信号转导途径

细胞生物学：信号转导与第二信使2007-8-12 9:42【大中小】【我要纠错】信号分子这把钥匙一旦打开了细胞表面的受体锁，细胞就要作出应答。

由于细胞自身就是一个社会，有各种不同的结构和功能体系，外来信号应由何种功能体系应答？这就是所谓的信号转导的通路。

■信号转导途径信号转导途径有两个层次，第一是将外部信号转换成内部信号途径，即信号转导途径。

第二层次的含义是外部信号转换成内部信号后从哪个途径引起应答。

医学教育网●两种信号转导途径：一种是通过G蛋白偶联方式，即信号分子同表面受体结合后激活G蛋白，再由G蛋白激活效应物，效应物产生细胞内信号；第二种转导途径是结合的配体激活受体的酶活性，然后由激活的酶去激活产生细胞内信号的效应物（图5-17）。

图5-17 信号转导的两种途径途径①：结合的配体激活G蛋白，然后由G蛋白激活效应物产生信号；途径②：结合配体激活受体的酶活性，然后由激活的受体酶激活产生信号的效应物。

●细胞内生化反应途径：当外部信号被转换成内部信号后，在细胞内的传递途径如何？细胞内各种不同的生化反应途径都是由一系列不同的蛋白和酶组成的，执行着不同的生理生化功能。

各途径中上游蛋白对下游蛋白活性的调节（激活或抑制）主要是通过添加或去除磷酸基团，从而改变下游蛋白的构型完成的（图5-18）。

所以，构成生化反应途径的主要成员是蛋白激酶和磷酸酶，它们能够引起细胞活性的快速变化又迅速恢复。

图5-18 由蛋白激酶和蛋白质磷酸酶构成的信号转导途径■细胞应答与信号级联放大●细胞应答细胞对外部信号的应答通常是综合性反应，包括基因表达的变化、酶活性的变化、细胞骨架构型的变化、通透性的变化、DNA合成的变化、细胞死亡程序的变化等（图5-19）。

