细胞生物学第8章细胞信号传导
细胞的信号传导
细胞的信号传导细胞的信号传导是维持生命活动和正常功能的基本过程之一。
细胞通过相互之间的信号传递，能够感受、传递和响应内外环境的各种刺激，从而调控细胞的生理和生化过程。
信号传导的过程涉及到多种分子和蛋白质的参与，包括细胞膜上的受体、信号分子、信号转导通路等。
下面将详细介绍细胞的信号传导的基本概念、机制和重要性。
细胞的信号传导可以分为内源性和外源性信号。
内源性信号由细胞内部的分子产生，如细胞内信号分子、细胞内的酶活性等；而外源性信号则来自于细胞外界的刺激，如激素、神经递质等。
无论是内源性信号还是外源性信号，都需要通过特定的受体在细胞膜上或细胞内部与信号分子结合。
这种结合会引发一系列的反应，从而将信号传递到细胞内部。
在细胞膜上，存在着多种类型的受体，包括离子通道受体、酪氨酸激酶受体、鸟苷酸环化酶受体等。
每种受体针对不同的信号分子有特异性。
当信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，从而激活下游的信号转导通路。
信号转导通路包括多个蛋白质的相互作用和磷酸化修饰，从而将信号传递到细胞内部的靶蛋白上。
在信号转导通路中，蛋白质磷酸化是一个重要的过程。
通常情况下，信号分子与受体结合后，受体会激活下游蛋白质激酶，使其获得磷酸基团。
这些磷酸基团可以进一步激活或抑制其他蛋白质，从而改变细胞内的生理状态。
磷酸化的过程是一个高度有序的过程，由多种激酶和磷酸酶参与调控。
除了蛋白质磷酸化，还存在其他一些重要的信号传导机制，如细胞内钙离子浓度的变化、第二信使的产生等。
细胞内钙离子浓度的变化可以通过细胞膜上的钙离子通道或胞内储存钙的细胞器释放钙离子。
而第二信使则可以中继信号分子到达下游分子，从而扩大和放大信号的传导效果。
细胞的信号传导对于维持细胞的生理功能和适应环境变化至关重要。
细胞通过信号传导可以感应环境的变化，并据此调控细胞的代谢、增殖、分化等过程。
例如，许多激素和生长因子通过信号传导机制影响细胞的生长和分化，维持组织的正常功能。
细胞的信号转导医学细胞生物学
细胞信号转导的分类
01
根据信号分子种类的不同，细胞信号 转导可以分为亲脂性信号转导和亲水 性信号转导。
02
亲脂性信号转导主要涉及类固醇激素 、甲状腺激素等脂溶性激素，而亲水 性信号转导则涉及氨基酸、肽类、核 苷酸等水溶性分子。
03
此外，根据信号转导途径的不同，细 胞信号转导还可以分为受体介导的信 号转导和非受体介导的信号转导。受 体介导的信号转导主要涉及配体-受 体相互作用，进而激活一系列的信号 分子和酶促反应；而非受体介导的信 号转导则主要涉及细胞内某些化学反 应或物理刺激引起的信号转导。
指导。
新药靶的抗肿瘤作用研究
要点一
总结词
新药靶的抗肿瘤作用研究是信号转导领域的重要应用方向 ，旨在开发针对肿瘤细胞特异信号通路的创新药物。
要点二
详细描述
肿瘤的发生发展与细胞信号转导通路的异常密切相关。针 对新发现的靶点，研究者们会评估其在抗肿瘤中的作用， 包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡、抑制肿瘤血管生 成等方面。通过体外实验和临床试验，验证新药靶在抗肿 瘤治疗中的潜在应用价值，为肿瘤治疗提供新的策略和药 物候选物。
02 医学细胞生物学基础
医学细胞生物学定义
医学细胞生物学是一门研究细胞的结 构、功能、生长、发育、代谢、遗传 和疾病等生命现象的科学。它以细胞 为基本单位，研究细胞的组成、结构、 功能和相互关系，以及细胞在生命活 动中的作用和变化规律。
VS
医学细胞生物学是医学领域中一门重 要的基础学科，它为医学研究和临床 实践提供了重要的理论基础和技术支 持。
信号转导与疾病的诊断
分子标志物
信号转导相关分子可作为疾病诊断的标志物。例如，某些癌症患者体内存在异常激活的信号转导分子，这些分子可作 为癌症诊断的指标。
细胞生物学总结(复习重点)——8.细胞信号转导
4、细胞通讯：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。
对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。
包括分泌化学信号（内、旁、自、化学突触）、细胞间接触、和相邻细胞间间隙连接。
5、细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致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。
20、信号分子：生物体内的某些化学分子，如激素、神经递质、生长因子、气体分子等，在细胞间和细胞内传递信息，特称为信号分子。
