
的作用，早在100年前就使用硝化甘油处理心
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通过化学突触传递神经信号（neuronal
signaling）：神经递质（如乙酰胆碱）由突触
前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于
特定的靶细胞。
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细胞间接触依赖性通讯
细胞间直接接触，通过与质膜结合的信 号分子影响其他细胞。 包括细胞-细胞黏着、细胞-基质黏着。
1971年诺贝尔医 学和生理学奖
第一信使：水溶性的细胞外信号分子（如神经递
质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换
机制实现信号传递。
第二信使：第一信使与受体作用后在胞内最早产
生的信号分子。如cAMP、cGMP、Ca2+、二酰甘油
（DAG）、1,4,5-肌醇三磷酸（IP3）等。
细 胞 内 肽 段 （ C1-C4 ） ， E4 环 结 合 胞 外 信 号
（配体），C3结构域和有些受体的C2环，是与
G蛋白相互作用的位点。
配体作用位点
G蛋白作用位点
二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
以cAMP为第二信使的信号通路； 以肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（ DAG）作为双信使的磷脂酰肌醇信号通路； G蛋白耦联离子通道的信号通路。
白，如Ras和类Ras蛋白。 信号转导中的作用而获诺贝尔医学与生理学奖。
鸟苷酸交换因子（GEF）介导开关蛋白由失
活态→活化态。
GTP酶
GTPase促进蛋白（GAP）和
G蛋白信号调节子（RGS）促
GDI RGS
进GTP水解；鸟苷酸解离抑制
物（GDI）抑制GTP水解。
GTP酶
蛋白激 酶磷酸化改变蛋白质电荷并改变构象，改
不同信号可产生相同效应：
胰高血糖素 肾上腺素
肌钙蛋白 脂酶
第二信使与分子 开关 20世纪70年代，Sutherland等提出激素
作用的第二信使学说：胞外物质（第一信 使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受 体，导致产生胞内第二信使，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。
（二）细胞内信号蛋白的相互作用
(三)信号转导系统的主要特性
特异性 放大作用 信号终止或下调 整合
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第二节
细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 3个结构域：位于C端的激素结合位点，位于中 部富含Cys、具有锌指结
性，引起细胞的应答反应。 气体性信号分子(NO)：迄今发现的第一个气体信号分子，能进
入细胞直接激活效应酶。“明星分子”。
物理信号：声、光、电和温度变化等。
细胞表面受体三大家族 受体——是一种能够识别和选择性结合某种 离子通道耦联受体 配体（信号分子）的大分子。
多为糖蛋白，少数是糖脂、糖蛋白和糖脂复 合物。
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通过胞外信号介导的细胞通讯发生过程：
①产生信号的细胞合成并释放
信号分子；
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、代谢或发育改变；
（二）信号分子与受体 信号分子：是细胞信息的载体，种类繁多。
号转导继而对靶细胞产生效应。
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一、 G蛋白耦联受体的结构和激活
G蛋白是三聚体GTP结合调 节蛋白（trimeric GTPbinding regulatory protein）的简称，位于质 膜内胞浆一侧。G蛋白在信 号转导过程中起着分子开 关的作用。
化学信号
进入细胞，与细胞内受体结合形成激素-受体复合物，进而调 节基因表达
亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，可穿过细胞膜
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子、局部化学递质和 大多数激素，不能穿膜，只能通过与靶细胞表面受体结合，再
经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶的活
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细胞识别（cell recognition）：是指细胞通过
其表面信号分子（受体）与另一细胞表面的信号
分子（配体）选择性地相互作用，最终产生细胞
应答的过程，也称膜表面分子接触通讯
①同种同类细胞间的识别； ②同种异类细胞间的识别； ③异种异类细胞间的识别; ④异种同类细胞间的பைடு நூலகம்别。
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胞 外 信 号 结 合 所 诱 导 的 G 蛋 白 活 化
G蛋白耦联受体是
指配体-受体复合物 与靶蛋白（效应酶 和通道蛋白）的作 用要通过G蛋白的耦
联，在细胞内产生
第二信使，从而将
胞外信号跨膜传递
G蛋白耦联受体
在膜上都有相同的取向，含有7次跨膜的a螺旋 区（H1-H7），4个细胞外肽段（E1-E4），4个
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蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)
PKC是钙和磷脂依赖性酶，在未受刺激的细胞
中,PKC主要分布在细胞质中,呈非活性构象。
当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca2+浓度升高， PKC便转位到质膜内表面，被DG活化，PKC可以使 蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化是不同的细 胞产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细
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细胞信号转导
