细胞信号转导的分子
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。
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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
细胞信号转导PPT课件
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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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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。
细胞生物学 第十二章 细胞的信号转导
第十二章细胞的信号转导信号转导：细胞之间联系的信号有许多种，由细胞分泌的、能够调节机体功能的生物活性物质是一类重要的化学信号分子，它们通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合，将信号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信号做出适当的反应，这一过程称为信号转导。
第一信使：细胞所接收的信号包括物理信号、化学信号等，其中最重要的是由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质，它们是细胞间通讯的信号，被称为“第一信使”。
激素：由内分泌细胞合成，经血液或淋巴循环到达机体各部位靶细胞的化学信号分子，如胰岛素、甲状腺素等，作用特点是距离远、范围大、持续时间长。
神经递质：由神经元的突触前膜终端释放，作用于突触后膜上的特殊受体，如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等，特点是作用时间短、作用距离短。
局部化学介质：由某些细胞产生并分泌的一大类生物活性物质，包括生长因子、前列腺素和一氧化氮等，它们通过细胞外液的介导作用于附近的靶细胞。
胞外信号分子可根据与受体结合后细胞所产生的效应不同，分为激动剂和拮抗剂。
激动剂：指与受体结合后能使细胞产生效应的物质。
①Ⅰ型激动剂：与受体结合的部位与内源性配体相同，产生的细胞效应与内源性配体相当或更强者②Ⅱ型激动剂：与受体结合的部位不同于内源性配体，本身不能使细胞产生效应，但可增强内源性配体对细胞作用者拮抗剂：指与受体结合后不产生细胞效应，但可阻碍激动剂对细胞作用的物质。
①Ⅰ型拮抗剂：结合于受体的部位与内源性配体相同，可阻断或减弱内源性配体对细胞的效应②Ⅱ型拮抗剂：结合于受体的部位与内源性配体不同，能阻断或减弱内源性配体对细胞的作用。
受体：是一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，能特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。
配体（ligand）：与受体结合的生物活性物质统称为配体，包括激素、神经递质、生长因子、某些药物和毒物等。
膜受体：主要为镶嵌在胞膜上糖蛋白，由与配体相互作用的细胞外域、将受体固定在细胞膜上的穿膜域和起传递信号作用的胞内域三部分构成，其配体是一些亲水的、不能直接穿过细胞膜脂质双分子层的肽类激素、生长因子和递质。
细胞信号转导
1基本概念信号转导signal transduction——细胞内外的信号，通过细胞的转导系统转换，引起细胞生理反应的过程。
化学信号chemical signals——细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理反应的化学物质。
物理信号physical signal——细胞感受到刺激后产生的能够起传递信息作用的电信号和水力学信号等物理性因子。
G蛋白G protein——全称为GTP结合调节蛋白(GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由于其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)的结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。
在受体接受胞间信号分子到产生胞内信号分子之间往往要进行信号转换，通常认为是通过G蛋白偶联起来，故G蛋白又称为偶联蛋白或信号转换蛋白。
第二信使second messenger——能被胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子。
第二信使亦称细胞信号传导过程中的次级信号。
在植物细胞中的第二信使系统主要是钙信号系统、肌醇磷脂信号系统和环核苷酸信号系统等。
动作电波action potential，AP——也叫动作电位，指细胞和组织中发生的相对于空间和时间的快速变化的一类生物电位，它是植物的一种物理信号，可通过输导组织传递。
钙调素calmodulin，CaM——是最重要的多功能Ca2+信号受体，为单链的小分子酸性蛋白。
