第九章细胞信号转导20

第九章细胞信号转导细胞通讯：一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过信号转导产生靶细胞内一系列的生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应。

信号传导：是指信号分子从合成的细胞中释放出来，然后进行传递。

信号传导强调信号的产生、分泌与传送。

信号转导：是指信号的识别、转移与转换，包括配体与受体的结合、第二信使的产生及其后的级联反应等。

信号转导强调信号的接收与接收后信号转换的方式与结果。

受体：是一类能够结合细胞外特异性信号分子并启动细胞反应的蛋白质。

第二信使：细胞外信号分子不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，经信号转导，在细胞内产生非蛋白类小分子，这种细胞内信号分子称为第二信使。

分子开关：细胞信号传递级联中，具有关闭和开启信号传递功能的分子。

信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。

G蛋白偶联受体：指配体-受体复合物与靶细胞的作用是要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞行为的受体。

cAMP信号通路：细胞外信号与细胞相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP水平的变化而引起细胞反应的信号通路。

（磷脂酰肌醇信号通路）双信使系统：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活膜上的磷脂激酶C，使质膜上的PIP2分解成IP3和DAG两个第二信使，将胞外信号转导为胞内信号，两个第二信使分别激活两种不同的信号通路，即IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，实现对胞外信号的应答，因此将这种信号通路称为“双信使系统”。

钙调蛋白：真核细胞中普遍存在的Ca2+应答蛋白。

Ras蛋白：Ras基因的产物，分布于质膜胞质侧，结合GTP时为活化状态，结合GDP时失活状态，因此Ras蛋白属于GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，具有分子开关的作用。

. 第九章细胞间通讯与信号转导第一节细胞通讯一．信号转导：针对外源信息所发生的细胞应答反应全过程。

二．细胞间联络的三种方式：（一）细胞间隙连接：是细胞间的直接通讯方式。

相邻细胞间存在着连接蛋白构成的管道结构——连接子。

生物学意义：相邻的可以共享小分子物质，因此可以快速和可逆的促进。

相邻细胞对外界信号的协同反应。

（二）膜表面分子接触通讯细胞质膜的外表面存在的蛋白质或糖蛋白、蛋白聚糖分子作为细胞的触角，可以与相邻细胞的膜表面分子特异性的相互识别和相互作用，以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。

例如：T淋巴细胞和B淋巴细胞的相互作用。

黏附分子的相互作用。

黏附分子：细胞表面的整合蛋白、钙粘蛋白和免疫球蛋白超家族等分子都可以通过其蛋白质或糖链部分与另一细胞的同类或不同类分子相互识别并结合，使得两个细胞黏附在一起，因此将这些分子称为黏附分子。

（三）化学信号介导的通讯多细胞生物与邻近细胞或相对较远距离的细胞之间的信息交流主要是由细胞所分泌的化学物质，如蛋白质或小分子有机化合物所完成的。

这些分子称为化学信号。

他们作用于周围或距离较远的其他种类细胞（靶分子），调节其功能，这种通讯方式称为化学通讯。

是间接的细胞通讯，是细胞间的相互联系不再需要它们之间的直接接触，而是以化学信号介质进行调控。

第二节细胞信号转导机制概述外源信号---受体---细胞内多种生物分子的浓度、活性、位置变化---细胞应答反应。

一．信号必须经由受体发挥作用二．信号转导分子负责信号在细胞内的传递和转换（一）第二信使：细胞的信号转导过程是由一个复杂的网络系统完成的。

这一网络系统的结构基础是一些关键的蛋白质分子和一些小分子活性物质，其中的蛋白质分子常被称为信号转导分子，小分子活性物质常被称为第二信使。

（二）蛋白激酶与蛋白磷酸酶是蛋白质活性的开关系统蛋白质的磷酸化修饰是体内蛋白质类物质活性快速调节的重要方式之一。

蛋白激酶（PK）催化A TP分子中的r-磷酸基团转移至蛋白质分子中的羟基的反应。

一、细胞信号转导概述（一）信号转导的概念在多细胞生物体中，细胞间的信号转导(signaltransduction)与交换对细胞的生存非常重要。

细胞的信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子，并产生生物效应的过程。

通常所指的信号转导是指跨膜信号转导(transmembrane signal transduction)，即生物活性物质（如神经递质、激素、细胞因子等）通过受体或离子通道的作用，将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而对细胞的功能、代谢、生长速度、迁移等生物学行为产生影响。

（二）信号转导系统的基本组成细胞信号转导系统通常由信息分子(signaling molecule)、受体(receptor)、转导体(transducer)及效应体(effector)四个环节组成。

