第八章细胞信号转导教案
第八章细胞信号转导
Sequestration; down-regulation; inactivation; inactivation; inhibitory protein
再见
2011
接触性依赖的通讯
①
②
③ ⑤
④
胞外信号介导的信号通讯
（二）信号分子与受体
●信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子：主要包括甾类激素和甲状腺素 亲水性信号分子：神经递质、生长因子、大多数激素。 气体性信号分子：NO，能进入细胞直接激活效应酶
●受体（receptor） ●第二信使（second messenger） ●分子开关（molecular switches）
受体
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子。
根据存在部位分为：细胞内受体、细胞表面受体 根据信号转导机制和受体蛋白类型不同：
离子通道耦联受体、G蛋白耦联受体、酶连受体。 包括两个功能区：配体结合区----具有结合特异性
效应区 ---------具有效应特异性
Joseph Orly 和 Micheal Schramm 通过细胞融合实验 首先证明了受体与 腺苷酸环化酶是不 同的两种蛋白。
（三）G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
1.离子通道偶联的受体
特点：
①主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突 触信号传递
②跨膜信号转导无需中间步骤 ③受体/离子通道复合体 ④选择性：配体的特异性和运输离子的选择性
2.G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控
3.Gt蛋白耦联的光受体的活化诱发cGMP－ 门控阳离子通道的关闭
•百日咳毒素催化Gi的α亚基发生ADP-核糖基化 ，结果抑制了GDP的释放，使Gi的α亚基不能活 化，从而阻断了Ri受体引起的对腺苷酸环化酶的 抑制作用。导致气管内的cAMP水平增高，促使 液体、电解质和黏液分泌增多，并进入肺，引起 严重的咳嗽。
第8章 信号传导
一、细胞信号转导的特征及其转导系统
（三）细胞传递信号的特征：
1342...细细细胞胞胞信受对对号到外外具多界界有种刺刺终信激激止号的必和 刺反须下激应作调，是出 适作细通当用胞过的。对信反信号应 号传，具导且有进反整行应合的是 作，特用而异，转 性它导的以过。不程同是的一组个合放方大式过调程节。细 胞的行为。
亲肌脂醇性信号信通号路分的“子第：三甾信类使”激。素第和二甲信使状的腺作素用： 亲信水号转性换信、号信号分放子大：。 神经递质，生长因子，局部化学递
质和大多数激素，这类信号分子又称为第一信使
（primary messenger）。
气体性信号分子(NO)： 进入细胞直接激活效应酶,参
与体内众多的生理病理过程，被誉为star molecule
二、NO作为信号分子
科学家发现人体内自身产生的一些以往被视为“有害”的 气体也有控制血管功能和调节血压的作用。为了与传统的 信号分子区别，人们提出了气体信号分子这一新概念。
第一个被发现的气体分子信号是NO，3位外国科学家因此获 得了1998年诺贝尔医学与生理科学奖，并以此开发出药物 万艾可（伟哥）。
在生物发育过程中，每个细胞接受特定组合的细胞外信号 分子发生特定的反应。
二、细胞通讯(cell communication)
概念： 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） 细胞通讯方式： 1.三种细胞通讯方式
（1）分泌化学信号进行通讯 （2）接触依赖性通讯 （3）间隙连接或者胞间连丝
二、细胞通讯(cell communication)
（1）分泌化学信号进行通讯
（2）接触依赖性通讯
（3）间隙连接或者胞间连丝
研究生教学细胞信息传递第八节信号转导与医学
寻找新的药物靶点
针对信号转导通路的靶点
信号转导通路在许多疾病中发挥重要作用，针对这些通路中的关键分子开发药物，可能 为治疗疾病提供新的策略。
寻找疾病相关的新靶点
除了已知的信号转导通路，未来研究可能会发现与疾病相关的新靶点，为药物研发提供 新的方向。
提高药物研发效率与成功率
优化药物筛选方法
目前的药物筛选方法存在一定的局限性 ，未来研究需要开发更高效、准确的药 物筛选技术，提高药物研发的成功率。
许多疾病的发生与信号转导异常有关，如肿瘤、代谢性疾病、
神经退行性疾病等。
药物研发
02
通过对信号转导机制的研究，可以发现新的药物靶点，为新药
研发提供理论支持。
个体化治疗
03
通过对患者信号转导通路的深入研究，可以为个体化治疗提供
依据，提高治疗效果。
02
信号转导的组成
受体
受体是细胞表面或细胞内的一种或一类分子，它 们能识别、结合专一的生物活性物质，称为配体 ，生成的复合物能激活和启动一系列物理化学变 化，从而导致该物质的最终生物效应。