第一节 概述
一、细胞通讯
细胞通讯（cell communication）
是指一个细胞发出的信息通过
介质传递到另一个细胞并与靶
细胞相应的受体相互作用，然
后通过细胞信号转导产生胞内
一系列生理生化变化，最终表 现为细胞整体的生物学效应的
过程。
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细胞内有五种最重要的第二信使
细胞内有五种最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1，2-二酰甘油(diacylglycerol，DAG)、 1，4，5-三磷酸肌醇(inosositol 1，4，5-trisphosphate，IP3)、Ca2+ 等。
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(一)以cAMP为第二信使的信号通路 环腺苷磷脂二酯酶（PDE）降解cAMP生成5‘酸环化酶活性的变化调节靶细胞内第二信使cAMP AMP，终止信号。
细胞应答激素反应的主要机制之一。 腺苷酸环化酶：
12次跨膜蛋白 2组整合结构域
Ga亚基的首要效应酶是腺苷酸环化酶，通过腺苷 水平，进而影响信号通路的下游事件。这是真核
胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜上的磷 脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰
↘
磷脂酰肌醇 二酰基甘油
肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）
和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转
换为胞内信号。
肌醇三磷酸
（ 一 细 胞 间 通 讯 方 式
)
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通过分泌化学信号的通讯（化学通讯）
化学通讯是间接的细胞通讯，指细胞分泌一 些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子 作用于靶细胞，调节其功能。
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内分泌（endocrine）： 内分泌细胞分泌的激素
cAMP与R以协同方式结合
2个调节亚基（R） 2个催化亚基（C）
细胞快速应答胞外信号的过程：
细胞缓慢应答 胞外信号过程： 反应链：
激素
G蛋白耦联受体
G蛋白
腺苷酸环化酶
cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A （PKA） 基因调控蛋白
基因转录
H
R Ｒ
β β γ
GTP
α
γ
A C
GDP
cAMP
ATP
（二）磷脂肌醇双信使信号通路
绞痛的病人(这种绞痛是由血液不适当地流向
心肌引起的)。硝化甘油在体内转化成NO，它
可以使血管松弛。减轻心脏的工作压力，减少
心肌对氧的需要。
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第三节
G蛋白耦联受体的信号转导
亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋 白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞，
而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信
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细胞间隙连接（gap junction）
动物相邻细胞间形成间隙连接以及植物 细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通 过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联。
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间隙连接实现代谢 偶联或电偶联：通 过交换小分子来实 现代谢偶联或电偶 联
构的DNA或Hsp90
结合位点，以及
位于N端的转录激
活结构域。
类固醇激素与甲状腺素 通过胞内受体调节生理过程
类固醇激素诱导的基因活化2个阶段：
初级反应：直接激活少数特殊基因的转录，
反应迅速；
次级反应：初级反应产物再活化其它基因
产生延迟的放大作用。
DNA
DNA
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合 NO是另一种可进入细胞内部的信号分子，能快
速透过细胞膜，作用于邻近细胞。
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NO对血管的作 用
血管内腔 G蛋白耦联受体 内皮细胞 钙调蛋白 磷脂酶C 1,4,5-肌醇三磷酸
具有鸟苷酸 环化酶活性
抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导 致血管平滑肌舒张。
NO对血管的效应可以很好地解释硝化甘油
的作用，早在100年前就使用硝化甘油处理心
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通过化学突触传递神经信号（neuronal
signaling）：神经递质（如乙酰胆碱）由突触
前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于
特定的靶细胞。
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细胞间接触依赖性通讯
细胞间直接接触，通过与质膜结合的信 号分子影响其他细胞。 包括细胞-细胞黏着、细胞-基质黏着。
1971年诺贝尔医 学和生理学奖
第一信使：水溶性的细胞外信号分子（如神经递
质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换
机制实现信号传递。
第二信使：第一信使与受体作用后在胞内最早产
生的信号分子。如cAMP、cGMP、Ca2+、二酰甘油
（DAG）、1,4,5-肌醇三磷酸（IP3）等。
细 胞 内 肽 段 （ C1-C4 ） ， E4 环 结 合 胞 外 信 号
（配体），C3结构域和有些受体的C2环，是与
G蛋白相互作用的位点。
配体作用位点
G蛋白作用位点
