细胞生物学第四版(13至17章)课件

细胞生物学第四版(13至17章)课件细胞信号转导概述跨膜信号转导机制细胞内信号转导通路基因表达调控与信号转导关系细胞增殖、分化及凋亡过程中信号转导作用细胞生物学研究方法与技术应用目录01细胞信号转导概述细胞通过感知和响应外部或内部信号分子，引发一系列生物化学反应的过程，从而调节细胞生理功能和行为的机制。信号转导定义信号转导在细胞生长、分化、凋亡、代谢、免疫应答等过程中发挥关键作用，是维持生命活动正常进行的基础。重要性信号转导定义与重要性信号分子类型包括激素、神经递质、生长因子、细胞因子等多种类型，它们通过与靶细胞上的受体结合，传递信息并引发细胞响应。作用方式信号分子可以通过旁分泌、自分泌或内分泌等方式作用于靶细胞，其中旁分泌指信号分子由邻近细胞释放并作用于靶细胞，自分泌指信号分子由同一细胞释放并作用于自身，内分泌指信号分子通过血液循环等方式作用于远处靶细胞。信号分子类型及作用方式G蛋白偶联受体介导的信号转导G蛋白偶联受体是一类膜受体，与配体结合后激活G蛋白，进而调节下游效应器的活性，如腺苷酸环化酶、磷脂酶C等。酶联型受体介导的信号转导酶联型受体具有酶活性，与配体结合后发生构象改变，激活或抑制下游信号通路，如酪氨酸激酶受体、丝氨酸/苏氨酸激酶受体等。核受体介导的信号转导核受体是一类位于细胞核内的受体，与配体结合后直接调节基因表达，如类固醇激素受体、甲状腺激素受体等。受体介导的信号转导途径02跨膜信号转导机制03G蛋白的激活与效应器的调控详细解释G蛋白的激活过程，包括GDP/GTP交换、Gα和Gβγ亚基的分离以及它们如何调控下游效应器。01G蛋白偶联受体的结构和功能介绍G蛋白偶联受体的基本结构、分类以及在细胞信号转导中的重要作用。02配体与受体的结合阐述配体如何与G蛋白偶联受体结合，以及结合的特异性和亲和力。G蛋白偶联受体介导的信号转导123介绍酶联型受体的基本结构、分类以及在细胞信号转导中的重要作用。酶联型受体的结构和功能阐述配体如何与酶联型受体结合并导致酶的激活，包括受体二聚化、构象改变等机制。配体与受体的结合与酶的激活详细解释酶联型受体介导的信号级联放大过程，包括磷酸化、去磷酸化等反应，以及信号终止的机制。信号级联放大与终止酶联型受体介导的信号转导离子通道型受体的结构和功能01介绍离子通道型受体的基本结构、分类以及在细胞信号转导中的重要作用。配体与受体的结合与离子通道的开放02阐述配体如何与离子通道型受体结合并导致离子通道的开放，包括构象改变、门控机制等。离子流与细胞响应03详细解释离子流如何影响细胞的生理功能，包括膜电位变化、细胞兴奋性改变等，以及细胞对离子流变化的响应机制。离子通道型受体介导的信号转导03细胞内信号转导通路

cAMP-PKA通路cAMP的合成与释放在激素等信号分子的作用下，腺苷酸环化酶被激活，催化ATP生成cAMP。cAMP的效应器cAMP作为第二信使，与靶细胞内的效应器蛋白结合，如蛋白激酶A（PKA）。PKA的激活与调节cAMP与PKA的调节亚基结合，导致催化亚基的释放和激活。活化的PKA可磷酸化多种底物蛋白，从而调节细胞代谢、基因表达等。钙调蛋白的结合与激活Ca2+与钙调蛋白（如钙调素、钙网蛋白等）结合，导致其构象改变并激活。靶蛋白的磷酸化与去磷酸化活化的钙调蛋白可催化靶蛋白的磷酸化或去磷酸化，从而调节细胞的生理功能。Ca2+的流入与释放在细胞受到刺激时，Ca2+可从细胞外流入或从细胞内钙库释放。Ca2+-钙调蛋白通路在细胞受到生长因子等刺激时，MAPK激酶（MAPKKK）被激活。MAPK激酶的激活MAPKKK磷酸化并激活MAPK激酶（MAPKK），进而MAPKK磷酸化并激活MAPK。MAPK的磷酸化与激活活化的MAPK可磷酸化多种底物蛋白，包括转录因子、细胞骨架蛋白等，从而调节细胞的生长、分化、凋亡等过程。MAPK的底物与效应MAPK级联反应通路04基因表达调控与信号转导关系01转录因子通过识别并结合特定的DNA序列，从而调控基因的转录过程。转录因子结合DNA02转录因子可以招募共激活因子或共抑制因子，形成转录复合体，进一步调控基因的表达。转录因子招募共激活因子或共抑制因子03转录因子还可以与其他蛋白相互作用，形成复杂的调控网络，共同调控基因的表达。