这些变化并非都是由一种信号引起的，通常要几种信号结合起来才能产生较复杂的反应，而且通过信号的不同组合产生不同的反应。

图5-19 多种细胞外信号引起动物细胞的应答细胞在信号应答中的每一种最终表现都是受体接受了一套相关的细胞外信号并作出综合应答的结果，图中所示只是推测的简化模式。

细胞传递信息的信号转导途径细胞在一个有机体中承担着信息传递的重要任务，细胞所接收到的外部信号必须被传递到内部，从而激活或抑制特定的行为和功能。

这种信号传递的过程称为信号转导。

信号转导的途径主要包括细胞表面受体和细胞内信号转导蛋白。

一、细胞表面受体细胞表面受体是指定位于细胞膜上的蛋白质，可以感受到外部环境的信号，并将这些信号转化为细胞内部的信号。

有两种主要类型的细胞表面受体：离子通道受体和型受体。

离子通道受体的作用是通过感受到化学或电学信号来调节细胞的电位或离子浓度。

这些受体如神经元细胞表面的神经递质受体，可以让离子穿过细胞膜，从而改变细胞膜电位。

型受体基本上都是蛋白质，包括G蛋白偶联受体和酪氨酸激酶受体（TK受体）。

G蛋白偶联受体广泛分布在人体内，不仅能感受到最靠近细胞表面的化学信号，也能感受到内分泌系统在人体内分泌的激素。

当受体与信号分子结合时，G蛋白偶联受体在细胞内活动，引起了多种反应，包括调节细胞膜、细胞内酶和G蛋白的活性等。

与刚刚提到的不同，TK受体是通过细胞内部酪氨酸激酶的活性改变来改变细胞功能。

当信号分子和TK结合后，活性发生了改变，细胞内往往会发生一系列反应，以改变细胞的酶活性、内部的蛋白合成和其他生化反应。

二、细胞内信号转导蛋白一旦细胞表面受体被信号分子激活，细胞内信号转导蛋白就被激活了，信息转导向细胞内部进行传递。

参与信息转导的蛋白主要包括激酶和磷酸酶。

激酶被激活时会磷酸化其下游的靶蛋白，磷酸酶则终止下游靶蛋白的振荡。

细胞内信息转导途径主要包括以下几种途径：1.丝裂原激活蛋白（MAPK）途径：MAPK途径的激活是通过一条多步骤的反应路径来完成的。

当活化G蛋白特异性GTP酶时，会导致下游的Mek被磷酸化，引起MAPK的激活。

MAPK激活后可以调节许多细胞转录程序中的基因表达。

2.磷脂酶C（PLC）途径：PLC途径的激活是磷酸水解的结果。

当激活Rhodopsin时，可以激发PLC的活性，从而导致IP3和钙出现，IP3会引起胞质内钙的释放。

细胞生物学中的信号转导途径一、信号转导的基本概念细胞是生命的基本单位，而细胞内的各种生命活动需要通过信号传递来进行调节和协调。

信号转导是指外部信号通过特定的信号分子在细胞内传递，触发一系列生物化学反应，并最终引发细胞内的特定生理或生化效应的过程。

信号转导途径是细胞通过一系列的蛋白质交互作用和调控网络来传递信号的机制。

二、经典信号转导途径1. G蛋白偶联受体（GPCR）信号转导途径GPCR是一类位于细胞膜上的受体，通过与G蛋白结合并激活，进而调控一系列下游效应。

例如，肌酸激酶受体可激活腺苷酸酶，从而降低细胞内的环磷酸腺苷水平，影响细胞的生理过程。

2. 酪氨酸激酶受体（RTK）信号转导途径RTK是一类激活的胞内酪氨酸激酶，通过磷酸化并激活一系列下游分子，如细胞内二磷酸鸟苷酸酶和磷脂酰肌醇激酶，进而参与细胞的增殖、分化和生存等过程。

3. G蛋白调节的细胞内信号传导途径G蛋白调节的细胞内信号传导途径包括细胞内Ca2+信号的传导、蛋白激酶C（PKC）信号传导和小GTP酶信号传导等。

这些途径主要通过激活细胞内的关键调节蛋白和激酶来调控细胞生理过程。

三、细胞外信号传感器细胞外信号传感器是外部信号对细胞外受体的特异识别和结合，从而引起受体构象的转变，并将信号传递至细胞内的蛋白质分子。

细胞外信号传感器包括离子通道、酪氨酸激酶和GPCR等。

细胞外信号传感器识别信号的机制多样，对不同类型的信号具有高度的选择性。

四、信号转导中的重要蛋白质1. 激酶激酶是信号转导中重要的蛋白质，包括酪氨酸激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白酪酸激酶等。

这些激酶通过磷酸化调节下游分子的活性，从而传递信号。

2. 磷脂酰肌醇激酶（PI3K）PI3K是信号传导中的关键调节因子，可以通过磷酸化产生磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）。

PIP3参与细胞信号传导的多个途径，并与许多细胞生理过程密切相关。

3. 细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白参与了细胞的形态维持、细胞运动和细胞分裂等过程。

