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第九章 细胞信号转导1

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第9章 细胞信号转导

第9章 细胞信号转导

离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）
G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）
酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
第9章 细胞信号转导
细胞表面受体信号转导
第9章 细胞信号转导
受体结合特异性的配体后而被激活，通过信号转导 （signal transduction）途径将胞外信号转换为胞内 信号引发两种主要的细胞反应。
第9章 细胞信号转导
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
第一节 细胞信号转导概述
一、细胞通讯（cell communication）
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与其相 应的受体结合，通过细胞信号转导产生使靶细胞产生相应的 生理生化变化，使靶细胞产生生物学效应的过程。 细胞间的通讯对于多细胞生物体的组织发生和形态构建， 协调细胞间的功能，控制细胞的生长和分裂是必须的。细胞 信号转导是实现细胞通讯的关键过程。
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翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）配套PPT 欢迎使用！
第9章 细胞信号转导
二、信号分子与受体
（一）信号分子（signal molecule）
• 气体信号分子（gaseous signal molecule ） NO CO • 疏水性信号分子（hydrophobic signal molecule ） 甾类激素和甲状腺素 • 亲水性信号分子（hydrophilic signal molecule ） 神经递质、局部介质和蛋白类激素
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 2011 高等教育出版社
第九章 细胞信号转导知识点总结

第九章 细胞信号转导知识点总结

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。

东北林业大学植物生理学9-植物细胞信号转导

东北林业大学植物生理学9-植物细胞信号转导


胞内信号转导
膜上信号转换
胞间信号传递
植物体内的胞间信号可分为两类，即化学信号和物理信号。
一、胞间信号
(一) 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。 植物激素是植物体主要的胞间化学信号。 如当植物根系受到水分亏缺胁迫时，根系细胞 迅速合成脱落酸 (ABA) ，ABA 再通过木质部蒸腾流 输送到地上部分，引起叶片生长受抑和气孔导度的 下降。而且ABA的合成和输出量也随水分胁迫程度 的加剧而显著增加。 这种随着刺激强度的增加，细胞合成量及向作 用位点输出量也随之增加的化学信号物质称之为正 化学信号(positive chemical signal)。 ABA 然而在水分胁迫时，根系合成和输出细胞分裂 素 (CTK) 的量显著减少，这样的随着刺激强度的增 干旱 CTK 加，细胞合成量及向作用位点输出量随之减少的化 学信号物质称为负化学信号(negative chemical signal)。
植物细胞信号转导
第一节 植物体内的信号传导
生长发育是基因在一定时间、 重力 空间上顺序表达的过程，而基因表达 Fig.1 各种 外 除受遗传信息支配外，还受环境的调 光合作用的光 部信号影响植 控。 光周期 光形态建成的光 物的生长发育 植物在整个生长发育过程中， 湿度 温度 受到各种内外因素的影响，这就需要 草食动物 风 植物体正确地辨别各种信息并作出相 应的反应，以确保正常的生长和发育。 乙烯 例如植物的向光性能促使植物 病原体 向光线充足的方向生长，在这个过程 中，首先植物体要能感受到光线，然 寄生虫 后把相关的信息传递到有关的靶细胞， 土壤微生物 土壤质地 并诱发胞内信号转导，调节基因的表 水分状况 有毒物质 矿质营养 达或改变酶的活性 光质→光受体→信号转导组分 →光调节基因→向光性反应 各种外部信号影响植物的生长发育
1.第9章 细胞信号转导 习题作业