二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
以cAMP为第二信使的信号通路； 以肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（ DAG）作为双信使的磷脂酰肌醇信号通路； G蛋白耦联离子通道的信号通路。
白，如Ras和类Ras蛋白。 信号转导中的作用而获诺贝尔医学与生理学奖。
鸟苷酸交换因子（GEF）介导开关蛋白由失
活态→活化态。
GTP酶
GTPase促进蛋白（GAP）和
G蛋白信号调节子（RGS）促
GDI RGS
进GTP水解；鸟苷酸解离抑制
物（GDI）抑制GTP水解。
GTP酶
蛋白激 酶磷酸化改变蛋白质电荷并改变构象，改
不同信号可产生相同效应：
胰高血糖素 肾上腺素
肌钙蛋白 脂酶
第二信使与分子 开关 20世纪70年代，Sutherland等提出激素
作用的第二信使学说：胞外物质（第一信 使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受 体，导致产生胞内第二信使，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。
（二）细胞内信号蛋白的相互作用
(三)信号转导系统的主要特性
特异性 放大作用 信号终止或下调 整合
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第二节
细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 3个结构域：位于C端的激素结合位点，位于中 部富含Cys、具有锌指结
性，引起细胞的应答反应。 气体性信号分子(NO)：迄今发现的第一个气体信号分子，能进
入细胞直接激活效应酶。“明星分子”。
物理信号：声、光、电和温度变化等。
细胞表面受体三大家族 受体——是一种能够识别和选择性结合某种 离子通道耦联受体 配体（信号分子）的大分子。
多为糖蛋白，少数是糖脂、糖蛋白和糖脂复 合物。
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通过胞外信号介导的细胞通讯发生过程：
①产生信号的细胞合成并释放
信号分子；
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、代谢或发育改变；
（二）信号分子与受体 信号分子：是细胞信息的载体，种类繁多。
号转导继而对靶细胞产生效应。
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一、 G蛋白耦联受体的结构和激活
G蛋白是三聚体GTP结合调 节蛋白（trimeric GTPbinding regulatory protein）的简称，位于质 膜内胞浆一侧。G蛋白在信 号转导过程中起着分子开 关的作用。
化学信号
进入细胞，与细胞内受体结合形成激素-受体复合物，进而调 节基因表达
亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，可穿过细胞膜
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子、局部化学递质和 大多数激素，不能穿膜，只能通过与靶细胞表面受体结合，再
经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶的活
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细胞识别（cell recognition）：是指细胞通过
其表面信号分子（受体）与另一细胞表面的信号
分子（配体）选择性地相互作用，最终产生细胞
应答的过程，也称膜表面分子接触通讯
①同种同类细胞间的识别； ②同种异类细胞间的识别； ③异种异类细胞间的识别; ④异种同类细胞间的பைடு நூலகம்别。
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胞 外 信 号 结 合 所 诱 导 的 G 蛋 白 活 化
G蛋白耦联受体是
指配体-受体复合物 与靶蛋白（效应酶 和通道蛋白）的作 用要通过G蛋白的耦
联，在细胞内产生
第二信使，从而将
胞外信号跨膜传递
G蛋白耦联受体
在膜上都有相同的取向，含有7次跨膜的a螺旋 区（H1-H7），4个细胞外肽段（E1-E4），4个
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蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)
PKC是钙和磷脂依赖性酶，在未受刺激的细胞
中,PKC主要分布在细胞质中,呈非活性构象。
当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca2+浓度升高， PKC便转位到质膜内表面，被DG活化，PKC可以使 蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化是不同的细 胞产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细
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细胞信号转导
第一节 概述
一、细胞通讯
细胞通讯（cell communication）
是指一个细胞发出的信息通过
介质传递到另一个细胞并与靶
细胞相应的受体相互作用，然
后通过细胞信号转导产生胞内
一系列生理生化变化，最终表 现为细胞整体的生物学效应的
过程。
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细胞内有五种最重要的第二信使
细胞内有五种最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1，2-二酰甘油(diacylglycerol，DAG)、 1，4，5-三磷酸肌醇(inosositol 1，4，5-trisphosphate，IP3)、Ca2+ 等。
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(一)以cAMP为第二信使的信号通路 环腺苷磷脂二酯酶（PDE）降解cAMP生成5‘酸环化酶活性的变化调节靶细胞内第二信使cAMP AMP，终止信号。
细胞应答激素反应的主要机制之一。 腺苷酸环化酶：
12次跨膜蛋白 2组整合结构域
Ga亚基的首要效应酶是腺苷酸环化酶，通过腺苷 水平，进而影响信号通路的下游事件。这是真核