细胞生物学讲课文档

细胞生物学第一页，共134页。IS具有化学识别能力，能够识别“异己”，消灭其致病作用。首先涉及到识别异己的能力，如何识别并把信息传递给其它免疫活性细胞，这就涉及细胞通讯和信息传递问题。NS其功能是传递兴奋，它迅速将感受器传到CNS，使多细胞高等生物适应周围环境，且使细胞各部分协调一致。

这种IS识别“异己”到消灭“异己”，NC传递“兴奋”都属细胞通讯和信息传递范畴。第二页，共134页。细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学变化及效应的全过程称为信号转导（signaltransduction）细胞通讯（cellcommunication）是体内一部分细胞发出信号，另一部分细胞（targetcell）接收信号并将其转变为细胞功能变化的过程。细胞信号传导第三页，共134页。通过细胞间的通讯，多细胞生物可以协调各细胞的行为，如细胞的生长、分裂、分化和死亡等，对外界信号产生应答第四页，共134页。一、细胞通讯与细胞识别（一）概念细胞识别：细胞通过其表面受体对胞外信号物质选择性结合，从而启动胞内一系列生理生化反应的过程细胞信号通路：细胞接收外界信号，通过特定机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞应答的一系列反应关系：细胞识别通过不同的信号通路实现；细胞识别是细胞通信的重要环节第五页，共134页。细胞信号通路的组成◆信号的发射信号分子◆信号的识别受体◆信号转导胞内的第二信使◆信号传递的放大与终止分子开关胞外信号分子受体胞内信号传递表达产物细胞应答第六页，共134页。细胞外信号(可溶性和膜结合性)生物体可感受任何物理、化学和生物学刺激信号，但最终通过换能途径将各类信号转换为细胞可直接感受的化学信号（chemicalsignaling）。化学信号可以是可溶性的，也可以是膜结合形式的。第七页，共134页。（二）细胞通信的方式1.不依赖于细胞接触的细胞通讯

通过分泌信号分子进行通信第八页，共134页。细胞通过细胞膜表面的蛋白质、糖蛋白、蛋白聚糖与相邻细胞的膜表面分子特异性地识别和相互作用，达到功能上的相互协调。这种细胞通讯方式称为膜表面分子接触通讯，也是一种细胞间直接通讯。通与质膜结合的信号分子通过间隙连接间隙连接通过间隙连接使细胞质互通使细胞质互通质互通2.依赖于细胞接触的细胞通讯

通与质膜结合的信号分子第九页，共134页。分泌化学信号进行的通讯第十页，共134页。细胞间信息物质

概念：由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质统称为细胞间信息物质。信息物质包括:

蛋白质和肽类(胰岛素、生长因子、细胞因子等)

氨基酸及其衍生物类固醇激素（肾上腺皮质激素，性激素等）脂肪酸衍生物（前列腺素）某些气体分子(NO)第十一页，共134页。

按其产生及其作用方式分为四类：1.神经递质（突触分泌信号，synapticsignal）2.激素（内分泌信号，endocrinesignal）3.局部化学介质（旁分泌信号，paracrinesignal）4.气体信号：NO第十二页，共134页。（一）神经递质又称突触分泌信号(synapticsignal)特点:由神经元细胞分泌；通过突触间隙到达下一个神经细胞；作用时间较短。例如:

乙酰胆碱、去甲肾上腺素等第十三页，共134页。（二）内分泌激素又称内分泌信号(endocrinesignal)特点由特殊分化的内分泌细胞分泌；通过血液循环到达靶细胞；大多数作用时间较长。

例如胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等第十四页，共134页。（三）局部化学介质又称旁分泌信号(paracrinesignal

特点：由体内某些普通细胞分泌；不进入血循环，通过扩散作用到达附近的靶细胞；一般作用时间较短。例如：生长因子、前列腺素等。第十五页，共134页。（四）气体信号例如

NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸的胍基而产生NO第十六页，共134页。NO是迄今所发现的唯一气体信号分子，可结合并激活胞内受体鸟苷酸环化酶1998年R．Furchgott等三位美国科学家因对NO信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖RobertF.Furchgott

LouisJ.Ignarro

FeridMurad

第十七页，共134页。硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。第十八页，共134页。平滑肌细胞内皮细胞NO合酶NO鸟苷酸环化酶NO可导致血管平滑肌的舒张，引起血管通畅，可用于治疗心绞痛细胞松弛细胞松弛NO鸟苷酸环化酶激活GTPcGMP蛋白质磷酸化平滑肌细胞细胞松弛第十九页，共134页。其他

