细胞表面受体与信号转导
细胞生物学第4版第9章细胞信号转导
第一节 细胞信号转导概述
• 细胞通讯步骤与功能
Figure 15-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
一、细胞通讯
• 化学信号通讯 • 接触依赖性通讯（contact-dependent signaling） P157 • 间隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesma）
– 受体特异性识别并结合胞外信号分子 ， 形成受体－配体复合物，导致受体 激活
– 受体构象改变，导致信号初级跨膜转 导，靶细胞内产生第二信使或活化的 信号蛋白
– 胞内第二信使或胞内信号蛋白复合物 装配，起始胞内信号放大的级联反应
– 细胞应答反应 – 受体脱敏或受体下调，终止或降低细
胞反应
蛋白质模式结合域（modular binding domain）
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
• 3 个功能域
– C 端激素结合结构域 – 中部DNA 或Hsp90 结合结构域 – N 端转录激活结构域
• 细胞内受体的本质是依赖激素激活 的转录因子。
• 信号分子的作用是将抑制性蛋白从 细胞内受体上解离，使受体上的 DNA结合位点暴露而激活。
• 激素－核受体复合物与激素反应元 件（HRE）结 合，调节基因转录。
一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（chemical synapse）：神经递质由突触前膜释
放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
二、几个基本概念
• 信号分子 • 受体 • 第二信使 • 分子开关
1. 化学信号分子
• 根据其溶解性分类： • 亲水性信号分子——神经递质、生长因子、细胞因子
细胞信号传导通路在疾病中的作用及其调控机制
细胞信号传导通路在疾病中的作用及其调控机制在生命的进程中，生物体必须与外界进行持续的物质和能量交流，以维持其生命和功能。
而细胞信号传导通路是实现此种交流的重要方式。
细胞信号传导通路是一个复杂的跨膜信号传导系统，它将细胞外的各种化学和物理刺激转化成细胞内的生物化学反应，从而调控细胞的基本生命活动。
这个信号传导系统涉及到细胞膜表面受体、信号转导分子、蛋白激酶和转录因子等一系列分子和细胞器结构。
细胞信号传导通路的异常会导致多种疾病发生，如癌症、心血管疾病、免疫系统障碍等，因此，对这一系统进行相关研究和探索，对治疗这些疾病的发生和发展具有重要的临床意义和价值。
一、细胞信号传导系统中重要的分子机制：1. 受体分子细胞膜受体是重要的细胞信号转导分子。
细胞表面受体是一类大分子，它们在细胞表面向外界的分子信号，如激素、生长因子等特定的化合物相应，进而引发细胞内的生化反应。
常见的受体分子有G蛋白偶联受体、酪氨酸激酶受体、鸟苷酸环化酶受体及钙离子通道等等。
2. 信号分子细胞内的化合物不同于细胞表面受体，它们是细胞通过一定的信号通道收到信息后，传送到细胞内部，影响细胞内部的生理活动。
常见的信号分子有细胞凋亡促进因子，如肿瘤坏死因子、自发的信号分子，如cAMP、cGMP等。
3. 蛋白激酶蛋白激酶是调控细胞信号传导的关键酶。
它能在细胞内介导多种信号通道，如细胞凋亡、细胞增殖、凋亡抑制等。
二、信号传导系统在疾病中的作用：1. 表达异常细胞信号功能异常是引起许多疾病的重要原因之一。
细胞信号异常最为常见的就是基因异常，如HER2/neu基因的突变与胃癌、乳腺癌的发生有关。
2. 肿瘤的发生和发展肿瘤的形成是细胞凋亡受损的结果，许多信号分子的作用变异和信号分子之间的配合不良会导致细胞凋亡抑制或细胞增殖活动增强，促进肿瘤的发生和发展。
3. 免疫系统的发生改变细胞信号系统的异常会导致免疫系统的功能异常，如过度或不足的自身免疫反应、呼吸系统炎症等。
细胞信号转导
缺少细胞内酪氨酸激酶的酶联受体
• 非酪氨酸激酶受体 （nonreceptor tyrosine kinases）就是缺少细 胞内催化活性的酶联 受体。虽然这种受体 本身没有酶的结构域， 但实际效果与具有酶 结构域的受体是一样 的。
• 受体与酪氨酸激酶是 分开的，配体与受体 结合后，受体形成二 聚体，两个酪氨酸激 酶分别与受体结合并 被激活。
目录
受体的分类
离子通道偶联受体（ion-channel linked receptor）：如烟碱样乙酰胆碱受体
细胞表面受体（surface receptor） 主要是同大的信号分子或小的
亲水性的信号分子作用
G-蛋白偶联受体（G-protein linked receptor）：如M-乙酰胆碱受体、肾上腺素受体
Messenger
Messenger
Receptor
Cell Membrane
Cell
Receptor
Cell Membrane
Cell
Cell
Receptor
Membrane
Cell Messenger
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三种类型的细胞表面受体
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离子通道偶联受体（ino-channel linked receptor）