1.第9章 细胞信号转导 习题作业


B．胞质酪氨酸激酶 D．磷脂酶
20、用磷脂酶 C（PLC）处理完整的细胞，能释放出哪一类膜结合蛋白 _______。
A． 整合蛋白
B．外周蛋白
C．脂锚定蛋白 D．脂蛋白
二、判断题
1、 IP3 是 PKC 系统中的第二信使，它直接激活内质网上的 Ca2+泵动员 Ca2+的释放。（ ） 2、 第一信使与受体作用后，在细胞内最早产生的传递体分子叫第二信使。（ ） 3、 G 蛋白偶联受体介导的离子通道与化学门控的离子通道本质是一样的。（ ） 4、 在 G 蛋白偶联的信息传递通路中，G 蛋白与信号效应多样性无关。（ ） 5、 细胞内受体的本质是基因调控蛋白，激活后的受体可增强相关基因的转录。（ ） 6、 NO 可激活相邻细胞中受体鸟苷酸环化酶。（ ） 7、 细胞间的通讯就是通过细胞间形成间隙连接，是细胞质相互沟通而实现的。（ ） 8、 细胞受体与腺苷酸环化酶同在质膜上，是相互分离的在功能上相关的两种蛋白。（ ） 9、 酪氨酸蛋白激酶受体必须二聚化，才能发生配基诱导的信号转导。（ ） 10、 G 蛋白耦联受体被激活后，使相应的 G 蛋白解离成 α、β、γ 三个亚基，以进行信号传递。（
D．自磷酸化并与 IRS 结合→将具有 SH2 区域的蛋白激活→效应
6、对于胆固醇激素的来说，哪一种描述是正确的__________。
A．胆固醇激素在细胞内的作用是由整合膜蛋白介导的
B．它们对细胞的影响需要水溶性的细胞内信号
1
C．它们的效应是通过与水溶性受体蛋白结合介导的
D．它们的效应通常涉及细胞内其他一些酶的活性
A．IP3
B．cAMP
C．Ca2+
D．cGMP
10、佛波酯的受体分子是_____。
第九章细胞信号转导

第九章细胞信号转导

– 水溶性信号分子：生长因子（蛋白质和肽类）、 局部化学递质、神经递质
– 气体性信号分子：NO、CO（脂溶性）
• 性质：蛋白质及短肽、氨基酸的核苷酸衍生物、脂 肪酸和胆固醇衍生物、气体分子(NO、CO)等。
• 特点：①特异性； ②高效性； ③可被灭活。
• 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。
物
神经递质
（B） 受体（receptor）
受体概念：两种解释
• 其一：能够识别和选择结合信号分子（配体）并能 引起一系列生物学效应的生物大分子，多为糖蛋白， 少数为糖脂或糖蛋白与糖脂的复合物。
• 其二：能够识别和选择性结合某种信号分子 （配体） 的大分子，当与配体结合后，通过信号转导(signal transduction)作用将胞外信号转换为胞内化学或物 理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学 效应。
Robert F. Furchgott Louis J. Ignarro Ferid Murad
• NO可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。
• 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO 的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase， NOS）催化，以L-精氨酸为底物，以NADPH作 为电子供体，生成NO和L-瓜氨酸。
细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活。
细胞表面受体分属三大家族： 离子通道耦联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白耦联的受体（G-protein-linked receptor） 酶连的受体（enzyme-linked receptor）
每一个细胞对胞外各种特异的信号 分子作出反应导致不同的效应
细胞生物学第九至第十二章作业答案

细胞生物学第九至第十二章作业答案

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9章 细胞信号转导(1)

第9章 细胞信号转导(1)


受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路



受体酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinase,RTK)又称 酪氨酸蛋白激酶受体。迄今已鉴定有50多种，包含7个 亚族。 RTK的N端位于胞外，是配体结合结构域，C端位于胞 内，具有酪氨酸激酶结构域，并具有自磷酸化位点。 大多数RTK是单体跨膜蛋白，配体结合导致受体二聚 化，形成同源或异源二聚体。 胞外配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包 括多种生长因子、胰岛素和胰岛素样生长因子。 RTK的主要功能是控制细胞生长、分化而不是调控细 胞中间代谢。
NO参与的信号途径


NO是一种具有自由基性质的脂溶性气体分子，能够 透过细胞膜迅速扩散 NO在细胞内极其不稳定，半衰期2-30s，被氧化后以 NO3-和NO2-形式存在细胞外液中 NO只能在组织中局部扩散，对邻近的靶细胞发挥作 用 血管内皮细胞，神经细胞时NO的生成细胞，以精氨 酸为底物
细胞因子受体与JAK-STAT信号通路
3 其它细胞表面受体介导的信号通路


