受体和跨膜信号转导

关于跨膜信号转导的叙述
跨膜信号转导是一种重要的细胞信号传递过程，涉及到细胞膜上的多种受体和信号分子。

该过程通常包括以下步骤：第一步，信号分子与受体结合，形成受体激活复合物；第二步，激活的受体与细胞膜上的信号传递分子相互作用，引发一系列下游信号转导反应；第三步，下游信号分子继续传递信号，最终影响细胞的功能和代谢过程。

跨膜信号转导可以通过多种途径实现，其中最常见的途径包括酪氨酸激酶途径、丝氨酸/苏氨酸激酶途径和G蛋白偶联受体途径等。

这些途径均涉及到不同种类的受体和信号分子，并且在细胞中具有不同的生物学作用。

跨膜信号转导的异常常常与多种疾病的发生和发展相关。

例如，许多癌症可以通过激活某些受体或信号分子来促进细胞增殖和转移。

此外，心血管疾病、免疫疾病和神经系统疾病等也与跨膜信号转导有关。

因此，对跨膜信号转导机制的深入了解可以为疾病的预防和治疗提供新的思路和策略。

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第十九章细胞信号转导第十九章细胞信号转导一、内容提要细胞信号转导是指特定的化学信号在靶细胞内的传递过程，主要由信号分子的识别与接受，信号在细胞内的放大与传递，以及特定生物学效应的产生三个过程组成。

信号分子是指由特定的信号源（细胞）产生的，可以通过扩散或体液转运等方式进行传递，作用于靶细胞并产生特异应答的一类化学物质，包括激素、神经递质、细胞因子、生长因子及无机物等几大类。

由信号细胞释放的信号分子，需经扩散或转运，才能够到达靶细胞产生作用。

根据传递距离的远近，可将信号分子的传递分为内分泌、旁分泌和自分泌信号传递三种方式。

受体是指存在于靶细胞膜上或细胞内的一类特殊蛋白质分子，它们能够识别与结合化学信号分子，并触发靶细胞产生特异的生物学效应。

按照受体存在的亚细胞部位的不同，可将其分为细胞膜受体和细胞内受体二大类，前者又分为跨膜离子通道受体、G蛋白偶联受体和单跨膜受体。

受体的作用特点包括高度的亲和力、高度的特异性、可逆性、可饱和性及特定的作用模式等。

由细胞内若干信号转导分子所构成的级联反应系统就被称为细胞信号转导途径，目前已经鉴定的细胞信号转导途径达10多条。

大多数的激素、神经递质、生长因子和细胞因子通过膜受体介导的信号转导途径传递信号，这些信号转导途径的共同特征都是通过一系列的级联反应，以激活特定的蛋白激酶并对其底物蛋白或酶进行共价修饰，从而产生特定的生物学效应。

在这些信号转导途径中，以环核苷酸（cAMP和cGMP）作为第二信使的信号转导途径是目前较为清楚的信号转导途径。

除此之外，以脂类衍生物，如IP3、DAG、PI-3,4-P2、PI-3,4,5-P3等作为第二信使的信号转导途径，以及以钙离子作为第二信使的Ca2+信号转导途径也越来越受到重视。

