细胞信号传递的基本特征.ppt

资料12425资料2美西螈核移植实验白美西螈卵细胞黑美西螈胚胎细胞去细胞核细胞核在遗传信息传递中的作用26资料3变形虫切割核移植实验资料3变形虫切割核移植实验死亡一段时间后植入细胞核死亡正常生活正常生活无核部分有核部分取出核死亡细胞核在遗传信息传递中的作用27细胞核在遗传信息传递中的作用以上实验表明细胞核是细胞内一个非常重要的结构在细胞的生命活动中起主导作用
一 胞间信号 •阅读与分析：
仔细阅读书上的两组资料，你认为起信号传 递作用的物质分别是什么？
资料1：一箱未成熟的苹果放上两个星期变化也不 大。如果在其中放入一只成熟的苹果，整箱苹果 很快就变得美味可口了。这是由于成熟的苹果能 释放出乙烯，乙烯能使苹果很快成熟。
乙烯，植物激素
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一 胞间信号
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二 胞间信号的受体
细 胞 表 面 受 体 模 式 图
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三 胞内信号
1.产生：第一信使与膜上的受体结合，激 活膜上的信号转换机制，从而产生了细胞 内识别的“语言”——环腺苷酸（cAMP）， 因此把胞外信息传到了胞内。环腺苷酸即 为胞内信号物质（第二信使）。
2.主要类型：除环腺苷酸（cAMP）外，还 有如Ca2+、1,2-二酰甘油（DAG），1,4,5三磷酸肌醇（IP3）等。
• 生命与非生物物质最显著的区 别在于生命是一个完整的自然的信 息系统。 • 生命现象是信息在同一或不同 时空传递的现象，生物的进化实质 上就是信息系统的进化。
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• 要保证生物体各组分之间或环 境之间相互影响和相互协调一致， 必须有信息的传递和交流，即细胞 通讯。细胞通讯的信息类型可分为 3类：环境信息、遗传信息和神经 信息。
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一般将细胞外信号分子称为“第一信使”，第一信使与受 体作用后在细胞内产生的信号分子称为第二信使。
胞外物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面 受体导致胞内产生第二信使，从而激发一系列生化反应， 最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用 终止。
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亲脂性信号分子：主要是甾类激素和甲状腺素，它们可以穿过细胞膜 进入细胞，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。
亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子和大多数激素，它们不能 穿过细胞质膜，只能通过与靶细胞膜表面受体结合，再经过信号转导 机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或磷酸蛋白酶的活性， 引起细胞的应答反应。
气体性信号分子(NO) ：是迄今为止发现的第一个气体信号分子，它 能直接进入细胞直接激活效应酶，是近年来出现的“明星分子”。
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受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子） 的大分子。当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信 号转换为胞内物理或化学的信号，以启动一系过程，最终 表现出生物学效应。
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此类受体是细胞表面受体中最大家族，普遍存在于各类 真核细胞表面。其信号的传递需要依赖于G蛋白的活性。
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此类受体包括两种类型：一是受体胞内结构域具有潜在酶 活力，另一类是受体本身不具酶活性，通过其胞内区与酶 相联系。
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山东师范大学生命科学学院
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一、信号转导概述
信号转导——细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构，通过 一系列反应实现对细胞功能活动的调控。
(一)细胞外刺激信号 体内的信号物质一般为生物活性物质，如神经递质、激素、 细胞因子等，其中多数为水溶性物质。
(二)受体及其特征
1.受体的概念及其分类 受体(receptor)——位于细胞膜或细胞内能与某些信号
3.以神经-肌接头处兴奋传递为例，简述通道耦联的受体介导 的信号转导过程。
G蛋白作用模式
cAMP作为第二信使的发现
➢ 第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为 人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都 是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次 把cAMP叫做第二信使，激素等为第一信使。已知的第二 信使种类很少，但却能转递多种细胞外的不同信息，调节 大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有 明显的通用性。
(3)Ｇ蛋白效应器(Ｇ protein effector)
(4)第二信使(second messenger) (5)蛋白激酶(protein kinase, PK)
G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程
配体 受体
受体-配体
G蛋白
激活型G蛋白
G蛋白效应器
激活的 G蛋白效应器
[第二信使] 或
依赖于第二信使的酶或通道激活或抑制
某些蛋白质磷酸化
生物效应
2. G蛋白受体介导的信号转导的主要途径
(2)受体-G蛋白-DG/PKC途径： 配体与膜受体结合 膜中的G蛋白(Gq) 激活磷脂酶C(PLC) 膜脂质中的二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)迅速水解为 IP3(三磷酸肌醇)和DG(二酰甘油) DG激活蛋白激酶C(PKC) 进一步作用于下游的信号蛋白或功能蛋白 诱发细胞功能改变。

