细胞信号转导
第十一章 细胞信号
众所周知，多细胞生物体由不同种类特化的数以亿计的细胞组成。在这个繁忙而有序的细胞社会里，各种细胞既要明确分工，又要保持相互协调。应该指出，细胞间的这种协调作用从多细胞生物体存在的那一天起就已经存在了。但直到20世纪70年代中期，即人类社会的通讯技术产生多年以后，人们才开始真正意识到生物体内要想保证细胞间的相互影响和协调一致，同样需要有信号的传输或信息的交流，由此产生了细胞通讯（细胞信号）这一概念。进一步的研究发现，细胞通讯与人类社会的通讯有异曲同工之妙：由发射方(各种信号产生细胞)发出信号，接收方(靶细胞)通过特殊的机制识别并接收信号后，做出相关应答(产生各种生理效应)。本章将对这个过程中的细节问题加以详述。
11．1 细胞间信号
11．1．1 细胞间通讯类型
生物体的生长、发育、分化、各种组织器官的形成、组织的维持以及它们各种生理活动的协调，都需要有高精确度、高效率的胞间通讯机制，否则生物体内众多的细胞将对自己的去向感到无所适从。细胞通讯（cell communication ）是指：生物有机体为达到功能上的协调统一而建立的细胞间的信息交流，从而使之成为生命的统一体，以便对多变的外界环境做出综合性的反应。细胞主要通过两种方式完成这种信号传递：细胞间（或细胞与基质间）的直接接触通讯（图11-1-A 、B ）；不依赖于细胞接触的通讯（分泌化学信号）（图11-1-C ）。
图11-1 细胞间的信号分子传递方式
A.结合信号分子的信号传递；
B.间隙连接中的信号传递；
C.分泌信号分子的信号传递(引自
B.Albert,等)
11．1．1．1 胞间的直接接触
通过胞间的直接接触完成信号传递又可分为两种类型：
⑴膜表面分子接触信号传递 是指细胞通过其表面信号分子（受体）与另一细胞表面的信号分子（配体）选择性地相互作用，最终产生细胞应答的过程，即细胞识别（cell recognition ）。此类信号传递的特点是信号分子结合在细胞质膜上，通过细胞间的直接接触将信号传递给靶细胞。细胞识别及粘合的工作与此有关。
细胞的识别与粘合无论对于单细胞生
物的摄食、性行为等，还是对于多细胞生物的精卵结合，胚胎分化发育、形态发生以及免疫细胞的增殖与分化等都有重要的意义。
由于细胞质膜上结合的信号分子与其它一些胞外分子没有明显的界限，而且要把质膜结合分子从膜上溶解下来纯化，在技术上也有相当大的难度，对于这种类型的信号传递至今了解还不够深入。
⑵细胞间隙连接（gap junction）是细胞间接触通讯的另一种方式。两个相邻的细胞以连接子(connexon）相联系。连接子中央为直径1.5 nm 的亲水性孔道。允许小分子物质如Ca2+、cAMP等通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电偶联现象。这种联接方式在动物细胞中是非常普遍存在的。植物细胞则是在相邻细胞间形成胞间连丝，这一结构不仅为细胞间小分子信号通过提供了连接通路，在某些情况下，大分子也可以通过（详见第十章有关通讯连接部分及植物细胞粘着和胞间连丝部分）。
11．1．1．2 分泌化学信号
细胞通过分泌化学信号进行细胞间的相互通讯，这种信号传递方式是胞间通讯的最主要途径。外界刺激、其它细胞产生的刺激及高等动物中神经刺激都可以引起分泌细胞、神经细胞末梢等分泌化学信号到胞外，通过长短不同距离的传输到达靶细胞，完成胞间通讯。根据化学信号分子的传递方式，可将这类胞间通讯分为以下4种（图11-2）：
图11-2 通过分泌信号分子进行胞间通讯的几种方式
A.自分泌信号传递；
B.旁分泌信号传递；
C.内分泌信号传递；
D.神经细胞的化学突触传递(引自B.Albert,等)
⑴自分泌信号传递(autocrine signaling) (图11-2A)
