细胞通讯与信号转导

第十一章

细胞(xìbāo)通讯与信号转导

CellCommunication&Signaling

第一页，共九十一页。精选ppt第二页，共九十一页。精选ppt细胞生活(shēnghuó)在社会中单细胞：细胞与环境多细胞：细胞与细胞、与环境细胞生存要求它们能感知环境中信号，并对之作出反应。多细胞生物(shēngwù)的不同细胞之间需要协调互相关系，共同应对环境信号。这些需求通过细胞通讯和信号转导实现。第三页，共九十一页。精选ppt

细胞通讯：

细胞之间可以通过分泌信号分子或直接接触而相互实施调控。细胞信号转导：

细胞感受环境信号、把这种信号转导入细胞内，并做出反应(fǎnyìng)的过程。第四页，共九十一页。精选ppt酵母对邻近细胞释放(shìfàng)的交配因子发生反应而形成朝向因子源头的突起

shmoos卵子(luǎnzǐ)受精引发胞质溶胶钙离子快速增加，并形成从精子进入部位向整个细胞播散的钙波。这个钙波刺激质膜发生改变，防止其他精子进入，并启动受精卵发育受精中得钙波第五页，共九十一页。精选ppt信号：

物理性－光、温度、压力、辐射等 化学性－激素、生长因子、细胞因子、神经递质、气体等细胞信号转导：

细胞感受环境信号、把这种信号转导入细胞内，并做出反应(fǎnyìng)的过程。细胞信号转导是细胞对环境做出反应及细胞之间相互通讯、调控的手段。第六页，共九十一页。精选ppt细胞(xìbāo)对信号的反应:1.细胞质：蛋白质活性改变2.细胞核：基因(jīyīn)表达改变-转录出新的或更多的蛋白质第七页，共九十一页。精选ppt细胞信号转导的研究(yánjiū)内容对环境作出反应：皮肤黑素细胞在紫外线照射下黑色素生成增多视网膜视杆细胞的感光作用细胞之间的通讯：心肌细胞的同步跳动运动(yùndòng)神经末梢对肌肉的支配雄激素对靶细胞的作用中性粒细胞的趋化运动第八页，共九十一页。精选ppt上世纪90年代以来(yǐlái)信号转导研究领域获诺贝尔奖的科学家1991，Nelzer和sokmann：离子通道1992，Krebs和Fisher： 糖原代谢中蛋白质的可逆磷酸化1994，Gilman和Rodbell：G蛋白(dànbái)信号传导1998,Palmer，NO的信号传导2003年，Agre和MacKinnon，水通道和离子通道第九页，共九十一页。精选ppt第一节细胞通讯与信号转导的基本知识

第二节受体及其信号转导途径(tújìng)

第三节细胞信号转导的调节第四节细胞信号转导途径之间的相互作用第十页，共九十一页。精选ppt第一节细胞(xìbāo)通讯与信号转导的基本知识一、细胞通讯的分类(fēnlèi)二、细胞通讯与信号转导系统的构成三、细胞通讯与信号转导的一些特点第十一页，共九十一页。精选ppt一、细胞通讯的分类1.接触(jiēchù)依赖型2.旁分泌型3.突触型4.内分泌型5.自分泌型6.间隙连接型第十二页，共九十一页。精选ppt1.接触(jiēchù)依赖型2.旁分泌(fēnmì)型3.突触型5.自分泌(fēnmì)型4.内分泌型6.间隙连接型GAPJUNCTIONAUTOCRINE第十三页，共九十一页。精选ppt细胞通讯的分类(fēnlèi)

(信号发放细胞-靶细胞)

1.接触依赖型

锚着于质膜上的信号分子直接接触靶细胞质膜上受体。如膜抗原递呈分子被免疫细胞识别。2.旁分泌型

信号释放至附近基质，作用于局部。如生长因子。3.突触型信号为神经递质，释放至突触间隙，作用于突触后膜（另一个神经元）。如乙酰胆碱与其受体。

4.内分泌型

信号为激素，经血液作用于全身(quánshēn)靶细胞。如性激素与其受体。5.自分泌型

信号释放至周围基质，作用于自身。如细胞因子。6.间隙连接型

信号经缝隙连接作用于相邻细胞。如cAMP。第十四页，共九十一页。精选ppt二、细胞通讯与信号转导系统的构成

信号转导的基本模式:

细胞外信号分子被细胞的信号接收装置(受体)所感知,然后细胞内的信号转导装置(一系列信号转导蛋白)被依次激活,信号借此逐步传递下去,最后(zuìhòu),特定的靶蛋白(参与代谢的酶、基因调节蛋白、细胞骨架蛋白等)被激活，由此引起细胞的各种反应。第十五页，共九十一页。精选ppt二、细胞通讯与信号转导系统(xìtǒng)的构成信号(xìnhào)接收装置信号转导装置(zhuāngzhì)靶蛋白信号分子效应第十六页，共九十一页。精选ppt二、细胞通讯与信号转导系统的构成(gòuchéng)信号转导系统的构成： 1.信号接收装置 2.信号转导装置 3.第二信使第十七页，共九十一页。精选ppt信号接收装置:入室线座(电信号)-膜受体

信号转导装置:座机-转导蛋白

信号传出装置:听筒(tīngtǒng)(声音)-第二信使第十八页，共九十一页。精选ppt信号：黄体(huángtǐ)生成素细胞：睾丸间质细胞反应：雄激素生成增多细胞(xìbāo)信号转导模式图第十九页，共九十一页。精选ppt受体:位于细胞膜表面(biǎomiàn)或细胞内部的一类特殊蛋白质,能特异地识别信号分子(配体),并以很高的亲和力与之结合,从而启动细胞内信号转导通路。1.细胞表面受体(膜受体)－其配体为水溶性2.细胞内受体（核受体）－其配体为脂溶性信号(xìnhào)接收装置-受体receptors第二十页，共九十一页。精选ppt信号接收装置(zhuāngzhì)-受体receptors细胞表面受体(膜受体membranereceptors)－其配体为水溶性2.细胞内受体（核受体nuclearreceptors）－其配体为脂溶性第二十一页，共九十一页。精选ppt膜受体种类：

1.离子通道偶联受体存在于电兴奋性细胞（神经、肌肉细胞）之间的突触部位，是神经递质的受体，将化学信号转变为电信号。如乙酰胆碱受体。2.G蛋白(dànbái)偶联受体许多激素和神经递质的受体,如肾上腺素受体。3.酶偶联受体

生长因子和细胞因子的受体。其胞内结构域本身具有酶活性或与酶偶联。第二十二页，共九十一页。精选ppt信号接收(jiēshōu)装置:膜受体G蛋白(dànbái)偶联受体离子通道偶联受体酶偶联受体第二十三页，共九十一页。精选ppt1、一系列蛋白质

2、依次经历(jīnglì)活化-失活,构成从膜受体到细胞核之间的信号传导链。 信号转导装置(zhuāngzhì)-转导蛋白transductionproteins第二十四页，共九十一页。精选ppt信号转导(zhuǎndǎo)装置:转导(zhuǎndǎo)蛋白1.接力蛋白-将信号传至相邻下游分子2.信使蛋白-将信号传至细胞内另一亚区3.接合蛋白-通过特定结构域偶联其上下分子4.信号放大蛋白-生成大量调节性小分子即第二信使5.信号转换蛋白-将信号转换成另一种形式(xíngshì)6.切分蛋白-接收一条线路输出至多条7.整合蛋白-接收多条线路并整合/输出至一条8.潜在基因调节蛋白-膜受体自身活化后移入核内第二十五页，共九十一页。精选ppt信号转导(zhuǎndǎo)装置:转导(zhuǎndǎo)蛋白图15－16接合蛋白(dànbái)信号放大蛋白第二十六页，共九十一页。精选ppt－在细胞内信号途径上某些节点(jiédiǎn)快速大量增多、能迅速将信号播散至各个下游通路的小分子。又被称为第二信使（胞外信号为第一信使）腺苷酸环化酶(AC)AMPcAMP细胞(xìbāo)内信使intracellularmessenger第二十七页，共九十一页。精选ppt细胞内信使(第二信使)－在细胞内信号途径上某些节点快速大量增多(zēnɡduō)、能迅速将信号播散至各个下游通路的小分子。第二十八页，共九十一页。精选ppt信号从转导(zhuǎndǎo)蛋白经细胞内信使向下游扩散：G蛋白激活后激活腺苷酸环化酶(AC),导致cAMP大量产生ATPcAMP大量信使分子cAMP迅速扩散,作用于细胞内各部分的其他转导(zhuǎndǎo)蛋白或靶蛋白.AC第二十九页，共九十一页。精选ppt信号转导系统信号接收装置：膜受体LHR信号转导装置：G蛋白、cAMP依赖的蛋白激酶第二信使：cAMP靶蛋白：类固醇合成酶系SGEs、cAMP反应(fǎnyìng)元件结合蛋白CREB信号(xìnhào)接收装置信号转导蛋白(dànbái)细胞内信使(第二信使)靶蛋白信号黄体生成素LH反应雄激素生成增多第三十页，共九十一页。精选ppt三、细胞通讯与信号转导的一些特点(tèdiǎn)1.信号组合及其效应2.信号转导蛋白的“分子开关”特性3.信号蛋白通过特定结构域相互作用4.信号转导复合体的形成第三十一页，共九十一页。精选ppt1.信号组合(zǔhé)及其效应同一细胞(xìbāo)对不同的信号(或其组合)有不同的反应