转录激活功能域
配体结合功能域
DNA-结合功能域
抑制性蛋 白
无活性的细胞核受体
辅激发蛋白
配体
受体结合序列
起始靶基因转录
精选PPT课件 激活的细胞核受体
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胞内受体介导 的信号传递过 程
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甾类激素可以诱导原初反应和次级反应；即：
A：直接诱导少数特殊基因转录的原初反应阶段；
B：基因产物再活化其他基因，产生一种延迟的次级 反应。这种反应对激素原初作用起放大效应。
a亚基上GTP水解，使该亚基本
身失活，造成和靶蛋白解离
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失活的a-亚基与bg -复合体结合
无活性G-蛋白 无活性靶蛋白
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激活G-蛋白的功能
1) 离子通道
2) 酶
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二、G-蛋白耦联受体介导的细胞信号通路 （一）以cAMP为第二信使的信号通路
1)腺苷酸 环化酶
第八章 细胞信号转导
细胞外信号分子 受体蛋白分子
细胞内信号分子
靶位蛋白
代谢类酶 基因调节蛋白 细胞骨架蛋白
代谢改变 基因表达 细胞形状
改变 精选或PP运T课动件改变
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第一节 概述
一、细胞通讯
概念（P218)：生物体内C与C之间的联
络、识别以及信息传递，是指一个细胞发出的 信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞相 应的受体相互作用，然后通过信号转导产生胞 内一系列生理生化反应，最终表现为细胞整体 的生物学效应的过程。
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2)环化 AMP 磷酸二酯酶
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3)蛋白激酶A

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(二)G蛋白(G protein)
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。 G蛋白的发现是生物学一大成就。吉尔曼(Gilman) 与罗德贝尔(Rodbell)因此获得1994年诺贝尔医学 生理奖。
双信号系统中，IP3通过调节Ca2+浓度，而DAG 则通过激活蛋白激酶C(PKC)来传递信息(图629)。
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3.环核苷酸信号系统
受动物细胞信号的启发，人们最先在植物中寻找 的胞内信使是环腺苷酸(cyclic AMP,cAMP)，但 这方面的进展较缓慢，在动物细胞中，cAMP依赖 性蛋白激酶(蛋白激酶A，PKA)是cAMP信号系统 的作用中心。植物中也可能存在着PKA。蔡南海实 验室证实了在叶绿体光诱导花色素苷合成过程中， cAMP参与受体G蛋白之后的下游信号转导过程， 环核苷酸信号系统与Ca2+-CaM信号转导系统在合 成完整叶绿体过程中协同起作用(图6-27)。
配体-受体 复合物
1 2
4 活化酶 3
18.31 异源三体G蛋白的活动循环
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G蛋白位于膜内 侧，并与质膜紧密结 合。 1. 某种刺激信号与其 膜上的特异受体结合 后，激活的受体将信 号传递给G蛋白， 2. G蛋白的α亚基与 GTP结合而被活化。活 化的α亚基与β和γ 亚基复合体分离而呈 游离状态， 3. 活化的α亚基继而 触发效应器(如磷酸脂 酶C) 把胞外信号转换 成胞内信号。 4. 而当α亚基所具有 的GTP酶活性将与α亚 基相结合的GTP水解为 GDP后，α亚基恢复到 去活化状态并与β和 γ亚基相结合为复合 体。