细胞信号转导途径，是指外部信号刺激细胞膜上受体后，在细胞内部引起一系列化学反应，最终产生一定效应的物质过程。

这个过程可以影响细胞内许多的生化过程，如细胞增殖、分化、凋亡、细胞骨架重塑等等。

下面我们将从各方面来介绍。

一、膜受体信号转导途径膜受体是位于细胞膜表面，具有特异性识别能力的大分子。

大多数细胞表面的受体是G蛋白偶联受体或酪氨酸激酶受体，它们能够识别记载传入信息的激素和神经递质分子。

一旦受体与信息分子结合，就会启动信号转导途径。

G蛋白偶联受体的经典介导形式是三厢式它由七个跨膜区域的蛋白质构成，文艺浪漫和口感分为：α、β和γ三大亚单位。

α亚单位上含有GTP酶活性，在激活状态下，GTP酶活性会沿着特定的信号通路将ATP转化为cAMP和其他次要信号分子，从而产生了识别细胞外分子信号的激活信号。

酪氨酸激酶受体则是一类包括多种受体的转录因子，包括域外的激酶结构域和域内的DNA结合结构域组成。

这些受体通过配体激活，激活其域外激酶结构域，进而链接重要的信号途径，例如EGF受体、血小板源生长因子受体、胰岛素受体等。

二、细胞核内信号转导途径随着特定的细胞信号传递到细胞膜并最终到达细胞核，在细胞核内也有多种信号传递途径发生。

蛋白激酶C（PKC）被认为是一种在信号通路过程中发挥重要作用的酶。

信号分子识别一旦引发PKC的激活，PKC便会通过下调乳酸脱氢酶（LDH）等的活性，甚至是糖酵解相关的酶的活性，从而改变细胞的生理学性质。

因为LDH在能量代谢过程中发挥着重要作用，因此PKC通路将对细胞增殖、凋亡、周期和其他多种生理学过程产生影响。

三、泛素-蛋白酶体信号通路泛素连接是一种重要的蛋白质修饰机制，可以成为蛋白质降解、功能修饰或转运因子的域。

泛素连接通过特定连接到所需的蛋白质上，然后域目标区域传达到蛋白酶体，直到该蛋白质被酶解并富集区域。

泛素-蛋白酶体途径不仅对蛋白质分解有重要作用，它也是一种可以产生信号的途径。

泛素-蛋白酶体信号通路非常重要，它被证明与免疫、细胞周期和有丝分裂等生理过程有非常密切的关系。

生长发育中的信号转导途径生长发育是体内各种组织从胚胎时期开始一直进行的过程，它依靠着信号转导途径来控制和协调，形成各种细胞和器官。

信号转导途径是一种非常重要的通路，其作用是让细胞去感知外界的信号，通过内部调整来实现适应环境和求生存的目的。

信号转导途径是一种分子生物学的过程。

在其中，外界的刺激会激活细胞表面的受体，使其结构发生变化，进而启动一系列下游分子的级联反应。

这些分子通常是酶、小分子、蛋白质酶、激酶、组织蛋白等，它们沿着信号转导途径进行相互作用和调节，最终将信息传递给命令细胞内部去执行相关的生理活动。

在生长发育中，信号转导途径可以通过两种方式来实现对细胞的控制。

第一种方式是通过细胞外生长因子和细胞内激酶级联体系来控制细胞的增殖和分化。

这些生长因子通常由周围组织或组织本身分泌，并结合到细胞表面上对受体进行激活。

激活受体后，激酶活性的增强会导致一系列反应，最终导致细胞运动、增殖、分化、分泌和凋亡等多种生理活动。

第二种方式是通过信号通路共享与交叉关联来调节多个生理活动。

这种交叉关联通常是通过细胞内信号分子的“会话”来完成的。

对于一个细胞来说，当外界许多信号同时作用于其表面时，它们不会单独进行反应，而是通过交叉关联完成复杂的生理过程。

这种复杂性是基于信号分子结构多目的性和在不同情景下的表现出来的差异。

在信号转导途径中，蛋白质激酶是一种非常重要的酶类。

通常，在细胞内部，激酶被激活后会磷酸化其它蛋白质，进而进行信号传导。

同时，磷酸化的蛋白质也可以调节激酶活性，从而控制细胞的生理过程。

另外，磷酸化酪氨酸和苏氨酸的kinase通常也会参与信号转导途径中的活动。

在生长发育中，信号转导途径也经常受到很多外部因素的影响。

例如生物节律、全方位的温度、干旱或湿度变化等，当这些因素改变时，细胞的信号转导途径也会相应发生变化，从而实现对环境的适应。

总的来说，信号转导途径是重要的调节生长发育的一种内在机制。

它通过一系列分子调节机制，来识别外部刺激和调节细胞内部的生理活动。

一：细胞表面受体：离子通道受体，G蛋白偶联型受体，酶偶联型受体，催化型受体二：细胞内受体：细胞内离子通道，核受体重要的细胞信号转导途径有：（1）Gs蛋白--AC--cAMP/PKA( 2 ) Gq--IP3/DG双信使通路（3）生长因子受体--Ras--MAPK信号通路等1、cAMP信号途径可表示为：•激素→受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。

2、磷脂酰肌醇双信使信号途径•双信使途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC信号途径•信号分子与G蛋白耦联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使4,5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成肌醇三磷酸（IP3）和二酰甘油（DAG）。