21、信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套的特定机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。
22、受体：一种能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转导为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。
两个区域：配体结合区、效应区。
受体主要有三类离子通道型受体、G蛋白偶联型受体和酶偶联的受体。
23、第一信使：一般将胞外信号分子称为第一信使。
24、第二信使：细胞表面受体接受胞外信号后最早在胞内产生的信号分子。
细胞内重要的第二信使有：cAMP、cGMP、DAG、IP3等。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性，也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。
10、IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。
DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单脂酰甘油。
13、分子开关：在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制精确调控，也即对每一步反应既要求有激活机制，又必然要求有相应的失活机制，使细胞内一系列信号传递的级联反应能在正、负反馈两个方面得到精确控制的蛋白质分子称为分子开关。
细胞生物学中的细胞信号转导途径
细胞生物学中的细胞信号转导途径细胞信号转导途径是指细胞内外信息传递的过程，其目的是使信号传递到细胞内部，从而引起细胞内某种生理反应。
细胞信号转导途径是一种复杂的过程，主要包括信号的识别、传递、放大等多个环节，其中参与的蛋白质、代谢物和信号分子非常多。
当细胞外界环境改变时，例如发生感染、受到刺激、遭到损伤等，细胞就会接收到相应的信号。
这些信号会通过受体蛋白在细胞外表面传递到细胞内部，从而影响到细胞内部代谢物的表达和转化，导致细胞内部发生变化。
在这个过程中，细胞吸收和放出的各种分子会共同构成细胞信号转导途径，这些分子形成细胞传递的信息流。
细胞信号转导途径是细胞内部信号传递最基本、最重要的机制之一。
在细胞生理学中，信号转导途径主要分为三大类：离子通道和荷载体、CDK和激酶酶级联反应、细胞膜受体信号转导途径。
其中，细胞膜受体信号转导途径是最重要的一类信号转导途径。
细胞膜受体信号转导途径细胞膜受体信号转导途径是细胞内部信号转导的主要道路。
膜内受体通常是细胞表面的磷脂酰基肌醇酰化酶（PI3K）、激酶、培养激素受体、酰化酶、酪氨酸激酶和肽激素受体等；膜外受体则包括细胞外信号括号、膜外的受体和胞外基质分子等。
膜内受体和膜外受体的反应控制了信息分子的转导。
细胞膜受体信号转导途径是细胞间相互联系的重要机制。
细胞所受到的信息来源是多种多样的，它们通过膜上的受体传递到细胞内部。
这些信息会进入细胞内部，然后将这些信息传递到细胞内部组织的某些分子。
这种传递方式，能够影响细胞各种代谢物的表达和转化，从而引起细胞内部发生变化。
细胞膜受体信号转导途径的层次非常复杂，大致分为三个层次：一是细胞外部膜受体中间介质和酶的级联反应；二是已死或无反应的凋亡模式；三是积极生长和再生的分化模式。
从细胞的发育到细胞的老化，所有过程都用到了细胞膜受体信号转导途径。
细胞膜受体信号转导途径中有很多的信号传递方式，它们通过另一些关键的因素进行调控、互作，并中断某些传递过程。
细胞信号传导
细胞信号传导细胞信号传导是一种细胞间的通讯方式，涉及到细胞内外的相互作用，它对于维持生物体内部稳态以及适应环境变化起着重要作用。
细胞信号传导涉及到多种分子信号和信号通路，在细胞的正常功能发挥、生长、分化和凋亡等过程中发挥着重要的调控作用。
本文将重点介绍细胞信号传导的基本概念、重要信号通路及其调控机制。
细胞信号传导的基本概念细胞信号传导是一种通过分子信号传递信息的过程。
通常来说，细胞外的信号分子（例如激素、生长因子、细胞因子等）通过与细胞表面的受体结合，触发一系列转导分子的级联反应，最终引发细胞内的相应生物效应。
细胞信号传导可以分为内源性信号传导和外源性信号传导两种类型。
内源性信号传导是指细胞内产生的分子信号通过绑定到受体，激活信号通路产生细胞内信号的过程。
外源性信号传导是指来自细胞外部环境的分子信号（例如激素、药物等）通过绑定到细胞表面的受体，引发细胞内的信号传导。
重要信号通路及其调控机制1. G蛋白偶联受体（GPCR）信号通路GPCR是一类跨膜受体，能够感知细胞外的多种信号分子。
当外界信号分子结合到GPCR上时，GPCR会激活细胞内的G蛋白，使其释放出GTP。