EGF:分裂RA:分化TNF:死亡肾上腺素:特化的生物学行为,如分泌,收缩,糖原分解不同细胞对同一信号如乙酰胆碱有不同反应

心肌细胞:心率(xīnlǜ)及收缩力降低唾液腺细胞:分泌唾液骨骼肌细胞:收缩第三十二页，共九十一页。精选ppt同一细胞(xìbāo)对不同的信号(或其组合)有不同的反应不同细胞(xìbāo)对同一信号如乙酰胆碱有不同反应第三十三页，共九十一页。精选ppt1、磷酸化-去磷酸化phosphorylation-dephosphorylation2、G蛋白(dànbái)

(Gprotein)上GTP-GDP2.信号转导蛋白的“分子(fēnzǐ)开关”特性信号转导蛋白收到上游信号后迅速活化，在活化状态下完成信号向下游传递，然后自身失活，恢复非活化状态，以接收新一次的上游信号。信号转导蛋白每经历一次活化－非活化

变换，就传导(chuándǎo)一次信号。具有这种特征的信号转导蛋白叫作分子开关。有两大类型：第三十四页，共九十一页。精选ppt磷酸化-去磷酸化phosphorylation-dephosphorylation2.信号转导蛋白的“分子开关(kāiguān)”特性激酶（kinase）使底物磷酸化磷酸酶（phosphotase）使底物去磷酸化每个信号转导蛋白可以是激酶的底物，自身又可以作为(zuòwéi)激酶，使其他底物磷酸化，从而将信号逐级传递并放大第三十五页，共九十一页。精选pptGTP结合(jiéhé)蛋白(GTPbindingprotein)2.信号转导蛋白的“分子开关(kāiguān)”特性G蛋白(dànbái)就是GTP结合蛋白(dànbái)，能与GTP结合并能水解GTPG蛋白与GTP结合时为活化状态，将信号向下游传递。GTP被水解成GDP后G蛋白失活。第三十六页，共九十一页。精选ppt3.信号蛋白通过(tōngguò)特定结构域相互作用许多信号转导蛋白之间可以通过能互相识别的特定结构域发生直接的相互作用，发生聚合，形成三维网络，由此决定(juédìng)信号的传递途径。这些结构域有相似结构。第三十七页，共九十一页。精选ppt3.信号(xìnhào)蛋白通过特定结构域相互作用第三十八页，共九十一页。精选ppt4.信号转导复合体的形成(xíngchéng)通过形成信号转导复合体,提高信号转导的速度、效率和特异性。两种形式：1〕通过脚手架蛋白把一组转导蛋白组织为一个(yīɡè)信号转导复合体。2〕激活的受体胞内段暂时性地为多个转导蛋白提供锚定位点，复合体形成。第三十九页，共九十一页。精选ppt4.信号转导复合体的形成(xíngchéng)1.脚手架蛋白(dànbái)把一组转导蛋白(dànbái)

