细胞信号传递

关于细胞信号传递第一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三单细胞生物

——直接作出反应多细胞生物

——通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。外界环境变化时概述

细胞具有社会性细胞间存在复杂的网络联系信号细胞和靶细胞之间的联系通过受体和信号分子第二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

细胞对环境变化的应答反应过程即是细胞信息传递，其本质是将环境信号经一系列环节变成细胞内的具体应答：

一、酶活性的改变二、基因表达的改变第三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

第一节信号分子与受体一、细胞间通讯类型(复习)1、间接联系型：通过分泌化学信号分子2、直接联系型：通过缝隙连接3、直接接触型：通过质膜结合分子二、化学信号的种类（一）胞间通讯的信息分子（第一信使）1、定义*：由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质。第四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

2、种类

激素:如胰岛素、甲状腺素等

神经递质:如乙酰胆碱、肾上腺素等

生长因子:如上皮生长因子、成纤维细胞生长因子等

细胞因子:如白介素、干扰素、肿瘤坏死因子等

注:细胞因子的概念中包含了生长因子第五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三蛋白质和肽类:

（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）氨基酸及其衍生物:

（如甲状腺素、肾上腺素等）类固醇激素:

（如糖皮质激素、性激素等）脂酸衍生物:

（如前列腺素）气体:（如一氧化氮、一氧化碳等）化学本质第六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三二、胞内通讯的信息分子（第二信使）1、定义*：在细胞内传递细胞调控信号的化学物质。2、种类：

①无机离子–如:Ca2+等②核苷酸--如:cAMP、cGMP③糖类衍生物--如:三磷酸肌醇(IP3)④脂类衍生物-如:甘油二酯(DAG)⑤信号蛋白分子-原癌基因类表达产物，如G蛋白、蛋白激酶等。第三信使:负责细胞核内外信息传递的核蛋白

第七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三三、细胞分泌化学信号的作用方式*

1、内分泌：分泌腺分泌，入血，作用缓慢而持久

2、旁分泌：不进入血流，作用快、持续时间短。

3、自分泌：在细胞自身发挥作用。

4、突触传递：通过神经递质，作用快，时间短。注：上述化学信号分子均通过受体发挥作用第八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三受体信号分子血液信号分子（亦称局部介质）信号分子受体轴突神经递质，如乙酰胆碱神经元细胞体突触靶细胞内分泌细胞靶细胞旁分泌细胞靶细胞内分泌旁分泌自分泌突触信号传递间接通讯的四种方式第九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三第二节

受体Receptor第十页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

（一）受体的概念

1、定义*：是靶细胞膜上或细胞内特异识别生物活性物质并与之结合进而产生生物学效应的物质。

2、化学本质：糖蛋白（绝大多数）

糖脂（个别）

3、存在部位：细胞膜（多）细胞内（胞浆/核）

信号分子作用的效应细胞第十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

配体(ligand)

：

----能与受体特异结合的活性物质。配体的来源：

内源性-信息分子

外源性-药物、毒物第十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三（二）受体作用的特点*

1、特异性

2、亲合性

3、饱和性

4、可逆性第十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(三)受体活性的调节1.受体下调：受体的数目减少和（或）对配体的结合能力降低与失敏。

类型：2.受体上调：受体的数目增加和（或）对配体的结合能力增强与敏感。第十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(四)受体的分类和结构存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为：(1)离子通道受体(2)G蛋白偶联受体(3)酶偶联受体

1.膜受体*(membranereceptor)按在细胞中的位置分：细胞膜受体细胞内受体第十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(1)离子通道型受体（配体门控型）主要见于可兴奋细胞的突触信号传递。（神经递质对突触后膜的作用）结构特点⑴多亚基装配成跨膜离子通道复合物(筒状寡聚体)。⑵本身既有配体结合部位又有离子通道。作用特点①

受体未与配体结合时，通道是关闭的，②一旦受体被激活，蛋白大分子突然变构而出现瞬时的贯穿细胞膜的通道，选择性地允许某种离子跨膜移动而出现电反应，改变突触后细胞的兴奋性。根据通道对离子的选择性，可以将其分成：

阳离子通道

阴离子通道分类第十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三乙酰胆碱受体第十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(2)*G蛋白偶联受体(Gproteinlinkedreceptors)⑵N端在膜外，常被多糖修饰。