酶联受体（enzyme-linked receptor）：包括缺少细胞内催化活性的酶联受体 和具有细胞内催化活性的酶联受体
细胞浆受体：如肾上腺皮质激素受体、性激素受体 细胞内受体（intracellular receptor）
主要是同脂溶性的小信号分子作用 细胞核受体：如甲状腺素受体
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细胞内受体
子称为旁分泌信号。如生长因子(growth factors)蛋白
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。
植物生理学习题大全——第7章细胞信号转导
第七章细胞信号转导一. 名词解释细胞信号转导(siginal transduction)：指细胞偶联各种刺激信号与其引起的特定生理效应之间的一些列分子反应机制。
信号(signal)：对植物来讲，环境就是刺激，就是信号。
配体(ligand)：激素、病原因子等化学信号，称为配体。
受体(receptor)：能够特异地识别并结合信号、在细胞内放大和传递信号的物质。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞表面的受体。
细胞内受体(intracellular receptor)：位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡膜上的受体。
跨膜信号转换(transmembrance transduction)：信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号传递进入细胞内的过程。
受体激酶：位于细胞表面的一类具有激酶性质的受体。
第二信使(second messengers)：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使。
级联反应(cascade)：在连锁的酶促反应中，前一反应的产物是后一反应的催化剂，每进行一次修饰反应，就使调节信号产生一次放大作用。
蛋白激酶(protein kinase,PK)：一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。
第一信使(first messenger)：能引起胞内信号的胞间信号和环境刺激，亦称为初级信使。
蛋白质磷酸化作用(protein phosphorylation)：是指由蛋白激酶催化把磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基的过程。
双信使系统(double messenger system)：胞外刺激使PIP2转化为IP3和DAG两个第二信使，引发IP3/Ca2+和DAG/PKC两条信号转导途径，在细胞内沿两个方向传递，这样的信号系统称之为双信使系统。
二. 缩写符号HK：组氨酸激酶RR：应答调控蛋白RLK：类受体蛋白激酶CaM：钙调蛋白CDPK：钙依赖型蛋白激酶PIP2：4,5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP：4-二磷酸磷脂酰肌醇PLC：磷脂酶C IP3：三磷酸肌醇DAG：二酰甘油PKC：蛋白激酶C PK：蛋白激酶PP：蛋白磷酸酶三. 简答题1. 细胞接收胞外信号进行信号转导的步骤。
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。
细胞信号传递通路与信号转导
细胞信号传递通路与信号转导细胞信号传递通路及信号转导一直是生物学和医学领域中的热门研究课题，这一领域涵盖了许多重要的生物过程与疾病发生发展过程。
本文将从细胞信号传递的基本概念入手，分析信号传递的主要类型以及信号转导的机制和重要作用。
一、细胞信号传递的基本概念细胞信号传递是指细胞内外环境的信息交流和传递过程。
这一过程起始于细胞接受到特定的信号，例如化学物质、光、压力、温度、重力等，信号将被通过受体蛋白的识别和转化，进而引发一系列的生物反应。
通常，细胞信号传递可分为内分泌、神经递质和细胞接触信号三种。
内分泌信号就是由内分泌腺分泌出来的激素通过血液系统传递到靶细胞上，从而诱导生物反应的一种信号传递方式。
神经递质信号则是由神经系统释放的化学物质，在神经节点周围与神经元或神经肌肉接头处作为信号分子，引发与神经母细胞发生反应的一种信号传递机制。
此外，细胞接触信号也被广泛研究，细胞接触信号是指当细胞表面的受体分子与信号转导分子结合，可通过分子接触引发一系列的细胞反应。
二、信号转导的机制和重要作用基本上，信号转导是细胞内外信号分子之间一系列、有次序的分子交互。
某一刺激通过多种信号转导蛋白激活下，可能会在细胞内部激活一些信号分子或转录因子，从而改变细胞代谢或活性的一种过程。
信号转导的过程可分为分子水平、细胞水平和器官水平三个层次。
在分子水平，信号分子进入细胞，与受体分子结合，通过不同的反应促进几乎每个细胞代谢路径的正常运作，包括细胞增殖、分化、凋亡、代谢等。
在细胞水平，信号分子的去留和寿命影响着细胞表型的选择，可导致细胞生长、方向性运动和发育等的变化，或在人体免疫防御和神经系统细胞内存储信息等过程起到重要作用。
在器官水平，信号转导机制影响到心血管、神经、消化系统支配内脏活动的机能，使人体系统内的动力学变得更加协调和稳定。
三、细胞信号传递通路研究的意义最近几年，细胞信号传递通路研究的价值越来越被广泛关注。
这一研究对于人类疾病的治疗和预防毫不含糊。