第十四章细胞信号转导与信号传递系统

细胞信号转导和信号放大的机制细胞信号转导是指细胞内外信息的传递，从而引导生物体的生理和行为反应。

这一过程涉及到信号分子、受体、二次信使、激酶、蛋白激酶和转录因子等多个分子和细胞结构的参与。

信号的放大是指一个信号分子可以引起多个受体的激活，这些激活的受体在后续的信号转导过程中可以激活多个下游因子，从而形成一个链式反应。

细胞信号转导和信号放大的机制已成为现代分子生物学和生物医学研究的重要领域。

背景细胞内外信息的传递是细胞的重要功能之一，它是细胞成长、分化、代谢和生存的基础。

细胞信号分为内源性和外源性两种类型。

内源性信号指的是细胞形成过程中生成的信号分子，例如细胞因子和激素。

外源性信号则是来自于细胞之外的信号分子，例如细胞外基质、神经传导物质和外部刺激。

不同类型的信号会引起不同的反应，例如促进细胞生长和分裂、调节细胞代谢和运动、和促进或者抑制细胞死亡等等。

信号传递的分子机制信号分子通常被分为两类：蛋白质类和非蛋白质类。

其中，蛋白质类分子通常是受体的配体，例如细胞因子、激素和生长因子等。

非蛋白质类分子通常是电信号、热信号、压力信号等，例如神经传导物质和某些药物。

信号分子与受体的结合通常会触发受体本身的构象变化，进而激活受体内部的信号转导通路。

信号转导通路通常由双向的二级信使和蛋白激酶组成，细胞可以在该过程中感应到外界信号，形成内部信号反应。

在此过程中信号分子可以逐渐传递到受体的下游，最终进入细胞核引起转录因子的激活，从而影响了基因表达谱及其生物学行为。

信号的放大机制信号的放大机制是信号转导过程中不可缺少的一个环节。

在信号的转导过程中，很多分子可以被激活，在特定的位置释放二次信使分子，它们又进一步激活下游的分子通路，不断产生一个信号分子激活了多个受体的链式反应。

这种放大机制会增加了细胞对信号分子的敏感性和反应程度，从而更好地完成它所支持的过程。

例如，表皮生长因子(EGF)是一种重要的信号分子，在它与受体结合后，它可通过Ras信号转导通路激活多个下游蛋白激酶，例如加入胰岛素样生长因子受体-1(IGF-1R)而形成多条并行的信号转导通路。

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。

细胞的信号转导信号转导(signal transduction):指在信号传递中,细胞将细胞外的信号分子携带的信息转变为细胞内信号的过程完整的信号传递程序:完整的信号传递程序为合成信号分子;细胞释放信号分子;信号分子向靶细胞转运;信号分子与特异受体结合;转化为细胞内的信号,以完成其生理作用;终止信号分子的作用。

该过程经配体，受体，胞内信使，其中配体是指细胞外的信号分子，或凡能与受体结合并产生效应的物质，分为水溶性配体（N递质、生长因子、肽类激素）和水溶性配体（N递质、生长因子、肽类激素），是细胞外来的信号分子，又称第一信使。

而受体是细胞膜上或细胞内一类特殊的蛋白质，能选择性地和细胞外环境中特定的活性物质结合，从而引起细胞内的一系列效应;分为细胞表面受体胞内受体（胞浆和核内），细胞表面受体又分为离子通道偶联受体，酶偶联受体，G蛋白偶联受体。

其中离子通道偶联受体是由几个亚单位组成的多聚体，亚单位上配体的结合部位，中间围成离子通道，通道的“开”关受细胞外配体的调节。

具有结合位点又是离子通道本身既有信号的特点。

酶偶联受体，或称催化受体、生长因子类受体，既是受体，又是“酶”。

是由一条肽链一次跨膜的糖蛋白组成，具有N端细胞外区有配体结合部，C端细胞质区含特异酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性的特点。

G蛋白偶联受体是N递质、激素、肽类配体的受体，由一条350-400个氨基酸残基组成的多肽链组成，具有高度的同源性和保守性，其作用特点为分布广，转导慢，敏感，灵活，类型多。

胞内信使是指受体被激活后在细胞内产生的、能介导信号转导的活性物质，又称为第二信使。

第二信指第一信使与受体结合后最早产生的可将信号向下游传递的信号分子。

如：cAMP、cGMP、IP3、DAG（二酯酰甘油）、Ca2+等。

第三节、细胞内信使其中环磷酸腺苷（ cAMP ）是最重要的胞内信使。

cAMP是细胞膜的腺苷酸环化酶（AC）在G蛋白激活下，催化ATP脱去一个焦磷酸后的产物，AC的主要功能是催化ATP或cAMP，这一过程不仅需要经G蛋白激活，还需Mg2+、Mn2+的存在，cAMP的主要作用是激活依赖cAMP的蛋白激活酶A（PKA），进而使下游信号蛋白被激活产生生物学效应。