Wnt受体和Hedgehog受体介导的信号通路：通 过配体与受体结合引发胞质内多蛋白复合物去 装配，从而释放转录因子，在转位到核内调控 基因表达。 NF-B和Notch信号通路涉及到抑制物或受体本 身蛋白切割作用，从而释放活化的转录因子， 再转位到核内调控基因表达。
cAMP-PKA信号通路


cAMP为第二信使，激活蛋白激酶A（Protein kinase A, PKA）。 无活性PKA含有两个调节亚基（R）和2个催化亚基组 （C）成的四聚体，每个R亚基有2个cAMP结合位点。
cAMP-PKA信号通路对肝细胞和肌细胞糖原代谢的调节 GS:糖原合成酶 PKA：蛋白激酶A IP：磷蛋白磷酸酶抑制蛋白 PP：磷蛋白磷酸酶 G-1-P: 葡萄糖-1-磷酸 GPK:糖原磷酸化酶激酶 GP：糖原磷酸化酶
《细胞信号转导》课件

《细胞信号转导》课件

03 肿瘤细胞信号转导与血管生成
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
9 第九章 细胞信号转导

9 第九章 细胞信号转导

一个细胞发出的信息通过介质（配体，信号分子）传递到 靶细胞，与靶细胞的受体作用，通过信号转导产生细胞内 一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体生物学效应 的过程。
Gene transcription Cell proliferation Cell differentiation Cell death Cell mobility Immune responses
离子通道偶联受体 细胞表面 受体类型 G蛋白偶联受体 酶偶联受体
受体至少有2个功能域： 结合配体的功能域 产生效应的功能域
7
根据受体引发细胞反应作用过程的时间特 点，可以分为2种主要的细胞反应：
一、细胞内存量蛋白活性或功能的改变，进 而影响细胞代谢功能的短期反应（快反应）； 二、通过转录因子的修饰激活或抑制基因表 达的长期反应（慢反应）
双信使系统
→DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促 Na+/H+交换使胞内pH DAG-PKC途径
35
IP3-Ca2+ 和DAG-PKC 双信使信号通路
36
1、IP3-Ca2+途径
激素
受体
G蛋白
PLC
IP3
CaM 钙调蛋白
内质网上的配 体门Ca2+通道
Ca2+
Ca2+ CaM复合体 Ca2+—CaM复合体 结合并激活靶酶
G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors， GPCRs） 是细胞表面受体中最大的多样性家族； 统计表明：现有25%的临床处方药物是针对GPCRs所介 导信号通路为靶点研制和开发的。
23
一、G蛋白偶联受体的结构与激活

G蛋白偶联受体---配体受体复合物与靶 蛋白（酶或离子通道）的作用要通过G 蛋白偶联，才可产生第二信使。 G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白 （trimetric GTP-binding regulatory protein）的简称，由α,β,γ三个亚基组成， α 亚基和βγ二聚体亚基共价结合脂分子 锚于质膜PS面。 当配体结合受体后， α 亚基与受体胞内 部分偶联，引起α 亚基构象变化，使得 GDP被GTP交换， α 亚基脱离受体，产 生游离的活化α 亚基以及游离的活化βγ 二聚体。
第九章细胞信号转导