信息分子的受体位于靶细胞的质膜上、胞质或核内，与之相结合的相应信息分子统称为配体(ligand)。

配体与受体的结合可诱导受体的构象发生变化，激活转运体，进而启动细胞内的信息转导途径（如效应体的级联反应），最终导致细胞功能的改变。

（三）信号转导的主要途径根据介导的配体和受体的不同，信号转导可分为两大类，一类是水溶性配体或物理信号作用于膜受体，随后经历跨膜和细胞内信号转导体的依次作用，最终作用于效应体，产生效应。

依据膜受体特性的不同，这类信号转导又有多种通路，主要是由离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联受体和招募型受体介导的信号转导。

另一类是脂溶性配体直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用，这类方式通常都是通过影响基因表达而产生效应。

应当注意到膜受体介导的信号转导也大多可以影响转录因子的活性而改变基因的表达。

（四）信号转导途径间的交互联系细胞信号转导通路的细节非常复杂，涉及蛋白质等相互作用以及相关基因表达的过程，而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成错综复杂的信号网络(signaling network)。

细胞信号转导细胞信号转导是细胞内外环境信息传递和响应的过程。

在细胞内外环境发生变化时，细胞通过感知这些信号并传导到细胞内部，最终引发一系列的生物学效应。

本文将介绍细胞信号转导的基本概念、机制与重要研究领域。

一、信号转导的基本概念细胞信号转导是细胞内外信号信息通过具体的分子机制传递到细胞内部，并且在细胞内引发相应的生物学反应。

信号可以是化学物质、光线、温度和压力等，这些信号通过细胞膜表面受体或胞浆内受体与信号分子特异性结合，从而激活一系列的信号转导分子。

细胞信号转导的过程通常包括受体激活、信号传导、增强或抑制等多个环节。

二、信号转导的机制在细胞信号转导的过程中，不同信号可以通过不同的机制进行转导，包括直接通过受体激活、信号级联放大、二级信号传导以及负反馈调控等机制。

1. 直接激活：有些信号可以直接通过受体激活下游分子，例如膜受体激活酪氨酸激酶，进而磷酸化下游调节因子。

2. 信号级联放大：部分信号转导可以通过级联放大的方式增强信号的强度和传递效果。

一个典型例子是G蛋白偶联受体信号转导通路，一个G蛋白偶联受体可以激活多个G蛋白，每个G蛋白可进一步激活下游信号转导分子。

3. 二级信号传导：某些信号分子可以通过激活下游信号分子形成二级信号传导，例如细胞内钙离子浓度的增加可以激活蛋白激酶C，进而磷酸化下游的蛋白质。

4. 负反馈调控：为了避免过度的信号激活，细胞常常会通过负反馈调控机制来抑制信号转导分子的活性，以保持信号的动态平衡。

三、细胞信号转导的重要研究领域细胞信号转导是生物学的重要研究领域，许多科学家致力于探索细胞内信号传导的机制和调控网络。

以下是其中的几个重要研究领域：1. 肿瘤信号转导：细胞信号转导的异常调控与肿瘤的发生和发展密切相关。

研究人员通过研究与肿瘤发生相关的信号转导通路，探索肿瘤的分子机制，并寻找新的治疗靶点。

2. 免疫信号转导：细胞信号转导在免疫系统中起着重要的作用。

研究人员致力于解析免疫应答的信号转导网络，以揭示免疫反应的机制，为免疫相关疾病的治疗提供新的思路。

1基本概念信号转导signal transduction——细胞内外的信号，通过细胞的转导系统转换，引起细胞生理反应的过程。

化学信号chemical signals——细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理反应的化学物质。

物理信号physical signal——细胞感受到刺激后产生的能够起传递信息作用的电信号和水力学信号等物理性因子。

G蛋白G protein——全称为GTP结合调节蛋白(GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由于其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)的结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。

在受体接受胞间信号分子到产生胞内信号分子之间往往要进行信号转换，通常认为是通过G蛋白偶联起来，故G蛋白又称为偶联蛋白或信号转换蛋白。

第二信使second messenger——能被胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子。

第二信使亦称细胞信号传导过程中的次级信号。

在植物细胞中的第二信使系统主要是钙信号系统、肌醇磷脂信号系统和环核苷酸信号系统等。

动作电波action potential，AP——也叫动作电位，指细胞和组织中发生的相对于空间和时间的快速变化的一类生物电位，它是植物的一种物理信号，可通过输导组织传递。

