细胞生物学课件PDF 细胞信号转导

N2烟碱受体
5个亚基各含约450个 氨基酸，此5个肽链形成 一个跨膜的环，在细胞内 固定于细胞骨架上，每一 肽链跨膜4次，N端和C端 都位于胞外部（如δ亚单位剖面所示）。肽链在胞外 被糖基 化。在胞内被磷酸化，导致受体脱敏，2个α单 位各有1个乙酰胆碱（Ach）结合位点，二者都结合1分 子乙酰胆碱（Ach）后，钠通道开放，细胞除极兴奋。
不同细胞对cAMP信号途径的反应：
在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为1-磷酸葡 糖，而抑制糖原合成。（快速反应）
在某些分泌细胞，需要几个小时， 激活的PKA 进 入细胞核，将CRE （cAMP response element ）结 合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE是 DNA上的调节区域。（慢速反应）
细胞的信号转导
Cell Communication and Signal Transduction
一、基本概念 1.细胞间通讯 2.细胞识别 3.信号分子 4.受体 5.蛋白激酶
二、主要的信号转导途径 1.细胞内受体介导的信号转导 2.膜受体介导的信号转导
三、信号转导与疾病 1.受体表达性克隆 2.膜受体的检测
学习指导
重 点：
1. 细胞信号转导的概念 2. 受体和配体的概念 3. 代表性的信号途径
难 点：
1. G蛋白偶联受体介导的信号转导 2. PI介导的信号转导
细胞是如何对细胞外信号产生反应的？
反
分
应
子
的
基
结
础
果
机
是
制
什
怎
么
dd
样
？
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第一节 基本概念
细胞通讯（cell communication）是体内一 部分细胞发出信号，另一部分细胞（target cell）接收信号并将其转变为细胞功能变化 的过程。
旁分泌：信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。包 括：①各类细胞因子；②气体信号分子。
突触信号发放：神经递质经突触作用于靶细胞。 自分泌：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。
二、细胞识别
细胞识别(cell recognition)是指细胞通过其表面的 受体与胞外信号物质分子（或配基）选择性地相互作 用，从而导致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，是细胞通讯的一个重 要环节。
信号分子的类型
信号分子
亲脂性分子
代表
甾类激素和甲状腺素
亲水性分子
神经递质、生长因子、细 胞因子、局部化学递质和 大多数激素
运靶作作作用输细用用方方胞时结式式间果 与易通介与特穿常导细殊过影较胞的靶响长质载细特时 或体胞殊间细蛋的组胞白质织持核结膜的续中合进生反的 在入长应受物血细与体。液胞分结配中化合体长形 受距成体离受复转体合运复物合通 过与DNA的特定控制区 结合，改变基因表达模 式
进与介通入细导过血胞短影信液表暂响号中面的基转或上反因导进的应表机入特达制到殊，细受引在胞体起细 外相细胞蛋液结胞内白短合对产激距不外生酶离进界第或运入信二蛋输细号信白胞的使磷反或酸应激酶活的 活性，引起细胞内一系列 蛋白磷酸化级联反应
按引起细胞应答反应的顺序分类： 第一信使：水溶性信号分子（如神经递质，
4. 蛋白激酶A
5.环核苷酸磷酸二酯酶
细胞内另一类型的酶即环核苷酸磷酸二酯酶 （ PDE ）可快速地降解 cAMP 生成5'-腺苷酸 （5'-AMP），使细胞内 cAMP 水平下降。PDE的活 性是依赖于 Ca2+和钙调素（CaM），而且细胞内的 Ca2+浓度又受其他信号通路调节。
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
肾上腺素（α 2型）受体、阿片肽受 体、乙酰胆碱（M）受体和生长激素 释放的抑制因子受体等
2. GS和Gi
激素与受体结合所产生的增强或降低腺苷酸环化酶的活性， 不是受体与腺苷酸环化酶直接作用的结果，而是通过两种 调节蛋白Gs和Gi完成的。G蛋白使受体和腺苷酸环化酶偶 联起来，使细胞外信号转换为细胞内的信号即cAMP第二信 使。所以G蛋白也称为偶联蛋白或信号转换蛋白。
一、通过细胞内受体介导信号的机制
与细胞内的受体结合的信号分子的主要代表是: 小分子的甾类激素、甲状腺素、维甲酸和维生素D等
甾类激素是疏水性小分子，由于它们的亲脂性， 通过简单的扩散即可跨越质膜进入细胞内。
细胞内
皮质酮、黄体酮
甲状腺素、维生素D、 维甲酸和雌激素
胞质 结合 受体
配体与胞质 受体复合物