有些细胞间信息物质能对同种细胞或分泌细胞自身起调节作用，称为自分泌信号(autocrinesignal)有些细胞间信息物质可在不同的个体间传递信息，如昆虫的性激素。第二十页，共134页。信号分子根据溶解性分两类：

亲水性信号分子：不能穿过细胞膜，只能与膜表面受体结合，经信号转换，引起细胞应答

亲脂性信号分子：可穿过细胞膜，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达神经递质、生长因子、局部化学递质、多数激素甾类激素和甲状腺素等第二十一页，共134页。二、细胞经由特异性受体接收细胞外信号受体：细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。配体：能与受体特异性结合的生物活性分子(细胞间信息物质包括激素、神经递质、生长因子、药物、毒物等)。

（一）化学信号通过受体在细胞内转换和传递第二十二页，共134页。（二）受体的分类

1.传统法（按照配体的功能效应将R分为9类）类别举例1）神经递质R如AchR、r-氨基丁酸等2）激素R胰岛素、甲状腺素等3）摄取血浆蛋白和转运物质RLDLR4）细胞粘附R5）化学趋向性物质R高等生物中性多核白细胞的甲酰寡肽R等。6）直接参入免疫功能RT、BC的AgR、IgR、补体R7）药物R以药物名分类，如苯环利定R8）毒素R9）病原体R第二十三页，共134页。2.据受体在效应细胞上的部位分类1）细胞内受体即DNA转录调节性R，位于胞浆和核内。2）膜受体据受体结构和信息传递机制又分3类：①G蛋白偶联R；②配体门控离子通道；③酪氨酸蛋白激酶性R

第二十四页，共134页。膜受体

1.配体：亲水信号（+前列腺素+膜结合信号）

2.分类：

(A)离子通道耦联受体

(B)七跨膜受体（G蛋白耦联的受体）

(C)单次跨膜受体

a.催化性受体

b.酶耦联受体

第二十五页，共134页。离子通道耦联的受体

(ion-channel-linkedreceptor)

1.配体：神经递质

2.特点：受体=离子通道

3.分类：阳离子通道（N-AchNa+、GluCa2+）阴离子通道（Gly、GABACl-）第二十六页，共134页。

3.据受体结构和信号转导机制、分为4型：分型受体部位效应器作用方式效应时程代表受体I细胞膜离子通道直接作用毫秒n-Ach-RII细胞膜酶或离子通道通过G蛋白秒m-Ach-RIII细胞膜酪氨酸激酶直接作用分，小时胰岛素受体IV细胞核或胞浆转录基因通过DNA小时，天糖皮质激素受体第二十七页，共134页。4受体的结构与功能（现代分类I-IV基本特性）型名称举例在信息传递增中的作用膜受体I1.离子通道型2。配体门控离子通道型1,n-Ach受体2.GABA-A（r-氨基丁酸-A型受体）快速反应神经递质受体→配受体结合→受体变构→离子通道II1.G蛋白效应蛋白型受体2.G蛋白偶联型受体1.m-Ach受体2.激素激素和慢反应神经递质信息物质受体结合→受体变构→激活效应蛋白（酶或其它功能蛋白质）→酶催化生成一些小分子物质（第二信使）→后者入胞产生效应III1.酪氨酸蛋白激酶型受体1.胰岛素2.各种生长因子受体本身激酶活性→控制蛋白磷酸化→产生生物效应核受体IV1.DNA转录调节型受体2.转录因子型受体位于可溶性胞浆或核内，又称核受体受体激活直接影响DNA转录→效应时程需数天或更长开放或关闭引起或切断阳或阴离子流动传递信息第二十八页，共134页。三、受体作用的特点1.高度的专一性

2.高度亲和力

3.可饱和性

4.可逆性

5.特定的作用模式6.配、受体结合后

有强大的生物效应。第二十九页，共134页。受体与配体间具有效应的多样性：

不同细胞以不同方式应答相同的信号骨骼细胞收缩心肌细胞降低收缩频率唾腺细胞分泌乙酰胆碱在不同细胞中，相同受体与相同信号结合可产生不同效应；同一细胞中，不相同受体与不同信号结合可产生相同效应；第三十页，共134页。受体的功能：

特异识别并结合胞外信号分子；通过信号转导，将胞外信号转换为胞内信号；受体的两大功能域与配体结合的区域产生效应的区域结合特异性效应特异性第三十一页，共134页。通过细胞内受体介导的信号传递信号分子：都是疏水的、脂溶性小分子受体：是激素激活的基因调控蛋白第三十二页，共134页。信息传递一、概述1.信息传递——如前所述，通过受体将外来信号刺激传至胞内，产生一系列信息分子和有规律的生化级联反应，最终对细胞和整个生物体的生理功能进行调控的过程，称（受体介导的）信息传递。2.信息分子——传递信息的媒介称为信息分子。3.信息传递的方式，可分为：