钙调素calmodulin，CaM——是最重要的多功能Ca2+信号受体，为单链的小分子酸性蛋白。

当外界信号刺激引起胞内Ca2＋浓度上升到一定阈值后，Ca2+与CaM结合，引起CaM构象改变。

而活化的CaM又与靶酶结合，使其活化而引起生理反应。

磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI——亦称肌醇磷脂(lipositol)，即其肌醇分子六碳环上的羟基被不同数目的磷酸酯化，PI为磷脂酰肌醇；PIP为磷脂酰肌醇-4-磷酸；PIP2为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸。

肌醇磷脂参与细胞胞内的信号转导。

肌醇-1，4，5-三磷酸inositol-1，4，5-triphosphate，IP3——植物细胞内信号分子，通过调节Ca2+浓度来传递信息。

第九章细胞信号转导1 、什么是细胞通讯？细胞通讯有哪些方式？答：细胞通讯是指一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相对应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。

细胞通讯有3种方式：①细胞通过分泌化学信号进行细胞通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式；②细胞间接触依赖性通讯，细胞间直接接触，通过信号细胞跨膜信号分子（配体）与相邻靶细胞表面受体相互作用；③动物相邻细胞间形成间隙连接、植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。

2 、简述细胞的信号分子和受体的类型，信号转导系统的主要特性有什么？答：<1>信号分子是细胞信息的载体，种类繁多，包括化学信号和物理信号。

各种化学信号根据其化学性质通常分为3类：①气体性信号，包括NO、CO；②疏水性信号分子，主要是甾类激素和甲状腺激素；③亲水性信号分子，包括神经递质、局部介导和大多数蛋白类激素。

<2>根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体区分为细胞内受体和细胞表面受体。

细胞内受体位于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性分子；细胞表面受体又可分属三大家族：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶联受体。

<3>信号转导系统的主要特性：①特异性：细胞受体与胞外配体的识别、结合、效应具有特异性，且受体与配体的结合具有饱和性可逆性特征；细胞信号转导既有专一性又有作用机制的相似性。

②放大效应：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大的级联反应。

最常见的级联放大作用是通过蛋白质磷酸化实现的；③网络化和反馈调节机制：由一系列正反馈和负反馈环路组成网络特性，对于及时校正反应的速率和强度是最基本的调控机制；④整合作用：细胞必须整合不同的信息，对细胞外信号分子的特异性组合作出程序性反应；⑤信号的终止和下调：信号转导过程具有信号放大作用，但这种放大作用又必须受到适度控制，这表现为信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存。

第九章细胞信号转导习题及答案细胞生物学章节习题-第九章一、选择题1、动物细胞内引起储存Ca2+释放的第二信使分子是（ A ）。

A. IP3B. DAGC. cAMPD. cGMP2、一氧化氮的受体是（B ）。

A. G蛋白偶联受体B. 鸟苷酸环化酶C. 腺苷酸环化酶D. 受体酪氨酸激酶3、表皮生长因子（EGF）的穿膜信号转导是通过（A ）实现的。

A. 活化酪氨酸激酶B. 活化酪氨酸磷酸酶C. cAMP调节途径D. cGMP途径4、有关cAMP信号通过，下列说法错误的是（B）。

A. 被激活的蛋白激酶A的催化亚基转为进入细胞核，使基因调控蛋白磷酸化B. 结合GTP的α亚基具有活性，而βγ亚基复合物没有活性C. βγ亚基复合物与游离的Gs的α亚基结合，可使Gs的α亚基失活D. 这一通路的首要效应酶是腺苷酸环化酶，cAMP被环腺苷磷酸二酯酶消除5、霍乱弧素引起急性腹泻是由于（A ）。

A. G蛋白持续激活B. G蛋白不能被激活C. 受体封闭D. 蛋白激酶PKC功能异常E. 蛋白激酶PKA功能异常6、G蛋白具有自我调节活性的功能，下列哪种说法可以解释G蛋白活性丧失的原因（A ）。

A. α亚基的GTPase活性B. 效应物的激活C. 与受体结合D. 亚基解离7、胞内受体介导的信号转导途径对代谢调控的主要方式是下列哪种（A ）？A. 特异基因的表达调节B. 核糖体翻译速度的调节C.蛋白降解的调节D. 共价修饰调节8、制备人类肝细胞匀浆液，然后通过离心技术分离细胞膜性成分和可溶性胞质。

如在可溶胞质组分中加入肾上腺素，会发生下何种情况（D ）A. cAMP增加B. 肾上腺素与其胞内受体结合C. 腺苷环化酶的激活D. cAMP浓度不变9、1,4,5-三磷酸肌醇促进Ca2+从细胞那个部位释放进入细胞质（B ）A. 线粒体B. 内质网C. 质膜（从胞外到胞内）D. Ca2+-CaM复合体细胞10、与视觉信号转导有关的第二信使分子是下列哪种成分（D ）。