当外界信号刺激引起胞内Ca2＋浓度上升到一定阈值后，Ca2+与CaM结合，引起CaM构象改变。
而活化的CaM又与靶酶结合，使其活化而引起生理反应。
磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI——亦称肌醇磷脂(lipositol)，即其肌醇分子六碳环上的羟基被不同数目的磷酸酯化，PI为磷脂酰肌醇；PIP为磷脂酰肌醇-4-磷酸；PIP2为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸。
肌醇磷脂参与细胞胞内的信号转导。
肌醇-1，4，5-三磷酸inositol-1，4，5-triphosphate，IP3——植物细胞内信号分子，通过调节Ca2+浓度来传递信息。
细胞的信号转导医学细胞生物学第
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二、细胞的信号分子
➢信号分子（配体ligand）：能与细胞内受体或膜受体结合并 产生特定生物学效应的化学物质。 ➢特点：①特异性；②高效性；③可被灭活。 ➢分子种类：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）、氨基酸、 核苷酸、脂类、胆固醇衍生物。 ➢从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部 化学介导因子和气体分子等四类； ➢从信号分子性质分为：脂溶性、水溶性、气体分子三类。
配体→RTK →adaptor →GEF →Ras →Raf （MAPKKK）→MAPKK→MAPK→进入细 胞核→其它激酶或转录因子的磷酸化修饰
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第三节、细胞内受体介导的信号转导
➢核受体介导的信号途径 ➢NO作为信号分子介导的信号途径
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一、核受体介导的信号途径
➢核受体即细胞内受体，存在于核或胞质内，其本质 是甾类激素激活的基因调控蛋白。
Chap 4. 细胞的信号转导
Cell Signal Transduction
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细胞的信号转导（signal transduction）
概述 膜表面受体介导的信号转导 细胞内受体介导的信号转导
信号转导的特点 信号转导与医学
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第一节、概述
息的现代一环的息别
系现象间方境存处在 统象是传面的在理于生 的，信递核变使系生命 进生息维酸化有统命与 化命在持和，机。是非 。的同了蛋维体一一生
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、
分化和凋亡等是必须的。
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细胞通讯的主要方式
细胞间隙连接 膜表面分子接触通讯 化学通讯
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《生物化学》课件 第十一章细胞信号转导 ppt
该受体位于靶细胞膜表面，其配体为水溶性信号分 子和膜结合型信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶 性激素分子、粘附分子等）。
目录
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一种受体分子转换的信号，可通过 一条或多条信号转导通路进行传递。而 不同类型受体分子转换的信号，也可通 过相同的信号通路进行传递。
不同的信号转导通路之间亦可发生 交叉调控，形成复杂的信号转导网络。
信号转导通路和网络的形成是动态 过程，随着信号的种类和强弱而不断的 变化。
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（二）受体与配体相互作的特点
1、高度专一性 2、高度亲和力 3、可饱和性 4、可 逆 性 5、特定的作用模式
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三、膜受体介导的信号转导
（一）蛋白激酶A（PKA）通路
该通路以靶细胞内cAMP浓度改变和PKA 激活为主要特征。
1、细胞内信号转导分子异常激活
信号转导分子的结构发生改变，可导 致其激活并维持在活性状态。
2、细胞内信号转导分子异常失活
信号转导分子表达降低或结构改变， 可导致其失活。
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（三）信号转导异常可导致疾病的发生 异常的信号转导可使细胞获得异常
功能或者失去正常功能，从而导致疾 病的发生，或影响疾病的过程。许多 疾病的发生和发展都与信号转导异常 有关。
不能正常传递 持续高度激活 受体功能异常 信号转导分子功能异常
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（一）受体异常激活和失能
