第十九章 细胞信号转导

1 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。 二、学习要求 （一）信号分子 掌握信号分子的种类及化学本质。掌握激素、神经递质、细胞因子、生长因子的概念。 熟悉信号分子的传递方式。 2

了解激素和神经递质的分类。 （二）受体 掌握受体的概念。掌握受体的作用特点。 熟悉受体的分子结构特征及分类。 （三）细胞信号转导途径 掌握cAMP信号转导途径。掌握G蛋白在信号转导中的作用机制。 熟悉DAG/IP3信号转导途径。熟悉Ca2+信号转导途径。 了解TPK信号转导途径。了解胞内受体信号转导途径。 了解cGMP信号转导途径。了解PI3K信号转导途径。 （四）细胞信号转导与医学 了解细胞信号转导与医学的关系。 三、难点解析 （一）受体的分子结构与功能

细胞膜受体 细胞内受体

离子通道受体 G蛋白偶联受体 单跨膜受体

亚细胞定位 质膜 质膜 质膜 胞液或/和核基质 受体结构 寡聚体 单体或寡聚体 单体或寡聚体 单体或寡聚体 跨膜区段 4～6个/链 7个/链 1个/链 无 相关功能 作为离子通道 激活G蛋白 激活酪氨酸 蛋白激酶 作为转录因子 信号传递方式 跨膜电位变化 可逆蛋白质磷酸化修饰 可逆蛋白质磷酸化修饰 特异基因的开放或关闭 调控速度 最快 快 快 缓慢

（二）细胞跨膜信号转导途径 通过跨膜信号转导途径进行信号传递的化学信号分子，大多数是一些水溶性强或分子较大，难于通过细胞膜进入细胞内的有机化合物。它们与膜受体结合后，引起后者的构象改变，从而将信号传入细胞内。 在受体-G蛋白-效应蛋白信号传递通路中，受体通过G蛋白与效应蛋白相偶联，在胞内触发第二信使，构成了主要的跨膜信息传递通路。不同的G蛋白激活不同的效应蛋白产生不同的第二信使。第二信使的功能通常是某种蛋白激酶的别构激活剂，通过后者对特异的蛋白激酶以及某些代谢关键酶的共价修饰，调节其活性以干预代谢的方向和速度。因 3

此，可逆蛋白质磷酸化修饰作用就是细胞跨膜信号传递的主要方式，是启动和控制物质代谢和功能的中心环节，其主要特点是具有级联放大效应。 四、复习测试 （一）名词解释 1．受体 2．信号分子 3．G蛋白 4．配体 5．离子通道受体 6．细胞信号转导 7．第二信使 8．旁分泌信号传递 （二）选择题 A型题： 1．关于激素描述错误的是： A．由内分泌腺/细胞合成并分泌  B．经血液循环转运 C．与相应的受体非特异性结合 D．作用的强弱与其浓度相关 E．可在靶细胞膜表面或细胞内发挥作用 2．下列哪种激素属于多肽及蛋白质类： A．糖皮质激素 B．胰岛素 C．肾上腺素 D．前列腺素 E．甲状腺激素 3．生长因子的特点不包括： A．是一类信号分子  B．由特殊分化的内分泌腺所分泌 C．作用于特定的靶细胞 D．主要以旁分泌和自分泌方式发挥作用 E．其化学本质为蛋白质或多肽 4．细胞因子与生长因子的主要区别点在于： A．化学本质  B．作用部位 C．合成与分泌的细胞类别 D．靶细胞的功能 E．传递信号的方式 5．神经递质、激素、生长因子和细胞因子可通过下列哪一条共同途径传递信号： A．形成动作电位 B．使离子通道开放 C．与受体结合 4

