细胞的信号转导和整合课件

第六章细胞的信号转导与整合主要内容6.1细胞表面受体介导的信号转导6.2细胞内受体介导的信号转导6.3通过突触传导神经信号6.4脑科学总论（概念）信号传导（signaltransduction）：指信号从一种物理的或化学的形式转化为另一种形式。或指通过一种胞外的信号与受体结合而引发的一系列过程，并最终触发一种或多种特意的细胞应答。细胞信号分子（singnalmolecule）：指任何存在于胞外或胞内可以介导细胞对其外界环境或其他细胞做出应答的分子。第一信使：细胞外信号分子第二信使：指第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分子。受体：是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。两个功能：1、识别特异的配体；2、把识别和接受的信号准确无误的放大并传递到细胞内部，产生特定的细胞反应。结合特点：1、同一配体可能有两种或两种以上的不同受体；2、配体与受体结合的饱和性受体数目恒定；但是相对的6.1细胞表面受体介导的信号转导

6.1.1活化腺苷环化酶的G蛋白偶联受体6.1.2活化磷脂酶C的G蛋白偶联受体6.1.3通过G蛋白偶联受体活化基因转录6.1.4基于G蛋白信号转导的感受器响应跨膜信号转导过程包括：胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识别，受体被活化；通过胞内信号转导物(蛋白激酶，第二信使等)的相互作用传递信号；信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞应答（如激活核内转录因子，调节基因表达）。

细胞表面受体与跨膜信号转导的三种模式1、激动剂控制的离子通道型受体2、G蛋白偶联型受体3、具有酶活性的受体G蛋白G-蛋白(G-protein)是一种鸟苷酸结合蛋白，是由α、β和γ三个亚基组成的异三聚体，β和γ亚基总是紧密结合在一起作为一个功能单位GβγG-蛋白介导的信号转导的机制：G-蛋白循环。Gα亚基可分为Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍乱毒素（CT）或百日咳毒素（PT）修饰。G-pr的效应物：离子通道、腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等6.1.1活化腺苷环化酶的G蛋白偶联受体

M.Rodbell和A.Gilman荣获1994年诺贝尔生理学及医学奖1.cAMP信号通路（1）细胞外信号结合所诱导的G蛋白的活化1.cAMP信号通路（1）细胞外信号结合所诱导的G蛋白的活化cAMP的降解（2）G蛋白活化腺苷酸环化酶，合成cAMP（3）cAMP特异地活化cAMP依赖的蛋白激酶6.1.2活化磷脂酶C的G蛋白偶联受体举例：配体与G蛋白偶联受体结合活化基因表达的过程1.配体与G蛋白偶联受体结合激活腺苷环化酶，催化ATP生成cAMP；2.cAMP活化蛋白激酶PKA；3.进入细胞核的活化PKA在ATP参与下使cAMP应答元件结合蛋白（CREB）磷酸化；4.磷酸化的CREB蛋白与含有CRE的靶基因结合，并与CBP/P300相互作用控制基因的转录。

两位美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克荣获2004年的诺贝尔生理学及医学奖。他们所进行的的研究阐释了我们的嗅觉系统是如何运作的。他们发现了一个大型的基因家族。这一基因家族由1000种不同的基因组成(占我们基因总数的百分之三)，这些基因构成了相当数量的嗅觉受体种类。这些受体位于嗅觉受体细胞之内，这些细胞在鼻上皮的上端，可以探测到吸入的气味分子。嗅觉系统气味分子与嗅觉系统中的嗅觉神经元上的纤毛质膜上的气味分子受体蛋白结合，通过G蛋白偶联受体介导的信号途径产生高水平cAMP，cAMP引起纤毛质膜上环核苷酸门控通道开启，引起Na电流，膜电位变化，生物电信号沿着神经元轴突传向脑中嗅球，传向嗅觉中枢，产生嗅觉。味觉系统味觉分子（sugar）与味觉细胞上的受体蛋白结合后，通过G蛋白偶联受体介导的信号转导途径产生cAMP；接着cAMP触发蛋白激酶A转导途径：活化的蛋白激酶A使质膜上的K离子通道关闭，于是质膜对K离子通透性减小，导致电压门控Ca离子通道开启，Ca离子扩散进入味觉细胞；胞内Ca浓度增加引起突触小泡向质膜方向运动并释放神经递质；神经递质与感觉神经元末梢膜受体结合，将化学信号转化成电信号传入中枢产生味觉。6.2细胞内受体介导的信号转导6.2.1定位于细胞内的亲脂性分子的受体受体存在部位