GTP结合的G蛋白进一步激活腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase），将ATP转化为cAMP。
cAMP能够激活蛋白激酶A（PKA），从而调节细胞内的各种生物过程。
2. 酪氨酸激酶受体（RTK）信号通路RTK是一类跨膜受体激酶，包括EGFR、INSR等。
当外界信号分子结合到RTK上时，RTK会自身磷酸化，并激活下游的信号分子，如PI3K/Akt和MAPK/ERK等。
这些信号通路调节细胞的生长、分化和存活等重要生物过程。
3. Wnt信号通路Wnt信号通路参与胚胎发育和成体细胞的生长与发育。
在没有Wnt信号的情况下，Wnt信号通路的蛋白被磷酸化，形成β-氨基丁酸类器官。
当Wnt信号分子结合到膜受体Frizzled和共受体LDL受体相关蛋白（LRP5和LRP6）时，磷酸化作用被抑制，从而导致β-氨基丁酸类器官降解，并通过下游信号调控基因表达。
【2024版】细胞生物学笔记-信号转导
可编辑修改精选全文完整版细胞的信号转导信号转导(signal transduction):指在信号传递中,细胞将细胞外的信号分子携带的信息转变为细胞内信号的过程完整的信号传递程序:1、合成信号分子;2、细胞释放信号分子;3、信号分子向靶细胞转运;4、信号分子与特异受体结合;5、转化为细胞内的信号,以完成其生理作用;6、终止信号分子的作用;第一节、细胞外信号1、由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质。
如：配体2、配体的概念：指细胞外的信号分子，或凡能与受体结合并产生效应的物质。
3、配体的类型：1）水溶性配体：N递质、生长因子、肽类激素2）脂溶性配体：甲状腺素、性激素、肾上腺激素4、第一信使：指配体，即细胞外来的信号分子。
第二节、受体一、受体的概念：细胞膜上或细胞内一类特殊的蛋白质，能选择性地和细胞外环境中特定的活性物质结合，从而引起细胞内的一系列效应。
二、受体的类型：细胞表面受体胞内受体（胞浆和核内）1、细胞表面受体类型1）离子通道偶联受体：特点：本身既有信号结合位点又是离子通道组成：几个亚单位组成的多聚体，亚单位上配体的结合部位，中间围成离子通道，通道的“开”关受细胞外配体的调节。
2）酶偶联受体：或称催化受体、生长因子类受体，既是受体，又是“酶”。
特点：N端细胞外区有配体结合部，C端细胞质区含特异酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性。
组成：一条肽链一次跨膜的糖蛋白。
3、 G蛋白偶联受体：是N递质、激素、肽类配体的受体。
1）特点：指配体与细胞表面受体结合后激活偶联的G蛋白，活化的G蛋白再激活第二信使的酶类。
通过第二信使引起生物学效应。
2）组成：由一条350-400个氨基酸残基组成的多肽链组成，具有高度的同源性和保守性。
3）G蛋白偶联受体作用特点:分布广，转导慢，敏感，灵活，类型多。
G蛋白偶联受体:G蛋白（由G蛋白偶联受体介导的信号转导）1）、G蛋白的概念：指鸟苷酸结合蛋白配体—G蛋白偶联受体—G蛋白2）、G蛋白的结构特征：①由α、β、γ3个不同的亚单位构成异三聚体（异聚体），β、γ二个亚单位极为相似且结合为二聚体，共同发挥作用。
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。
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。
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2、通过分泌化学信息进行相互通讯作用方式 （By Secreted Signal Molecule）
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。根据化学信号分子可以 作用的距离范围，可分为以下4类：
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
间隙连接实现代谢偶联或电偶联
（二）细胞识别（Cell Recognition）
细胞识别(cell recognition)是指细胞通过其表 面的受体与胞外信号物质分子（或配基）选择性 地相互作用，从而导致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，细胞 识别是细胞通讯的一个重要环节。
间隙连接的通讯方式
小结 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。细胞间 的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生 长、分裂、分化和凋亡是必须的。
