同等学力细胞信号传递

同等学力-基础分子生物学-细胞信号传递2细胞信号传递细胞信号转导体系

化学信号分子受体（Receptors）信号转导体细胞效应器酶、通道蛋白、受体调节蛋白、转录因子3细胞信号分子及其受体信号分子

细胞间信号分子细胞内信号分子气体信号分子NO信号分子受体

细胞表面受体核受体细胞内信号传递途径的共同特征本章基本内容4细胞信号传递途径G蛋白偶联受体介导的信号传递途径酶偶联受体介导的信号传递途径组分简介RTK-Ras-MAPK信号传递途径其它的酶偶联受体受体酪氨酸激酶(RTK)介导的途径组分简介G蛋白偶联受体

G蛋白cAMP信号传递途径Ca2+信号传递途径5细胞间信息物质（第一信使）：由细胞分泌的、调节靶细胞生命活动的化学物质的统称。细胞内信息物质：在细胞内传递调控信号的化学物质。根据信息物质的特点及作用方式将其分为四大类：1、局部化学介质（旁分泌信号）：如生长因子、细胞生长抑素等。

特点：不进入血循环，通过扩散作用到达靶细胞，

作用时间短2、激素（内分泌信号）：如胰岛素、肾上腺素等。

特点：通过血液循环到达靶细胞，作用时间长。3、神经递质（突触分泌信号）：由神经元突触前膜释放，如乙酰胆碱，作用时间短。4、气体信号6一、细胞信号分子及其受体（一）细胞间和细胞内的信号分子

细胞间信号分子（第一信使）细胞内信号分子名称旁分泌信号内分泌信号(激素)自分泌信号生长因子第二信使特点作用于相邻细胞作用于远距离细胞作用于自身细胞细胞内的小分子物质（改变蛋白质的活性、调控基因表达）常见种类蛋白质、肽、氨基酸、核苷酸、类固醇、NO和CO等cAMP、cGMP、Ca2+DAG(二酰基甘油)和IP3（1,4,5-肌醇三磷酸）7内分泌

旁分泌

自分泌8（二）气体信号分子NO

1、NO：在脊椎动物中是信号分子，其信使功能与cGMP相关。

2、NO作用机理：

NO直接结合于靶细胞中鸟苷酸环化酶活性中心的铁原子上，使之激活并产生第二信使cGMP，发挥生理效应。

硝酸甘油可产生NO，经上述途径，最终使平滑肌舒张。此即硝酸甘油治疗心绞痛机制的新解释。9NO的调节作用：主要通过激活鸟苷酸环化酶（硝酸甘油治疗心绞痛作用机制）NO与可溶性鸟苷酸环化酶分子中的血红素铁结合GTP生成cGMP引起鸟苷酸环化酶构象改变,酶活性增高cGMP作为第二信使，产生生理效应（平滑肌舒张）10（三）信号分子受体膜受体

G蛋白偶联受体（七跨膜螺旋）酶偶联受体(单个跨膜螺旋受体)

离子通道受体胞内受体

核内受体胞浆内受体11经膜受体起作用的信号分子

亲水性信号分子：促甲状腺素、促黄体素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素甲状旁腺素、胰高血糖素、加压素、生长因子、干扰素等少数疏水性信号分子：如前列腺素等经胞内受体(核内受体)起作用的信号分子强疏水性信号分子：类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）、甲状腺素、视黄酸、维生素D等。12膜受体分类G蛋白偶联受体酶偶联受体离子通道受体（环状受体）

结构特点含有7个跨膜螺旋含有1个跨膜螺旋

寡聚体

作用方式与配体结合被激活→激活G蛋白→激活靶蛋白(产生第二信使的酶或改变膜电位的离子通道等)与配体结合被激活→多数受体表现某种酶促活性:胰岛素生长因子(有Tyr激酶);少数激活细胞内某种酶活性（Tyr激酶）与神经递质结合→构象改变→使其形成的离子通道瞬间开或关→影响质膜的离子通透性13G蛋白偶联受体14离子通道（乙酰胆碱N型受体）AchAchNa+酶偶联受体(单个跨膜螺旋)15

结构特点N端：有转录激活结构域C端：激素结合结构域和DNA结合结构域

作用方式与信号分子形成激素-核受体复合物→进入细胞核与特异的基因转录调控区结合→调节基因表达。胞内受体(核内受体)1617（四）细胞内信号传递途径的共同特征：

1、细胞内信号蛋白分子形成一系列的信号传导通路。

2、细胞内信号蛋白可被可逆的共价修饰。（如磷酸化）

3、多条信号传导通路形成网络。18二、G蛋白偶联受体介导的信号传递途径（一）G蛋白偶联受体和G蛋白(鸟苷酸结合蛋白)