第九章细胞信号转导


膜受体Frzzled(Fz) 膜辅助性受体LRP5/6 糖元合酶激酶3(GSK3) 支架蛋白(Axin) 抑癌蛋白(APC) T细胞因子(TCF)
Wnt→Fz → LRP/DSH → Axin/APC/GSK3/β-catenin →β-catenin →β-catenin/TCF → 激活靶基因转录
级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。
主要内容：
细胞信号转导概述 细胞内受体介导的信号传递 G蛋白偶联受体介导的信号转导 酶联受体介导的信号转导 其他细胞表面受体介导的信号通路 细胞信号转导的整合与控制
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
分泌化学信号
Hedgehog（Hh）：Hh信号分子是一种由信号细胞分泌的局域性蛋白质 配体，作用范围小。 Hh受体：Ptc、Smo和iHog蛋白，介导细胞对Hh信号应答反应。Ptc和Smo 具有接受和转导Hh信号的功能，iHog可能作为辅助性受体参与Ptc 与Hh信号的结合。
相关的信号分子超家族，无活性的分泌性前体需经蛋白酶水解作用形成以
二硫键连接的同源或异源二聚体，即成熟的活化形式。
TGF-β受体： 与TGF-β结合的细胞表面受体复合物，可将胞外信号将胞内转导， 包括RⅠ、RⅡ和RⅢ受体，本质上是受体Ser/Thr激酶。
TGF-β-Smad信号通路
TGF-β（配体）与TGF-β受体结合 形成复合物后便被激活，受体的激 酶活性能在胞质内直接磷酸化并激 活特殊类型的转录因子Smad，进入 核内调节基因表达。 ① 配体与RⅢ结合 ② RⅢ将配体递交给RⅡ或配体直接 结合RⅡ。RⅡ自磷酸化被激活 ③ 与配体结合的RⅡ募集并磷酸化 RⅠ的Ser/Thr残基，RⅠ受体被 激活 ④ 激活的R1受体磷酸化Smad ⑤ Smad激活靶基因转录
第九章 细胞信号转导 YJ——【细胞生物学】

第九章 细胞信号转导 YJ——【细胞生物学】

• GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内GTPase超家族（G蛋白、 Ras蛋白）
• 磷酸化/去磷酸化（普遍存在）
信号蛋白的相互作用
• 细胞信号转导系统是由细胞内多种行使不同功能的信号蛋白所组 成的信号传递链
• 细胞内信号蛋白复合物增强细胞应答反应的速度、效率和特异性 • 蛋白质模式结合域（modular binding domain）介导细胞内信号蛋
• 在细胞内，受体与抑制性蛋白（如Hsp90） 结合形成复合物，处于非活化状态；
• 配体（如皮质醇）与受体结合，将导致抑制 性蛋白从复合物上解离下来，从而受体通过 暴露它的DNA结合位点而被激活。
• 两步反应 • 初级反应：直接活化少数特殊基因转录，发 生迅速； • 次级反应：初级反应产物再激活其它基因， 产生延迟的放大作用。
第二信使（Second messengers）
• 胞内产生的非蛋白类小分子，其浓度变化（增加或减少）应答胞 外信号与细胞表面受体的结合，调节细胞内酶和非酶蛋白的活性， 从而在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能、 细胞内受体介导的信号传递
• 细胞内核受体：依赖激素激活的基因调控蛋 白 • C端的配体结合域 • 中部的DNA或抑制性蛋白（如Hsp90）结合位 点 • N端的转录激活域
经局部扩散作用于邻近靶细胞。 • 自分泌（autocrine）：细胞对自身分泌的物质产生反应。 • 化学突触（chemical synapse）：传递神经信号。
• 2.接触依赖性通讯 • 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞表面蛋白。 • 3.间隙连接、胞间连丝实现代谢耦联或电耦联
二、信号通路（Signaling pathway）
信号途径
• 配体与受体结合，受体激活； • 信号转导，引发细胞反应： • 细胞内预存蛋白活性或功能的改变，进而影 响细胞代谢功能（短期反应） • 影响细胞内特殊蛋白的表达量（长期反应） • 细胞反应终止或降低。

