细胞生物学 第八章 细胞信号转导

分子开关： 分子开关：①磷酸化和去磷酸化
②GTP和GDP的交替结合 GTP和GDP的交替结合
二、通过细胞内受体介导的信号传递
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物， 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物，导 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后， 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后，导致 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的DNA结合 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的 结合 位点被激活。 位点被激活。
受体结构域为： 位于C端激素结合位点 受体结构域为： 位于 端激素结合位点
位于中部的DNA结合位点 结合位点 位于中部的 转录激活结构域
● 甾类激素介导的信号通路 ●一氧化氮介导的信号通路
（A）细胞内受体蛋白作用模型 ）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员 ）
● 甾类激素介导的信号通路
三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合， 亲水性分子只能与细胞表面受体相结合，
细胞表面受体分为： 细胞表面受体分为： (ion-channel离子通道偶联的受体(ion-channel-linked receptor) proteinG蛋白偶联受体(G protein-linked receptor) 酶偶联受体(enzyme-linked receptor) (enzyme-
反应链：激素
→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 蛋白偶联受体→ 蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→ 的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录 A→基因调控蛋白
（1）Rs和Ri、 Gs和Gi Rs和Ri、 Gs和 Rs是与Gs的相互作用是激活型激素受体； Rs是与Gs的相互作用是激活型激素受体； 是与Gs的相互作用是激活型激素受体 Ri与Gi相互作用的抑制型受体 相互作用的抑制型受体。 Ri与Gi相互作用的抑制型受体。两者都具七次 跨膜运输，但与之相应的胞外信号不同。 跨膜运输，但与之相应的胞外信号不同。 Gs调节作用：见下图 Gs调节作用： 调节作用 Gi调节作用： Gi对腺苷酸环化酶的抑制作 Gi调节作用： Gi对腺苷酸环化酶的抑制作 调节作用 用有两个途径（ Gi与GTP结合 Gi的 结合， 用有两个途径（1）当Gi与GTP结合，Gi的α亚 基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性； 基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性； 通过βr 亚基复合物与游离的Gsα （2）通过 亚基复合物与游离的 α亚基结 阻断Gs的 亚基对腺苷酸环化酶的活化。 合，阻断 的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。
在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生 Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生 的存在下 ATP cAMP。 成cAMP。 环腺苷酸磷酸二酯酶可降解cAMP生成5′--AMP。 环腺苷酸磷酸二酯酶可降解cAMP生成5′--AMP。 cAMP生成5′--AMP cAMP信号途径为：激素→ 蛋白偶联受体→ 蛋白→ cAMP信号途径为：激素→G蛋白偶联受体→G蛋白→ 信号途径为 腺苷酸环化酶→ 依赖的蛋白激酶A→ A→基因调 腺苷酸环化酶→ cAMP 依赖的蛋白激酶A→基因调 控蛋白→ 控蛋白→基因转录
细胞间直接接触，不需 细胞间直接接触， 要分泌化学信号的释放
（二）细胞识别与信号通路 细胞识别(cell 细胞识别(cell recognition)
指细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子 选择性相互作用，引起生理生化变化， 选择性相互作用，引起生理生化变化，最终表现为 细胞整体生物效应的过程。 细胞整体生物效应的过程。 信号通路(signaling 信号通路(signaling pathway) 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制， 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将 胞外信号转导为胞内信号， 胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表 引起细胞的应答反应的过程称为细胞信号通路。 达，引起细胞的应答反应的过程称为细胞信号通路。
（三）信号分子与受体 1 、信号分子(signal
根据其溶解性分类： 根据其溶解性分类： 亲水性信号分子——神经递质、生长因子、细胞因子、 神经递质、生长因子、细胞因子、 亲水性信号分子 神经递质 局部化学递质、大多数肽类激素，介导短暂的反应， 局部化学递质、大多数肽类激素，介导短暂的反应， 与细胞表面受体结合， 与细胞表面受体结合，产生第二信使以引起细胞的应 答。 *前列腺素为脂溶性，但不能穿过质膜，与表面受体 前列腺素为脂溶性，但不能穿过质膜， 结合。 结合。 molecule)的类型
1、cAMP信号通路 cAMP信号通路
细胞外信号和相应的受体结合， 概念：细胞外信号和相应的受体结合，导致胞内第二信使 cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。 的水平变化而引起细胞反应的信号通路。 的水平变化而引起细胞反应的信号通路
