细胞通讯与信号转导

1. 细胞通讯与信号转导

2. 一、细胞通讯 （一）概念 细胞通信：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上的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。

3. （二）细胞通信的方式 1. 通过分泌化学信号进行细胞通讯 内分泌、旁分泌、自分泌、化学突触

4. 2. 细胞间接触依赖性的细胞通讯 ３通过间隙连接/胞间连丝使细胞质互通 通过间隙连接使细胞质互通

5. （三）细胞通信的组成元件 1信号的发射 信号分子 2信号的识别 受体 3信号转导 胞内的第二信使 4信号传递的放大与终止 分子开关

6. 1. 信号分子：是细胞信息的载体 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。如神经递质、生长因子、局部化学递质、多数激素 • 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。如甾类激素和甲状腺素等。

7. 2. 受体（receptor）：接收信息的分子，多为糖蛋白 （1）根据受体存在的部位分两类 • 细胞表面受体：受胞外亲水性信号分子的激活； • 细胞内受体：位于细胞质或细胞核中，受胞外亲脂性信号分 （2）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； （3）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

8. 3.第二信使与分子开关 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；细胞外的信号称为第一信使 目前公认的第二信使：cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG或DAG）、Ca2+ 第二信使的作用：信号转换、信号放大

9. 分子开关 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： 蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶 结合GDP 结合GTP 通过磷酸化传递信号 通过结合蛋白传递信号

10. 二、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

11. 受体的三大结构域： 失活态 激活态 胞内受体蛋白家族

12. 甾类激素是一类亲脂性信号分子，可与胞内受体结合，提高受体与DNA结合能力，增强基因转录甾类激素是一类亲脂性信号分子，可与胞内受体结合，提高受体与DNA结合能力，增强基因转录 甾类激素诱导的基因活化分两阶段： 初级反应阶段：直接激活少数特殊基因，反应迅速 延迟的次级反应阶段：初级反应阶段的基因产物再 活化其它基因，放大初级反应的作用 甲状腺素和雌激素都是亲脂小分子，其作用原理与甾类激素相同

13. 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 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

14. 三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 信号分子：亲水性化学信号分子，不能直接进入细胞，而是与细胞表面的受体结合，进而将信号转导到细胞内 包括神经递质、蛋白激素和生长因子等

15. 细胞表面受体主要类型∶ 存在于神经、肌肉等可兴奋细胞 无组织特异性

16. （一）离子通道耦联的受体 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 兴奋的神经末稍 活化的突触 静息态的神经末稍 Ca2+通道关闭 神经递质 离子通道耦 联的受体 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

17. （二）G蛋白偶联的受体 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蛋白即GTP结合调节蛋白 位于膜内侧，具有三亚基：βγ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。

18. 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；

19. G蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路： 1. cAMP信号通路：又称PKA系统 •效应酶：腺苷酸环化酶 •在胞内形成的第二信使是： cAMP •cAMP通过激活蛋白激酶A（PKA）影响下游分子 2. 磷脂酰肌醇信号通路：又称PKC系统或双信使系统 •效应酶：磷脂酶C •在胞内形成的第二信使是： IP3和DAG •DAG通过激活蛋白激酶C (PKC) 来影响下游分子 •IP3释放Ca2+调控钙调蛋白引起细胞反应

20. 1. cAMP信号通路 组成成份： 1. 信号受体: 7次跨膜的膜整合蛋白 2. G-蛋白: 在受体接收的信号后， 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

21. 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;

22. 腺苷酸环化酶 结合于质膜上的跨膜糖蛋白，由G蛋白活化； 功能：在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP cAMP作为第二信使，特异激活蛋白激酶A (PKA) 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；

23. 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

24. 2. 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） 激活磷酯酶C (PLC) PIP2 G-蛋白 受体 IP3 DG

25. 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； Ca2+具有两方面重要作用： 1. 作为信使，活化钙调蛋白（CaM） 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； 2. 与二酰甘油（DAG）共同激活位于质膜上的蛋白激酶C（PKC）

26. 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

27. 磷脂酰肌醇信号通路 G蛋白耦联受体 磷脂酶C PIP2 二酰基甘油 级联反应 IP3 CaM 受IP3调节的 钙离子通道 反应 内质网钙库

28. （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 至少有5类： ①受体酪氨酸激酶 ②受体丝氨酸/苏氨酸激酶 ③受体酪氨酸磷脂酶 ④ 酪氨酸激酶连接的受体 ⑤受体鸟苷酸环化酶

29. 1. 受体酪氨酸激酶（RTKs） RTKs包括6个亚族，都是单次跨膜蛋白

30. 酪氨酸蛋白激酶的激活 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）

31. 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； 突变的Ras蛋白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 Ras具有分子开关的作用

32. 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：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： Raf（丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，MAPKKK） 结合并激活 磷酸化 Ras 蛋白激酶MAPKK 磷酸化 修饰基因 调控蛋白 进入细胞核 蛋白激酶MAPK

33. 2. 细胞表面的其它酶联受 1）受体丝氨酸/苏氨酸激酶 配体是转换生长因子TGF,在植物中十分丰富 2）受体酪氨酸磷酸酯酶 逆转RTK的效应 3） 受体鸟苷酸环化酶 第二信使cGMP，并激活蛋白激酶G(PKG) 4）酪氨酸蛋白激酶相关的受体 受体本身无酪氨酸蛋白激酶活性，在受体与配体结合后，激活细胞质中的酪氨酸蛋白激酶，实现信号转导

34. 四、由细胞表面整合蛋白介导的信号传递 整联蛋白存在于粘着斑中（连接胞外基质和胞内纤联蛋白），在粘着斑装配和细胞生长接触性抑制中起作用 粘着斑的功能： 一是机械结构功能； 二是信号传递功能

35. 谢谢