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。
完成细胞通讯则需要 两个重要成分：
1. 信号分子
2. 受体
特点：①特异，②高效，③可被灭活； 按成分分类：蛋白类（短肽、氨基酸）、脂类、类
固醇、气体分子（NO、 CO）、核苷酸； 按作用方式分类：激素、神经递质、局部化学介质； 按溶解性分类：脂溶性、水溶性信号分子。
阿片肽受体
以受体解剖学的亚细胞定位分类
cAMP
配体
膜受体
载体蛋白 DNA
激素 胞内受体
胞内受体
配体-受体复合体
(1) 胞内受体
Hsp90
H2N
COOH
甾类激素 结合域
甾类激素
H2N
DNA结合域
COOH
氢化可的松 雌激素
黄体酮
甲状腺素 视黄酸
(2)膜受体（分三种）
①与G蛋白相偶联受体: R7G受体
信号转导（signal transduction）是细胞针 对外源信息所发生的细胞内生物化学变化 及效应的全过程。
当外界信号分子作用于细胞时，细胞通过 某种机制“了解”到外界环境中信号分子的存 在，并将外界信号(第一信使)转换为细胞能 “感知”的信号(第二信使)，从而使细胞对外 界信号作出相应的反应。这种由细胞外信号转
③与酶相偶联受体（酶联受体）
膜外：一个跨膜螺旋 膜间：受体的识别部位 膜内：效应酶
胰岛素受体
胰岛素到达靶细胞后，即与靶细胞上的胰岛素受体 结合。胰岛素受体主要分布于肝细胞、脂肪细胞、肌肉 细胞，也分布于脑细胞、性腺细胞、红细胞和血管内皮 细胞。胰岛素受体是一种位于细胞膜上的糖蛋白，它能 特异性与胰岛素结合而引起细胞效应。
(促肾上腺皮质激素)
1. RS和Ri
RS
刺激型受体
Gs
腺苷酸环 化酶活性
Ri
胞内的 cAMP
肾上腺素(β 型）受体、后叶加压素受体、胰高血 糖素受体、促黄体生长激素受体、促卵泡激素受 体、促甲状腺素受体、促肾上腺皮质激素受体以 及肠促胰酶素受体等
Ri
抑制型受体
Gi
腺苷酸环 化酶活性
Rs
胞内的 cAMP
被释放的蛋白激酶 A 的催化亚基转位到细胞核中磷酸化一种称为 CREB (binding protein of cAMP respones element)蛋白的丝氨 酸残基。被磷酸化的CREB作为基因调节蛋白识别靶基因上基因调节 序列CRE (cAMP respones element，cAMP应答元件)并与之结合调 节靶基因的表达。
N端
R7G受体
C端
G蛋白
人β1-肾上腺受体
含477氨基酸，肽链 跨膜7次，N端在细胞外， C端在细胞内，胞内带短 线的是丝氨酸，能被磷 酸化。黑实心圆是人体 β1、β2受体所共有的氨 基酸，在跨膜区较多。
②与离子通道偶联的受体
受体与离子通道的偶联: 有些受体含有离子通道，如N胆碱受体，与
配体结合就能直接使通道开放，故称这种受体 为门控通道型受体。
能与受体结合的信息分子也称为配体(ligand)。
receptor
ligand
2.受体的分类
以受体药理学的 效应特性分类
以激动剂为主 的分类方法
神经递质(或调质)受体 激素受体 药物受体 毒素受体 免疫因子受体 神经因子受体等
乙酰胆碱受体:M1, M2, M3, N1, N2 肾上腺素受体: β 1, β 2, α 1, α 2 多巴胺受体
cAMP PATHWAY
Ca2+ PATHWAY
（一） cAMP信号通路
（一） cAMP介导的信号通路
细胞外信号与相应受体结合，通过调节细胞 内第二信使cAMP的水平而引起细胞反应。
cAMP是通过腺苷酸环化酶合成的。这种对激 素敏感的cAMP信号通路由5种成分组成的:
①刺激型激素受体（RS）或抑制型激素受体（Ri) ； ②刺激型调节蛋白(GS)或抑制型调节蛋白(Gi) ； ③催化成分（C）即腺苷酸环化酶； ④蛋白激酶（Protein Kinase A，PKA）； ⑤环核苷酸磷酸二酯酶（PDE）。
靶细胞对外界信号分子反应的两种调节方式：
1. 受体对信号结合的特异性 2. 细胞本身固有的特征对信号进行反应
是一类磷酸转移酶，将ATP的磷酸基转移到 底物特定氨基酸残基上，使蛋白磷酸化。 其中了解较多的是蛋白酪氨酸激酶、蛋白 丝氨酸/苏氨酸激酶。
根据第二信使分类：PKA、PKC、PKG
1.通过胞内受体介导 2. 通过膜受体介导
胰岛素
αα
ββ
①
激素
Cell A
Cell B
②
激素
Receptor A Receptor B
③
激素
Receptor A Receptor B
细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性， 而且与细胞的固有特征有关。 相同信号可产生不同效应：如乙酰胆碱可引起骨 骼肌收缩、心肌收缩频率降低，唾腺细胞分泌。 不同信号可产生相同效应：如肾上腺素、胰高血 糖素，促进肝糖原降解而升高血糖。