第八章细胞信号转导
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。
细胞的信号转导
• 由膜上的腺苷酸环化酶（AC）环化胞浆内 • ATP形成cAMP。 • cAMP是最早确定的第二信使。 正常情况下，cAMP的生成与分解保持平衡，使 胞浆内cAMP浓度保持在10-7M以下。当配体与受体 结合后，1个AC可生成许多cAMP，使cAMP的水平 在几秒钟内增高20倍以上。
• • • • • • •
3. PLA 2 –AA信号转导系统 花生四烯酸（ AA）是通过磷脂酶水解膜磷脂释放的不饱
和脂肪酸。 1）PLA2的激活机制 ：
许多细胞外信号（如肾上腺素能激动剂、缓激肽、凝血
酶等）都可激活PLA2，有些PLA2通过G蛋白激活；有些 PLA2被PLC激活，PLC通过增加胞内Ca2+、或激活PKC间 接激活PLA2。细胞外信号刺激PLA2途径直接在sn-2位置 脱酯释放AA，是生成AA的重要途径，也是细胞调控AA生
期使用激动剂和拮抗剂的药理或病理情况下，将之除去后受体 数量和反应性均可恢复。
（2）根据调节的种类，分为
1）受体的数目与结合容量：促使受体数目或结合
容量增加的调节称为上调。反之称为下调。
2）反应性：在内环境影响下，受体反应性会产生增
敏、失敏等现象。 增敏：细胞在某种因素的作用下，受体与配体结合的
敏感性增加。如甲状腺素可增加细胞对儿茶酚胺、TSH、
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
• 跨膜信号转导 • （transmembrane signal transduction）
（一）细胞信号转导
1. 细胞信号转导的概念
不同形式的外界信号作用于细胞时，通常并不进入细胞或 直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面（少数类固 醇激素和甲状腺激素除外）通过引起膜结构中一种或数种 特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新
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一般将细胞外信号分子称为“第一信使”，第一信使与受 体作用后在细胞内产生的信号分子称为第二信使。
胞外物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面 受体导致胞内产生第二信使，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。
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亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，它们可以穿过细胞膜 进入细胞，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子和大多数激素，它们不能 穿过细胞质膜，只能通过与靶细胞膜表面受体结合，再经过信号转导 机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或磷酸蛋白酶的活性， 引起细胞的应答反应。
气体性信号分子(NO) ：是迄今为止发现的第一个气体信号分子，它 能直接进入细胞直接激活效应酶，是近年来出现的“明星分子”。
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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。当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信 号转换为胞内物理或化学的信号，以启动一系过程，最终 表现出生物学效应。
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此类受体是细胞表面受体中最大家族，普遍存在于各类 真核细胞表面。其信号的传递需要依赖于G蛋白的活性。
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此类受体包括两种类型：一是受体胞内结构域具有潜在酶 活力，另一类是受体本身不具酶活性，通过其胞内区与酶 相联系。
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山东师范大学生命科学学院
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细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导（cell signal transduction):指的是偶联各种胞外刺激信号与其相应的生理反应之间的一系列分子反应机制。
其分子途径分为三个阶段：1、胞外刺激信号传递(1)环境刺激：(光、温度、水分、重力、伤害、病原菌毒物、矿物质及气体）最重要的环境刺激是光，光是光合作用的能源，光强、光质可作为信号激发受体，引起光形态建成。
（2）胞间信号传递：当环境刺激的作用位点与效应位点处在不同部位时，就必然发生信号的产生和传递。
这些胞间信号（化学信号和物理信号）及某些环境刺激信号就是细胞信号转导过程中的初级信号，即第一信使（first messenger）。
A、化学信号（chemical signals）：指细胞感受环境刺激后形成，并能传递信息引起细胞反应的化学物质，如：植物激素（ABA、GA、IAA等）、植物生长活性物质。
胞间化学信号长距离传递的主要途径是韧皮部，并且可以同时向顶和向基传递，传递速度为0.1-1 mm·s-1；其次是木质部集流传递。
B、物理信号（physical signals）：指细胞感受环境刺激后产生的具有传递信息功能的物理因子，如：电波、水力学信号等。
胞间物理信号电波长距离传递途径是维管束，短距离传递则通过共质体及质外体。