转录因子与其他蛋白相互作用转录因子在基因表达调控中作用信号转导通路调控转录因子信号转导通路可以通过一系列的级联反应，将细胞外的信号传递至细胞核内，调控转录因子的活性。信号转导与转录因子互作信号转导通路中的蛋白可以与转录因子相互作用，共同调控基因的表达。信号分子激活转录因子信号分子可以与转录因子结合，改变其构象或磷酸化状态，从而激活转录因子的活性。信号转导对转录因子活性影响表观遗传修饰调控信号转导表观遗传修饰可以影响信号转导通路中蛋白的表达和活性，从而调控信号转导过程。信号转导与表观遗传学互作信号转导通路和表观遗传学之间存在复杂的互作关系，共同调控细胞的生长、分化和发育等过程。信号转导影响表观遗传修饰信号转导通路可以影响表观遗传修饰酶的活性，从而改变染色质的结构和基因的表达。信号转导与表观遗传学关系05细胞增殖、分化及凋亡过程中信号转导作用细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）的激活与抑制CDKs是细胞周期调控的核心，其活性受到周期蛋白（cyclins）和CDK抑制剂（CKIs）的调节。信号转导通路通过调节cyclins和CKIs的表达或活性，进而控制CDKs的活性，实现细胞周期的精确调控。生长因子信号通路与细胞周期调控生长因子如EGF、PDGF等通过与其受体结合，激活下游信号通路，如PI3K/Akt和MAPK通路，进而调节cyclins和CKIs的表达，影响细胞周期的进程。DNA损伤信号通路与细胞周期阻滞DNA损伤可激活ATM/ATR等激酶，进而启动一系列信号转导事件，如激活p53等转录因子，诱导p21等CKIs的表达，导致细胞周期阻滞，为DNA修复提供时间。细胞周期调控中信号转导机制010203形态发生素梯度与细胞命运决定形态发生素是一类能够调节细胞分化的信号分子，其浓度梯度可决定不同位置细胞的命运。形态发生素与其受体结合后，通过激活下游信号通路，如Smad通路，调节转录因子的表达，进而决定细胞的分化方向。Notch信号通路与细胞间相互作用Notch信号通路是一种细胞间相互作用的信号转导机制，通过相邻细胞间的Notch配体与受体相互作用，激活下游信号通路，调节转录因子的表达，影响细胞的分化。Wnt信号通路与胚胎发育Wnt信号通路在胚胎发育过程中发挥重要作用，通过调节β-catenin的稳定性，进而影响转录因子的表达，决定细胞的分化方向。同时，Wnt信号通路还与其他信号通路相互作用，共同调控胚胎发育过程。细胞分化过程中信号转导机制要点三死亡受体介导的外源性凋亡途径死亡受体是一类能够识别并结合凋亡配体的受体，如Fas、TNFR等。凋亡配体与死亡受体结合后，可激活下游的caspase级联反应，导致细胞凋亡。此外，死亡受体还可通过激活NF-κB等转录因子，调节凋亡相关基因的表达。要点一要点二线粒体介导的内源性凋亡途径线粒体在细胞凋亡过程中发挥重要作用。当细胞受到凋亡刺激时，线粒体通透性改变，释放细胞色素c等凋亡因子。细胞色素c与Apaf-1结合形成复合物，进而激活caspase-9和下游的caspase级联反应，导致细胞凋亡。凋亡抑制蛋白与细胞凋亡的调控凋亡抑制蛋白是一类能够抑制细胞凋亡的蛋白质，如Bcl-2家族中的抗凋亡蛋白。这些蛋白可通过抑制线粒体通透性改变、抑制caspase活性等方式抑制细胞凋亡。同时，凋亡抑制蛋白的表达和活性也受到多种信号通路的调节。要点三细胞凋亡过程中信号转导机制06细胞生物学研究方法与技术应用利用可见光和特殊光学技术观察细胞结构和功能，如相差显微镜、荧光显微镜等。光学显微镜电子显微镜激光共聚焦显微镜利用电子束成像，能够观察细胞的超微结构，如透射电子显微镜和扫描电子显微镜。结合激光扫描和共聚焦技术，实现三维、高分辨率的细胞成像。030201显微镜技术在细胞生物学中应用通过基因工程手段克隆和表达特定基因，研究基因在细胞内的功能和调控机制。基因克隆与表达利用核酸杂交和测序技术，研究细胞内基因的表达、调控和变异等。核酸杂交与测序研究细胞内蛋白质的表达、相互作用和功能，揭示细胞生命活动的本质。蛋白质组学分子生物学方法在细胞生物学中应用基因组学转录组