G蛋白偶联受体介导许多胞外信号分子的细胞应答,

A、参与物质代谢的调节;B、参与基因转录的调控⑴一条肽链组成，具有7个疏水结构域，7次横跨细胞膜，分子大部分在双层脂膜中。结构特点⑶C端在胞内侧，有G蛋白的识别顺序作用特点配体与受体结合，受体变构，通过G蛋白介导，激活或抑制效应蛋白或酶。第十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三G蛋白偶联受体又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体

G蛋白偶联受体的结构G蛋白偶联区第十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三第二十页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

分催化型受体和酶偶联型受体

1)催化型受体

①特点：多由一条多肽链构成，跨膜一次，本身既是受体又有酶活性

②功能：参与细胞的生长、分化、增殖。如胰岛素受体、表皮生长因子受体等与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性。(3)酶偶联受体(单个跨膜螺旋受体）第二十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三*跨膜区由22～26个氨基酸残基构成一个α-螺旋，高度疏水。*

胞外区为配体结合部位。

*胞内区为酪氨酸蛋白激酶功能区，位于C末端，包括ATP结合和底物结合两个功能区。

受体结构第二十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三单跨膜α螺旋受体第二十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

①特点：受体本身无催化活性，与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性。②功能：为多种细胞因子的受体。如生长激素受体、干扰素受体。2)酶偶联型受体：第二十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三。。。

。。。。PP..第二十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

酶偶联受体主要包括:受体酪氨酸(Tyr)激酶（RTK):多数生长因子受体受体鸟苷酸环化酶：心钠素（ANP)受体受体Tyr磷酸酶：去磷酸化，如白细胞表面CD45受体Ser/Thr激酶

TGF-受体结合Tyr激酶的受体:生长激素受体、干扰素受体五种第二十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三2.胞内受体位于细胞浆和细胞核中的受体，全部为DNA结合蛋白。多数位于细胞核内配体多为亲脂化合物，可穿过细胞膜受体本身是转录因子，激活后影响转录类固醇激素、甲状腺激素等的受体属此类第二十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三第二节G蛋白偶联受体的信号转导*第二十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三G蛋白偶联受体（Gproteincoulpedreceptor）①配体与受体结合②受体活化G蛋白③G蛋白激活或抑制下游效应分子④效应分子改变细胞内第二信使的含量与分布⑤第二信使作用效应靶分子，产生反应信号转导基本模式第二十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三一、G蛋白*（Gprotein）－－GTPbindingprotein(鸟苷三磷酸结合蛋白)(一)G蛋白的结构特点*：

A、能与GDP/GTP结合而得名

B、由αβγ三个亚基组成

C、有两种存在形式*

αβγ-GDPα-GTP

（无活性）（有活性）

D、位于细胞膜胞浆面

E、不同的G蛋白是α亚基的不同第三十页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(二)Ｇ蛋白的种类及功用*霍乱毒素和百日咳毒素可与G蛋白亚基结合，改变其功能而引起毒性反应。P217qq第三十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三Gs的作用机制激活型受体（Rs）腺苷酸环化酶（AC）活化Gs（偶联蛋白）ATPcAMPGi的作用机制抑制型受体（Ri）Gi（偶联蛋白）腺苷酸环化酶（AC）失活不同、βγ相同siGs是激活型受体Rs与AC之间的偶联蛋白。配体配体Gs和Gi的效应酶都是AC＋－二、跨膜信号转导机制第三十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三RＲHACγαβGDPαGTPβγ腺苷酸环化酶ACATPcAMPGs的作用机制第三十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三同一胞外信号，作用于不同的受体，可激活或抑制AC，从而升高或降低cAMP。肾上腺素α2受体（抑制型）β受体（激活型）ACAC〔cAMP〕↓〔cAMP〕↑＋－第三十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三Gq的信号转导作用（肌醇磷脂信号通路）磷脂酶C（PLC）磷脂酰肌醇-4，5二磷酸（PIP2）1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）二酰甘油（DG）IP3/Ca2+信号通路+双信号系统第二信使DG/PKC信号通路Gq激活水解生成第三十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三内质网GqPLC-+PIP2DGPKC+IP3Ca2+/CaM配体系列生物效应Gq的信号转导“双信使系统”