细胞膜的传递与信号转导机制细胞膜是细胞内外环境之间的重要障壁，起着维持细胞内稳态和与外界进行信息交流的关键作用。

细胞膜通过多种机制进行物质传递和信号转导，确保细胞能够适应不同的环境和应对各种刺激。

一、细胞膜的物质传递机制1. 通过扩散传递物质：细胞膜是由脂质双层组成的，其中包含许多脂质和蛋白质通道。

物质可以通过扩散穿过细胞膜进行传递。

这种方式适用于小分子化合物，例如氧气和二氧化碳，它们能够自由地在细胞膜的脂质双层之间扩散。

2. 通过膜蛋白进行主动转运：大分子物质、离子和部分小分子物质无法通过简单的扩散进入或离开细胞，需要借助特定的膜蛋白进行主动转运。

膜蛋白可通过载体蛋白或离子通道的形式实现。

载体蛋白通过运输分子的形变来完成物质的跨膜转运，离子通道则形成由蛋白质组成的离子选择性通道，使离子能够快速地通过细胞膜。

3. 通过囊泡运输：细胞膜可以通过内吞作用将物质包裹入囊泡中，然后通过囊泡运输进行传递。

这种方式特别适用于细胞表面受体的内吞和物质分泌。

二、细胞膜的信号转导机制1. 直接跨膜信号转导：某些小分子物质，如甘露醇和一些溶质，可以通过直接与细胞膜上的受体结合来触发信号转导。

这种方式适用于一些溶质感受器和渗透调节。

2. 通过细胞膜上的受体激活内在酶信号转导：细胞膜上的受体能够与外界的信号分子结合，并通过激活内在酶的方式将信号转导到细胞内部。

常见的受体激活内在酶包括酪氨酸激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶等。

3. 通过二级信号传递：细胞膜上的受体激活后，可以通过二级信号传递机制将信号传递给细胞内的其他分子。

这些二级信号可以是细胞内的离子浓度变化，或者是细胞内的化学修饰反应，如磷酸化、去磷酸化等。

这些二级信号的产生能够调控细胞内的多种生物学响应。

细胞膜的传递与信号转导机制为细胞的生活活动提供了重要的调控方式。

通过细胞膜的物质传递和信号转导，细胞能够及时、准确地感知和响应环境的变化，从而保证细胞内稳态的平衡和适应力的增强。

细胞的信号转导是指外界信号通过细胞膜传递到细胞内部，触发一系列生化反应和细胞功能的调控过程。

细胞的信号转导可以通过多种方式进行，其中常见的几种方式包括：
1.直接通透型信号转导：某些小分子信号物质（如气体一氧化氮）、离子（如钙离子）或
水溶性小分子可直接穿过细胞膜，与胞浆内的靶分子发生作用，并触发相应的信号转导反应。

2.膜受体介导的信号转导：大部分信号分子无法直接通过细胞膜，而是通过与细胞膜上特
定的受体结合来传递信号。

这些受体可以是离子通道、酪氨酸激酶、鸟苷酸环化酶等类型的膜受体。

当信号分子与受体结合后，受体会激活下游的信号传递通路，如激活蛋白激酶级联反应或次级信号分子的释放，从而引发细胞内的信号转导。

3.细胞间接触介导的信号转导：有些细胞间信号传递是通过直接接触实现的。

例如，细胞
间的黏附分子可以通过细胞-细胞或细胞-基质之间的物理接触来传递信号。

这种方式通常使细胞与周围环境相互作用，调控细胞的形态、迁移和生长等过程。

4.核内受体介导的信号转导：某些脂溶性信号分子（如类固醇激素和甲状腺激素）可以通
过穿过细胞膜进入细胞，并与细胞核内的核受体结合。

与核受体结合后，信号分子与核受体复合物进入细胞核，影响特定基因的转录和表达，从而调控细胞功能。

这些信号转导方式可以单独存在，也可以相互作用，共同调节细胞的功能和生理过程。

不同的信号转导方式在细胞内部形成了复杂的网络，以确保信号的准确传递和细胞功能的精确调控。

第十四章__细胞的信号转导与信号传递系统第十四章细胞的信号转导与信号传递系统掌握有关概念以及信号传递的机制细胞通讯 cell communication通过质膜结合分子的直接接触型通过间隙连接的直接联系型通过分泌化学信号分子的间接联系型FUNCTIONS OF CELL SIGNALINGGene transcriptionCell proliferationCell survivalCell deathCell differentiationCell functionCell motilityImmune responses一、信号分子与信号细胞1.信号分子（ signaling molecules)They are kinds of chemical moleculars which can transfer communication between cells or inside the cell.蛋白质、小肽、氨基酸、核苷酸、类固醇、类视黄素、脂肪酸衍生物、NO、CO概念◆化学分子●非营养物●非能源物质●非结构物质●不是酶◆主要是用来在细胞间和细胞内传递信息按作用性质分为旁分泌信号(paracring signaling) 突触信号(synaptic signaling) 内分泌信号(endocrine signaling) 自分泌信号(autocrinesignaling) 细胞的信号分子根据其溶解性通常可分为两类：（1）hydrophobic signal molecular(亲脂性信号分子): 甾类激素和甲状腺素。

特点：分子小、疏水性强，可穿过细胞质膜，与细胞质或细胞核中受体结合，调节基因表达; （2）hydrophilic signal molecular(亲水性信号分子): 神经递质、生长因子、局部化学递质和大多数激素。

特点：只能与靶细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。