组织为一个信号转导复合体2.受体胞内段暂时地为多个转导蛋白提供锚定位点,从而(cóngér)

形成信号转导复合体第四十页，共九十一页。精选ppt第二节受体及其信号转导途径(tújìng)一、G蛋白偶联受体信号转导途径二、酶偶联受体信号转导途径三、受调蛋白水解(shuǐjiě)依赖的受体信号转导途径四、细胞内受体第四十一页，共九十一页。精选pptG蛋白(dànbái)偶联受体

(Gprotein-coupledreceptor,

GPR)CREBCRE结果:糖元合成减少分解(fēnjiě)增多一.G蛋白偶联受体激活途径(tújìng)－例如：肾上腺素促发肌肉细胞糖原分解成葡萄糖第四十二页，共九十一页。精选pptG蛋白(dànbái)偶联受体的激活信号(xìnhào)分子激活膜受体,受体激活G蛋白(GDP变成GTP)G蛋白(dànbái)激活AC,自己失活(GTP变成GDP).AC产生cAMP,自己失活.AC产生cAMP,cAMP激活A激酶,A激酶激活CREB,CREB结合至CRE,启动基因转录.第四十三页，共九十一页。精选pptGPR-cAMP-PKA信号(xìnhào)途径第四十四页，共九十一页。精选pptGPR-cAMP-PKA信号(xìnhào)途径

配体可以是激素等受体激活后激活G蛋白，活化G蛋白激活腺苷酸环化酶(AC)AC以ATP为原料，快速大量生成cAMPcAMP激活PKAPKA是激酶，通过使底物发生(fāshēng)磷酸化而引起各种生理效应

第四十五页，共九十一页。精选pptGPR-cAMP-PKA信号途径

调节的一些生理(shēnglǐ)活动糖原分解类固醇激素(jīsù)合成G蛋白(dànbái)偶联受体第四十六页，共九十一页。精选ppt二.酶偶联受体激活途径(受体酪氨酸激酶)

－例如:生长因子促进细胞(xìbāo)增殖信号(xìnhào)分子结合至膜受体(RTK),受体发生二聚化和磷酸化而激活.Sos激活Ras,活化的Ras将信号传导(chuándǎo)下去,主要下游途径是MAPK,促进有丝分裂.激活的RTK通过接合蛋白Grb2与Sos结合,形成信号复合体(RTK-Grb2-Sos).第四十七页，共九十一页。精选ppt

RTK-Ras-MAPK信号(xìnhào)途径

MAPK途径(tújìng)(MAPK:丝裂原激活(jīhuó)蛋白激酶，激活(jīhuó)后促进细胞分裂)第四十八页，共九十一页。精选pptRTK-Ras-MAPK信号(xìnhào)途径配体为生长因子受体聚合为寡聚体自身(zìshēn)磷酸化，构象变化通过接合蛋白（含SH2结构域）Grb2和Sos激活RasRas引起MAPKKK-MAPKK-MAPK级联激活最终激活转录因子:cMyc,cJun,cFos(转录因子结合到基因启动子，促进转录出促增殖蛋白质。）第四十九页，共九十一页。精选pptRTK-Ras-MAPK信号(xìnhào)途径

调节的一些生理活动青春期骨骺端软骨细胞分裂创伤愈合(yùhé)中的细胞扩增第五十页，共九十一页。精选ppt三.受调蛋白水解依赖的受体信号

转导途径－例如：肿瘤坏死因子造成细胞(xìbāo)死亡膜受体激活,通过接合蛋白激活受体作用(zuòyòng)蛋白激酶RIP,后者又激活一系列激酶.抑制性信号分子被磷酸化,再被泛素化,然后经历蛋白水解.转录因子被解除抑制而激活,进入胞核,与DNA作用促进新蛋白质的转录.第五十一页，共九十一页。精选ppt四.细胞内受体(核受体)信号转导途径(tújìng)

－例如：皮质激素促进脂肪细胞增多和特殊分布疏水性信号分子：甾体类激素、甲状腺素、维生素D3、维甲酸受体本身是转录因子受体与DNA结合造成靶基因(jīyīn)活化皮质醇质膜细胞(xìbāo)内受体蛋白激活的靶基因转录细胞核DNARNA第五十二页，共九十一页。精选ppt细胞(xìbāo)内受体(核受体)激活效应原发/继发