1、受体异常激活
基因突变可导致异常受体的产生， 不依赖外源信号的作用而激活细胞内 的信号通路。
2、受体异常失能
受体分子数量、结构或调节功能 发生异常，导致受体异常失能，不能 正常递信号。
目录Βιβλιοθήκη （二）信号转导分子的异常激活和失活
细胞外信号
细胞的信号转导-学习笔记
cAMP
三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP）
二酰甘油（diacylglycerol，DG/DAG）
环-磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）
钙离子
花生四烯酸（arachidonic acid，AA）及其代谢产物
另外，cAMP还可直接作用于膜离子通道而产生信号转导作用，如直接门控超极化激活的环核苷酸门控阳离子通道（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated cation channel，HCN）；cAMP还可通过cAMP直接激活的交换蛋白（exchange protein activated by cAMP，EPAC）激活Ras相关蛋白（Rap）介导的非cAMP-PKA通路，调节细胞的功能。
根据受体的氨基酸组成及跨膜区的特点，可将离子通道型受体分为三类受体超家族：
I型受体超家族：以烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptor，nAChR）为代表，常存在于神经元和神经肌肉接头处，有α2、β、γ、δ五个蛋白亚单位（四个亚基）：
每一亚基的分子量为40~58kD，各含4个长度不同的穿膜区域，每个亚基的第二个跨膜区共同构成Na离子通道的内壁。乙酰胆碱（ACh）的结合位点位于α亚基的N末端区域，因此nAChR有两个ACh结合位点：
2、G蛋白效应器（Gprotein effector）
G蛋白效应器是指G蛋白直接作用的靶标，包括效应器酶、膜离子通道以及膜转运蛋白等。
效应器酶的作用是催化生成（或分解）第二信使物质，主要有：
腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase，AC）
医学分子生物学第六章_信号转导
调节蛋白质功能 水平，调节细胞分化和增
和表达水平
殖
受体的结构特点
• 结合结构域-----识别外源信号分子并与之结 合
• 效应结构域-----转换配体信号，使之成为细 胞内分子可识别的信号
3、信号转导分子和分子开关
• 信号转导分子（signaling molecule）：细 胞内执行信号转导的成分的一些蛋白质分 子和小分子活性物质。
• 信号转导分子组织在支架蛋白上的意义：
① 保证相关信号转导分子容于一个隔离而稳定的信号转导 通路内，避免与其他不需要的信号转导通路发生交叉反 应，以维持信号转导通路的特异性；
② 增加调控复杂性和多样性。
信号转导通路中的一些环节是由多种分子聚集形成的 信号转导复合物（signaling complex）来完成信号 传递的。
激酶
磷酸基团的受体
蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶 蛋白酪氨酸激酶 蛋白组/赖/精氨酸激酶 蛋白半胱氨酸激酶 蛋白天冬氨酸/谷氨酸激酶
丝氨酸/苏氨酸羟基 酪氨酸的酚羟基 咪唑环，胍基，ε-氨基 巯基 酰基
蛋白磷酸酶衰减或终止蛋白激酶诱导的效应
• 蛋白质磷酸酶(phosphatidase)使磷酸化的 蛋白分子发生去磷酸化，与蛋白激酶共同 构成了蛋白质活性的调控系统。
及信息传递，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，然后通过信号转导产生胞内一系列生 理生化反应，最终表现为细胞整体的生物学效 应的过程。
T淋巴细胞
（一）细胞通讯的方式
靶细胞
细胞间隙连接
细胞表面分子接触通讯 可溶型信号分子
化学信号介导通讯
❖分泌化学信号
根据体内化学信号分子作用距离，可以将 其分为三类：
细胞信号转导的四种途径
细胞信号转导的四种途径
细胞信号转导是指外界刺激通过细胞表面受体传递到细胞内部的过程。
根据信号传递的途径和方式的不同，细胞信号转导可以分为以下四种途径：
1. 直接途径：有些信号分子可以直接通过细胞膜渗透到细胞内，与胞内的受体或靶分子结合，从而触发信号转导。
例如，甲状腺激素可以通过细胞膜渗透到细胞内，与核内的甲状腺激素受体结合，从而调节基因转录。
2. 离子通道途径：一些信号分子可以通过调节细胞膜上的离子通道的开关状态来转导信号。
例如，神经递质乙酰胆碱可以通过结合细胞膜上的乙酰胆碱受体，打开或关闭离子通道，引发细胞内的信号转导过程。
3. 酶级联途径：某些信号分子通过激活或抑制多个酶的活性来转导信号。
例如，酪氨酸激酶受体在受到外界信号刺激后，会自磷酸化并激活下游的信号转导酶，从而引发一系列的酶级联反应。
4. 细胞内信号传导通路：某些信号分子可以通过调节细胞内的信号传导通路来转导信号。
例如，细胞因子肿瘤坏死因子可以通过结合细胞膜上的肿瘤坏死因子受体，激活NF-κB信号传
导通路，引发细胞内的炎症反应。
细胞信号转导的途径不仅多样化，同时也会相互影响和交叉调控，从而产生复杂的信号网络，调节细胞的生理和病理过程。