第十三章 细胞信号转导与信号传递系统,信号细胞(signaling cell)：能产生信号分子的细胞. 靶细胞(target cell)：受到信号分子的作用发生反应的细胞. 信号转导(signal transduction)：靶细胞依靠受体识别专一的细胞外信号分子，并把细胞外信号转变为细胞内信号，这一转变过程称为信号转导。 细胞内的信号分子经连锁级联反应，进行细胞内信号传递，引起细胞发生反应。,靶细胞的受体蛋白多种多样: 存在于质膜上，识别的分子是亲水性的； 存在于胞质溶质中，识别的分子是疏水性的。受体蛋白分别与不同的信号分子发生结合各具有专一性。,第一节 信号细胞与靶细胞,一、信号分子与信号细胞 信号细胞通过外排分泌和穿膜扩散释放出信号分子。有的信号分子可对远距离的靶细胞发生作用；有的信号分子在释放后仍结合在信号细胞表面，只能影响与之接触的细胞，甚至信号细胞本身。,信号分子分类： 1、旁分泌信号：信号分子扩散不太远，只能影响周围近邻细胞 2、突触信号：神经末梢与神经元或肌肉细胞之间的连接称突触，神经末梢分泌神经递质，作用于突触后靶细胞，传递信号。,3、内分泌信号：内分泌细胞分泌的信号分子称为激素，可远距离传播，散布全身。 4、自分泌信号：细胞分泌的信号分子只作用于同种细胞，甚至同自身的受体结合引起反应，分泌信号分子的细胞既是信号细胞，也是靶细胞。,二、靶细胞 （一）靶细胞反应的特征 1、专一性地识别信号 细胞按发育编程，在不同的分化阶段分别对专一的信号分子识别。 2、反应的差异性 一种信号分子对不同的靶细胞常有不同的效应。这是由于1）细胞表面受体组合不同，2）细胞内的装置对接收的信息在细胞内进行不同的整合和译解。,（二）靶细胞中的受体种类 1、细胞内受体：存在于细胞质基质或核中，如脂溶性信号分子的受体。 （类固醇、维生素D） 2、细胞表面受体：为跨膜整合蛋白，亲水性信号分子的受体。（神经递质、蛋白质激素、蛋白质生长因子）,细胞表面受体和细胞内受体,亲水性,细胞表面受体根据传导机制不同分三类： （1）离子通道关联受体 受体是多次穿膜的蛋白质，与电兴奋细胞之间突触信号快速传递有关。受体与神经递质结合后构象发生改变，通道瞬时打开或关闭，改变了质膜的离子透性，使突触后细胞发生兴奋。,（2）G蛋白关联受体 可间接调节结合在质膜上的靶蛋白的活性，靶蛋白是酶或离子通道。受体与靶蛋白之间有第三种蛋白质：G蛋白三体GTP结合调节蛋白。 （3）酶关联受体 受体多是一次穿膜的蛋白质，自身具酶的性质，或与酶结合在一起。多为蛋白激酶或与蛋白激酶结合在一起。被激活后，可使靶细胞中专一的一组蛋白质发生磷酸化。,G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白,第二节 细胞内信号传递的基本原理 一、细胞内信号传递的级联反应 信号传递级联反应的概念：p382 1、构成信号传递级联反应链的蛋白种类： （1）可被蛋白激酶磷酸化的蛋白； （2）在信号诱导下同GTP结合的蛋白,2、参与磷酸化级联反应的蛋白激酶的种类： （1）丝氨酸/苏氨酸激酶； （2）酪氨酸激酶蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。,蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面： 其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性； 其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。,二、细胞对细胞外的信号有不同的反应速率 1、快速反应：通过磷酸化级联反应链进行，不涉及基因表达。 2、慢速反应：涉及基因表达的调节。激素受体G蛋白AC(adenylate cyclase,AC)cAMP蛋白激酶A基因调节蛋白基因表达。,第三节 G蛋白关联受体与G蛋白一、G蛋白的结构和活性变化 1、G蛋白的结构 三个亚基组成，不受刺激无活性。 配体+受体 受体激活 G蛋白+受体 G蛋白激活G蛋白 +GTP,2、GTP和GDP对G蛋白活性的影响 结合GTP时处于活性状态，结合GDP时处于失活状态。 激活，亚基与复合物分离，沿质膜内表面散开，分别与各自靶蛋白结合。,3、G蛋白激活靶蛋白的作用机制： G蛋白亚基具有GTP酶活性，亚基与其靶蛋白相互作用后，几秒钟后把GTP水解成了GDP，亚基便与复合物重新结合成无活性的G蛋白。 4、信号转导中G蛋白活性变化过程： （1）受体激活；（2）G蛋白激活； （3）G蛋白复原失活。,5、刺激性G蛋白和抑制性G蛋白（Gs和Gi） G蛋白激活后有激活酶蛋白的能力刺激性G蛋白； 活化后对腺苷酸环化酶有抑制作用的G蛋白抑制性G蛋白。二者亚基不同。,二、 G蛋白在信号转导中的功能 （一）调节离子通道，如钾离子通道 乙酰胆碱+G蛋白关联受体 G蛋白分解成亚基、复合物 复合物+ K+通道蛋白 K+进入细胞 亚基（GDP）与复合物重新结合成无活性的G蛋白,（二）激活AC 腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）：是分子量为150KD的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP 。 许多细胞外信号分子主要通过改变AC的活性来调控cAMP的含量水平。P387,（三）激活磷脂酶C,三、细胞内信号传递与第二信使 （一）cAMP信号传递途径 1细胞内cAMP浓度升高所起的作用：糖原降解；激活特定基因的转录。,2cAMP发生作用的过程（机制）： cAMP依赖蛋白质激酶A激酶。 cAMPPKA下游蛋白的丝氨酸/苏氨酸磷酸化激活基因调控蛋白基因表达。,cAMP信号与基因表达,（二）细胞内的钙信号传递途径1钙离子产生调控作用的两种基本过程： （1）钙离子钙调素靶蛋白（直接作用形式） （2）钙离子钙调素钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶使下游蛋白或自身磷酸化产生生理效应（间接作用方式）。,2、cAMP途径与钙离子途径之间的交互作用 （1）与cAMP合成和降解有关的酶可受到钙离子/钙调素复合物的调节，反过来，PKA也影响钙通道和钙泵的活性。 （2）直接受钙离子和cAMP调节的酶可相互影响。 （3）PKA和钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶(CaM-激酶)可以使同一种蛋白的不同位点发生磷酸化。,（三） 肌醇磷脂信号传递途径1、IP3和DAG（DG）第二信使的产生： 质膜脂双层内层的PI，有两个衍生物， PIP，PIP2PLC - （磷脂酰肌醇专一性磷脂酶C-)PIP2IP3+DAG（两者均为第二信使）。,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-），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”（double messenger system）。,磷脂酰肌醇途径,2、磷脂酶C激活的信号传递途径：IP3的作用：提高胞质中Ca2+浓度DAG的作用：激活蛋白激酶C。3、激活的PKC通过两条途径促进基因转录 （1）MAPK：激活基因调节蛋白 （2）NF-b：激活基因调节蛋白的抑制蛋白,第四节 酶关联受体信号传递途径一、鸟苷酸环化酶性受体：cGMP二、酪氨酸激酶性受体:酪氨酸激酶性受体的活化过程：图13-18，13-19。三、酪氨酸激酶关联性受体四、酪氨酸磷酸酶性受体五、丝氨酸/苏氨酸激酶性受体六、细胞内4条主要信号传递途径,