而胰岛素、生长因子及细胞因子则主要通过酪氨酸蛋白激酶（TPK）信号转导途径传递信号。

亲脂性的激素主要通过胞内受体介导的信号转导途径传递信号，这一途径通过活化受体调控特异基因的转录表达来产生特定的生物学效应。

黑色基本掌握划线重点蓝色不要求，选看细胞的跨膜信号转导第一节概念以及一般特性细胞信号转导（ce11u1arsigna1transduction）：细胞感受外界环境的刺激并对刺激做出反应反攻卜界环境变化的信息跨越细胞膜进入细胞并引起内部代谢与功能变化的过程刺激来源：1、化学信号一一来自临近细胞（旁分泌、神经递质）或远隔部位（内分泌）穿过细胞膜或者为受体蛋白接收是主要的信号来源2、物理性刺激——温度、机械力、生物电（高等生物主要由膜感受细胞水平生物电，不感受外界电变化）、电磁波由高度特化的感受器接收种类数量不如化学刺激跨膜转导途径的三大特征：（经典放大通路）激活后续一系列信号分子（信号通路），以引起细胞功能变化转导途径具有很大同源性信息放大功能第二节主要途径化学门控离子通道（chemica11y-gatedionchanne1;1igand-gatedionchanne1;ionotropicreceptor）与配体结合开放离子通道，造成去极化或超极化，途径简单，传导速度快N2型ACh受体：位于骨骼肌细胞运动终板膜上与Aeh结合、通道放进Na、K离子，膜去极化产生终板电位，激活周围肌细胞A型Y-氨基丁酸受体：位于神经元细胞膜上与GABA结合，通道放进C1离子，产生抑制性突触后电位IPSP电压门控和机械门控离子通道1型Ca离子通道：心肌细胞T管膜上的电压门控通道动作电位传递，T管膜去极化，Ca内流并作为第二信使释放肌浆膜内的Ca离子此通道在心肌工作细胞中。

期激活，二期复极化提供主要内向电流非选择性阳离子通道以及K选择性通道：血管内皮细胞上血流切应力刺激，两通道开放有助于Ca进入细胞，激活NOS,使精氨酸产生NO,使血管舒张G蛋白耦联受体介导的跨膜传导发现：肾上腺素与肝细胞膜碎片反应，再用反应物（cAMP）与肝细胞质作用可产生效果，说明肾上腺素与膜上某结构反应再引起胞内反应原癌基因oncogen：碱基排列顺序与一些能在动物内引起肿瘤的病毒DNA相同的基因本身为正常基因，转录产物是正常代谢所必须的，但过度表达时成为癌基因G蛋白通路主要构成：G蛋白耦联受体GPCR、G蛋白、效应器、第二信使、蛋白激酶G蛋白耦联受体：最大的细胞膜受体家族，接受儿茶酚胺、Ach、5-HT等多种激动剂7次跨膜、N外C内、外3环内3环G蛋白：异源三聚体、目前分为6个亚族反应过程见图中文书3-3注意α亚基同时具有结合GTP和激活下游蛋白的功能，另两亚基抑制作用GTP 取代GDP与α亚基结合，结合后GTP被水解为GDP和PiG蛋白效应器：1、下游酶催化生成（或分解）第二信使AC、P1C、PDE等2、离子通道第二信使：细胞外信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子CAMP、CGMP、IP3、DG、NO等蛋白激酶：按机制分类：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/threoninekinase）可将底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸P化，占大多数酪氨酸蛋白激酶（tyrosinekinase）可将底物蛋白的酪氨酸P化，数量少，主要在酶耦联受体的信号转导按上游第二信使分类：PKC（Ca离子）、PKA（CAMP）、PKG（cGMP）经典通路：cAMP-PKAB型肾上腺素能受体、促肾上腺皮质激素、胰高血糖素等一一G蛋白激活一AC激活--- cAMP上升 --- PKA ------- 多种作用IP3-CaG蛋白——P1C分解PIP2为IP3和DGIP3——结合肌浆网上的受体，释放Ca离子入细胞质DG ------ 与phosphatidy1serine结合，激活PKC -------- 多种作用第二信使Ca的部分作用回顾：1、在骨骼肌细胞中与troponin结合，使tropomyosin移位，露出actin与myosin的结合位点，开始收缩2、在平滑肌中与一种受体钙调蛋白Camodu1in结合，激活肌球蛋白轻链激酶M1CK,开始收缩3、在血管内皮中与CamOdU1in结合，激活NoS,分解精氨酸生成NO,舒张血管（老师上课说的Viagra的作用机理）G蛋白（及下游第二信使）介导的离子通道举例KaCh通道一一迷走狸经兴奋时释放Ach,通过G蛋白激活此通道，K离子外流,使心肌静息电位增大（超级化），兴奋性降低Kca通道一一高钙（第二信使）时激活，酸思期使心肌超极峪2M⅛Jk≡鱼通道内向电流，使平台期延长酶耦联受体介导的跨膜信号转导包括酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、鸟甘环化酶受体、S/T蛋白激酶受体受体本身具有激酶、环化酶、磷酸酶的作用，不需要与膜耦联的G蛋白和第二信使酪氨酸激酶受体：1、同时具有受体和酪氨酸激酶的功能单肽链蛋白，膜外链与受体结合，膜内链发挥激酶作用与受体结合后P化鹿内链和靶蛋自的酪氨酸通路中RAS为单体G蛋白，不与膜耦联，所以不和定义违背2、受体与激酶分离S/T蛋白激酶受体（RSTK）：接受TGF-B超家族（与细胞周期有调节相关）受体结合RSTKII,RSTKII结合并激活RSTKI鸟昔环化酶受体RGC受体结合后不需要G蛋白直接激活GC,合成CGMP,激活PKG,产生多种效应心房钠尿肽、NO（胞质内的可溶性GC）。