皮质激素细胞(xìbāo)内受体DNA激活靶基因(jīyīn)转录出新的蛋白质新的蛋白质对另一些基因起调控作用促进或抑制其转录第五十三页，共九十一页。精选ppt转录(zhuǎnlù)因子(transcriptionfactor)在GPCR-cAMP-PKA途径中有CREB在RTK-Ras-MAPK途径中有cMyc,cJun,cFos在受调蛋白水解(shuǐjiě)依赖的信号转导途径中有NF-κB

在核受体信号途径中,核受体自身为转录因子。转录因子就是基因调控蛋白，通过与DNA上基因调控序列(xùliè)结合，调节基因转录。第五十四页，共九十一页。精选ppt第三节细胞(xìbāo)信号转导的调节一、信号转导的一过性二、信号转导的记忆性三、信号转导的放大效应(xiàoyìng)四、信号转导的负性调节第五十五页，共九十一页。精选ppt保证信号传递一过性的机制:1.受体和信号转导蛋白的快速活化-失活2.第二信使的快速产生(chǎnshēng)-降解信号转导一过性的意义:降低背景,保证对连续信号的灵敏应答限制时间,保证信号强度适度一、信号转导的一过性第五十六页，共九十一页。精选ppt二、信号转导的记忆性某些情况下,在上游信号已经终止后,某些信号转导蛋白扔保持一定时间的持续活化状态,表现出记忆性这种持续活化(记忆(jìyì))是受到严格调控的第五十七页，共九十一页。精选ppt三、信号转导的放大(fàngdà)效应放大效应:少量胞外信号分子—大量(dàliàng)胞内效应分子1个受体/配体复合物激活多个G蛋白1个G蛋白激活多个AC1个AC产生多个cAMP1个cAMP激活多个PKA(级联反应cascade)放大效应也是严格受控的第五十八页，共九十一页。精选ppt信号传导中的级联反应(fǎnyìng)(Cascade)：放大效应第五十九页，共九十一页。精选ppt第六十页，共九十一页。精选ppt四、信号转导的负性调节(tiáojié)概念:利用负反馈机制终止某节点的信号意义:保证对外来信号作出适度、精确的反应表现(biǎoxiàn)方面：1、受体2、抑制性蛋白3、分子开关第六十一页，共九十一页。精选ppt受体减量受体失敏受体滞留(zhìliú)受体失敏、滞留和减量调节信号被预置性抑制蛋白所抑制信号造成抑制蛋白活化或产生(chǎnshēng)，后者反馈地作用于信号信号(xìnhào)被抑制抑制蛋白产生第六十二页，共九十一页。精选pptG蛋白—cAMP信号系统的负性调节

受体的调节G蛋白的一过性激活cAMP的快速降解(jiànɡjiě)CREB去磷酸化调节

G蛋白偶联受体多肽链多处位点的自发突变能够导致受体持续激活，从而引起多种疾病，如TSH受体第三环的点突变引起甲状腺腺瘤合并甲亢，LH受体的突变引起家族性性早熟第六十三页，共九十一页。精选ppt第四节细胞(xìbāo)信号转导途径之间的相互作用（略）一、细胞信号转导途径之间的交谈二、细胞信号转导网络的形成(xíngchéng)三、信号网络中信号转导的专一性各条途径有相互作用，甚至形成(xíngchéng)网络以互相协调，但又保持专一性。第六十四页，共九十一页。精选ppt激素(jīsù)与生长因子信号系统之间的交谈第六十五页，共九十一页。精选pptG蛋白偶联受体与受体酪氨酸激酶(jīméi)两条途径共用部分(bùfen)环节激酶(jīméi)激活第六十六页，共九十一页。精选ppt肌肉收缩时肾上腺素和神经冲动对糖元(tánɡyuán)分解的协调糖元(tánɡyuán)降解增加糖元合成(héchéng)减少能量供应增加第六十七页，共九十一页。精选ppt饥饿时肝细胞中肾上腺素对糖元分解(fēnjiě)的协调糖元(tánɡyuán)降解增加糖元(tánɡyuán)合成减少血糖升高，能量供应增加第六十八页，共九十一页。精选ppt细胞核细胞质细胞(xìbāo)外胞间信使第二信使第一信使第六十九页，共九十一页。精选ppt看－视网膜光感受(gǎnshòu)细胞中的信号转导第七十页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