G蛋白偶联受体G蛋白结构特点单一多肽链，含7个跨膜螺旋。N端位于胞外，有配体结合结构域；C端位于胞内，含若干S/T磷酸化位点；胞内环形肽段C3是G蛋白结合位点。组成：由α、、

三

个不同亚基组成存在两种形式：

GTP型（有活性）

GDP型（无活性）功能:

G有GTPase活性

活性形式配体-受体复合物G-GTPGs激活型

G

i抑制型功能与配体结合后构象改变,激活G蛋白。激活质膜中的酶或离子通道。19GPCR是七跨膜受体20G蛋白（鸟苷酸结合蛋白，guanylatebindingprotein）

是一类能和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、、三个亚基组成。有两种构象：非活化型以三聚体存在，并与GDP

结合

活化型亚基与GTP结合并导致二聚体的脱落。（G-GTP）21cAMP和cGMP的结构及其代谢鸟22G种类效应分子细胞内信使靶分子sAC活化cAMPPKAiAC抑制cAMPPKAq磷脂酶c活化Ca2+,IP3DAGPKCtcGMP磷酸二酯酶活化cGMPNa+通道关闭G蛋白的α亚基的效应分子及其功能23在动物细胞中，G蛋白偶联受体介导的信号传递途径主要有两条：

cAMP途径（cAMP-PKA途径）：

G腺苷酸环化酶(AC)

G蛋白腺苷酸环化酶调节cAMP的生成

Ca2+途径（Ca2+-PKC途径）：

GqPLC

IP3

通过IP3释放内质网中储存的Ca2+24肾上腺素与受体结合兴奋性G蛋白Gs活化，解离成G-GTP和GβγG-GTP结合并激活腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMPcAMP结合于PKA的调节亚基，其催化亚基被激活PKA使靶蛋白特异位点Ser/Thr磷酸化，产生细胞应答（二）cAMP信号传递途径(cAMP-PKA途径)

（以β-肾上腺素受体介导的信号传递途径为例）激素-受体复合物Gs腺苷酸环化酶cAMP

PKA靶蛋白细胞应答蛋白激酶A（proteinkinase，PKA)结构：四聚体组成的别构酶(C2R2)。

C为催化亚基；R为调节亚基，可与cAMP结合。

C与R相结合时，PKA呈无活性状态。当4分子cAMP与2个R结合后，R脱落，游离的C具有蛋白激酶活性。作用：被cAMP激活后，在ATP存在的情况下，能将ATP分子上的

-磷酸基转移到蛋白质的Ser、Thr、Tyr残基上，使蛋白质磷酸化，从而调节细胞的物质代谢和基因表达。26GsACATPcAMPCCRRCC

蛋白磷酸化RR2cAMP2cAMPCREBNPiPiPi

转录活化域DNA结合域细胞膜核膜胰高血糖素受体通过AC-cAMP-PKA通路介导信号转导28霍乱毒素：G蛋白ADP核糖基化将NAD+的ADP核糖基团转移到G的Arg或

Cys残基上，使G丧失GTPase活性，抑制

了GTP的水解，造成腺苷酸环化酶的持续激活状态，肠上皮细胞中cAMP水平异常升高，

Na+大量外流，水进入肠道，导致腹泻。

百日咳毒素：使Gi蛋白的α亚基ADP核糖基化，阻止Gi

蛋白α亚基上的GDP被GTP取代，G蛋白为

GDP型(GDP-

三聚体)，失去对腺苷酸环

化酶的抑制作用，使细胞中cAMP浓度增高,大量体液分泌入肺，引起严重的咳嗽。霍乱毒素的作用机制：G蛋白ADP核糖基化霍乱毒素++G-GTP（有GTPase活性）G-GTP（无GTPase活性）29G-GTP-腺苷二磷酸核糖衍生物30（三）Ca2+信号传递途径Ca2+浓度

细胞液内Ca2+浓度低（在0.01-1μmoL/L）细胞外液Ca2+浓度高（约2.5mmoL/L）细胞内Ca2+储存库肌浆网、内质网和线粒体当细胞外液的Ca2+通过钙通道进入细胞，或者亚细胞器内储存的Ca2+释放到胞液时，都会使胞浆内Ca2+水平急剧升高,随之引起某些酶活性和蛋白质功能的改变，从而调节各种生命活动。故将Ca2+视为细胞内重要的第二信使。31磷脂酶C催化DAG和IP3的生成：PIP2甘油二酯（DAG）+肌醇三磷酸（IP3）PLCDAG、IP3的功能DAG：位于质膜上，在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下