IP3开启胞内IP3门控钙通道：IP3激活内质网IP3门控Ca2+通道，Ca2+浓度升高，激活钙调蛋白，CaM将靶蛋白（如：CaM-Kinase）活化。

这是真核生物细胞内Ca2+动员的主要途径。

DAG激活蛋白激酶C：PKC位于细胞质，Ca2+浓度升高时PKC转位到质膜内表面，被DAG活化。

信号——G蛋白耦联膜结合受体——活化——PLC——和DAG。

•IP3 ——受体(Ca2+ 通道——细胞质Ca2+上升;•DAG ——激活PKC——磷酸化靶蛋白Ser或Th激活磷酸化靶蛋白Ser 或Thr。

•Ca2+结合到钙调蛋白(CaM)上，激活的钙调蛋白调控其他蛋白活性。

3、生长因子受体--Ras--MAPK信号通路等配体→RTK→adaptor→GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MEK（MAPKK）→MAPK→细胞核→转录因子→基因表达。

RTK-Ras信号途径激活有丝分裂原活化蛋白激酶促使细胞分裂。

MEK（促分裂原活化蛋白激酶）＝MAP kinase kinase。

生物发育过程中的信号转导途径在生物的生长发育过程中，信号转导是一项至关重要的工作。

生物体内外的各种信号通过一系列的复杂步骤被转导到细胞内部，控制细胞的增殖、分化以及细胞死亡等多种生理活动。

其中绝大部分工作都是由信号转导途径来完成的。

一、什么是信号转导途径？信号转导途径是受体识别到外界与内部环境的各种信号，通过一些蛋白分子媒介，将信号传递到细胞内部产生的一种动态过程。

二、信号转导的主要路线人体中起主要作用的信号转导通路主要包括以下三种。

1. Receptor tyrosine kinase (RTKs)通道RTKs是细胞表面一种重要类别的酪氨酸激酶，受到外界的刺激，会自行聚集，激活酪氨酸激酶，在激酶模块的作用下，引发多种生化反应，如细胞增殖、分化、迁移等生物学过程。

2. 细胞上的G蛋白偶联受体（GPCRs）通道GPCRs是一类膜蛋白，与信号分子发生结合后，在细胞内部启动一系列生化反应，包括启动蛋白激酶，利用信号通路调节细胞的转录和生物学效应。