细胞膜的跨膜信号转导及其主要方式细胞膜是细胞内外环境之间的重要隔离屏障，同时也是细胞与外界相互作用的关键界面。

细胞膜上存在着许多重要的蛋白质，它们能够感知外界的信号，并将这些信号转导到细胞内部，从而引发一系列细胞内的生理反应，这一过程被称为细胞膜的跨膜信号转导。

细胞膜的跨膜信号转导主要通过以下几种方式进行。

一、离子通道介导的跨膜信号转导细胞膜上存在多种离子通道，如钙离子通道、钠离子通道、钾离子通道等，它们能够感知细胞外环境的信号，例如电位变化、荷电物质浓度变化等，并将这些信号转导到细胞内部。

离子通道的开启或关闭可以导致细胞内离子浓度的变化，从而引发细胞内的生理反应。

比如钙离子通道的开启会导致细胞内钙离子浓度的增加，进而激活一系列钙信号通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡等过程。

二、酶-受体介导的跨膜信号转导细胞膜上存在多种酶-受体，如酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶受体等，它们能够与细胞外的配体结合，激活其内在的酶活性，从而引发细胞内的生理反应。

这种跨膜信号转导的方式常见于生长因子、激素等信号分子的传递过程。

例如，胰岛素受体是一种酪氨酸激酶受体，当胰岛素结合到胰岛素受体上时，会激活胰岛素受体内在的酪氨酸激酶活性，进而引发细胞内的糖代谢等反应。

三、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导G蛋白偶联受体是一类跨膜蛋白，它们能够与细胞外的信号分子结合，并通过活性的G蛋白介导信号传递到细胞内部。

当G蛋白偶联受体与配体结合时，G蛋白会从其不活性的GDP结合态转变为活性的GTP结合态，从而激活或抑制下游效应物质的活性。

G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导广泛参与调控细胞的生理过程，如细胞的收缩、分化、增殖等。

举个例子，肌球蛋白收缩过程中，肌纤维收缩由G蛋白偶联受体介导，通过激活蛋白激酶C和磷酸酶等下游效应物质，最终引发肌肉的收缩。

四、穿梭蛋白介导的跨膜信号转导穿梭蛋白是一类能够穿越细胞膜的蛋白质，它们能够感知细胞外的信号，并将这些信号转导到细胞内部。

第七章细胞信号转导一. 名词解释细胞信号转导(siginal transduction)：指细胞偶联各种刺激信号与其引起的特定生理效应之间的一些列分子反应机制。

信号(signal)：对植物来讲，环境就是刺激，就是信号。

配体(ligand)：激素、病原因子等化学信号，称为配体。

受体(receptor)：能够特异地识别并结合信号、在细胞内放大和传递信号的物质。

细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞表面的受体。

细胞内受体(intracellular receptor)：位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡膜上的受体。

跨膜信号转换(transmembrance transduction)：信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号传递进入细胞内的过程。

