生物竞赛辅导细胞信号转导

细胞的信号转导一、细胞通讯二、信号分子与受体三、信号转导系统及其特性一、细胞通讯

细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生反应的过程。㈠细胞通讯的方式三种方式：

⒈间隙连接或胞间连丝；

⒉接触依赖性通讯；

⒊分泌化学信号（普遍采用）。

⒈间隙连接：两个相邻的细胞以连接子相联系，连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。作用：允许小分子物质如Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电耦联现象。⒉接触依赖性通讯：又称细胞间直接接触，通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的受体分子相结合，影响其他细胞。如：精子和卵子之间的识别。⒊分泌化学信号：指细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能。根据化学信号分子可以作用的距离范围，可分为4类。A.内分泌：由内分泌腺细胞产生的激素，分泌进入血液循环，作用相应的靶细胞；B.旁分泌：信号细胞分泌局部化学介质释放到细胞外液中，作用于邻近的靶细胞；C.自分泌：细胞对其自身分泌的信号分子产生应答反应；D.化学突触：神经信号（神经递质或神经肽）通过突触传递影响靶细胞；E.细胞间接触依赖性的通讯：细胞间接触依赖性的信号转导需要细胞膜蛋白与靶细胞受体蛋白之间彼此直接接触。不同的细胞通讯方式A：内分泌B：旁分泌C：化学突触通讯D：自分泌E：细胞间接触依赖性通讯信号分子与受体信号分子和受体的概念及其分子结构受体的类型受体的特性受体的分布受体的功能受体:细胞表面受体细胞内受体受体(receptor)

受体与配体的空间结构必须互补，空间互补结构是产生受体－配体效应的必要条件之一。受体是指任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并引起细胞功能变化的生物大分子。受体多为糖蛋白，一般包括两个功能区域，与配体结合的区域及产生效应的区域。受体(receptor)离子通道偶联受体(ion-channellinkedreceptor)G-蛋白偶联受体(G-proteinlinkedreceptor)

酶联受体(enzyme-linkedreceptor)膜受体类型离子通道偶联受体具有离子通道作用的细胞质膜受体称为离子通道受体，这种受体见于可兴奋细胞间的突触信号传导，产生一种电效应乙酰胆碱受体的三种构象乙酰胆碱受体结构模型离子通道偶联受体G-蛋白偶联受体三聚体GTP结合调节蛋白（trimericGTP-bindingregulatoryprotein）简称G蛋白，位于质膜胞质侧.

一条多肽链7个α螺旋的跨膜区胞外部分胞内部分酶联受体共同点：①通常为单次跨膜蛋白；②接受配体后发生二聚化而激活.三种类型的细胞表面受体膜受体的特性组织特异性特异性高亲和性可饱和性信号跨膜传递细胞识别膜受体的功能膜受体的分布同一个细胞上有不同的受体

不同的细胞上有相同和不同的受体信号分子与受体相互作用的复杂性一种信号只能同一种受体作用，但能作用于不同的靶细胞引起不同效应。

一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作用都强得多。不同信号产生相同的效应。⒊第二信使与分子开关

⑴第二信使

第一信使是指细胞外的化学信号物质（水溶性信号分子），如激素、神经递质等，不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递。第二信使是指第一信使与膜受体结合后诱使胞内最先产生的信号物质，如环腺苷酸（cAMP）和肌醇磷酸等。亲水性的第一信使不能直接进入细胞发挥作用，而是通过诱导产生的第二信使发挥特定的调控作用。起信号转换和放大的作用。目前公认的第二信使有cAMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DAG)等，Ca2+是磷脂酰肌醇信号通路的“第三信使”。4种常见的细胞内第二信使及其主要效应分子开关（

molecularswitch）：指通过活化（开启）和失活（关闭）2种状态的转换来控制下游靶蛋白的活性的调控蛋白。三种类型：

①

G蛋白超家族开关；

②蛋白激酶/蛋白磷酸酶开关；

③钙调蛋白（calmodulin，CaM）开关。G蛋白开关活化（开）与失活（关）的转换GEF（guaninenucleotide-exchangefactor）即鸟苷酸交换因子GAP（GTPase-acceleratingprotein）即GTPase促进蛋白RGS（regulatorofGprotein-signaling）即G蛋白信号调节子GDI（guaninenucleotidedissociationinhibitor）即鸟苷酸解离抑制蛋白靶蛋白磷酸化和去磷酸化是细胞调节靶蛋白活性的一种普遍机制蛋白激酶（PK）/蛋白磷酸酶（PP）：将磷酸基团转移到其它蛋白质上（或相反）的酶，通常对其它蛋白质的活性具有调节作用。