第九章细胞信号转导细胞通讯cellcommunication信号细胞发出的信息传递到靶细胞并与受体相互作用，引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。

细胞通讯的方式A、分泌化学信号（内分泌、自分泌、旁分泌、化学突触传递神经递质）；B、接触依赖性通讯（细胞直接接触，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，影响靶细胞）；C、间隙连接和胞间连丝内分泌由分泌细胞分泌信号分子到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞。

旁分泌细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用于临近靶细胞。

如表皮生长因子、淋巴因子、前列腺素、NO等自分泌内分泌细胞将激素或调节肽分泌到细胞外，通过组织间液，再作用于本细胞膜上的受体，使内分泌细胞的功能发生改变。

这一途径的靶细胞就是该细胞的本身。

细胞对自身分泌的信号分子产生反应。

化学突触传递神经递质电信号-化学信号-电信号Ca2+的功能A、是骨骼的重要组成元素，生物体的重要结构成分；B、参与生物体动作电位的形成C、作为酶的激活剂或者抑制剂调节酶的活性D、参与细胞内信号转导过程钙调蛋白CaM calmodulin 一种高度保守、广泛分布的小分子Ca2+结合蛋白，参与许多Ca2+依赖性的生理反应与信号转导。

每个钙调蛋白分子有4个钙离子结合位点。

CaM本身没有活性，只有同Ca2+结合形成复合体后才能活化多种靶酶。

细胞内受体：接受亲脂性信号分子；一般有三个结构域：1、激素结合结构域（位于C端）；2、抑制蛋白结合位点（富含Cys，具有锌指结构）；3、转录激活结构域（位于N端）细胞表面受体：接受亲水性信号分子（分为离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体、酶联受体）；至少还有两个结构域：配体结合区域和效应区域第二信使second messenger 第一信使分子（激素或其他配体）与细胞表面受体结合后，在细胞内产生或释放到细胞内的小分子物质，如cAMP,IP3,DAG，Ca2+等，有助于信号向胞内进行传递。

细胞生物学章节习题-第九章一、选择题1、动物细胞内引起储存Ca2+释放的第二信使分子是（ A ）。

A. IP3B. DAGC. cAMPD. cGMP2、一氧化氮的受体是（B ）。

A. G蛋白偶联受体B. 鸟苷酸环化酶C. 腺苷酸环化酶D. 受体酪氨酸激酶3、表皮生长因子（EGF）的穿膜信号转导是通过（A ）实现的。

A. 活化酪氨酸激酶B. 活化酪氨酸磷酸酶C. cAMP调节途径D. cGMP途径4、有关cAMP信号通过，下列说法错误的是（B）。

A. 被激活的蛋白激酶A的催化亚基转为进入细胞核，使基因调控蛋白磷酸化B. 结合GTP的α亚基具有活性，而βγ亚基复合物没有活性C. βγ亚基复合物与游离的Gs的α亚基结合，可使Gs的α亚基失活D. 这一通路的首要效应酶是腺苷酸环化酶，cAMP被环腺苷磷酸二酯酶消除5、霍乱弧素引起急性腹泻是由于（A ）。

A. G蛋白持续激活B. G蛋白不能被激活C. 受体封闭D. 蛋白激酶PKC功能异常E. 蛋白激酶PKA功能异常6、G蛋白具有自我调节活性的功能，下列哪种说法可以解释G蛋白活性丧失的原因（A ）。

A. α亚基的GTPase活性B. 效应物的激活C. 与受体结合D. 亚基解离7、胞内受体介导的信号转导途径对代谢调控的主要方式是下列哪种（A ）？A. 特异基因的表达调节B. 核糖体翻译速度的调节C.蛋白降解的调节D. 共价修饰调节8、制备人类肝细胞匀浆液，然后通过离心技术分离细胞膜性成分和可溶性胞质。

如在可溶胞质组分中加入肾上腺素，会发生下何种情况（D ）A. cAMP增加B. 肾上腺素与其胞内受体结合C. 腺苷环化酶的激活D. cAMP浓度不变9、1,4,5-三磷酸肌醇促进Ca2+从细胞那个部位释放进入细胞质（B ）A. 线粒体B. 内质网C. 质膜（从胞外到胞内）D. Ca2+-CaM复合体细胞10、与视觉信号转导有关的第二信使分子是下列哪种成分（D ）。