细胞质：糖皮质激素和盐皮质激素

细胞核：雌激素、孕酮、甲状腺素Fig.细胞内受体蛋白超家族

细胞内受体的本质：激素激活的基因调控蛋白。三部分组成：中部的DNA或Hsp90结合位点C-端激素结合位点N-端转录激活结构域（3）.类固醇激素受体在缺少激素时，抑制蛋白与LBD结合。当胞外的激素通过扩散进入细胞质中与LBD结合，引起LBD构象变化，将抑制蛋白从受体上释放出来，结合有激素的受体是一种活化的转录因子，它被转移至细胞核后其DBD就结合到糖皮质激素应答元件（GRE）上，LBD和位于受体N端的AD共同刺激靶基因转录。6.2.2存在于细胞之中的NO受体ACh刺激ACh的GPCR导致磷脂酶C活化将PIP2降解为IP3和DAG；IP3触发内质网膜上的IP3-Ca离子通道开启导致细胞质中Ca离子升高；Ca离子/CaM（钙条蛋白）复合物激活NO合成酶的活性；在NO合成酶的作用下，以L-精氨酸为底物，以NADPH为电子供体，等量生成NO和L-瓜氨酸；NO通过扩散进入血管平滑肌细胞，与NO受体结合，激发细胞内可溶性鸟苷环化酶活性，鸟苷环化酶催化GTP生成cGMP和PPi；cGMP导致蛋白激酶G（PKG）活化，该酶触发的通路使肌肉松弛和血管舒张；刺激ANF（心钠素）位于平滑肌细胞表面的受体，同样可刺激内源鸟苷酸环化酶激活，导致cGMP量增加，肌肉松弛。Fig.NO在导致血管平滑肌舒张中的作用NO信号分子的作用机制血管神经末梢释放乙酰胆碱作用于血管内皮细胞，被激活的血管内皮细胞产生并释放NO，通过扩散进入临近平滑肌细胞，导致血管平滑肌舒张6.3通过突触传导神经信号6.3.1神经元结构由细胞体、轴突和树突三部分基本结构和功能：1.胞体有尼氏体的核外染色质；2.树突为胞体突起，多而细，增加接受信息面；3.每个神经元只有一个轴突；4.树突是信息的接收端，轴突是信息的输出端。即在神经元中信息传导具有方向性。6.3.2神经元动作电位

静息电位动作电位

6.3.3突触的结构突触（synapse）：指神经元之间或神经元与效应器（接受神经冲动而完成反射活动者，如肌肉、腺体等）细胞之间传导信息的结构。突出的结构：前膜、间隙、后膜；突触小泡中含神经递质神经递质：神经元分泌的、传递神经信息的信使；兴奋性：ACh、多巴胺、去甲骨肾上腺素

抑制性：γ-氨基丁酸、甘氨酸6.3.4突触如何传递信息动作电位传到轴突末梢使突触前膜电压门控Ca离子通道开启，Ca离子由胞外流入胞内。内流Ca离子降低轴浆黏度，又促使突触小泡与前膜黏合并在黏合处出现破口，泡内神经递质释放到间隙。电信号转化为化学信号。而末梢内的高浓度Ca离子可通过Na-Ca通道运往胞外。接着间隙中的神经递质与后膜上特异性受体或门控通道蛋白结合，突出后膜上的某些离子通道通透性改变产生突触后电位。化学信号又变成了电信号。同时结合的神经递质经酶水解重新回到小泡。6.4脑科学和认知科学6.4.1人脑的结构6.4.2大脑皮质功能特征6.4.3人类大脑的进化6.4.4脑的高级功能6.4.1人脑的结构人脑：由神经元和神经胶质细胞组成（前后中）脑干：由中脑、脑桥和延脑组成，是呼吸中枢和活命中枢。

延脑：控制呼吸、心脏和血管功能以及吞咽、呕吐和消化等内脏功能

脑桥：参与调节延脑的呼吸中枢

中脑：包含若干接收和整合多种感觉信息的中心小脑：接收整合大脑发出的有关运动指令，协调运动和平衡；接收听觉和视觉信息；协调知觉和识别功能并进行纠错，与学习记忆有关间脑：包括上丘脑、丘脑和下丘脑

上丘脑：松果腺和脉络从

丘脑：感觉信息传入大脑的输入中心；运动信息的主要输出中心；调节人的情绪和觉醒。

下丘脑：负责内环境调节大脑：左右半球

半球：大脑皮质（外面覆盖的灰质）、内部的白质（髓质）和深部的基底神经节

实施高级功能的关键部位6.4.2大脑皮质功能特征皮质功能单侧化（不对称性）

左半球：语言、数学、逻辑思维、相互关联的信息加工；

右半球：模型识别、脸部识别、空间关系、非语言思考、一般情感处理以及多种信息同时处理、应激反应、音调类型信息在大脑皮层中的加工

6.4.3人类大脑的进化大脑结构的比较

脑容量：黑猩猩的3倍

大脑新皮质：高度褶皱

皮质细胞组成：层数最多

皮质祖细胞：分裂次数最多

局部特征：灵长类动物视觉发达（人眼狗鼻）

皮质功能不对称性：由不对称基因调控

智力与大脑皮质发育：智力与皮质活化程度相关与大脑功能相关基因的进化

6.4.4脑的高级功能觉醒和睡眠

觉醒（arousal）：指一种可以感知外部世界、大脑处于正常工作的生理状态。

睡眠（sleep）：指一种不断的接受外部的刺激却没有感知到刺激存在时的生理状态。

网状激动系统（RAS）在调控，RAS被抑制就由觉醒转入睡眠

血清素（5-羟色胺）--睡眠神经递质牛奶

褪黑色素白天夜里多近