●细胞通讯方式：
分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化学突触（chemical synapse）
按生物学系统划分 神经系统
内分泌系统 运输系统 代谢系统 遗传系统 发育系统
感觉系统
免疫系统 按临床药理学分
配体
神经递质
激素
底物
代谢底物
多核苷酸链序列
调控因子
食物 气味 声音 弱光 强光、颜色 触觉 压觉
抗原
药物、毒素
受体
突触后膜上的受体
靶细胞膜受体
载体
相应的酶
与之互补的核苷酸
受体
味觉细胞 嗅觉细胞 听毛细胞 视杆细胞 视锥细胞 触觉小体 环层小体
细胞间接触性依赖的通讯方式
4、通过细胞间隙连接的细胞通讯（By Gap Junction）
通过细胞间隙连接的细胞通讯是细胞间的 直接通讯方式。两个相邻的细胞以连接子 （connexon）相联系。连接子中央为直径 1.5nm的亲水性孔道。允许小分子物质如 Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞对 外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电 耦联现象。
多细胞生物有机体中有3种识别系统：抗原一 抗体的识别，酶与底物的识别，细胞间的识别。 第三类包括通过细胞表面受体与胞外信号分子的 选择性相互作用，从而导致一系列的生理生化反 应的信号传递。无论是哪一种识别系统，都有一 个共同的基本特性，就是具有选择性，或是说具 有特异性。
细胞识别可以发生在分子水平和细胞水平 A、分子水平的识别
(2)旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分 子通过扩散作用于邻近的细胞。包括：① 各类细胞因子；②气体信号分子（如：NO）
(3)突触信号发放：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。
(4)自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶 细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。 如：大肠癌细胞可自分泌产生胃泌素，介 导调节c-myc、c-fos和ras p21等癌基因表达， 从而促进癌细胞的增殖。
第一节 细胞信号转导概述
一、细胞通讯（Cell communication）
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 细胞产生相应的反应。
（一）细胞通讯的方式
1、细胞通讯可概括为三种方式：
①通过分泌化学信息进行相互通讯；
②细胞间接触性依赖的通讯（细胞直接 接触，通过与质膜结合的信号分子影响其 他细胞）
细胞间接触性依赖的通讯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，即细胞识别（cell recognition）。可分为：①同种同类细胞间的识别，如胚 胎分化过程中神经细胞对周围细胞的识别，输血和植皮引 起的反应可以看作同种同类不同来源细胞间的识别；②同 种异类细胞间的识别，如精子和卵子之间的识别，T与B 淋巴细胞间的识别；③异种异类细胞间的识别，如病原体 对宿主细胞的识别，④异种同类细胞间的识别，仅见于实 验条件下。
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 息系统的进化。
免疫细胞及抗体
器官组织、病灶区细胞
B、细胞之间的识别 1．同种同类细胞间的识别 低等动植物细胞聚集，如团藻、海绵。 高等动物胚胎发育与分化 凝血反应 皮肤创伤，靠血小板识别凝集。 体外培养细胞的接触抑制。 2．同种异类细胞间的识别 1）单细胞生物有性接合 从细菌到原生动物普遍存子进行胞间通讯的几种方式
相同信号分子在不同靶细胞上诱导不同的反应
细胞内信号转导蛋白通过磷酸化去磷酸化调控活性的两种方式
不同种类的胞外信号分子与不同种类受体结合
3、细胞间接触性依赖的通讯（Contact-dependent Signaling）
依赖细胞间的直接接触，通过与质膜结合的信号分子影响 其他细胞。
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。
(1)内分泌（endocrine）：内分泌细胞分泌的激素 随血液循环输至全身，作用于靶细胞。其特点是： ①低浓度，仅为10-8-10-12M；②全身性，随血液 流经全身，但只能与特定的受体结合而发挥作用； ③长时效，激素产生后经过漫长的运送过程才起 作用，而且血流中微量的激素就足以维持长久的 作用。