重点掌握系通讯和信号转导的基本知识

1、细胞通讯：

细胞之间可以通过分泌信号分子或直接接触而相互实施(shíshī)调控。2、细胞信号转导：

细胞感受环境信号、把这种信号转导入细胞内，并做出反应的过程。Movie1Movie2第七十一页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

3、细胞通讯(tōngxùn)有6类： 1.接触依赖型 2.旁分泌型 3.突触型 4.内分泌型 5.自分泌型 6.间隙连接型第七十二页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

4、信号转导的基本模式:

细胞外信号分子被细胞的信号接收装置(受体)所感知,然后细胞内的信号转导装置(一系列信号转导蛋白)被依次激活,信号借此逐步传递下去,最后(zuìhòu),特定的靶蛋白(参与代谢的酶、基因调节蛋白、细胞骨架蛋白等)被激活，由此引起细胞的各种反应。第七十三页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

5、信号转导系统(xìtǒng)的构成（细胞内主要成分）： 1.信号接收装置 2.信号转导装置 3.第二信使第七十四页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

6、受体是位于细胞膜表面或细胞内部的一类特殊(tèshū)蛋白质,能特异地识别信号分子(配体),并以很高的亲和力与之结合,从而启动细胞内信号转导通路。有两类：1.细胞表面受体(膜受体)－其配体为水溶性2.细胞内受体（核受体）－其配体为脂溶性第七十五页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

6、膜受体有3类：

1.离子通道偶联受体 2.G蛋白(dànbái)偶联受体 3.酶偶联受体7、核受体本身是转录因子，与DNA结合造成靶基因活化

第七十六页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

8、信号转导装置是一系列蛋白质，

依次经历活化(huóhuà)-失活,构成从膜受体到细胞核之间的信号传导链。 第七十七页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

9、细胞内信使是在细胞内信号途径上某些节点快速大量增多、能迅速将信号播散至各个下游(xiàyóu)通路的小分子,又被称为第二信使.主要有cAMP、cGMP、DG、IP。第七十八页，共九十一页。精选ppt本章(běnzhānɡ)重点

10、信号转导蛋白的“分子开关”特性信号转导蛋白收到上游信号后迅速活化，在活化状态(zhuàngtài)下完成信号向下游传递，然后自身失活，恢复非活化状态(zhuàngtài)，以接收新一次的上游信号。信号转导蛋白每经历一次活化－非活化

变换，就传导一次信号。具有这种特征的信号转导蛋白叫作分子开关。有两大类型：磷酸化-去磷酸化和G蛋白第七十九页，共九十一页。精选ppt

思考题

第一(dìyī)部分

1.解释以下名词，并整理(zhěnglǐ)每个名词与其上下名词的互相关系。细胞通讯信号转导受体核受体G蛋白偶联受体酶偶联受体受体失敏信号转导蛋白G蛋白分子开关第二信使激酶2.简述细胞信号转导的基本模式第八十页，共九十一页。精选ppt

思考题

第二(dìèr)部分

一、细胞信号转导系统在细胞内由哪些成分构成？它们各自在系统中起什么作用？二、在信号转导蛋白中，磷酸化-去磷酸化这一化学修饰是怎样发生的？造成什么效果(xiàoguǒ)？三、G蛋白怎样体现其分子开关的性质？第八十一页，共九十一页。精选ppt

我知道你有些头晕了，但不用担心，你回去(huíqù)后，大脑中信号转导系统工作几次，一切都会变得清楚。第八十二页，共九十一页。精选ppt（三）细胞信号转导系统(xìtǒng)的构成信号接收装置：受体(膜、胞内)信号转导装置：G蛋白、蛋白激酶、 接合蛋白细胞内信使：cAMP,cGMP,IP3,DG, Ca2+效应分子：转导蛋白或信使的靶分子靶蛋白： 代谢(dàixiè)酶、

基