细胞分泌的信号分子结合到自身（同一或相邻的同一类细胞）的受体上引起反应。例如，在发育过程中，一个细胞一旦进入特定的分化途径，它就可能会产生自分泌信号，确保细胞按照确定的方向分化。它的这种自制作用也会影响到周围的同一类细胞，使之产生相同的自分泌信号，进而相互作用，彼此促进，朝着相同的方向分化。这一反应在脊椎动物对外界抗
原的反应中体现得尤为明显。比如，当有抗原刺激时，某一类型的T 淋巴细胞会通过合成促进自身增殖的化学信号，进而增加致敏T 淋巴细胞的数量，提高其对抗原的免疫力。
⑵旁分泌信号传递（paracrine signaling ）(图11-2B)
信号细胞分泌局部化学递质到细胞外基质中，作为信号分子作用于环境中邻近的靶细胞。这种局部化学递质，如结缔组织中肥大细胞分泌的组胺和嗜伊红趋化因子等。组胺存贮于肥大细胞的分泌小泡内，在受损伤，局部感染和免疫反应时，组胺很快被释放，引起血管扩张。需要指出的是，旁分泌信号只能传递到与信号细胞相邻近的靶细胞，信号分子不能扩散很远，因此它们的信息常常迅速被邻近细胞获取，随后信号分子被胞外基质中的有关酶所分解。
⑶内分泌信号传递(endocrine signaling) (图11-2C)
由内分泌细胞分泌信号分子（激素）到血液中，信号分子随血液到达广泛分布在身体各个部位的靶细胞。
⑷通过化学突触传递神经信号（neuronal signaling ）(图11-2D)
这是神经元之间、神经元与靶细胞之间特有的一种信号传递方式。信号分子，如神经递质（乙酰胆碱）、神经肽等由突触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
神经细胞和内分泌细胞都参与调控动物体内各类细胞的活动，但它们有着不同的特点（图11-3）：内分泌细胞分泌出多种激素，通过血液传递到靶细胞，靶细胞通过膜上或胞内的特异性受体与信号分子结合，由此保证了特异性。在突触传递中，特异性决定于神经细胞与靶细胞的特异性接触，通常一种神经细胞释放的神经递质只对与它相接触的靶细胞作用（少数除外）。不同的内分泌细胞常常产生不同的激素，但许多神经细胞却能使用相同的神经递质。
图11-3 内分泌信号传递与化学突触信号传递的区别（引自B.Albert,等） A.
不同种类内分泌细胞产生不同种类激素,通过血液传递到靶细胞,靶细胞通过膜上或胞内的特异性受体与不同种类的信号分子结合，进而保证特异性。 B. 不同种类的神经细胞能够产生相同的神经递质，相同的神经递质通过不同种类的
神经元与其特异的靶细胞接触，进而保证特异性。
另外，内分泌信号传递和化学突触信号传递同为高等动物两个主要的胞间通讯方式，前一种方式依赖于扩散和血液流动，其速度相对较慢，但后效深远，影响面广；后一种方式则依赖于特殊的神经元结构，传递信息较为迅速准确，电脉冲的传播速度可高达100m/s
，而
且神经递质一旦从神经末梢释放出来，扩散不到100nm就到达靶细胞，这一过程不超过1ms。内分泌与突触信号传递的另一个差异是激素进入血液或体液后被高倍稀释，所以信号分子能以非常低的浓度发挥作用。神经递质则稀释得很少，它们到达靶细胞时仍有较高浓度，有的可达到5.0 ×10-4 mol/L，与此相一致的是神经递质受体与配体的亲和力较低，神经递质能迅速从受体上分离下来，终断信号反应。
11．1．2 化学信号分子的类型和特性
生物细胞所接受的信号有多种多样。从这些信号的自然性质来说，可以分为①物理信号，包括光，热，紫外线，X-射线，电流等；②化学信号，是生物体内一类特殊的化学物质，在体内既不作为营养物质，又不作为能源和结构物质，其主要功能是在细胞间和细胞内传递信息。化学信号是有机体内细胞间通讯中最广泛应用的一类。
生物有机体内已鉴定的可以作为配体的化学信号有几百种之多，这些信号分子结构复杂，包括蛋白质、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、类固醇、脂肪酸衍生物及可溶性的气体小分子（表11-1）。
表11-1 一些信号分子举例
