生化-第16章细胞信号转导

细胞信号转导第十七章CellSignalTransduction

细胞对环境信号的应答，启动胞内信号传导通路，最终调解基因表达和代谢反应，称为细胞信号传导。单细胞生物

——

直接作出反应多细胞生物

——通过细胞间复杂的信息传递系统来传递信息，从而调控机体活动。外界环境变化时

第一节

细胞信号和受体SignalMoleculesandReceptor一、细胞间通讯类型①通过相邻细胞的直接接触②通过细胞分泌各种化学信号分子来调节其他细胞的代谢和功能二、细胞分泌化学信号的方式内分泌旁分泌自分泌突触传递三、化学信号的种类

（一）胞间通讯的信号分子

——第一信使

是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，如激素、神经递质、生长因子、细胞因子等。

化学性质*蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）*氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等）*类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）*脂酸衍生物（如前列腺素）*气体（如一氧化氮、一氧化碳）等

（二）胞内通讯的信号分子

——第二信使在第一信使物质刺激下，细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质的统称，这些胞内信号分子相对于其第一信使而言，又称为第二信使。化学性质无机离子：如Ca2+

脂类衍生物：如DAG、Cer糖类衍生物：如IP3核苷酸：如cAMP、cGMP信号蛋白分子能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配体(ligand)。（一）受体的概念是细胞膜上或细胞内能特异识别有生物活性的化学信号分子并与之结合，启动一系列信号转导，最后产生生物学效应的特殊蛋白质。受体大多数是糖蛋白。四、受体（二）受体与配体的结合特点1.高度专一性2.高度亲和力3.可饱和性4.可逆性5.特定的作用模式（三）受体的分类与结构受体膜受体核受体离子通道型受体G蛋白偶联型受体催化型受体和酶偶联型受体存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：离子通道型受体，G蛋白偶联型受体和催化型受体和酶偶联受体。1.膜受体(membranereceptor)目录（1）离子通道（配体门控离子通道）

乙酰胆碱受体γ-氨基丁酸受体谷氨酸受体主要在突触信号传递中发挥作用（2）G蛋白偶联型受体(G-proteincoupledreceptors,GPCRs)又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体(serpentinereceptor)

G蛋白偶联受体的结构矩型代表-螺旋，N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。目录受体结构的特点*

受体的N端可有不同的糖基化。*

胞内的第二和第三个环能与G-蛋白相偶联。*

单一肽链七次跨膜，N-端胞外，C-端胞内。*

介到多种胞外信号分子的细胞应答，如胰高血糖素、肾上腺素等等。3.单跨膜受体

受体的多肽链分为3个区：胞外区（与配体结合）、胞内区（具酶活性结构区）和单跨膜疏水区。目录受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白（酪氨酸蛋白激酶活性、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、鸟苷酸环化酶活性），如EGF、PDGF等生长因子和胰岛素受体。受体本身无内在的催化活性，但直接与一个有酪氨酸蛋白激酶活性的胞浆蛋白相偶联，如干扰素受体。（2）酶偶联型受体（1）催化型受体目录特性离子通道受体

G-蛋白偶联受体单次跨膜受体内源性配体神经递质神经递质、激素、趋化因子、外源刺激（味，光）生长因子细胞因子结构寡聚体形成的孔道单体单体不具有催化活性二聚体具有催化活性跨膜区段数目4个7个1个功能离子通道激活G蛋白激活蛋白酪氨酸激酶细胞应答去极化与超极化去极化与超极化调节蛋白质功能和表达水平调节蛋白质的功能和表达水平，调节细胞分化和增殖三种细胞表面受体的特点（二）核受体

受体位于胞浆或胞核，大多数位于胞核，因此又称为核受体。其配体是亲脂化合物，可穿过细胞膜（如类固醇激素），受体本身是转录因子，通过调节某些基因的转录，产生生物学效应。第二节G蛋白偶联受体的信号传导跨膜信号传导：蛋白质多肽类激素等信号分子不能通过细胞膜，所携带的信息被细胞表面受体接收后转导至细胞内的过程。多种激素或神经递质的受体在介导跨膜信号传导时，需要质膜中的G蛋白和效应酶，称为G蛋白偶联受体（G-proteincoupledreceptor,GPCR）。一、G蛋白是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、、三个亚基组成，可结合GTP或GDP，且具有GTP酶活性。有两种构象：非活化型（与GDP结合）；活化型（与GTP结合）。G蛋白的种类两种G蛋白的活性型和非活性型的互变目录二、跨膜信号转导机制