1）直接传递——如局部化学介质，在邻近小群C之间传递信息；间接传递——如激素细胞因子（第一信使）→膜R结合，活化，→偶联蛋白（G蛋白）或效应酶活化→级联反应→细胞功能性应答。第二信使活化胞内效应酶第三十三页，共134页。

生物信号是怎样从胞外传至胞内的？即生物信息跨膜传递机制如何？这一直是细胞分子生学研究的热点与前沿课题，从胞外信号作用于膜受体到胞内信使物质的生成，便间味着胞外信号的跨膜传递的完成。4.第二使信——至少cAMP/cGMP、IP3、DG、PG、Ca2+及CaM等起到胞内信使作用。5.跨膜传递机制中还涉及到——

（1）受体操纵的离子通道系统；（2）受体酪氨酸蛋白激酶的自身转导；（3）受体内部化的信息传导途径。第三十四页，共134页。3.第二信使与分子开关细胞外的信号称为第一信使第二信使：细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号；第三十五页，共134页。目前公认的第二信使：cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）；Ca2+第三十六页，共134页。分类(按成分)核酸类：cAMP，cGMP，cADPR（环腺苷二磷酸核糖）脂类：DAG、Cer无机离子：如Ca2+糖类衍生物：如IP3第三十七页，共134页。第二信使的作用：信号转换、信号放大第三十八页，共134页。腺苷酸环化酶（AC）催化ATP分解生成cAMP,调节细胞的新陈代谢。对AC活性的正负调节可有效调控细胞内cAMP的水平1、cAMP是具有激活作用的第二信使第三十九页，共134页。2、cGMP是具有抑制作用的第二信使鸟苷酸环化酶（GC）分解GTP称为cGMP,GC:膜结合性

可溶性

在不同的细胞，cGMP作用的底物不同。第四十页，共134页。第二信使的重要来源：甘油磷脂1磷脂酰肌醇2磷脂酰胆碱3鞘磷脂

催化产生脂类第二信使的酶：1磷脂酶2脂激酶3脂磷酸酶第四十一页，共134页。脂类第二信使的靶标：PKC/Ca2+1膜上的第二信使分子通过PKC而进一步引发细胞的生理效应；2IP3等分子可通过特定的机制动员Ca2+从Ca2+库到细胞质中3水溶性的第二信使则离开细胞并与靶细胞上的G蛋白偶联的结合启动信号转导第四十二页，共134页。细胞信号转导途径第四十三页，共134页。根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属三大家族：1）离子通道“耦联”的受体2）G蛋白“耦联”的受体3）酶“耦联”的受体第四十四页，共134页。细胞表面受体主要类型∶A.离子通道偶联受体B.G-蛋白偶联受体C.酶联受体存在于神经、肌肉等可兴奋细胞无组织特异性第四十五页，共134页。通过细胞表面受体介导的信号途径1、不同形式的胞外信号刺激首先被细胞表面特异性受

体所识别;2、

胞外信号通过适当的分子开关机制实现信号跨

膜转导,产生第二信使或活化的信号蛋白质;3、

信号放大:信号传递到效应蛋白,引发细胞内信

号放大级联反应;第四十六页，共134页。通过酶的逐级激活,结果将改变细胞代谢活性通过基因表达调控蛋白影响基因表达细胞骨架的修饰改变细胞形状或运动4细胞反应由于受体的脱敏或受体下调,启动反馈机制而终止或降低细胞反应。第四十七页，共134页。细胞内信号传递的分子开关：在细胞内信号传递的级联反应中，对每一步反应既有激活机制也有相应的失活机制，进行精确调节。两类作为分子开关的蛋白：通过磷酸化传递信号蛋白激酶蛋白磷酸酯酶通过结合蛋白传递信号结合GTP结合GDP第四十八页，共134页。一、离子通道耦联的受体多个亚基组成的多聚体，在胞膜上组装成环状的、

中间可通过离子的通道。特点：受体既是离子通道又有信号结合位点，又称配体门通道或递质门控离子通道。主要存在于神经细胞间的化学突触；其信号分子：神经递质受体超家族：I型受体超家族：烟碱型乙酰胆碱受体、γ氨基丁酸