信号分子合成或分泌位点化学性质生理功能
激素
肾上腺素肾上腺酪氨酸衍生物提高血压、心律、增强代谢
皮质醇肾上腺类固醇在大多数组织中影响蛋白、糖、脂代谢
雌二醇卵巢类固醇诱导和维持雌性第二性征
胰高血糖素胰α细胞肽肝、脂肪细胞中刺激葡萄糖合成、糖原断裂、脂断裂胰岛素胰β细胞蛋白质刺激肝细胞等葡萄糖吸收、蛋白质及脂的合成
睾酮睾丸类固醇诱导和维持雄性第二性征
甲状腺素甲状腺酪氨酸衍生物刺激多种类型细胞的代谢
局部介质
表皮生长因子多种细胞蛋白质刺激表皮和多种其他类型细胞的增殖
（EGF）
血小板生长因子多种细胞蛋白质刺激多种类型细胞增殖
（PDGF）(包括血小板)
神经生长因子各种神经组织蛋白质帮助某些神经元的生存，促进这些神经元轴突的（NGF）生长
组胺肥大细胞组氨酸的衍生物引起血管扩张渗漏，引起炎症
一氧化氮神经细胞、可溶性气体引起平滑肌松弛，调节神经细胞的活性
（NO）血管内皮细胞
神经递质
乙酰胆碱神经末梢胆碱衍生物在许多神经肌突触和中央神经肌肉系统产生兴奋的
神经递质
γ-氨基丁酸神经末梢谷氨酸衍生物中枢神经系统中存在的抑制性神经递质
（GABA）
接触依赖性信号分子
Delta(δ) 预定神经元、其跨膜蛋白抑制相邻细胞以与信号细胞相同的方式分化
他各种胚胎细胞
作用方式上，绝大多数信号分子都需要与靶细胞上的受体结合，才能完成信息传递。由于受体存在于靶细胞上的位置不同，信号分子与受体结合又存在特异性，根据这一特性可将信号分子分为两类：与细胞表面的受体结合的信号分子和与细胞内受体结合的信号分子。进一步的研究发现，这种分类方式与它们的作用机制相关。
11．1．2．1 化学信号分子的类型
研究发现，与胞内受体结合的信号分子首先要穿越细胞膜进入胞内，所以它们通常是小的疏水性分子（或亲脂性信号分子），主要种类有甾类激素，甲状腺激素、维生素D3、维甲酸等。这些信号分子在化学结构上和功能上虽有很大差别，却以相似的机制发挥作用，即直接穿过靶细胞膜并结合在胞内受体蛋白上，形成配体-受体复合物，将受体激活，然后直接调控特定基因转录。具体的作用机制在本章第三节中还有详述。
另一类可以穿越靶细胞膜的信号分子为气体信号分子。与亲脂性信号分子不同的是，气体信号分子进入靶细胞不是与相关受体结合而是直接改变靶酶活性。20世纪80年代后期，R.Furchgott等三位美国科学家发现和证实一氧化氮（nitric oxide,NO）在生物体内是一种重要的信号分子，由于NO是迄今在体内发现的第一个气体性信号分子，它能进入细胞直接激活效应酶，参与体内众多的生理病理过程，因而成为人们所关注的"明星分子"（star molecule）。R.Furchgott 等也因此获得1998年的诺贝尔医学和生理学奖。气体性信号分子除了NO外还有CO、植物体内的乙烯，它们都可作为信号传递者，由一个细胞产生，穿透细胞质膜进入其他细胞，作为细胞内信使调节靶细胞功能。
另有一大类信号分子，本身具有亲水性，因而不能直接穿过细胞膜，仅能与靶细胞表面的受体结合。这类信号分子包括神经递质、生长因子、细胞因子、局部化学递质和水溶性激素（亲水性信号分子）。水溶性信号分子与细胞表面受体结合后，需要向胞内传递信息才能引起细胞的反应。这种表面受体通过一定的机制将外部信息转为内部信号的过程，称为信号转导(signal transduction)。细胞有两种信号转导途径：①受体自身具有酶的活性或自身即为配体门通道，当信号分子与之结合后，受体即完成自身的酶活性或打开/关闭离子通道。②与连接G 蛋白（GTP结合蛋白）的非酶活性的受体结合，G蛋白再将此信号传递给胞内的其他信号分子，也即此类信号传递需要胞内信使（如cAMP）的“转接作用”。因此胞外的信号分子又被称为第一信使(primary messenger) ，而cAMP这样的胞内信号分子被称为第二信使(secondary messenger) 。