受体激酶：位于细胞表面的一类具有激酶性质的受体。

第二信使(second messengers)：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使。

级联反应(cascade)：在连锁的酶促反应中，前一反应的产物是后一反应的催化剂，每进行一次修饰反应，就使调节信号产生一次放大作用。

蛋白激酶(protein kinase,PK)：一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。

第一信使(first messenger)：能引起胞内信号的胞间信号和环境刺激，亦称为初级信使。

蛋白质磷酸化作用(protein phosphorylation)：是指由蛋白激酶催化把磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基的过程。

双信使系统(double messenger system)：胞外刺激使PIP2转化为IP3和DAG两个第二信使，引发IP3/Ca2+和DAG/PKC两条信号转导途径，在细胞内沿两个方向传递，这样的信号系统称之为双信使系统。

二. 缩写符号HK：组氨酸激酶RR：应答调控蛋白RLK：类受体蛋白激酶CaM：钙调蛋白CDPK：钙依赖型蛋白激酶PIP2：4,5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP：4-二磷酸磷脂酰肌醇PLC：磷脂酶C IP3：三磷酸肌醇DAG：二酰甘油PKC：蛋白激酶C PK：蛋白激酶PP：蛋白磷酸酶三. 简答题1. 细胞接收胞外信号进行信号转导的步骤。

第一章细胞信号转导（signal transdution）教学时数：4学时左右。

教学目的与要求：使学生了解细胞信号转导的定义和内容；掌握受体和和跨膜信号转换的过程，植物细胞第二信使的种类及重要作用。

教学重点：细胞信号转导的定义、研究内容；受体和跨膜信号转换；细胞内的第二信使系统。

教学难点：细胞受体和跨膜信号转换。

本章主要阅读文献资料：1.翟中和编：《细胞生物学》，高等教育出版社。

2.王镜岩主编：《生物化学》（第三版），高等教育出版社。

3.宋叔文、汤章城主编：《植物生理与分子生物学》（第二版），科学出版社。

4.王宝山主编：《植物生理学》(20XX年版)，科学出版社。

本章讲授内容：生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因表达除受遗传信息支配外，还受环境的调控。

植物在整个生长发育过程中，受到各种内外因素的影响，这就需要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。

例如植物的向光性能促使植物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，然后把相关的信息传递到有关的靶细胞，并诱发胞内信号转导，调节基因的表达或改变酶的活性例如：光质→光受体→信号转导组分→光调节基因→向光性反应对于植物来讲，在生命活动的各个阶段都受到周围环境中各种因素的影响，例如温度、湿度、光、重力、病原微生物等等。

有来自相邻细胞的刺激、细胞壁的刺激、激素等等刺激，连接环境刺激到植物反应的分子途径就是信号转导途径，细胞接受信号并整合、放大信号，最终引起细胞反应，这种信息在胞间传递和胞内转导过程称为植物体内的信号传导。

植物细胞信号转导（signal transdution）主要研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及其在植物发育过程中调控基因的表达和生理生化反应，即细胞耦联各种（内部或外源）刺激信号与其引起的特定的细胞生理效应之间的一系列反应机制。

植物细胞信号转导的模式生物体在不同的生长发育阶段，自身也不断产生各种信号，以调节其本身的生命进程，如激素、营养物质等。

三、名词解释基因工程：在体外应用人工方法进行基因重组，然后把重组的基因导入宿主细胞，进行复制、转录及翻译的过程。

PCR技术：针对插入重组体中的目的基因，设计一对引物，进行菌落PCR，如能扩增出条带，则为阳性克隆。

限制性核酸内切酶：识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。

基因工程载体：供插入目的基因并将其导入宿主细胞内表达或(和)复制的运载工具。

重组DNA技术：重组DNA技术简单概括为：“分、切、接、转、筛”1.分：分离目的基因2.切：对目的基因和载体适当切割3.接：目的基因与载体连接4.转：重组DNA转入受体菌5.筛：筛选出含有重组体的受菌体互补DNA：以mRNA为模板，利用反转录酶合成的与mRNA互补的DNA。