Department of Biochemistry & Molecular Biology
甾体激素NR
类别
非甾体激素NR
Байду номын сангаас孤儿NR
被领养的孤儿NR
未被领养的孤儿NR （配体不明或不需要）
NR的分类
成员 糖皮质激素受体 盐皮质激素受体
雄激素受体 雌激素受体 孕激素受体 甲状腺激素受体
维甲酸受体
维生素D3 受体
配体 糖皮质激素 盐皮质激素
雄激素 雌激素 孕激素 甲状腺激素
全反式维甲酸
维生素D3
PPARα PPARγ PPARβ/δ
FXR LXRs PXR RXRs CAR RORs HNF4 ERR SXR SF-1 COUP-TFs GCNF Nor1 Nurr1 Nurr77 PNR TR2/4 Rev-erbs TLX
Clinical tips
➢Why glucocorticoid( 糖 皮 质 激 素 ) can promote glyconeogenesis(糖异生) in hypoglycaemia(低血糖)？
➢Why thyroxin deficiency can result in cretinism(呆小 症 ), and much higher level of thyroxin is closely associated with the hypermetabolism( 高 代 谢 ) in hyperthyroidism (甲亢)?
domain（配体依赖性转录激活功能域）
Nomenclature of NR
➢ 1999年，NR命名委员会根据NR的C和E结构域的同源性对NR 进行了系统命名，用NRXYZ来表示，其中NR表示核受体，X 和Z是阿拉伯数字，Y是大写英文字母。X代表NR的亚家族， Y代表亚家族中的组别，Z代表组别中的成员。 例如：FXR:NR1H4; LXRα:NR1H3; LXRβ:NR1H2.

各种化学通讯方式
细胞信号转导的作用：
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；
3.突触信号：神经递质（如乙酰胆碱）由突触前膜释放， 经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
4.自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同 类或同一细胞，常见于癌变细胞。如：大肠癌细胞可自 分泌产生胃泌素，介导调节c-myc、c-fos和ras p21等癌 基因表达，从而促进癌细胞的增殖。
三、酶耦联型受体
这类受体本身具有激酶活性，如肽类生长因子 （EGF，PDGF，CSF等）受体；或者是本身没有酶活 性，但可以连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受 体超家族。 这类受体的共同点是： ①通常为单次跨膜蛋白； ②接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号 转导。
三、酶耦联型受体
可分为：
一、信号分子：
从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类：
脂溶性信号分子：如甾类激素和甲状腺素，可直接 穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复 合物，调节基因表达。
水溶性信号分子：如神经递质、细胞因子和水溶性 激素，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经 信号转换机制，通过胞内信使（如cAMP）或激活 膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细 胞的应答反应。
G蛋白耦联型受体
（一）cAMP信号途径
该信号通路根据G蛋白的性质不同又可以分为：Gs调节 模型和Gi调节模型；
1、Gs调节模型：

coupled receptor，GPCR）。
一条肽链糖蛋白 信息传递步骤： 激素与受体结合
受体蛋白的构象改变调节G 蛋白的活性
促进蛋白激酶活性，产生生 物学效应（细胞代谢、基因 转录的调控）
胞质内第二 信使浓度增 加
细胞膜上的酶活
化（AC 等）
❖ G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCR ）作为人类 基因组编码的最大类别膜蛋白超家族，有800多个家族成员，与 人体生理代谢几乎各个方面都密切关联。它们的构象高度灵活， 调控非常复杂，天然丰度很低。
成纤维细胞生长因子(FGF)
血管内皮生长因子(VEGF)
功能：
配体受体结合
受体蛋白质 构象改变
使底物磷酸化，与细胞的增殖、 分化、癌变有关。
（存在自身磷酸化位点，调节酪 氨酸激酶活性）
（二）细胞内受体结构特征
❖ 胞内受体通常为由400～1000个氨基酸组成的单体蛋白，包括四个区域：
❖ ①高度可变区：位于N末端的氨基酸序列高度可变，长度不一，具有转录激活功能。 ❖ ②DNA结合区：其DNA结合区域由66～68个氨基酸残基组成，富含半胱氨酸残基
❖ ③PKA对基因表达的调节作用
表12-2PKA对底物蛋白的磷酸化作用
底物蛋白 核中酸性蛋白质 核糖体蛋白 细胞膜蛋白
微管蛋白 心肌肌原蛋白 心肌肌质网膜蛋白 肾上腺素受体蛋白β
磷酸化的后果
生理意义
加速转录
促进蛋白质合成
加速翻译
促进蛋白质合成
膜蛋白构象及功能改变 构象及功能改变
改变膜对水及离子的通 透性
，具两个锌指结构，由此可与DNA结合。 ❖ ③铰链区：为一短序列，可能有与转录因子相互作用和触发受体向核内移动的