组分及分析：
激活型激素受体（Rs）；抑制型激素受体（Ri）；与GDP ）；抑制型激素受体 ）；与 激活型激素受体（ ）；抑制型激素受体（ ）； 结合的活化型调节蛋白（ ）； ）；与 结合的活化型调节蛋白（Gs）；与GDP结合的抑制性调节蛋白 结合的抑制性调节蛋白 ）；腺苷酸环化酶 （Gi）；腺苷酸环化酶 （Adenylyl cyclase ）；腺苷酸环化酶C
类型：细胞内受体（ receptor）： 类型：细胞内受体（intracellular receptor）：
受胞外亲脂性信号分子激活
细胞表面受体（cell surface receptor） receptor） 细胞表面受体（
受胞外亲水性信号分子激活
同一细胞具有不同受体，受多信号的调控， 同一细胞具有不同受体，受多信号的调控，如心肌 细胞上有乙酰胆碱受体和肾上腺素受体 不同细胞具有相同受体， 不同细胞具有相同受体，但反应各异 如心肌和分泌细胞上的乙酰胆碱受体相同
细胞分泌化学信号的作用方式
内分泌（endocrine）：①低浓度； 全身性； 长时效。 内分泌（endocrine）：①低浓度；②全身性；③长时效。 ）： 旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用 旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用 ）： 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同 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。 一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（ synapse）： ）：神经递质由突触前膜释 化学突触（chemical synapse）：神经递质由突触前膜释 放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。 经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
• 亲脂性信号分子 亲脂性信号分子——甾类激素(皮质醇、雌二 甾类激素( 甾类激素 皮质醇、
醇和睾酮）和甲状腺素，分子小，疏水性强， 醇和睾酮）和甲状腺素，分子小，疏水性强， 可穿过细胞膜进入细胞， 可穿过细胞膜进入细胞，介导长时间的持续反 与细胞内受体结合，调节基因表达。 应，与细胞内受体结合，调节基因表达。 •气体信号分子 气体信号分子——NO、CO、H2S等 NO、CO、 气体信号分子 NO 信号分子特点： 特异性； 高效性； 信号分子特点：①特异性；②高效性； 特点
乙酰胆碱N受体（260KD） 乙酰胆碱N受体（260KD） 外周型： 个亚基组成（ βγδ） 外周型：5个亚基组成（α2βγδ） 调节主要为α 调节主要为α亚基变化 通道开启： 内流， 外流， 通道开启：Na+ 内流，K+外流， 膜去极化。 膜去极化。
(二) G蛋白偶联受体 G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体是指配体--受体复合物与靶蛋白 蛋白偶联受体是指配体--受体复合物与靶蛋白 -要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使， 要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从 而将胞外信号转变成胞内信号。三聚体GTP结合调 而将胞外信号转变成胞内信号。三聚体 结合调 节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称 ） G蛋白。由α、β、γ三个亚基组成，α亚其具有 蛋白。 、 、 三个亚基组成， 亚其具有GTP 蛋白 三个亚基组成 亚其具有 酶活性。 和 亚基通过共价结合于膜上 亚基通过共价结合于膜上。 蛋白在 酶活性。β和γ亚基通过共价结合于膜上。G蛋白在 信号转导过程中起着分子开关的作用， 信号转导过程中起着分子开关的作用，当α亚基与 亚基与 GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启 结合时处于关闭状态， 结合时处于关闭状态 结合时处于开启 状态。 状态。
激素与膜内受体
●一氧化氮介导的信号通路
血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高， 激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞， 与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2＋ 结合，改变酶的构象，导致酶活性的增强和cGMP合成增多。 cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌 的舒张，血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛，其作用机理是在体内转化为NO，可 舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量 。
某些激素通过cAMP 某些激素通过cAMP诱导细胞反应 cAMP诱导细胞反应
信号分子 肾上腺素 肾上腺素 肾上腺素， 肾上腺素，胰 高血糖素， 高血糖素， ACTH ACTH 靶细胞 心脏 肌肉 脂肪 主要反应 增加心率， 增加心率，促进收缩 糖原分解 脂肪分解
肾上腺
皮质醇分泌
（ 2）
腺 苷 酸 环 化 酶
(一）离子通道偶联受体
离子通道偶联受体是由多亚基组成的受体－ 离子通道偶联受体是由多亚基组成的受体－离 子通道受体，既有信号结合位点，又有离子通道。 子通道受体，既有信号结合位点，又有离子通道。 因此，又是称为配体门离子通道或递质门离子通道。 因此，又是称为配体门离子通道或递质门离子通道。 具有组织分布特异性，主要存在于神经细胞或其他 具有组织分布特异性，主要存在于神经细胞或其他 可兴奋细胞间的突触信号传递。 可兴奋细胞间的突触信号传递。 N型乙酰胆碱受体、GABA受体、甘氨酸受体等。 型乙酰胆碱受体、GABA受体、甘氨酸受体等。 受体