敏感植物动作电波的传播速度可达200 mm·s-1 。
2、膜上信号转换（1）受体（receptor）：受体：指位于细胞质膜上能与化学信号物质特异地结合，并能将胞外信号转换为胞内信号，发生相应细胞反应的物质。
质膜表面有三种类型受体：a、G蛋白偶联受体(G-protein-linked receptor)b、酶联受体(enzyme -linked receptor)c、离子通道偶联受体(ion-channel-linked receptor)受体与化学信号物质的识别反应是细胞信号转导过程中的第一步。
（2）G蛋白G蛋白：GTP结合调节蛋白（GTP binding regulatory protein ），膜上信号转换是通过G蛋白偶联的。
第八章 信号传递
现下游信号通路的作用。
§2 通过细胞内受体介导的信号传递
1. 一些小的亲脂性激素 (类固醇激素)的胞内 受体是基因调节蛋白。
对类固醇激素 的初级反应
对类固醇激素 的次级反应
Figure 15-13 Early primary response (A) and delayed secondary response (B) that result from the activation of an intracellular receptor protein. The
2. NO 相关G蛋白偶联受体：内皮细胞产生的，可 以舒张血管平滑肌细胞
• It has been known for many years that acetylcholine（乙酰胆碱） dilate blood vessels by causing their smooth muscles to relax. In 1980, Furchgott concluded that blood vessels are dilated because the endothelial cells produce a signal molecule that makes smooth muscle cells relax. In 1986 work by Furchgott and parallel work by Louis Ignarro identified NO as the signal that cause relaxation of the vascular smooth muscle. • 1998, Received Nobel Prize
乙酰胆碱作用于 心肌细胞产生舒 张（N受体）
乙酰胆碱作用于 分泌细胞产生分 泌效应（N受体）
细胞信号转导
(二)丝/苏蛋白激酶的作用 常见的丝/苏蛋白激酶主要有：
PKA（蛋白激酶A）—— 由cAMP激活；
PKG（蛋白激酶G） —— 由cGMP激活；
PKC（蛋白激酶C） —— 由DAG/Ca2+激活；
Molecules
在细胞内传递特定调控信号的化学分子称为细 胞内信号分子。 细胞内信号分子主要包括：第二信使、信号转 导蛋白或酶、支架蛋白和衔接蛋白等。 重要概念：secondary messenger 在细胞内传递信号的小分子化学物质常称为 第二信使。
一、第二信使通过浓度和分布改变传递信号
三、细胞内信号转导具有多条通路并构成网络
Signals in Cells can be Transducted Through a Few of Pathways Which Are Constructed into a Network
细胞内各种信号转导分子按一定顺序排列起来，依
次相互识别、相互作用并有序地进行信号的转换和
O
P OH
O
OH
HO P O CH2
OH
N O
cAMP
磷酸二酯酶
(phosphodiesterase, PDE)
AMP
OH OH
cAMP是蛋白激酶A（PKA） 的变构激活剂。PKA是由四
个亚基构成的寡聚体。其中两 个亚基为催化亚基，另两个亚 基为调节亚基。 当PKA的调节亚基与cAMP结 合后发生变构（每一调节亚基 可结合两分子cAMP），与催 化亚基解聚，从而使之激活。
4. 药物和代谢物：
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)。
细胞信号传导与转导
细胞信号传导与转导细胞信号传导与转导是细胞内外信息传递的重要过程，它对维持细胞生命活动、调控细胞功能起着至关重要的作用。
本文将介绍细胞信号传导与转导的基本概念、重要组成及其在细胞生物学中的应用。
一、细胞信号传导的基本概念细胞信号传导是指在细胞内外环境改变时，通过化学、物理或细胞接触等方式传递信息的过程。
细胞信号根据传导距离的不同，可分为近距离信号和远距离信号。
近距离信号主要通过细胞间直接接触、细胞外分泌物等方式传递，而远距离信号则通过激素等在血液中传播到全身各个组织和器官。
信号分子可分为激素、神经递质、细胞因子等，它们通过与细胞表面的受体结合，触发细胞内一系列信号传导及转导的反应。
二、细胞信号传导与转导的重要组成1. 受体分子：受体是细胞接受外界信号的分子，可分为膜受体和胞浆内受体。
膜受体位于细胞膜上，主要通过与外界信号分子结合激活细胞内信号通路。
胞浆内受体则位于细胞质或细胞核内，它们通常与脂溶性信号分子结合，进入细胞质或细胞核后才会激活信号传导。
2. 信号转导分子：信号转导分子是连接受体与效应分子之间的纽带，它们负责将外界信号传导至细胞内部。
常见的信号转导分子包括激酶、磷酸酶、离子通道及细胞骨架等。
3. 信号通路：信号通路是信号传导与转导过程中的重要组成部分，是一系列信号分子之间相互作用的连续反应链。
信号通路可分为激活型和抑制型，通过一系列环节的激活或抑制调控下游效应蛋白的活性。
三、细胞信号传导与转导的应用1. 疾病研究：细胞信号传导与转导异常往往与疾病的发生和发展密切相关。
许多疾病如癌症、糖尿病等都与信号通路的异常活化或失活有关。
因此，深入研究细胞信号传导与转导的机制对于理解疾病的发生机制、预防和治疗具有重要意义。
2. 药物开发：细胞信号传导与转导在药物开发中发挥着重要作用。
通过干扰信号通路中的关键分子，可以实现对某些疾病的治疗。
许多抗癌药物就通过干扰肿瘤细胞的信号传导与转导来实现抗肿瘤效果。