IP3/Ca2+-CaMKDG/Ca2+-PKC第三十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三G蛋白偶联受体Gs（激活型）Gi（抑制型）Gq（激活双信号系统）RsRiR

效应酶：腺苷酸环化酶

效应酶：腺苷酸环化酶

效应酶：磷脂酶C（PLC）ATPcAMP影响PKA活性PIP2

IP3DGPKCCa2+

信号系统+-第三十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三三、胞内信号转导通路1、cAMP信号传递途径2.Ca2+信号传递途径第三十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三配基-受体G蛋白s/i腺苷酸环化酶cAMP生物学效应蛋白激酶A*（一）cAMP信号传递途径调节代谢影响基因表达第三十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三1.cAMP的合成与分解第四十页，共八十一页，编辑于2023年，星期三cAMPATPACPPiAMPPDEH2O磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸环化酶(adenylatecyclase,AC)第四十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三2、cAMP的作用机制：通过影响PKA的活性而发挥作用PKA的组成R

调节亚基C

催化亚基4个亚基结合在一起无活性，调节亚基与cAMP结合后，催化亚基与之分离而具有活性第四十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三3、PKA的作用：①催化效应蛋白磷酸化-调节代谢，如肾上腺素升高血糖。②进入细胞核使cAMP反应元件结合蛋白（CREB）磷酸化→形成CREB二聚体→促进转录

第四十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

磷酸化酶激酶ｂ磷酸化酶激酶ａATP磷酸化酶ｂ磷酸化酶ａATP

PPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPi肾上腺素对糖原代谢的影响

肾上腺素＋受体

肾上腺素·受体复合物激活Ｇ蛋白

激活ACATPcAMPPKA肝糖原分解，血糖升高第四十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三腺苷酸环化酶ATPcAMP（第二信使）

无活性PKA

有活性PKAATPMg2+

无活性的磷酸化酶b激酶

有活性的磷酸化酶b激酶-P

无活性的磷酸化酶b

有活性的磷酸化酶a-PATPMg2+糖原磷酸化酶的激活与失活肾上腺素受体×102×104×106

糖原

葡萄糖×108肾上腺素促进肝糖原分解级联放大效应第四十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三受cAMP调控的基因中，在其转录调控区有一共同的DNA序列，称为cAMP应答元件(CRE)。CRE可与cAMP应答元件结合蛋白(CREB)相互作用而调节此基因的转录。(2)对基因表达的调节作用第四十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三GsACATPcAMPCCRRCC

蛋白磷酸化RR2cAMP2cAMPCREBNPiPiPi

转录活化域DNA结合域细胞膜核膜第四十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三ＣＣ结构基因ＣＲＥＢＣＲＥＢ细胞核PiPiＣＲＥＢPiＣＲＥＢPiＣＲＥDNA蛋白质调节基因表达第四十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三ATPcAMP蛋白激酶A蛋白质或酶磷酸化酶活性改变促进基因表达生物效应AMP磷酸二酯酶cAMP-蛋白激酶A途径总结*RGAC第四十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三霍乱腹泻的原因霍乱毒素G丧失GTP酶活性（G蛋白持续活化）AC持续激活cAMP

Na+大量外流，水进入肠道腹泻第五十页，共八十一页，编辑于2023年，星期三2、Ca2+信号传递途径细胞静息时：〔Ca2+〕i低细胞激活时：〔Ca2+〕i高胞外：[Ca2+]=10-3mol/L胞内：[Ca2+]=10-7mol/LCa2+:重要的第二信使“钙库”：

内质网、线粒体第五十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(1)(DG/Ca2+－PKC信号通路)组成:胞外信息分子，G蛋白蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)磷脂酶C(phospholipaseC,PLC)二酯酰甘油(diacylglycerol,

DAG)三磷酸肌醇

(inositol1,4,5triphosphate,IP3

)第五十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三配体受体PLC（磷脂酶C）

PIP2IP3Ca2＋蛋白激酶CDAGGq蛋白内质网酶/靶蛋白磷酸化

+生物学效应DG/Ca2+－PKC信号通路：基因的活化第五十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三IP3DAGPIP2PLCA.DAG、IP3的生成PIP2

磷脂酶CDAG+IP３第五十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

B.DAG

和IP3的功能DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活蛋白激酶C(PKC)IP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使Ca2+释放第五十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