细胞生物学 第九章 细胞信号转导 名词解释和重点知识

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。

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9章 细胞通讯和信号转导1


These signal molecules work in combinations to regulate the behavior of the cell. Cells respond to stimuli via cell signaling
(2) Different cells can respond differently to the same extracellular signal molecule
A. 肠道细菌与小肠上皮细胞通过细胞绒毛互相进行信息交流。 B. 小菌落酵母菌（交配型A）同正常的酵母菌（交配型a）通 过分泌的交配因子互相识别，并杂交形成二倍体合子Aa。
细胞通讯的方式
接触依赖型：缝隙连接型和受体介导 旁分泌型 突触型 自分泌型
短距离通讯
内分泌型
长距离通讯
细胞信号转导
一氧化氮／环鸟苷磷酸途径
Intracellular signaling pathway of nitric oxide
The mechanism by which acetylcholine stimulation of the endothelial cells leads to smooth muscle relaxation also explains the mechanism of action of the chemical nitroglycerin. The drug sildenafil, sold under the trade name Viagra, is an inhibitor of a cyclic GMP-specific phosphodiesterase that normally catalyzes the breakdown of cyclic GMP.

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


主要过程：刺激性激素（配体）→刺激性激素受体→G蛋白 上Gα亚基→受体配体复合物解离→Gα结合并激活腺苷酸 环化酶→cAMP含量增加→激活蛋白激酶A（PKA）的两 个调节亚基→释放催化亚基→酶的迅速活化→调节各种生 命代谢。
在细胞内还有另一种酶即环线甘酸磷酸二酯酶（PDE），可 降解 cAMP，导致细胞内cAMP水平下降，从而终止信号反应。
细胞通讯3种方式： 一、分泌化学信号 分泌化学信号作用方式4种： • 内分泌 • 旁分泌 • 自分泌 • 化学突出传递神经信号
二、细胞间接触性依赖通讯：
①细胞-细胞黏着
②细胞-基质黏着
三、间隙连接或胞间连丝：
• 动物细胞间的间隙连接或植物细胞间的胞 间连丝同属于通讯连接。
• 通讯连接：详见第十七章
信号转导系统及其特性： （一）基本组成及信号蛋白的相互作用 • 细胞表面受体介导的信号通路5个步骤： 受体激活→活化信号蛋白→级联反应→反 应回答→受体脱敏
信号转导系统： • 是由细胞内多种行驶不同功能的信号蛋白 所组成的信号传递连。
• 细胞内信号蛋白的相互作用是靠蛋白质模 式结合域所特异性介导的。
细胞因子与质膜受体特异性结合→细胞因子受体二聚化→JAK活化→ 磷酸化受体胞内段酪氨酸残基→与具有SH2结构域的STAT蛋白结合 →STAT被JAK磷酸化，STAT分子从受体上解离→两个磷酸化的STAT形 成同源二聚体→转位到细胞核内，与 特异基因的调控序列结合，调节相
关基因的表达
第五节 其他细胞表面受体介导的信号通路
二、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路 按效应器蛋白不同可分为：
①激活离子通道的G蛋白偶联受体。 ②激活或抑制Ac，以CAMP为第二信使的G蛋白偶 联受体。 ③激活PLC，以IP3和DAG作为双信使的G蛋白偶联 受体。

第九章-细胞信号转导(共53张PPT)