针对心血管疾病的信号转导通路进行药物设计和开发是当前心血管疾病治 疗的重要方向之一。
神经退行性疾病
1
神经退行性疾病是一类涉及神经元死亡和功能丧 失的疾病，包括阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎 缩侧索硬化症等。
2
信号转导通路在神经退行性疾病中的作用包括但 不限于：β淀粉样蛋白信号转导、tau蛋白信号转 导和氧化应激信号转导等。
06
展望未来研究方向
深入研究信号转导机制
深入研究信号转导通路的分子机制
信号转导是细胞内一系列复杂的化学反应过程，涉及多个分子之间的相互作用。未来研究需要深入探 索这些分子之间的相互作用机制，以及它们如何调控细胞功能。
细胞的信号转导-细胞识别-膜与医药学-2011
G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，亦称信号转换蛋白，它将受体腺苷酸环化酶偶联起来，使细胞外信号跨膜转换为细胞内信号，即第二信使cAMP。Gs偶联Rs和腺苷酸环化酶，Gi偶联Ri和腺苷酸环化酶。Gs和Gi均已被纯化，相对分子量为80×103～100×103，均由α、β、γ亚基组成，其β、γ亚基相同，而α亚基各不相同。
cAMP信号通路的主要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白激酶A完成的。cAMP特异地活化cAMP依赖的蛋白激酶（A-kinase）而表现出不同的效应。蛋白激酶A由两个催化亚基和两个调节亚基组成，在没有cAMP时，以钝化复合体形式存在。cAMP与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基（图5-27）。活化的蛋白激酶A催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，于是改变这些蛋白的活性。在不同类型的细胞中有不同套的靶蛋白被磷酸化，例如同样是肾上腺素这种胞外信号的刺激，在骨骼肌细胞激活的蛋白激酶A使与糖元分解代谢有关的酶磷酸化，扳动分解糖元生成葡萄糖的机制；在脂肪组织使脂肪分解代谢有关的酶磷酸化，从而导致甘油三脂分解生成脂肪酸。这就解释了为什麽cAMP的效应随靶细胞不同而变化。通过蛋白激酶A的活化，进而使下游靶蛋白磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞行为是细胞快速应答胞外信号的过程。此外，还有一类细胞缓慢应答胞外信号的过程，这就是cAMP信号通路对细胞基因表达的影响。
G-蛋白偶联的受体是细胞表面由单条多肽经七次跨膜形成的受体，N-末端在细胞外，C-末端在细胞内，受体的氨基酸序列含有7个疏水残基肽段，每段22～24个氨基酸残基，形成七次跨膜α-螺旋，其中螺旋5和6之间的胞内环状结构域及C端肽段对与G-蛋白的相互作用至关重要。G-蛋白偶联的受体介导无数胞外信号分子的细胞应答，包括多种蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基酸或脂肪酸的衍生物以及光量子。尽管与这类受体相作用的信号分子多种多样，受体的氨基酸序列也千差万别，但从已分析过的与G-蛋白偶联的受体的结果表明，在所有真核生物从单细胞酵母到多细胞哺乳类都具有相似的七次跨膜结构。甚至在细菌中虽然没有G-蛋白，但发现有结构相似性的膜蛋白--视紫红质（一种光驱动的质子泵）。可见，这类受体在进化上是相当古老的。
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。
《细胞信号转导》课件
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
细胞生物学第8章细胞信号传导
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
第八章 细胞信号转导
3. 细胞表面受体介导的信号转导
A. 通过离子结合介导的受体将化学信号转化为电信 号。
4 or 6-helix transmembrane receptor
B. G蛋白连结受体介导的信号转导
❖ The structure of G protein-linked receptors:
➢ Seven-helix transmembrane; ➢ C-terminal: Ser- and Thr-
B. 细胞通讯的形式----- 细胞可以接收不同类型的化学 信号
C. 信号分子和受体
❖信号分子:
脂溶性激素 水溶性激素 nitric oxide (NO) and carbon monoxide(CO) as cellular messengers
❖细胞表面受体包括三类: glycoproteins
providing even greater amplification.