激素

受体Ｇ蛋白酶

第二信使蛋白激酶酶或其他功能蛋白

生物学效应RＲHACγαβGDPαGTPβγ腺苷酸环化酶ACATPcAMPGs的作用机制（激活AC）Gi的作用机制（抑制AC）Gq的作用机制（激活磷脂酶C，产生IP3和DG）

霍乱毒素使α亚基失去GTP酶活性，持续激活，导致腹泻。

百日咳毒素抑制Gi结合GTP，使Gi的α亚基不能活化。（一）cAMP-蛋白激酶Ａ途径组成胞外信息分子，受体，G蛋白，腺苷酸环化酶(adenylatecyclase，AC)，cAMP，蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)三、胞内信号转导通路1.cAMP的合成与分解PPiATPACMg2+cAMP5´-AMP

磷酸二酯酶H2OMg2+cAMPATPACPPiAMPPDEH2O磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸环化酶(adenylatecyclase,AC)2．cAMP的作用机理PKA的激活R调节亚基C催化亚基目录RR（cAMP-dependentproteinkinase，PKA）R：调节亚基C：催化亚基cAMP蛋白激酶AＣＣ3．PKA的作用（1）对代谢的调节作用通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。如：肾上腺素、胰高血糖素促进糖原分解

磷酸化酶激酶ｂ磷酸化酶激酶ａATP磷酸化酶ｂ磷酸化酶ａATP

PPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPiPKA抑制物Ｉa抑制物Ｉb

ATP磷蛋白磷酸酶PPi肾上腺素对糖原代谢的影响

肾上腺素＋受体

肾上腺素·

受体复合物激活Ｇ蛋白激活ACATPcAMPPKA目录受cAMP调控的基因中，在其转录调控区有一共同的DNA序列(TGACGTCA)，称为cAMP应答元件(cAMPresponseelement,CRE)。可与cAMP应答元件结合蛋白

(cAMPresponseelementboundprotein,CREB)相互作用而调节此基因的转录。(2)对基因表达的调节作用GsACATPcAMPCCRRCC

蛋白磷酸化RR2cAMP2cAMPCREBNPiPiPi

转录活化域DNA结合域细胞膜核膜ＣＣ结构基因ＣＲＥＢＣＲＥＢ细胞核PiPiＣＲＥＢPiＣＲＥＢPiCREDNA蛋白质二、DG/Ca2+-PKC信号通路1.通过Gq激活磷脂酶Cβ，使质膜上磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸水解生成IP3和DG双信使。2.IP3进入胞质作用于内质网上的受体（Ca2+通

道），内质网中的Ca2+释放进入胞质，使胞质内Ca2+浓度升高，Ca2+与PKC结合并转位到质膜，在质膜上DG激活PKC，从而调节基因表达和代谢。第三节细胞内Ca2+稳定平衡与Ca2+信号转导一、Ca2＋信号的产生和终止二、钙调素三、CaM激酶信号通路

细胞膜内外离子浓度呈不对称分布，细胞外高Na+高Ca2+低K+，而胞内正好相反。

细胞自由Ca2+的分布和转移形成Ca2+信号。

细胞静息态，胞质内Ca2+浓度低；细胞激动态，胞质内Ca2+浓度升高，与CaM结合并激活Ca2+-CaM依赖性蛋白激酶。第四节催化型受体和酶偶联型受体的信号转导生长因子受体小G蛋白参与与细胞增殖分化有关，与肿瘤发生发展有关MAPK信号通路PI3K/Akt信号通路第五节胞内受体的信号转导胞内受体

核内受体胞浆内受体配体类固醇激素甲状腺激素核受体的结构