受体、甘氨酸受体II型受体超家族：光受体、嗅神经受体III型受体超家族：钙通道受体第四十九页，共134页。活化的神经末稍活化的突触神经递质与受体结合，离子通道打开，离子流入突触后细胞，引起膜表面电信号的改变离子通道型受体介导的信号转导反应是一种快速反应，主要在神经系统的突触反应中起控制作用胞外化学信号胞内电信号突触后细胞第五十页，共134页。如果没有G蛋白偶联受体，人类根本无法生存下去。如果没有视紫质，我们将看不见光线；如果没有嗅觉受体，我们将闻不见气味；如果没有β-肾上腺素受体，我们将无法调节血糖；如果没有毒蕈碱受体，乙酰胆碱将无法将心跳速度限定在合理范围内；如果没有5-羟色胺受体，我们甚至无法感受幸福…

二、G蛋白耦联受体

第五十一页，共134页。1、G蛋白

G蛋白——全称为GTP结合蛋白或GTP结合调节蛋白，它广泛存在于各种组织细胞膜上，是G蛋白偶联受体与效应酶（酶或离子通道）之间的中介物质，是一种酶，在反应过程中与GTP结合故称为G蛋白。。

G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，它将受体与腺苷酸环化酶偶联起来，使细胞外信号转换为细胞内信号。第五十二页，共134页。2、G蛋白的结构及其作用（1）结构

G蛋白种类繁多，但在结构功能上都有相似之处，此类G蛋白都是膜蛋白，都由α、β、γ3个不同亚基组成，不同G蛋白α不同，β、γ相同（似），互换不影响G蛋白功能。

α：39～46KD，含GTP、GDP受体结合位点，有GTPase活性，可水解GTP→GDP＋Pi，是决定G蛋白功能亚基。

β35KDγ10KD常组成紧密二聚体，其主要功能是调节α亚基活性，在某些细胞也直接参入效应酶的调节。第五十三页，共134页。G蛋白属于外周蛋白，在细胞质面通过脂肪酸链锚定在质膜上。位置：位于质膜胞质侧，由α、β、γ三个亚基组成。第五十四页，共134页。3、G蛋白耦联的受体：单条多肽形成7次跨膜α螺旋；其中螺旋5和6间的胞内环状结构域是与G蛋白作用的位点；第五十五页，共134页。3.1G蛋白偶联的受体最重要的信号转导系统

特点：受体接收胞外信号后，需通过与G蛋白偶联，

进而在胞内产生第二信使；G蛋白位于细胞膜内侧，具有三亚基：β、γ

二聚体共价结合于膜上起稳定α亚基的作用；

α亚基具有GTP酶活性以及腺苷酸环化酶结

合位点。G蛋白起分子开关作用：G蛋白α亚基结合GTP时活化；结合GDP时失活第五十六页，共134页。3.2、在信号传递中，有正、负两种相辅相成的反馈机制来调控激活型:由激活型的信号作用于激活型的受体（Rs），经激活型的G蛋白(Gs)去激活腺苷酸环化

酶，从而提高cAMP的浓度引起细胞的反应;抑制型:通过抑制型的信号分子作用于抑制型的

受体(Ri)，经抑制型的G蛋白(Gi)去抑制腺苷酸环

化酶的活性,从而降低cAMP的浓度;第五十七页，共134页。3.3、G蛋白与耦联受体的作用：2个阶段，5

个步骤第一阶段；G蛋白变构①基础（静止）状态：G蛋白是细胞膜上的一个独立三

聚体,含α、β和γ亚基，其中α与GDP处于结合状态；②激动剂激活受体，α亚基形成α+G蛋白质复合物，

二者相互作用，释放GDP，结合GTP；③G蛋白结合GTP后，构象改变，使α-GTP与β、γ亚基

分离，β、γ亚基与下游的效应蛋白作用并使其激

活。

第五十八页，共134页。第二阶段：α-GTP调控效应酶功能，④游离α-GTP激活腺苷酸环化酶催化ATP→cAMP。游离的β、γ激活下游的效

应蛋白，完成信号传递。

⑤α亚基有GTPase活性，水解GTP→GDP+pi，α亚基与效应蛋白解离，α、β、γ聚合

恢复基础状态，受体介导的信号作用也

告结束。第五十九页，共134页。关传递信号接受信号GTPGDP开GTP结合信号蛋白活化GTP水解信号蛋白失活PB通过结合蛋白传递信号GDPGTP开关蛋白第六十页，共134页。3.4、G蛋白的功能：1、对腺苷酸环化酶的激活与抑制；2、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节；3、对磷脂酶C的调节；4、对细胞内钙离子浓度的调节等。第六十一页，共134页。Gs蛋白的激活机制形成配体-受体复合物；降低Gs蛋白对GDP的亲合力配体-受体复合物