D．通过胞饮进入细胞 E．自由进出细胞 6．下列哪项不是内分泌信号传递的特点： A．持续时间长 B．作用距离长 C．启动时间长 D．作用于邻近细胞 E．有特定的靶细胞 7．受体的特异性取决于： A．活性中心的构象 B．配体结合域的构象 C．细胞膜的流动性 D．信号分子功能域的构象 E．G蛋白的构象 8．关于受体的作用特点，下列哪项是错误的： A．特异性较高 B．亲和力较低 C．是可逆的 D．是可饱和的 E．有特定的作用模式 9．下列哪项与受体的性质不符： A．各类激素有其特异性的受体 B．各类生长因子有其特异性的受体 C．神经递质有其特异性的受体 D．受体的本质是蛋白质 E．受体只存在于细胞膜上 10．下列哪种受体是单跨膜受体： A．胰岛素受体 B．甲状腺激素受体 C．糖皮质激素受体 D．肾上腺素能受体 E．活性维生素D3受体 11．绝大部分膜受体的化学性质为： A．糖脂 B．磷脂 C．脂蛋白 D．糖蛋白 E．核蛋白 12．下列哪种激素的受体属于胞内转录因子： A．肾上腺素 B．甲状腺激素 C．胰岛素 D．促甲状腺素 E．胰高血糖素 13．下列哪种物质不属于第一信使： A．1,25-（OH）2 D3 B．肾上腺素 C．DAG D．糖皮质激素 E．生长激素 14．下列哪种物质不属于第二信使： A．cAMP B．Ca2+ C．cGMP D．IP3 E．胰岛素 15．G蛋白的α亚基与GTP结合后，一般不会发生： A．调节离子通道 B．与βγ亚基解离 C．激活腺苷酸环化酶 D．抑制磷脂酶C E．抑制腺苷酸环化酶 5

16．关于G蛋白的叙述下列哪项是错误的： A．是一类特殊的信号转导蛋白 B．由αβγ三种亚基构成的异三聚体 C．α亚基具有GTPase活性 D．βγ亚基结合紧密 E．α亚基-GDP对效应蛋白有调节作用 17．小分子G蛋白是指： A．G蛋白的α亚基 B．CREB C．蛋白激酶K D．Ras E．G蛋白的βγ亚基 18．腺苷酸环化酶主要存在于靶细胞的： A．细胞核 B．细胞膜 C．胞液 D．线粒体基质 E．微粒体 19．cAMP发挥作用需要通过： A．葡萄糖激酶 B．脂酸硫激酶 C．蛋白激酶 D．磷酸化酶 E．氧化磷酸化 20．能够激活Gi蛋白的受体是： A．阿片肽受体 B．加压素受体 C．胰高血糖素受体 D．促肾上腺皮质激素受体 E．-肾上腺素能受体 21．cAMP对蛋白激酶A的作用方式是： A．与酶的活性中心结合 B．与酶的催化亚基结合而增强其活性 C．使PKA磷酸化而激活 D．使PKA脱磷酸化而激活 E．与酶的调节亚基结合后，催化亚基解离而激活 22．多肽激素诱导cAMP生成的过程是： A．直接激活腺苷酸环化酶 B．直接抑制磷酸二酯酶 C．激素-受体复合体活化腺苷酸环化酶 D．激素-受体复合体使G蛋白结合GTP而活化，后者再激活AC E．激素激活受体，受体再激活腺苷酸环化酶 23．心房肽的第二信使是： A．cAMP B．cGMP C．IP3 D．Ca2+ E．DAG 24．NO通过哪条信号转导途径发挥作用： A．cAMP信号转导途径 B．cGMP信号转导途径 6

C．DAG∕IP3信号转导途径 D．PI3K信号转导途径 E．TPK信号转导途径 25．催化PIP2水解生成IP3的酶是： A．磷脂酶A1 B．磷脂酶C C．蛋白激酶A D．蛋白激酶C E．磷脂酶A2 26．IP3的直接作用是： A．促进内质网中Ca2+的释放 B．激活PKC C．促进Ca2+与钙调蛋白结合 D．使细胞膜Ca2+通道开放 E．促进甘油二酯生成 27．IP3的功能是： A．是细胞内供能物质 B．是肌醇的活化形式 C．是激素作用于膜受体后的第二信使 D．能直接激活PKA E．是细胞膜的结构成分 28．IP3受体位于： A．质膜 B．细胞核膜 C．内质网膜 D．溶酶体膜 E．核糖体 29．关于第二信使DAG的叙述正确的是： A．由甘油三酯水解时生成 B．通常不在质膜上 C．由IP3水解而生成 D．可激活PKC E．只与细胞早期反应的信号转导过程有关 30．关于PKC的功能下列哪项是错误的： A．与细胞增殖无关 B．修饰组蛋白 C．可催化底物酶的磷酸化 D．调节糖原合酶的活性 E．可催化底物蛋白的磷酸化 31．下列物质中能直接参与激活PKC的是： A．cAMP B．cGMP C．Ca2+ D．磷脂酰胆碱 E．磷脂酰肌醇 32．下列物质中与PKC激活无直接关系的是： A．DAG B．cAMP C．磷脂酰丝氨酸 D．Ca2+ E．IP3 33．PKA与PKC的共同之处是： A．均由4个亚基组成