细胞信号传导

细胞信号传导

目录一细胞信号传导概述二细胞内受体介导的信号传导三G蛋白偶联受体介导的信号传导四酶联受体介导的信号传导五其他细胞表面受体介导的信号通路六细胞信号传导的整合与控制一细胞信号传导概述①细胞通讯

细胞通讯是指一个信号产生细胞发出的信息通过介质穿递到另一个靶细胞并与其相应受体相互作用，然后通过细胞信号传导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终变现为靶细胞整体的生物学效应的过程。

细胞通讯可分为三种：①细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯②细胞间接触依赖性通讯③动植物相邻细胞间形成间隙链接细胞通讯的两种方式的详细介绍细胞分泌化学信号可长距离或短距离发挥作用作用方式分为：

①内分泌：有内分泌细胞分泌信号分子到血液中去，通过血液循环作用与靶细胞。②旁分泌：细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中，经局部扩散作用与邻近靶细胞。

③通过化学突触传递神经信号：当刺激传导神经末梢时，电压门控的Ca离子通道将电信号转换为化学信号，当化学信号到达突触后膜时，化学信号又转化为电信号。④自分泌：细胞对自身分泌信号分子产生反应，通常存在于病理条件下。接触依赖性通讯，细胞间直接接触而无需信号分子的释放，通过信号细胞质膜上的信号分子与靶细胞膜上的受体分子相互作用来介导细胞间的相互通讯。

这种通讯方式包括细胞-细胞粘着、细胞-基质黏着，这种接触依赖性通讯在胚胎发育过程中对组织内向林细胞的分化命运具有决定性影响。细胞通讯的步骤①信号细胞合成并释放信号分子②转运分子至靶细胞③信号分子与靶细胞表面受体特异性结合④活化受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变⑥信号的解除并导致细胞反应终止②信号分子与受体

信号分子

信号分子是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如个类激素、局部介质和神经递质等以及物理信号诸如声、光、电和温度变化等。各种信号分子根据其化学性质通常可分为三类：①气体信号分子包括NOCO，可以自由扩散，进入细胞直接鸟苷酸环化酶产生第二信使。②疏水信号分子，主要是甾类激素和甲状腺素，是血液中长效信号，可穿过细胞膜，与细胞核内受体形成复合物，调节基因表达。③亲水信号分子，包括神经递质、局部介质和大多数蛋白质激素，它们不能穿过靶细胞质膜，只能通过与靶细胞表面受体结合，经信号传导机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶，引起细胞应答反应。受体

受体是一类能够识别和选择性结合某种配体的大分子，已经鉴定的绝大多数受体都是蛋白质且多为糖蛋白，少数受体是糖脂，有的受体是两种的复合物。

根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体区分为细胞内受体和细胞表面受体。

细胞内受体位于细胞质基质或核基质，主要识别和结合小的脂溶性分子。

细胞表面受体主要识别和结合亲水信号分子，包括分泌型信号分子或膜结合型信号分子。根据信号传导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分为三大家族：①离子通道偶联受体：本身即是信号结合位点又是离子通道，其跨膜信号传导无需中间步骤。②G蛋白偶联受体：是细胞表面受体中最大家族，根据偶联效应蛋白的不同介导不同信号通路。③酶联受体：一类是包内结构域具有潜在酶活性酶活性，一类是受体胞内段与酶相连。第二信使与分子开关

第二信使是指在胞内产生的非蛋白类小分子，通过其浓度变化应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转导途径中行驶携带和放大信号的功能。

在细胞信号转导过程中，除细胞表面受体和第二信使分子以外，有两类保守蛋白，它依赖胞外的信号刺激在转导中起分子开关作用。

①一类是GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内GTPase超家族，包括三聚体GTP结合蛋白和单体GTP结合蛋白，通过两种蛋白的转换控制下游靶蛋白的活性。