GDP

受体蛋白胞外区

细胞质溶质Gs蛋白

无活性靶蛋白

GDP

信号分子配基的结合改变了受体构象，暴露出Gs蛋白结合位点激活的受体

GDP

GDP脱落、GTP结合；使

亚基游离，并暴露出腺苷酸环化酶的结合位点激活的

亚基激活的

复合物受体蛋白GTPGDPGDP第六十二页，共134页。配基的结合改变了受体构象，暴露出Gs蛋白结合位点;形成配体-受体复合物；降低Gs蛋白对GDP的亲合力;GDP脱落、GTP结合；使

亚基游离，并暴露出腺苷酸环化酶的结合位点;过程：第六十三页，共134页。Gs蛋白激活靶蛋白的作用机制激活的

亚基无活性靶蛋白信号分子G蛋白关联的受体蛋白

亚基水解GTP为GDP，回复至原来构象，并从腺苷酸环化酶上脱落下来；与

亚基重新结合成Gs蛋白失活的靶蛋白Pi失活后复原的G蛋白

亚基结合腺苷酸环化酶，产生cAMP；受体蛋白脱去配基后回复至原来构象激活的靶蛋白第六十四页，共134页。

过程

亚基结合腺苷酸环化酶，产生cAMP；受体蛋白脱去配基后回复至原来构象。α亚基水解GTP为GDP，回复至原来构象，并从腺苷酸环化酶上脱落下来；与βγ亚基重新结合成Gs蛋白。第六十五页，共134页。G蛋白在信号转导中的活性变化过程GDPGTPGTPGDP信号分子受体①GTP活性状态GDP失活状态激活激活其它酶引起细胞反应激活的G蛋白激活②失活的G蛋白失活④③第六十六页，共134页。3.4G蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路：2.磷脂酰肌醇信号通路：又称PKC系统或双信使系统1.cAMP信号通路：又称PKA系统在胞内形成的第二信使是：cAMP在胞内形成的第二信使是：IP3和DAG（双信使）cAMP通过激活蛋白激酶A（PKA）影响下游分子DAG通过激活蛋白激酶C(PKC)来影响下游分子IP3启动细胞内Ca2+信号系统，产生细胞效应效应酶：腺苷酸环化酶效应酶：磷脂酶C第六十七页，共134页。1）、cAMP信号通路：PKA系统PKA系统：cAMP作为第二信使主要是通过激活蛋白质激酶A进行信号放大，故将cAMP引起的信号转导系统称为PKA系统（proteinkinaseAsystem）。第六十八页，共134页。激活cAMP信号通路的组成成分：1.信号受体:7次跨膜的膜整合蛋白2.G-蛋白:

将受体接收的信号后，G-蛋白被活化（结合GTP），进而可激活下游的效应物

3.效应酶（靶蛋白）:腺苷酸环化酶第六十九页，共134页。cAMP信号通路信号G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录第七十页，共134页。2）、G蛋白调节的效应酶和离子通道

1）腺苷酸环化酶（AC）参与AC调节的有Gs、Gi，正常哺乳动物细胞膜上同时具有Gs、Gi及相关受体Rs、Ri，所以AC受激活型受体（Rs）和抑制型受体（Ri）的双重调控。

第七十一页，共134页。腺苷酸环化酶结合于细胞膜上的跨膜糖蛋白，由G蛋白活化；功能：在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMPAC具有多种亚型，不同亚型的酶受不同的调控，在不同组织的分布也不同第七十二页，共134页。cAMP作为第二信使，特异激活蛋白激酶A(PKA)无活性的蛋白激酶A蛋白激酶A激活原理:cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出活化的催化亚基，使下游蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，激活这些蛋白的活性；第七十三页，共134页。PKA催化的蛋白质包括胞核中的cAMP反应元件结合蛋白、组蛋白、核糖体蛋白等。PKA作用的底物蛋白因细胞类型的不同而异，这导致了cAMP的生物学效应的不同。第七十四页，共134页。激活第七十五页，共134页。cAMP通过环腺苷酸磷酸二酯酶（PDE）降解，起终止信号的作用；第七十六页，共134页。3）、

磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号与受体结合后，同样激活G蛋白的α亚基，但活化的α亚基激活质膜上的磷脂酶C（PLC），生成三磷酸肌醇（IP3）和二酯酰甘油（DAG）两个第二信使，实现对胞外信号的应答（双信使系统）第七十七页，共134页。磷脂酶受G蛋白调节的磷脂酶主要有磷脂酶（PLC）和磷脂酶A2（PLA2），它们可以催化磷脂酰肌醇的分解，产生多种第二信使分子，对多种细胞功能有重要的调节作用。磷脂肌醇，在细胞膜中的含量虽低，但代谢快，其多种代谢产物在信号传递中起作用，如DAG、IP3、IP4、AA等。第七十八页，共134页。①磷脂酶C