激活PKC。IP3

：与内质网和肌浆网上的Ca2+通道结合，促使细胞器内（储存库）Ca2+释放。

受体激活GqPLC水解PIP2产生IP3和DAGPIP2：磷脂酰肌醇4,5-二磷酸32Ca2+信号传递途径：受体激活G蛋白GqGq激活磷脂酶C-(PLC-β)PLC-水解PIP2DAG激活蛋白激酶C（PKC）PKC影响离子通道或调节基因表达IP3IP3在胞质中扩散并结合于内质网膜中的Ca2+通道诱导Ca2+通道开放,释放Ca2+，引发生理效应(糖原分解)产生IP3：水溶性，易扩散33三、酶偶联受体介导的信号传递途径（一）酶偶联受体种类

主要包括五种：

受体型Tyr激酶(RTK)

受体型鸟苷酸环化酶兼有受体和受体型Tyr磷酸酶酶两种功能受体型Ser/Thr激酶结合Tyr激酶的受体—只有受体功能，

但能结合并激活

细胞内Ty

r激酶注：Tyr酪氨酸Ser丝氨酸Thr苏氨酸34（二）受体型Tyr激酶(RTK)绝大多数生长因子的受体：分6型表皮生长因子受体（epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR）胰岛素受体、类胰岛素生长因子受体神经生长因子受体（NGFR）血小板衍生生长因子-1受体成纤维细胞生长因子受体血管内皮细胞生长因子受体注：RTK---ReceptorTyrosineKinase351、RTK的结构

N端：细胞外结构域，有配体结合位点中间：有1个跨膜α螺旋，

C端：胞质结构域，有Tyr激酶活性

Tyr磷酸化P-Tyr：RTK靶蛋白的识别和结合位点

RTK的靶蛋白接头蛋白参与信号传递的酶蛋白36受体二聚化及自身磷酸化PP372、RTK的靶蛋白：

均含两个高度保守的非催化结构域：SH2、SH3（1）SH2：识别并结合活化RTK的磷酸化酪氨酸

（P-Tyr）及其它含有P-Tyr的信号蛋白，对于靶蛋白结合RTK具有关键性作用。（2）SH3：起接头作用，介导蛋白质之间的相互

作用。SH2SH3SOS结合区识别并结合P-Tyr(RTK)383、Ras蛋白：

单一多肽链，GTPase活性（结构域和

G蛋白相似）。

两种形式：

GTP型（有活性）和

GDP型（无活性）

Ras蛋白可水解GTP：借助鸟苷酸交换因子(GEF)和GTP

酶活化蛋白(GAP)在有/无活性形式间转换，引发Ser/Thr激酶级联反应。Ras-GDPRas-GTPGEP、SOS

GAP39生长因子通过RTK激活Ras蛋白的途径：

EGF(生长信号)EGFR(RTK,二聚化)

GRB2(

接头蛋白:SH2、SH3

)SOS(GEF)

Ras蛋白活性形式

Ser/Thr激酶级联反应

（MAPK系统）

细胞增生Ser/Thr激酶级联系统：MAPK系统活化的Ras蛋白，使多种蛋白发生Ser/Thr的磷酸化。404、RTK-Ras-MAPK信号传递途径（以生长因子信号传递为例）传递途径：生长因子→RTK→接头蛋白→Sos蛋白（GEF）→Ras蛋白→Raf蛋白（S/T激酶，

MAPKKK

）→MEK蛋白（T/Y激酶，MAPKK）→MAPK（S/T激酶）→其它蛋白激酶、细胞质蛋白和转录因子功能：调节细胞生长、分化、增殖等

生长因子→RTK→Ras→Raf→MEK→MAPKEGFSH2Grb2PPSH3SOSRas-GDPGTPRafMAPKKP(+)(+)MAPK(+)ProteinNucleolusDNAPP转录因子MAPKPGAPRas-GTPGDPSOSPmRNAPP4142（三）其它的酶偶联受体

1、受体型鸟苷酸环化酶：心钠素(ANP)受体

ANP功能：刺激肾排泄Na+和水，使血管壁平滑肌松弛，降低血压。

ANP受体：肾细胞、血管平滑肌

ANP与受体结合→激活鸟苷酸环化酶→cGMP→激活PKG（Ser/Thr激酶）

2、受体型Tyr磷酸酶