• 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
1234 5
67
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
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第二节 细胞内受体介导的信号传递
与细胞内受体相互作用的信号分子是一些亲脂性小分子： 类固醇（steroid）激素、视黄醛（retinoic acid）、维生素D和甲状腺素等
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
细胞内受体超家族：本质是依赖激素激活的基因调控蛋白。在细胞内，受体 与抑制蛋白（如Hsp90）结合形成复合物，处于非活化状态。当信号分子（如 皮质醇）与受体结合，将导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露它 的DNA结合位点而被激活。 含有3个功能域：
23 的C2环是与G蛋白相互作用的位点。
与G蛋白偶联受体相联系的效应蛋白的激活普遍机制
24
二、 G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
按效应器蛋白的不同，可分为3类： （一）激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路 （二） 激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体 （三） 激活磷脂酶C、以IP3和DAG作为双信使G蛋白偶联受体介导的信号通路
10
受体 ( receptor): 一类能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子 根据靶细胞上受体存在的部位，可分为： ① 细胞内受体（intracellular receptor) ② 细胞表面受体（cell- surface receptor)
-离子通道偶联受体
- G蛋白偶联受体 - 酶联受体
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三、信号转导系统及其特性
信号转导系统的基本组成
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信号蛋白的相互作用 （了解） 细胞内信号蛋白复合物的装配 （了解） 信号转导系统的主要特性：
① 特异性 ② 放大效应
“结合”特异性与“效应器”特异性 级联反应（signaling cascade)
③ 网格化与反馈调节机制 ④ 整合作用
“正反馈”与“负反馈”
PP：磷蛋白磷酸酶 GPK：糖原磷酸化酶激酶 GP：糖原磷酸化酶 GS：糖原合酶 IP：磷蛋白磷酸酶抑制蛋白
31
Ca2+、二酰甘油（DAG）、IP3、PIP3：促甲状腺激素释放因子 胃泌素 催产素
15
分子开关（molecular switch） ① 通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通过蛋白磷酸水解酶使靶蛋白去磷酸化 人类基因组编码蛋白激酶的基因2000多个 蛋白磷酸水解酶的1000个左右
② GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内GTPase超家族 三聚体GTP 结合蛋白、单体GTP结合蛋白Ras和类Ras蛋白
第九章 细胞信号转导
第一节 细胞信号转导概述
响应交配因子
一、细胞通讯（cell communication）：
指一个信号产生细胞发出的信息通过介质（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。细胞信号转导是实现 细胞间通讯的关键过程，是协调多细胞生物细胞间功能，控制细胞的生长和 1 分裂，组织发生与形态建成所必需的。
② 疏水性信号分子，主要是甾类激素和甲状腺素，是血液中长效信号，可 穿过细胞质膜进入细胞，与细胞内核受体结合形成激素-受体复合物，调 节基因表达。 ③ 亲水性信号分子，包括神经递质、局部介质和大多数蛋白类激素，他们 不能透过靶细胞质膜，只能通过与靶细胞表面受体结合，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。
一、G蛋白偶联受体的结构与激活
G蛋白：三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein) ① 由αβγ等三个不同的亚单位构成
异聚体；
② 具有结合GTP或GDP的能力，并具有 GTP酶的活性，能将与之结合的GTP
分解形成GDP；
③ 其本身的构象改变可进一步激活效 应蛋白，使后者活化，实现把细胞 外的信号传递到细胞内的过程。 22
20
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
PKG
抑制肌球肌动蛋白 复合物信号通路
NO对血管平滑肌的松弛作用
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第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导
G蛋白偶联受体（GPCR）
细胞表面受体中最大的多样性家族，介导对极为多样化的胞外分子做出反应 - 25%~ 50%的临床处方药物是针对GPCR所介导信号通路为靶点研制和开发的
25
二、 G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
（一）激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路 -当受体与配体结合被激活后，通过偶联G蛋白的分子开关作用，调控跨膜离 子通道的开启与关闭，进而调节靶细胞的活性。 - 如心肌细胞的M乙酰胆碱受体和视杆细胞的光敏感受体
细胞膜超极化， 降低细胞的电兴 奋性，减缓心肌 细胞的收缩频率
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二、 G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路