催化PIP2磷脂酰肌醇4、5二磷酸→IP3+DAGIP3与IP3受体结合，受体变构→Ca++通道开放→进而对细胞功能产生影响。钙调节蛋白（CaM）——是Ca++的受体蛋白，每分子CaM可结合4个Ca2+，当Ca2+浓度低时，只有和Ca2+亲和力高的两个位点结合少量的Ca2+，当Ca2+浓度升高，4个位点均被Ca2+占据，此时CaM构象变化，就可激活CaM依赖的蛋白激酶（CaMK）→使CREB（cAMP反应元件结合蛋白）磷酸化→启动核内基因表达→诱发一系列反应。第七十九页，共134页。钙调蛋白又叫钙调素（calmoduhin,CaM）是结合钙离子的一种蛋白质，广泛分布于动、植物细胞中。

第八十页，共134页。（三）Ca2+与细胞功能的调节

Ca2+是细胞功能调节最重要的阳离子。胞外Ca2+浓度高出细胞内1万倍，当细胞接受外来信号刺激后，胞内钙可达到1~10mol/L，（高出比值上限则亦越出了正常范围）。从而影响多种蛋白或酶的活性，实现对细胞功能的调节。第八十一页，共134页。

②磷脂酶D

在Ca2+存在条件下，水解磷脂酰胆碱→磷脂酸，后者磷脂酸磷酸水解酶水解→DAG

与磷脂酶C催化生成的DAG，二者都能活化PKC→引起相应生物效应。

DAG在相应酶作用下，可生成花生四烯酸（AA）发挥信息作用；或生成磷脂酸→肌酸磷脂代谢途径。

③磷脂酶A2（PLA2）水解甘油磷脂→溶血磷脂+脂肪酸

3）磷酸二酯酶（PDE）主要参入第二信息cAMP、cGMP的分解。第八十二页，共134页。4）离子通道离子通道一般分电压依赖型和配体依赖型。后者由受体直接操纵离子通讯的开关，介导快速的信号传递，无需产生胞内其它的信息物质。典例就是肌肉的N-乙酰胆碱受体。

G蛋白对内向整流钾通道和钙通道研究较为完善。前者主要由G蛋白β、γ介导，后者有多种调节方式。第八十三页，共134页。磷脂酰肌醇信号通路效应G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2IP3DAG受体第八十四页，共134页。磷酯酶C(PLC)磷脂酶C是该途径的效应酶，相当于腺苷酸环化酶的作用受活化的G蛋白α亚基激活活化后将质膜中的二磷酸磷脂酰肌醇PIP2水解成IP3和DAG第八十五页，共134页。1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）IP3开启内质网的Ca2+通道，提高细胞质中的游离Ca2+浓度；DAG留在胞膜，在Ca2+、磷脂酰丝氨酸存在的情况下，激活蛋白激酶C,PKC以磷酸化的方式对多种胞内蛋白质进行修饰，启动细胞内反应IP3关闭的Ca2+通道内质网细胞质第八十六页，共134页。Ca2+具有两方面重要作用：钙调蛋白的分子结构钙调蛋白具有4个结构域，每个结构域结合一个Ca2+，形成Ca2+-CaM复合体；Ca2+-CaM复合体可激活许多靶酶，行使细胞功能；1.作为第三信使，活化钙调蛋白（CaM）第八十七页，共134页。磷脂酰肌醇信号通路的终止：IP3：通过依次去磷酸化形成自由的肌醇；DAG：一是被DAG激酶磷酸化成磷脂酸，进入磷脂酸肌醇循环；二是被DAG酰酶水解成单酯酰甘油Ca2+浓度调节：通过钙泵或钠钙交换器进行回收与释放；第八十八页，共134页。磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体活化的G蛋白磷脂酶CPIP2IP3二酰基甘油蛋白激酶CCaM级联反应反应内质网钙库受IP3调节的钙离子通道第八十九页，共134页。G蛋白耦联信号转导系统质膜上存在cAMP信使系统和磷脂肌醇信使系统，这两个信号转导系统中，都由受体、G蛋白和效应酶（腺苷酸环化酶和磷脂酶C）组成，并有着相似的信号转换过程，即受体活化后，引起GTP与不同的G蛋白结合使之活化，然后对效应酶产生抑制或活化作用，从而影响胞内信号产生而发生不同的调控效应。第九十页，共134页。比较cAMP与IP3-DG信号系统在跨膜信号传递作用的异同：相同点：都是G蛋白偶联信号转导系统，在信号转导过程中形成第二信使。不同：配体、受体、效应物、第二信使均不相同。cAMP再与蛋白质激酶A结合，引发一系列细胞质反应与细胞核中的作用。IP3动员胞内钙库释放钙离子，与钙调蛋白结合引起系列反应，DAG在钙离子的协同下激活蛋白质激酶C，再引起级联反应。第九十一页，共134页。肾上腺素5-HT（1c）乙酰胆碱[M1]