②调节基因表达PKC对基因的活化分为早期反应和晚期反应。

C.PKC的生理功能①调节代谢活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸残基磷酸化。第五十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三AP-1PKC对基因的早期活化和晚期活化第五十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三(2)Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径受体、G蛋白、PLC、IP3、Ca2+、钙调蛋白、CaM激酶(Ca2+－CaM激酶途径)钙调蛋白(calmodulin,CaM)有四个Ca2+结合位点。与Ca2+一起激活CaM激酶，磷酸化多种功能蛋白质（丝、苏氨基酸残基）。组成第五十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三Ca2+-CaM激酶途径的级联反应包括：

化学信号钙通道胞浆（Ca2+）

CaM

激活CaM激酶底物蛋白/酶磷酸化生物学效应第五十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

受体

Gq磷脂酶CDAG内质网钙调蛋白（CaM）Ca2+-CaMPKC钙调蛋白激酶

靶蛋白或酶靶蛋白或酶磷酸化生理效应Ca2+－依赖性蛋白激酶途径总结IP3Ca2+Ca2+PIP2质膜胞浆胞外配体调节基因表达第六十页，共八十一页，编辑于2023年，星期三第三节酶偶联受体的信号转导催化型受体跨膜信号转导：受体本身具有酶活性，直接作用胞内底物酶偶联型受体跨膜信号转导：受体与酶偶联后作用于胞内底物第六十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期三一、催化型受体的信号转导酪氨酸蛋白激酶在细胞的生长、增殖、分化等过程中起重要的调节作用，并与肿瘤细胞的发生有密切的关系。受体本身具有酶活性。如：转化生长因子－ß（TGF-ß）受体：具有Ser/Thr激酶活性心房肽（ANP）受体：具有鸟苷酸环化酶活性*NGF,EGF,PDGF,insulin等受体：

具有酪氨酸蛋白激酶活性第六十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期三（一）酪氨酸蛋白激酶受体的信号转导1.受体的结构

具有酪氨酸蛋白激酶（PTK）活性的受体，称为受体酪氨酸蛋白激酶（RTK），其结构有共性：第六十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期三2.酪氨酸蛋白激酶跨膜信号转导生长因子与受体结合受体二聚化或寡聚化受体构象变化受体激活发生自身磷酸化磷酸化的受体使底物的酪氨酸磷酸化，将信息向下游传递。第六十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

催化型受体与配体结合后，发生自身磷酸化并磷酸化中介分子——

Grb2和SOS，使其活化，进而激活Ras蛋白，开启为多种生长因子信息传递过程所共有的Ras通路。3.Ras-MAPK信号通路

Grb2:

生长因子受体结合蛋白SOS

蛋白:

一种鸟苷酸释放因子，通过Grb2作用于小G

蛋白使Ras活化。Ras蛋白：一族原癌基因产物，称为小G蛋白家族，结合

GTP有活性,结合GDP无活性。第六十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期三GRB2(growthfactorreceptorboundprotein2）识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。

组成：催化性受体，GRB2,SOS,Ras蛋白,Raf蛋白，MAPK系统SH2SH3与SOS的结合域第六十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

SOS(一种鸟苷酸交换因子)富含脯氨酸，可与SH3结合，促使Ras的GDP换成GTP。Ras蛋白：原癌基因产物，类似于G蛋白的G亚基Raf蛋白：具有丝／苏氨酸蛋白激酶活性MAPK系统(mitogen-activatedproteinkinase)包括MAPK、MAPK激酶（MAPKK）、MAPKK激酶（MAPKKK,Raf蛋白），是一组酶兼底物的蛋白分子。第六十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

催化性受体

生长因子受体结合蛋白(GRB2)

SOS(鸟苷酸释放因子)

Ras蛋白(小G蛋白)

Raf蛋白

丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)系统

受体型Ras-MAPK信号途径*第六十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期三

细胞外信号EGF、PDGF等具有PTK活性的受体GRB2

PSOS

PRas-GTP

PRaf调节其他蛋白活性MAPKKMAPK

P

P

P细胞核反式作用因子调控基因表达细胞膜二聚化第六十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期三（二）鸟苷酸环化酶受体的信号转导

（cGMP-蛋白激酶G途径）受体-鸟苷酸环化酶(guanylatecyclase,GC)，cGMP,蛋白激酶G(protein