3. Wnt通道Wnt是一类在细胞分化和发育中起重要作用的蛋白质，通过促进生长和细胞增殖以及通过调节体节和神经系统的发育过程来发挥作用。

三、不同的信号转导通道之间的联系不同的信号通路之间并非完全独立。

它们之间互相干扰和调节，组成了一个信号网络。

在信号转导中，众多的通路之间可以互相作用、价於、影响，比如RTKs通路与PKB通道，激素受体通道、Wnt通道、Hedgehog通道等之间也会相互调节。

四、信号转导在多个应用领域中的应用信号转导研究有着广泛的应用前景，在医药学、生物工程、农业等领域都可以得到广泛的应用。

1.医药学现在，基于信号转导的药物已有成千上万，并被广泛用于治疗癌症、类风湿性关节炎、肌肉萎缩症等各种临床疾病。

2. 生物工程学信号转导被应用于人类细胞的控制、分化和再生，大大加快了生物医学领域的速度。

选择性激活通道的方法有望为细胞生物学、组织工程和再生医学带来新发展。

细胞信号转导途径的分子机制和控制措施细胞信号转导途径是维持细胞生命和功能的重要机制，它应对外界刺激并引导细胞行为，调节生物体内各种生理过程。

在细胞信号转导途径中，分子机制和控制措施具有重要意义。

本文将探讨细胞信号转导途径的分子机制和控制措施。

一、分子机制在细胞信号转导途径中，信号分子通过与细胞膜上的受体结合来引起一系列反应，最终导致细胞内信号通路的激活。

这一过程包括多种分子机制的参与。

1. 受体及信号分子多种化学物质参与信号转导，其中包括激素、神经递质、细胞因子等。

这些信号分子通过结合细胞膜或核内的受体，继而引起某些分子的活化。

常见的受体包括酪氨酸激酶受体、G蛋白偶联受体等。

2. 信号转导通路信号转导通路是信号分子从受体到细胞内质膜或细胞核的转导过程。

这一过程包括多种通路的参与，例如酪氨酸激酶信号转导通路、G蛋白偶联受体通路以及酵素调节通路等。

这些通路的不同之处在于参与的分子机制以及终点的信号反应类型。

3. 下游效应分子信号通路中的下游效应分子扮演着十分重要的角色。

其主要作用是转导细胞内的信号，从而控制细胞的反应。

下游效应分子包括细胞内酶、转录因子等。

4. 信号抑制分子细胞还存在着一些信号抑制分子，它们的作用是阻止细胞内信号通路的激活。

这些分子常见于负反馈调节的信号通路中。

二、控制措施细胞信号转导途径的控制措施是指通过控制信号分子活性和调节信号传导通路等方式，从而对细胞信号转导途径进行调控。

1. 分子靶点的招募和催化分子靶点的招募和催化是一种对信号分子活性进行调控的方式。

例如，在信号转导通路中，酶催化单元可以使信号分子更加有效地催化下游反应。

2. 负反馈调节负反馈调节是信号转导通路中一种经典的调控方式。

其机制是通过信号通路内部产生抑制性信号来抑制初始信号的活化，从而稳定信号通路的强度。

这一机制在信号转导通路生理过程中具有重要的意义。

3. 修饰信号分子修饰信号分子是指通过亚细胞水平控制细胞内分子的活性和局部分布，从而对信号转导进行调控。

第三节主要的信号转导途径一、膜受体介导的信号传导（一）cAMP-蛋白激酶A途径述：该途径以靶细胞内cAMP浓度改变和激活蛋白激酶A（PKA）为主要特征，是激素调节物质代谢的主要途径。

1．cAMP的合成与分解⑴引起cAMP水平增高的胞外信号分子：胰高血糖素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素、促甲状腺素、甲状旁腺素和加压素等。

α-GDP-βγ（Gs蛋白）激素+受体→激素-受体→↓α-GTP + βγ↓AC激活↓ATP →cAMP述：当信号分子（胰高血糖素、肾上腺素和促肾上腺皮质激素）与靶细胞质膜上的特异性受体结合，形成激素一受体复合物而激活受体。

活化的受体可催化Gs的GDP与GTP交换，导致Gs的α亚基与βγ解离，蛋白释放出αs-GTP。

αs-GTP能激活腺苷酸环化酶，催化ATP转化成cAMP，使细胞内cAMP浓度增高。

过去认为G蛋白中只有α亚基发挥作用，现知βγ复合体也可独立地作用于相应的效应物，与α亚基拮抗。

腺苷酸环化酶分布广泛，除成熟红细胞外，几乎存在于所有组织的细胞质膜上。

cAMP经磷酸二酯酶（PDE）降解成5'－AMP而失活。

cAMP是分布广泛而重要的第二信使。

⑵AC活性的抑制与cAMP浓度降低◇Gα-GTP结合AC并使之激活后，同时激活自身的GTP酶活性，Gα-GTP→Gα-GDP，Gs、AC均失活。

从而在细胞对cAMP浓度升高作出应答后AC活性迅速逆转。

⑶少数激素，如生长激素抑制素、胰岛素和抗血管紧张素II等，它们活化受体后可催化抑制性G蛋白解离，导致细胞内AC活性下降，从而降低细胞内cAMP水平。

⑷正常细胞内cAMP的平均浓度为10－6mol/L。

cAMP在细胞中的浓度除与腺苷酸环化酶活性有关外，还与磷酸二酯酶的活性有关。

举例如下：①一些激素如胰岛素，能激活磷酸二酯酶，加速cAMP降解；②某些药物如茶碱，则抑制磷酸二酯酶，促使细胞内cAMP浓度升高。

2．cAMP的作用机制――cAMP激活PKA（幻灯64）⑴cAMP对细胞的调节作用是通过激活cAMP依赖性蛋白激酶或称蛋白激酶A （PKA）系统来实现的。