• NO的作用机制：
（1）激活靶细胞内具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的NO受体。
（2）NO与GC活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，增强酶活性，cGMP水平升高 。
（3）cGMP激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），抑制肌动-肌球蛋白 复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
G蛋白偶联受体 的结构图
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G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答：
包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基 酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受体，以及哺乳类嗅觉、 味觉受体和视觉的光激活受体（视紫红质）。
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
第一节 细胞信号转导概述
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（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配 体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号
转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。
（细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信
• IRS1：胰素受体底物
（二）细胞内信号蛋白复合物的装配
• 信号蛋白复合物的生物学意义：细胞内信号蛋白复合物 的形成在时空上增强细胞应答反应的速度、效率和反应的 特异性。
• 细胞内信号蛋白复合物的装配可能有3种不同类型。
细胞内信号蛋白复合物装配的3种类型
• A：基于支架蛋白 B：基于受体活化域 C：基于肌醇磷脂
⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变；
细胞表面受体（cell-surface receptor）： 位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质

激素是由内分泌腺或内分泌细 胞分泌的高效生物活性物质， 能够调节机体的生理功能。
激素通过与靶细胞表面的受体 结合，将信号传递到细胞内部， 影响细胞代谢、生长和分化等 过程。
常见的激素包括胰岛素、甲状 腺激素、肾上腺素、雌激素等。
神经递质
神经递质是神经元之间传递信息的化 学物质，通过突触传递的方式将信号 从一个神经元传递到另一个神经元。
跨学科合作与交流
生物学与医学的交叉
信号传导研究涉及到生物学和医学的多个领域，需要生物学和医 学专家的跨学科合作，共同推进信号传导领域的发展。
基础研究与应用研究的结合
信号传导研究不仅需要关注基础理论问题，还需要与临床应用紧密 结合，将研究成果转化为实际的治疗手段和应用。
国际学术交流与合作
加强国际学术交流与合作，共同推动信号传导领域的创新和发展， 促进科研成果的共享和转化。
MAPK磷酸酶。
当细胞受到外界刺激时，MAPK途径被激活，导致MAPK的磷酸
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化，进而调控下游靶蛋白的活性，影响细胞功能。
PI3K-Akt途径
1
PI3K-Akt途径是细胞内另一个重要的信号传导途 径，与细胞生长、代谢和存活等密切相关。
2
PI3K是该途径的起始酶，可被多种生长因子、激 素和细胞因子激活。
癌症的发生与细胞信号传导通路的异常密切相关。某些癌症的发生与特定的信号传导通路的异常激活或抑制有关， 如EGFR、K-Ras等。
信号传导抑制剂在癌症治疗中的应用
针对异常激活的信号传导通路，科学家们开发出了多种信号传导抑制剂，如EGFR抑制剂、MEK抑制剂等，用于 治疗特定的癌症。
神经退行性疾病
神经退行性疾病与信号传导
3
当PI3K被激活后，Akt磷酸化并活化，进而调控 下游靶蛋白的活性，影响细胞功能。

• （3）信号转到过程中有信号放大作用：信号的 放大作用与信号所启动的作用并存； 蛋白激酶的网络整合信息
• 细胞信号传递构成一个复杂的信号网络系统，具 有高度的非线性特点，即信号网络中各通路之间 存在cross talking 的相互关系。而蛋白激酶的网 络整合信息是不同信号通路之间实现的“交谈” 的一种重要方式。
4二蛋白激酶的网络整合信息?细胞信号传递构成一个复杂的信号网络系统具有高度的非线性特点即信号网络中各通路之间存在crosstalking的相互关系
（一） 细胞信号传递的基本特征
• （1）多途径、多层次的细胞信号通路具有 收敛性或是发散性；
• （2）细胞的信号转导具有专一性与相似性；
Converge on Ras
Signals transmitted from the EGF receptor can diverge along several distinct pathways.
An example of crosstalk between two major signaling pathways