四、问答题1、简述基因工程的基本程序。

基本程序目的基因的获得（DNA片段）(分、切）↓DNA片段与载体基因的连接（体外重组）（接）↓连接产物（重组体）导入宿主细胞（转）↓重组体的扩增、筛选与鉴定（筛）↓目的基因在宿主细胞中的表达↓表达产物的分离纯化2、简述基因工程技术在医学上的应用。

（一）疾病基因的发现与克隆（二）生物制药（三）基因诊断（四）基因治疗（五）遗传病的预防三、名词解释1、受体：（receptor）细胞膜或细胞内的一些天然分子，能够识别和结合有生物活性的化学信号物质（配体，liganal）,从而启动一系列信号转导，最后产生相应的生物学效应。

2、G蛋白：是一种鸟苷三磷酸(GTP)结合蛋白，一般是指与细胞表面受体偶联的异三聚体G蛋白。

3、MAPK:MAPK 通路是多种促增殖信号在细胞内信号转导的共同通路。

MAPK 的上游激酶MAPKK 或MEK 是一个DSPK，它能使MAPK 分子中的Thr 185 和Tyr 187 磷酸化而使该酶激活。

4、第二信使：细胞内的化学信号----第二信使5、PTK：酪氨酸蛋白激酶（protein tyrosine kinase, PTK ）是一类能催化蛋白质酪氨酸残基(tyr或Y)磷酸化的蛋白激酶，共同特征是所极端具有典型的PTK结构域，该酶可催化自身或底物磷酸化。

跨膜信号转导名词解释跨膜信号转导是一种细胞内的信号转导过程，通过细胞膜内的跨膜受体和蛋白质相互作用，将细胞外的信号转导到细胞内部，从而影响细胞的生理功能和行为。

跨膜信号转导涉及多个重要的分子和机制，以下是一些相关的名词解释：1. 受体：跨膜受体是细胞膜上的蛋白质，可以识别和结合细胞外的信号分子。

受体的激活是跨膜信号转导的第一步。

2. 激活：当细胞外的信号分子与受体结合时，受体会发生构象变化，从而激活受体的功能。

3. 分子配体：细胞外的信号分子也被称为分子配体，具有特异性的结合受体并触发其激活的能力。

4. 激酶受体：激酶受体是一类与磷酸化相关的跨膜受体。

当激酶受体被配体活化后，其内部的酪氨酸激酶活性被激活，从而引发一系列信号传递的级联反应。

5. 激酶级联：激酶级联是指跨膜信号转导过程中，激酶受体激活后，激酶进一步磷酸化和激活其他下游蛋白质，形成一个信号传递的级联反应。

6. 细胞内信号传递：激活的受体或激磷酸化的蛋白质会进一步激活一系列细胞内信号分子，如蛋白激酶、蛋白磷酸酯酶、细胞内钙离子等，从而传递信号至细胞内的不同位置。

7. 二次信使：二次信使是细胞内传递跨膜信号的重要分子，常见的有环磷酸腺苷酸（cAMP）、鸟苷酸环化酶（cGMP）、磷脂酰肌醇等。

8. 转录因子：转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，调控基因的转录活性。

在跨膜信号转导过程中，一些激活的信号会进入细胞核并与转录因子结合，从而影响基因的表达。

9. 信号传导途径：多个分子通过相互作用和调控形成复杂的信号传导途径。

例如，细胞外信号通过受体激活激酶受体，然后通过激酶级联和二次信使，最终影响转录因子的活性和基因表达。

总之，跨膜信号转导是细胞内的一个复杂的信号传递过程，涉及多个分子和机制的相互作用。

研究跨膜信号转导有助于理解细胞活动的调控机制，并在疾病治疗和药物开发中具有重要的应用价值。

12.2细胞膜受体介导的信号转导同学们好！上一讲我已经学习了细胞信号转导系统中的关键成员：细胞膜表面受体。

今天我们来进一步学习细胞膜受体介导的信号转导通路。

下面给同学介绍两条最主要的细胞信号转导“热线”，即：G蛋白偶联受体(GPCR)信号通路和受体酪氨酸激酶(RTK)信号通路。

一、GPCR信号通路GPCR信号通路是类型最多样和作用最普遍的细胞信号转导途径。

主要包括以下环节：（一）第一信使的跨膜信号转导胞外各种信号分子或称为配体(ligand)作为第一信使，可与相应的细胞膜表面GPCR特异性结合，触发受体蛋白构象变化，引起胞内区结合的G蛋白发生结构与活性变化，进而诱导邻近的效应靶蛋白发生功能转换，实现胞外信号的跨膜转导。

