细胞生物学PPT第八章_细胞信号转导

的信号网络系统示意图
Sequestration; down-regulation; inactivation; inactivation; inhibitory protein
再见
2011
接触性依赖的通讯
①
②
③ ⑤
④
胞外信号介导的信号通讯
（二）信号分子与受体
●信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子：主要包括甾类激素和甲状腺素 亲水性信号分子：神经递质、生长因子、大多数激素。 气体性信号分子：NO，能进入细胞直接激活效应酶
●受体（receptor） ●第二信使（second messenger） ●分子开关（molecular switches）
受体
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子。
根据存在部位分为：细胞内受体、细胞表面受体 根据信号转导机制和受体蛋白类型不同：
离子通道耦联受体、G蛋白耦联受体、酶连受体。 包括两个功能区：配体结合区----具有结合特异性
效应区 ---------具有效应特异性
Joseph Orly 和 Micheal Schramm 通过细胞融合实验 首先证明了受体与 腺苷酸环化酶是不 同的两种蛋白。
（三）G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
1.离子通道偶联的受体
特点：
①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
②跨膜信号转导无需中间步骤 ③受体/离子通道复合体 ④选择性：配体的特异性和运输离子的选择性
2.G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控
3.Gt蛋白耦联的光受体的活化诱发cGMP－ 门控阳离子通道的关闭
•百日咳毒素催化Gi的α亚基发生ADP-核糖基化 ，结果抑制了GDP的释放，使Gi的α亚基不能活 化，从而阻断了Ri受体引起的对腺苷酸环化酶的 抑制作用。导致气管内的cAMP水平增高，促使 液体、电解质和黏液分泌增多，并进入肺，引起 严重的咳嗽。

（RGS）：促进GTP水解(shuǐjiě)。 鸟苷酸解离抑制物（GDI）：抑制GTP水解
(shuǐjiě)。
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图 分子开关活性的调节
A. 磷酸化（蛋白(dànbái)激酶）与去磷酸化（蛋白
(dànbái)磷酸酶）
B. GTP置换（GEF）
与水解（GTPase）
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皮质醇 雌激素
RTKs的失敏（desensitization） （略）
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G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活
MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又称ERK（extracelular signal-regulated kinase）----真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。
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分子开关（molecular switches）：细胞内的信号 蛋白通过结合磷酸基团或GTP而被活化，去除磷 酸基团或结合GDP而失活，这类蛋白分子在胞内 信号传递通路中起着类似“红绿灯”的关键作用， 称为分子开关。例如三聚体G蛋白、单体G蛋白 （如Ras蛋白、Rho蛋白等）。
鸟苷酸交换因子（GEF）：释放GDP结合GTP。 GTPase促进蛋白（GAP）和 G蛋白信号调节子
RTK失敏对细胞正常功能所必须， RTK 的持续激活将导致细胞生长失 控。
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由细胞(xìbāo)表面整联蛋白介导的信号 转导
●整合(zhěnɡ hé)蛋白与粘着斑 ●导致粘着斑装配的信号通路有两条 ●粘着斑的功能：
一是机械结构功能； 二是信号传递功能 ●通过粘着斑由整合(zhěnɡ hé)蛋白介导的信号传递通路： 由细胞表面到细胞核的信号通路 由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路
●蛋白激酶的网络整合信息与信号网络系统中的cross talking

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
？
？
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。

由细胞表面到细胞核的信号通路由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路一细胞对信号反应表现收敛性convergence或发散性divergence的特征二蛋白激酶的网络整合信息一细胞对信号的整合控制粘着斑装配的信号通路活化的肌球蛋白轻链磷酸酶活化的肌球蛋白由整联蛋白所介导的粘着斑复合体的信号传递功能和机械功能示意图踝蛋白桩蛋白肌动蛋白纤维粘着斑蛋白粘着斑激酶map激酶级联系统信号的汇集来自g蛋白偶联受体整联蛋白受体酪氨酸激酶的信号通过grb2sos汇集到ras然后沿着map激酶级联系统进行传递两个主要信号转导途径间的窜扰来自于egf受体的信号能够分成几个不同的途径进行传递研究表明camp也抑制一些细胞的生长包括成纤维细胞和脂肪细胞机理主要是阻断map激酶的级联放大
受体：是一种能够识别和选择结合某种配 体（信号分子），并能引起细胞功能变化 的生物大分子。 绝大多数受体是糖蛋白，少数是糖脂
两个功能区域：配体结合区、效应区
受体特点：能识别配体并与之特异性结合；能启动 级联反应，将信号扩大，将信号转至效应器。
两类受体：
（1）细胞内受体：位于 细胞核和胞质溶胶，主要 识别能够穿过细胞质膜的 小的脂溶性的信号分子。
第二信使的特性：
◆由第一信使同其膜受体结合后最早在细胞 膜内侧或胞浆中出现 ◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激 蛋白磷酸 酶激活 酶去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白 细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受 体感受信号分子的刺激，经细胞内信号转 导系统转换，从而影响细胞生物学功能的 过程。