细胞应答信号转导概述几个概念信号转导途径胞内信号级联放大是细胞通讯的基本概念,强调信号的产生、分泌与传送,即信号分子从合成的细胞中释放出来,然后进行传递。信号传导(cellsignalling)指外界信号分子作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程即信号的识别、转移与转换。信号转导（signaltransduction）①激活受体：形成配体-受体复合物；②产生第二信使（或活化的信号蛋白）；③起始信号放大的级联反应；④细胞应答反应：通过酶、转录因子或细胞骨架等方式引起；⑤终止或降低细胞反应：如受体脱敏或下调。信号转导系统的基本组成及信号蛋白的相互作用通过细胞表面受体介导的信号途径组成步骤：信号级联放大(signalingcascade)从细胞表面受体接收外部信号到最后作出综合性应答,不仅是一个信号转导过程,更重要的是将信号进行逐步放大的过程。

信号级联放大(signalingcascade)细胞应答细胞对外部信号的应答通常是综合性反应:

基因表达的变化、酶活性的变化、细胞骨架构型的变化、通透性的变化、

DNA合成的变化等信号转导途径由G蛋白偶联受体介导的信号转导之一离子通道腺苷环化酶：磷脂酶C：磷脂酶A2磷酸二酯酶鸟苷环化酶：G蛋白G蛋白偶联受体效应蛋白效应磷脂酰信号通路

cAMP信号通路CGMP信号通路胞外信号分子G蛋白偶联受体

G蛋白效应蛋白受体必须与G蛋白结合才能产生信号传导效应。G蛋白偶联的受体多为一些激素类受体。G-proteinlinkedreceptorG蛋白偶联受体属于一类经过7次跨膜形成的超家族蛋白。受体中含有7段疏水性跨膜序列

G蛋白由三个亚单位组成，和亚基属于脂锚定蛋白；位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；具有结合GDP或GTP的能力，有GTP酶活性；可激活效应蛋白，实现信息转导功能。G蛋白是一种分子量为10万左右的可溶性蛋白质，由

、

、

三个亚基组成。位于细胞膜的胞质面，由于结合鸟苷酸GDP或GTP，具有调节功能和信号转导作用，故称为结合鸟苷酸调节蛋白。G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用。当G蛋白

亚基与GDP结合，处于关闭状态；当胞外配体与受体结合形成复合物时，导致胞内

亚基与GTP结合而被活化，处于活化状态，从而传递信号。而与GTP结合时则为有活性状态G蛋白循环α亚基结合GDP时是无活性状态，GTP的水解又使其返回无活性状态

G蛋白细胞表面Gs信号转导过程模式图配体受体效应物生理效应肾上腺素β-肾上腺受体腺苷酸环化酶糖原水解血清紧张素血清紧张素受体腺苷酸环化酶行为敏感好学光视紫红质cGMP磷酸二酯酶视觉兴奋IgE抗原复合物肥大细胞Ig-受体磷脂酶C分泌f-Met肽趋化受体磷脂酶C趋化性乙酰胆碱毒蕈碱受体K+通道降低起搏活性效应物离子通道腺苷环化酶：磷脂酶C：磷脂酶A2磷酸二酯酶鸟苷环化酶：G蛋白G蛋白偶联受体效应蛋白效应磷脂酰信号通路

cAMP信号通路CGMP信号通路胞外信号分子cAMP信号通路腺苷环化酶,ACcAMPG蛋白G蛋白偶联受体效应蛋白蛋白激酶A,PKA

配体Adenylatecyclase腺苷酸环化酶：Gα活化后可催化细胞内侧的腺苷酸环化酶，使其活化催化ATP生成cAMPcAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）由两个催化亚基和两个调节亚基组成。无活性的蛋白激酶A调节亚基无活性催化亚基cAMP-调节亚基复合物活化的催化亚基⑸蛋白激酶A的细胞质功能与细胞核功能

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。蛋白激酶A的细胞质功能－糖原分解

在脊椎动物中糖原的分解受激素控制，如胰高血糖素和肾上腺素，激素使细胞产生第二信使cAMP，通过PKA激活细胞质中的磷酸化酶，使糖原分解成1－磷酸葡萄糖，这是糖元分解的第一步。

蛋白激酶A的细胞核功能－调节基因表达

被cAMP激活的PKA，大多数在胞质溶胶中激活一些细胞质靶蛋白，也有少数被激活的PKA可以转移到细胞核中磷酸化某些重要的核蛋白，被磷酸化的PKA可以转移到细胞核中磷酸化某些重要的核蛋白，被磷酸化的核蛋白能够作用于DNA中的特定位点，该位点通常含有特别核苷酸序列（TGACGTCA，也称之为cAMP效应元件即CRE）。CRE一般位于基因的调节区，对cAMP的作用进行应答。

⑹cAMP信号的终止

cAMP信号解除在两种方式。一是通过磷酸二脂酶将cAMP迅速降解