上一讲我们已经讲过GPCR受体的基本结构和特点，也学习了G蛋白的分子开关机制。

在此我们来看看GPCR与配体结合后是如何引起G蛋白变构与活性变化的。

1、G蛋白变构。

G蛋白由α、β、γ三个亚基构成，其中α很独立，而β与γ则形成异二聚体，它们三个在安静状态下聚在一起均通过共价结合的脂分子锚定在细胞膜上。

此时，α结合GDP使G蛋白处于非活化状态。

G蛋白作为分子开关，一旦α结合上GTP，则导致α与βγ二聚体解离，呈现出活化状态。

2、G蛋白活性变化。

大体上来讲，G蛋白活性变化分为3步：1）受体激活。

即配体结合GPCR后，引起受体构象变化，胞内区与G蛋白结合，诱导α与GDP结合力大大下降。

2）G蛋白激活。

当GDP从α上脱离，并在鸟苷交换因子GEF的作用下结合上GTP后，整个G蛋白即被激活解离，特别是游离的α可找到其附近的效应靶分子，如腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC)，两者结合，激活AC活性。

3）G蛋白失活。

α还具有GTPase酶活性，α结合GTP仅仅数秒之后即可把GTP水解成GDP，α与AC脱离，又恢复到与βγ二聚体结合的失活状态。

上述步骤顺序进行，循环往复，完成胞外信号的跨膜信号转导。

细胞膜受体的特点1.蛋白质结构：细胞膜受体通常是跨越细胞膜的蛋白质，它们具有两个或多个跨膜区域，这些区域可以与信号分子结合并传递信号。

细胞膜受体的亚型包括离子通道、酪氨酸激酶、鸟苷酸环化酶等。

2.高度选择性：细胞膜受体对不同的信号分子具有高度的选择性。

不同的细胞膜受体只能与特定的信号分子结合，从而触发相应的信号传导途径。

这种选择性使得细胞能够对不同的信号做出特定的反应。

3.配体结合：细胞膜受体通过与配体结合来传递信号。

信号分子可以是蛋白质、激素、神经递质或药物等。

一旦配体结合到细胞膜受体上，可以触发一系列的信号转导过程，最终影响细胞内的生理反应。

4.激活反应：细胞膜受体激活后会引起一系列的信号转导反应。

这些反应可以包括酶的激活、离子通道的开放、细胞内信号分子的释放等。

这些反应最终会调节细胞的代谢、增殖、分化和凋亡等生理过程。

5.跨膜信号传导：细胞膜受体通过跨越细胞膜来将外界信号传递到细胞内。

这样的结构有助于细胞膜受体在细胞内外界面之间传递信号，并将外界的环境变化与细胞内的活动相连接。

6.调控基因表达：细胞膜受体通过激活特定的信号传导途径来调节细胞内的基因表达。

这种基因转录调控可以导致细胞的功能改变，从而影响细胞的发育、分化和功能。

7.负反馈调节：为了维持细胞内环境的平衡，细胞膜受体通常具有自身调节的机制。

它们可以通过内在的信号反馈机制来限制信号的持续传导，从而防止信号的过度激活。

细胞膜受体在细胞信号传导中起着重要的作用。

通过与特定的配体结合，它们能够将外界的信号引导到细胞内，并触发一系列的信号转导过程，进而调控细胞的生理功能。

对细胞膜受体的深入研究有助于理解生物体内各种生理过程的调控机制，并为药物研发提供新的靶点。