05
细胞信号转导的未来展 望
细胞信号转导与药物研发
细胞信号转导与药物研发
随着对细胞信号转导机制的深入了解，药物研发正逐渐转 向针对特定信号通路的治疗方法。这有助于开发更精确、 副作用更小的药物，提高治疗效果。
针对特定疾病的信号通路
针对特定疾病的信号通路进行药物设计，可以更有效地治 疗某些难以治愈的疾病，如癌症、神经退行性疾病等。
细胞信号转导精品课件
目录
• 细胞信号转导概述 • 细胞信号转导的分子机制 • 细胞信号转导与疾病 • 细胞信号转导的研究方法 • 细胞信号转导的未来展望
01
细胞信号转导概述
细胞信号转导的定义
细胞信号转导
是指细胞接收到胞外信号后，通 过一系列的信号转导过程，将胞 外信号转导至胞内，调控基因的 表达，从而影响细胞的生命活动
个性化治疗的可能性
通过对个体基因组和信号转导通路的深入研究，有望实现 个性化治疗，根据患者的具体情况制定最合适的治疗方案 。
细胞信号转导与基因治疗
基因治疗与信号转导
基因治疗是一种通过修改或替换缺陷基因来治疗遗传性疾病的方法。细胞信号转导在基因表达和调控中起着重要作用 ，因此对信号转导机制的理解有助于优化基因治疗方案。
癌症治疗中的细胞信号转导
针对癌症治疗中的细胞信号转导，可以采取多种手段，如抑制信号 转导、诱导细胞凋亡等。
神经退行性疾病与细胞信号转导
神经退行性疾病概述
01
神经退行性疾病是一类以神经元退行性病变为主要特征的疾病
，如阿尔茨海默病、帕金森病等。
细胞信号转导与神经退行性疾病
02
细胞信号转导在神经退行性疾病的发生、发展中起着重要作用
针对糖尿病的治疗，可以采取多种手段，如抑制 信号转导、调节血糖等。

胞核→基因表达调控。
03
酶联受体介导的信号转导途径类型
根据信号分子类型和作用方式不同，酶联受体介导的信号转导途径可分
为酪氨酸激酶型、G蛋白型和其它型等。
酶联受体介导的信号转导与疾病
01
02
03
04
酶联受体介导的信号转导与 疾病关系概述：酶联受体介 导的信号转导在许多疾病的 发生和发展过程中发挥重要
导有关。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
细胞因子信号转导
细胞因子的种类与功能
细胞因子种类
包括白细胞介素（IL）、干扰素（ IFN）、肿瘤坏死因子（TNF）、集 落刺激因子（CSF）等。
细胞因子功能
参与免疫应答、炎症反应、造血过程 、组织损伤修复等生理和病理过程。
许多疾病的发生和发展都与G蛋白偶联受体介导的信号转导有关，如肿瘤、心血管疾病、代谢性疾病等。这些疾病的发生和 发展过程中，G蛋白偶联受体介导的信号转导途径会出现异常，导致细胞生长和分化失控、炎症反应等。因此，针对G蛋白偶 联受体介导的信号转导途径的治疗策略对于疾病的治疗具有重要意义。
REPORT
CATALOG
抑制酶活性
负调控因子通过抑制酶的 活性来调节信号转导，从 而控制细胞反应的强度和 持续时间。
竞争性结合
负调控因子可以与信号分 子竞争性结合，从而降低 信号转导的效率。
细胞信号转导的正调控
正调控因子
细胞信号转导的正调控因子是指 能够促进信号转导过程的蛋白质
或小分子化合物。
激活酶活性
正调控因子通过激活酶的活性来调 节信号转导，从而增强细胞反应的 强度和持续时间。

Adenylate cyclase

④环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase, PDE）：降解
cAMP生成5’-AMP，起终止信号
的作用。
Degredation of cAMP

⑤蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催 化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合， 使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激 活蛋白激酶A的活性。
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，影响其他细胞。如精子和卵子之间的识 别，T与B淋巴细胞间的识别。
3.细胞间隙连接
两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。
连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小分 子物质如Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞
1. 信号分子的产生
信号分子
2. 细胞识别（Cell recognition）
受体蛋白 3. 信号转导（Signal transduction） 4. 引发生物学效应 5. 信号的解除
细胞信号转导
指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)
结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋
白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一)、 G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成：αβγ三个亚基， β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态， 结合GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性， 能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体 状态。α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。

3. 细胞表面受体介导的信号转导
A. 通过离子结合介导的受体将化学信号转化为电信 号。
4 or 6-helix transmembrane receptor
B. G蛋白连结受体介导的信号转导
❖ The structure of G protein-linked receptors:
➢ Seven-helix transmembrane; ➢ C-terminal: Ser- and Thr-
B. 细胞通讯的形式----- 细胞可以接收不同类型的化学 信号
C. 信号分子和受体
❖信号分子:
脂溶性激素 水溶性激素 nitric oxide (NO) and carbon monoxide(CO) as cellular messengers
❖细胞表面受体包括三类: glycoproteins
providing even greater amplification.
C. Cyclic AMP 信号通路
❖G蛋白激活及失活循环
cAMP信号的组分
。
①. 激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）； ②. 活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）； ③. 腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）：是相对分子量为 150KD的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺 苷酸环化酶催化ATP生成 cAMP。 ④. 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚 基和两个调节亚基组成，在没有cAMP时，以钝化复合体形 式存在。cAMP与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调 节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的蛋白激酶 A催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸 化，于是改变这些蛋白的活性，进一步影响到相关基因的表 达。 ⑤. 环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase）：可 降解cAMP生成5’-AMP，起终止信号的作用。