②另一类是通过蛋白激酶是通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通过蛋白磷酸水解酶使靶蛋白去磷酸化，两种变化可谓细胞提供一种开关机制。③信号转导系统及其特性信号转导系统的基本组成及信号蛋白的相互作用通过细胞表面受体介导的信号通路通常有以下五个步骤组成：①细胞表面受体识别并特异性结合胞外信号分子。②由于激活受体构象改变，导致信号初级跨膜传导。③通过胞内第二信使或细胞内信号蛋白复合物的装配，起始胞内信号放大的级联反应。④细胞应答反应。⑤由于受体脱敏或受体下调，终止或降低细胞反应。细胞内信号蛋白的相互作用是靠蛋白质模式结合域所特性介导的多种模式结合域经多重相互作用极大地拓展了细胞内信号网络的多样性。细胞内信号蛋白复合物的装配细胞内信号蛋白复合物的形成是信号蛋白相互作用的结果是实现细胞表面受体所介导的各种细胞内信号通路的重要结构基础。概括起来，细胞内信号蛋白复合物的装配可能有三种不同策略：①细胞表面受体和某些细胞内信号蛋白通过与大的支架蛋白结合预先形成细胞内信号复合物当受体结合胞外信号被激活后，再依次激活细胞内信号蛋白并向下游传递。②表面受体结合胞外信号被激活后，受体胞内段多个氨基酸残基位点发生自磷酸化作用，从而为细胞内不同信号蛋白提供锚定位点，形成短暂的信号转导复合物分别介导可能不同的下游事件。③受体结合胞外信号被激活后，在临近质膜上形成修饰的肌醇磷脂分子，从而摹集具有PH结构域的信号蛋白，装配形成信号复合物。信号传导系统的主要特性①特异性：细胞受体与胞外配体通过结构互补机制以非共价键结合，形成复合物。②放大效应：信号传递至胞内效应器蛋白，引起细胞内信号放大的级联反应。③网络化与反馈调节机制：细胞信号网络化的相互作用是u细胞生命活动的重要特征。④整合作用多细胞生物的每个细胞都处于细胞社会环境之中，大量的信息以不同组合的方式调节细胞的行为。二细胞内受体介导的信号传递①细胞内内核受体及其对基因表达的调节细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的基因调控蛋白。在细胞内，受体会与抑制性蛋白结合形成复合物，处于非活化状态。当信号分子与受体结合，将导致抑制性蛋白解离，使受体暴露它的DNA结合位点而被激活。因此，这类受体一般都含有三个功能域：C端的结构域是激素的结合位点，中部是DNA或Hsp90的结合位点，N端是转录激活结构域。②NO进入靶细胞直接与信号结合NO是一种具有自由基性质的脂溶性信号分子，可透过细胞膜相互扩散作用临近靶细胞发挥作用。NO由内皮或神经细胞生成，作用的主要机制是激活吧靶细胞内具有鸟氨酸环化酶活性的NO受体，改变了酶的构象，导致酶活性的增强和cGMP水平增高。cGMP的作用是通过cGMP依赖的蛋白激酶G活化，抑制肌动-肌球蛋白复合物的信号通路，导致血管平滑肌舒张。三G蛋白偶联受体介导的信号传导①G蛋白偶联受体的结构与激活G蛋白是细胞内信号传导途径中起着重要作用的GTP结合蛋白，由α，β，γ三个不同亚基组成。激素与激素受体结合诱导GTP跟G蛋白结合的GDP进行交换结果激活位于信号传导途径中下游的腺苷酸环化酶。G蛋白将细胞外的第一信使肾上腺素等激素和细胞内的腺苷酸环化酶催化的腺苷酸环化生成的第二信使cAMP联系起来。G蛋白具有内源GTP酶活性。②G蛋白偶联受体介导的细胞信号通路激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路当受体与配体结合后，通过偶联G蛋白的分子开关作用，调节离子通道的开启与关闭，进而调节靶细胞的活性。1

心肌细胞上M乙酰胆碱受体激活G蛋白开启K离子通道2Gt蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭1光吸收产生激活的视蛋白。2活化视蛋白与无活性的GDP-Gt三聚体，引发GDP被GTP置换。3三聚体蛋白解离出游离的Gta。4Gta与cGMP磷酸二酯酶（PDE)抑制性γ亚基结合导致PDE活化。5PDE的催化性α和β亚基解离，促使cGMP转换成GMP。6cGMP浓度降低，导致其从离子通道上解离，致使阳离子通道关闭。激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体在普遍的信号通路中，Ga的首要效应酶为腺苷酸环化酶，通过其活性的变化来调节cAMP的水平，。进而影响通路的下游事件。在以cAMP为第二信使的信号通路中，主要是通过cAMP激活蛋白酶A(PKA)所介导的。PKA全酶分子是由四个亚基组成的四聚体,其中两个是调节亚基(regulatorysubunit,简称R亚基)，另两个是催化亚基。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。cAMP-PKA信号通路对肝细胞和肌细胞糖原代谢的调节cAMP-PKA信号通路对真核细胞基因表达的调控三激活磷脂酶C、以IP3和DAG作为双信使G蛋白偶联受体介导的信号通路通过G蛋白偶联受体介导的另一条信号通路磷脂酰肌醇信号通路，其信号传导是通过效应酶磷脂酶C完成的。在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为“双信使系统”IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高。激活各类依赖钙离子的蛋白。DG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（PKC）。PKC以非活性形式分布于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca2+浓度升高，PKC便转位到质膜内表面，被DG活化，PKC可以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化是不同的细胞产生不同的反应。①IP3-Ca离子信号通路与钙火花钙火花的直径约2μm，体积8fL。在短短的10ms内，细胞中某一微区Ca2+探针Fluo-