促胃泌激素释放肽促甲状腺激素释放激素(TRH)肾上腺激动剂谷氨酸后叶加压素-抗利尿激素血管紧张素II促性腺激素释放激素(GRH)组织胺[H1受体]

利用PLC-IP3/DG-PKC转导信号的部分化学

信号第九十二页，共134页。

G蛋白均通过第二信使引起级联反应，产生生物效应。激动剂与受体结合后，通过G蛋白，才能将信号传递到效应系统。其作用特点是在一个细胞库可与不同受体和不同的效应器，产生不同特定功能。如：与G蛋白偶联的心肌细胞的m-Ach受体和β-肾上腺受体介导了两种相反作用，前者使心率↓后者反之，究其原因之一是与G蛋白多样性（尤是α亚基）有关。

第九十三页，共134页。三、与酶连接的受体特点：在胞外具有配体结合位点；在胞内区段具有酶的活性；一旦接收信号，将胞内的酶激活并将信号放大，又称催化受体

至少有5类：①酪氨酸激酶受体（重点）②丝氨酸/苏氨酸激酶受体③酪氨酸磷脂酶受体④酪氨酸激酶连接的受体⑤鸟苷酸环化酶受体第九十四页，共134页。

胞外是配体结合区

胞内区段有酪氨酸蛋白激酶的催化位点，并具自磷酸化位点；酶联受体结构酶连接的受体信号通路的特点：①通常为单次跨膜蛋白；②接受配体后发生二聚化而激活，启动其下游信号转导。第九十五页，共134页。酶耦联受体大部分是生长因子和细胞因子的受体，它们所介导的信号转导通路主要是那些调节蛋白质的功能和表达水平、调节细胞增殖和分化。第九十六页，共134页。受体酪氨酸激酶/Ras途径受体酪氨酸激酶，简称RTKs(receptortyrosinekinase)是最大的一类酶连受体;Ras是原癌基因c-ras表达的产物，RTKs/Ras是目前研究得比较清楚的一条主要的信号转导途径。

在细胞的生长、增殖、分化等过程有调节作用，与肿瘤的发生有密切关系第九十七页，共134页。受体型TPK（细胞膜）

Eg：胰岛素R、EGF-R等当配体与R结合后，R二聚化，TPK被激活，促使对方磷酸化非受体型TPK（胞液）

Eg：底物酶JAK、某些原癌基因编码的TPK等与非催化型受体偶联第九十八页，共134页。1.受体酪氨酸激酶（RTKs）RTKs包括6个亚族，都是单次跨膜蛋白所有的RTKs都是由三个部分组成的：1）含有配体结合位点的细胞外结构域、2）单次跨膜的疏水α螺旋区、3）含有酪氨酸蛋白激酶(RTK)活性的细胞内结构域。第九十九页，共134页。

已发现50多种不同的RTKs，主要的几种类型包括:表皮生长因子受体、血小板生长因子受体、胰岛素和胰岛素样生长因子-1受体等。受体酪氨酸激酶的激活是一个相当复杂的过程，大多数受体都要先由两个单体形成一个二聚体，并在细胞内结构域的尾部磷酸化，然后在二聚体的细胞内结构域装配成一个信号转导复合物。第一百页，共134页。

接收胞外信号后，受体二聚化；在二聚体内彼此相互磷酸化胞内区段的酪氨酸残基，实现受体的自磷酸化；激活受体的酪氨酸蛋白激酶活性。

活化的受体RTK可与胞内带有SH2结构域的蛋白结合（如接头蛋白）酪氨酸蛋白激酶的激活第一百零一页，共134页。无活性与有活性的酪氨酸激酶性受体的结构模式图解PPPPPP活性受体酪氨酸激酶磷酸化的Tyr残基酪氨酸激酶区生长因子结合部位无活性受体酪氨酸激酶磷酸化第一百零二页，共134页。Tyr激酶区无活性的受体酪氨酸激酶胞外区细胞质溶质质膜PPPPPP磷酸化激活的受体酪氨酸激酶磷酸化的Tyr残基胞外信号传入胞内PPPPPP信号蛋白结合胞内二体型信号分子配体/受体结合激活Tyr激酶活性受体酪氨酸激酶被激活后形成胞内信号传递复合物的过程图解第一百零三页，共134页。RTKs-Ras蛋白信号通路受体酪氨酸激酶介导的重要信号途径之一Ras是一种小的GTP结合蛋白，具有GTPase的活性，分布于质膜胞质一侧；人的Ras分子结构结合的GTP第一百零四页，共134页。Ras如何从受体接收信号？