（二） 激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体 -该信号通路是真核细胞应答激素反应的主要机制之一。 cAMP信号通路是由质膜上的5种成分组成： 刺激型激素受体（ Rs ） ; 抑制型激素受体（ Ri ）；与 GTP 结合的刺激型调节蛋白
（Gs）；与GDP结合的抑制型调节蛋白（Gi）；催化成分（C）即腺苷酸环化酶。
③ 自分泌（autocrine） 肿瘤细胞
④ 通过化学突触传递神经信号
(C) autocrine
3
2. 接触依赖性通讯：细胞间直接接触而无需信号分子的释放，通过信号细胞质膜上的 信号分子与靶细胞质膜上的受体分子相互作用来介导细胞间的通讯。 细胞-细胞黏着 胚胎发育 细胞-基质黏着
4
通过胞外信号所介导的细胞通讯通常涉及如下步骤：
- 一种细胞具有多种类型的受体，应答多种不同的胞外信号
14
第二信使与分子开关 第二信使学说：胞外化学信号（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞 表面受体，导致产生胞内信号（第二信使），从而引发靶细胞内一系列生化 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。
第二信使：指在胞内产生的非蛋白类小分子，通过其浓度变化应答胞外信 号与细胞表面受体的结合，调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信 号转导途径中行使携带和放大信号的功能。 cAMP：促肾上腺激素 促卵泡成熟激素 促黄体生成激素 促黑激素 促甲状腺 激素 甲状旁腺激素 降钙素 胰高血糖素 cGMP：心钠素 鸟苷酸
细胞信号转导的一般原理
细胞通讯可概括为3种方式：
① 细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯（普遍采用） ② 细胞间接触依赖性通讯（contact-dependent signaling)
③ 动物相邻细胞间形成间隙连接（gap junction)
2
1. 细胞分泌化学信号可长距离或短距离发挥作用：
① 内分泌（endocrine） 激素 ② 旁分泌（paracrine） 生长因子、创伤修复
27
Mg2+或Mn2+存在
腺苷酸环化酶
cAMP↑
cAMP磷酸二酯酶
cAMP↓
cAMP浓度在细胞内的迅速调节是细胞快速应答胞外信号的重要基础
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培养的神经细胞通过合成cAMP来对神经递质5-羟色胺和G蛋白偶联受体的结合做出响应
在多细胞动物各种以cAMP为第二信使的信号通路中，主要是通过 cAMP激活蛋白激酶A（PKA）所介导的。
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受体 ( receptor): 一类能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子 - 绝大多数受体为蛋白质（糖蛋白），少数是糖脂，有的是糖蛋白和糖脂组 成的复合物。 - 所有类型受体一般至少有两个功能域： 结合配体的功能域（结合特异性）和产生效应的功能域（效应特异性）。 根据靶细胞上受体存在的部位，可分为： ① 细胞内受体（intracellular receptor)，主要识别和结合小的疏水性信号分子 甾类激素(皮质醇、雌二醇、睾酮）、甲状腺素、维生素D和视黄醛 ② 细胞表面受体（cell- surface receptor), 主要识别和结合亲水性信号分子 分泌型信号分子（神经递质、多肽类激素、生长因子等）或膜结合型信号分 子（细胞表面抗原、细胞表面粘着分子等）
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受体 ( receptor): 一类能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子 根据靶细胞上受体存在的部位，可分为： ① 细胞内受体（intracellular receptor) ② 细胞表面受体（cell- surface receptor)
-离子通道偶联受体
- G蛋白偶联受体 - 酶联受体
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
雌激素
DNA结合结构域 甾类激素
铰链区
孕酮 维生素D 甲状腺素 视黄酸
含有3个功能域：
DNA结合部位暴露 - C端的结构域是激素的结合位点 - 中部结构域是DNA或Hsp90的结合位点 - N端是转录激活结构域
类固醇激素诱导的基因活化通常分为两个阶段
① 快速的初级反应阶段，直接激活少数特殊基因转录 ② 延迟的刺激反应阶段，初级反应的基因产物再激活其他基因转录 - 对初级反应起放大作用
- C端的结构域是激素的结合位点 - 中部结构域是DNA或Hsp90的结合位点
- N端是转录激活结构域
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与细胞内受体相互作用的信号分子是一些亲脂性小分子： 类固醇（ 转录激活steroid）激素、视黄醛（retinoic acid）、维生素D和甲状腺素
结构域
抑制蛋白复合物
激素结合位点（C）
皮质醇
①信号细胞合成并释放信号分子
②转运信号分子至靶细胞
③信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活 ④活化受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径 ⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变 ⑥信号的解除并导致细胞反应终止
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二、信号分子与受体
各种化学信号根据其化学性质通常可分为3类：
① 气体性信号分子，包括NO、CO, 可以自由扩散，进入细胞直接激活效应酶 （鸟苷酸环化酶）产生第二信使cGMP,参与体内众多生理过程，影响细胞 行为。