C. Cyclic AMP 信号通路
❖G蛋白激活及失活循环
cAMP信号的组分
。
①. 激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）； ②. 活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）； ③. 腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）：是相对分子量为 150KD的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺 苷酸环化酶催化ATP生成 cAMP。 ④. 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚 基和两个调节亚基组成，在没有cAMP时，以钝化复合体形 式存在。cAMP与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调 节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的蛋白激酶 A催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸 化，于是改变这些蛋白的活性，进一步影响到相关基因的表 达。 ⑤. 环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase）：可 降解cAMP生成5’-AMP，起终止信号的作用。
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朝阳师范高等专科学校教案
课程名称： 细胞生物学
****： **
开课系部： 生化工程系
开课学年： 2013～2014学年度
开课学期： 第一学期
朝阳师范高等专科学校教案
年 月 日
课题名称
第八章 细胞信号转导
课次 第（1）次课 课时 2
课型
理论（√）；实验（）；实习（）；、实务（）；习题课（）；讨论（）；其
他（）
教学目标
掌握细胞通讯与细胞识别的概念和方式
教学重点与难点
重点：细胞通讯与细胞识别的概念和方式。
难点：细胞通讯的概念。
教学主要内容与教
学设计
一、概述
（一）细胞通讯
分别介绍细胞通讯概念、方式及信号分子和受体。
（二）信号转导系统及其特性
信号转导系统的基本组成与信号蛋白、细胞内信号蛋白的相互作用和信号转
导系统的主要特性。
二、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节
（二）NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
三、G蛋白耦联受体介导的信号转导
（一）G蛋白耦联受体的结构与激活
（二）G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
教学方法 讲授法
教学手段 讲演结合，启发式
课外学习安排 比较G蛋白耦联受体介导的信号通路有何异同
参考资料
《细胞生物学》翟中和 高等教育出版社
《分子细胞生物学》韩贻仁 高等教育出版社
学习效果评测 通过练习检测教学目标实现程度
课外学习
指导安排
了解各种细胞通讯方式之间有何不同
（续）
教学基本内容及进程（注：
本部分是重点，要详细，对教学内容与教学方法要根据教学
大纲、教学对象进行设计，确定教学重点、难点、知识点的布控、教学方法的选择、教学
时间的分配等。
备注
一、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。
1.细胞通讯的方式
（1）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。
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。特点：低浓度；全身性；长时效。
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：各类细胞因子；气体信号分子（如：NO）。
③自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见
于病理状态下，如肿瘤细胞。
④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。
（2）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。
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
（3）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。
2.信号分子与受体
信号分子是细胞信息的载体，种类繁多。
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。受体
多为糖蛋白，少数是糖脂、糖蛋白和糖脂复合物。根据靶细胞上受体存在的部
位，分为：离子通道耦联受体、G蛋白耦联受体、酶连受体。
细胞通讯
概念及方
式
与图片结
合进行讲
解
（二）信号转导系统及其特性
1.信号转导系统的基本组成与信号蛋白
细胞表面受体介导的信号途径由以下4步骤组成：
（1）细胞表面受体特异性识别细胞外信号分子；
（2）细胞信号通过适当的分子开关实现信号跨膜导；
（3）信号传递到胞内效应器（蛋白），引发胞内信号放大的级联反应 ；
（4）由于信号分子失活，细胞反应终止或下调。
2.细胞内信号蛋白的相互作用
3.信号转导系统的主要特性
多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞社会，这种社会性的维持不仅依赖于
细胞的物质代谢与能量代谢，还有赖于细胞通讯与信号传递，从而以不同的方
式协调他们的行为，诸如细胞生长、分裂、死亡、分化及其各种生理功能。
二、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。在细胞内，受体与抑制性
蛋白（如Hsp90）结合形成复合物，处于非活化状态。配体（如皮质醇）与受体
结合，将抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而使受体暴露出DNA结合位点而
被激活。
这类受体一般都有3个结构域：位于C端的激素结合位点，位于中部富含
Cys、具有锌指结构的DNA或Hsp90结合位点，以及位于N端的转录激活结构域。
（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。
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。
三、G蛋白耦联受体介导的信号转导
（一）G蛋白耦联受体的结构与激活
1.定义：
三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory
protein）：简称G蛋白，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。
2.组成:
三个亚基组成, 分别叫α、β、γ, 其中β、γ两亚基通常紧密结合在
一起, 只有在蛋白变性时才分开。
3.功能位点:
α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶
(GTPase)活性; ③ADP-核糖化位点。
（二）G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
（续）
教学基本内容及进程 备注
掌握反应
原理
掌握反应
方法
教
学
后
记
学生掌握教学内容，作业完成情况良好。