活化的受体酪氨酸蛋白激酶可识别带SH2结构域Ras蛋白只带有SH3结构域接头蛋白SH2SH3第一百零五页，共134页。衔接蛋白：生长因子受体蛋白2（Grb2），具有与磷酸化酪氨酸结合位点（SH2），同时具有与Ras激活蛋白的结合位点（SH3）。Ras激活蛋白：Sos蛋白是编码鸟苷释放蛋白的基因Sos的产物。Sos蛋白可被Grb2蛋白激活，激活的Sos蛋白再激活Ras蛋白。1.受体型TPK-Ras-MAPK途径第一百零六页，共134页。（1）配体＋催化型RACR自身磷酸化多种磷脂酶磷酸化R与GRB2-SOS复合物结合激活Ras蛋白＋＋第一百零七页，共134页。Ras蛋白由原癌基因ras编码的1条单体蛋白分子量21kD，又名p21蛋白膜结合型蛋白，可与GDP（无活性）或GTP（有活性）结合可活化Raf蛋白第一百零八页，共134页。Raf蛋白：具有Ser、Thr蛋白激酶活性可激活MAPK系统MAPK（有丝分裂原激活蛋白激酶）mitogen-activatedproteinkinase1种酶兼底物的蛋白分子催化Ser、Thr、Tyr残基磷酸化第一百零九页，共134页。Ras接收到信号后结合GTP而活化，然后启动一系列的激酶磷酸化级联反应将RTK介导的信号向下游传递：RasRaf（丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，MAPKKK）结合并激活蛋白激酶MAPKK蛋白激酶MAPK磷酸化磷酸化进入细胞核修饰基因调控蛋白第一百一十页，共134页。Ras具有分子开关的作用RasRasRasGTP酶活化蛋白（GAP）鸟苷酸释放因子（GRF）活化失活突变的Ras蛋白使GAP不能激活Ras的GTP酶活性，阻止GTP水解成GDP，于是Ras始终处于活跃状态，保持信号一直发送，导致细胞不断增殖，产生肿瘤－Ras是原癌基因第一百一十一页，共134页。活化受体RTK结合生长因子后，受体二聚化导致自身磷酸化Grb2含有SH2区的生长因子连接蛋白SH3SOS吸引到细胞膜Ras—GDP活化Raf激活MEK(MAPKK)胞浆蛋白磷酸化进入核促进靶基因转录EGF、PDGF等生长因子Ras—GTP(有活性)Ras蛋白的激活与信号转导：MAPK第一百一十二页，共134页。Ras蛋白的激活与信号转导：细胞外信号受体adaptorRasMEKMAPK转录因子激活靶基因细胞应答SosRaf进入细胞核第一百一十三页，共134页。信号传递的级联放大反应第一百一十四页，共134页。二体型信号分子衔接蛋白Ras激活蛋白胞外区细胞质溶质质膜PPPPPP激活的Tyr激酶Ras蛋白在受体酪氨酸激酶所激起的磷酸化级联反应中的作用图解GTPGTPGDPGDP激活的Ras蛋白失活的Ras蛋白信号传送方向细胞增殖第一百一十五页，共134页。细胞的信号系统小节靶细胞信号分子信号产生细胞胞内受体离子通道受体G蛋白偶联受体酶偶联受体电效应IP3DGCa2＋cAMPPKAPKCRas激酶磷酸化级联反应细胞核第一百一十六页，共134页。激素生长因子G蛋白关联的受体蛋白二脂酰甘油衔接蛋白Ras激活蛋白Ras蛋白蛋白质激酶I,II,III(磷酸化级联反应)C激酶钙调蛋白磷脂酶CIP3Ca2+CAM激酶靶蛋白G-蛋白腺苷酸环化酶基因调节蛋白A激酶cAMP细胞内的4条信号传递途径酪氨酸激酶性受体第一百一十七页，共134页。

蛋白激酶与蛋白质磷酸化

蛋白磷酸化是机体调节生物功能的重要方式之一。这种磷酸化通过两种酶的催化来实现：蛋白激酶使磷酸根转移到底物蛋白的特定氨基酸残基上，使底物蛋白磷酸化；而磷酸化蛋白磷酸酶则使磷酸根从残基上去除，去磷酸化。两者调节使蛋白磷酸化和去磷酸化成为机