目前公认的第二信使除环腺苷酸（cAMP）外，还包括环鸟苷酸(cGMP) ，环ADP 核糖(cADPR)，肌醇三磷酸（IP3），二酰基甘油（DAG ）及钙离子(Ca2+) 等。部分材料上又把Ca2+称为第三信使，原因是在某些信号途径中，它的释放有赖于第二信使。正因为有了第二信使对于胞外信号的这种转换与放大，进入血液中的水溶性激素及局部化学介质和神经递质等第一信使，才得以在进入到细胞基质完成使命后几分钟甚至几秒或几毫秒内即被清除掉。第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性，进而调节细胞代谢，控制其增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。
在此还应指出，根据信号分子溶解性区分它的作用机制不是绝对的。研究中发现了个别情况，比如，大的亲脂性信号分子不能穿过质膜，它们同亲水性信号分子一样与细胞表面的受体结合，引起细胞反应，如前列腺素。
11．1．2．2化学信号分子的特性
⑴信号分子的可移动性
作为一个有效的、可传递信息的信号分子，首先要求它产生之后容易转移到作用靶位，因此一般来说信号分子都是小分子物质而且可溶性较好，易于扩散。细胞外的信号分子虽然有的可借助于血液等的传递途径，分子质量稍大些，但其中的蛋白质类大多为小肽，大的不
过100～200个氨基酸组成的小蛋白质。尽管细胞骨架在传递中起一定的作用，但细胞内第二信使存在的更为普遍，主要是靠扩散移动的可溶性小分子，如Ca 2+、cAMP 和IP 3等。如果需要跨膜转移，则需要通过特殊通道或载体。
⑵ 信号分子识别的特异性和作用方式的复杂性
每种信号分子只能与其特定的受体结合。有些受体只分布在一种细胞上，也就是某些信号分子只作用于一种细胞，例如，垂体促甲状腺激素只作用于甲状腺细胞。值得一提的是，相同的受体可能分布于不同的靶细胞上，因此某些信号分子的靶细胞可能有多种。
信号分子作用方式的复杂性体现在同一化学信号分子可对不同靶细胞上的不同受体产生不同的作用。例如，作为神经递质的乙酰胆碱刺激骨骼肌细胞收缩，但却使心肌细胞的收缩速率和收缩力度下降，其原因是由于骨骼肌细胞上乙酰胆碱的受体与心肌细胞的不同。但受体的差异不能解释所有效应差异。在有些情况下，相同的信号分子结合到同种受体上却由于靶细胞种类的不同而产生不同的反应，如有一些分泌细胞上的乙酰胆碱受体与心肌细胞相同，但它们的作用是导致细胞分泌，这反映出不同细胞对同一信号作出反应的机制是不同的（图11-4）。以上例子表明，不同细胞对相同信号可作出不同的反应，它们有的属于受体种类的差异，也有的是由于同一种类受体激活不同的信号通路。此外，不同的信号分子在相同的细胞内可产生相同的反应，如胰高血糖素与肾上腺素在肝细胞中与各自受体结合后都使糖原分解并释放入血液中。
图11-4 相同信号分子在不同靶细胞诱导不同的反应(引自B.Albert,等)
A. 骨骼肌细胞；
B.心肌细胞；
C.分泌细胞；
D.乙酰胆碱结构式
A 和
B 两种细胞因受体不同，产生不同的反应；
B 和
C 虽然受体相同，但由于细胞细胞种类不同，同样产生不同的反应
⑶ 不同化学信号的时间效应各异
在信号分子的类型中已经提到，一般亲脂性信号分子在血液中靠特殊载体转运，在血液中持续时间较长，因而介导较长时间的持续反应；而亲水性信号分子分泌后往往在几秒、甚至几毫秒内即被清除，这类信号分子介导较短的反应。这也体现了化学信号的又一特性，即可被适时灭活，也就是说完成信息传递后信号分子可被降解或修饰而失去活性，
从而保证信
息传递的完整性和细胞免于疲劳。
11．1．3 细胞信号系统的基本特征
⑴每种类型的细胞受多种信号的调控
在多细胞生物体中，任何一种细胞从所处的环境中接触到的通常不是单一的信号而是特定组合的多种信号，细胞表现出的效应是对多种信号的综合效应。细胞根据自身的特点对这种信号组合做出相应的反应，由这种反应最终决定细胞的命运，细胞或增殖、或分化、或产生某些特定功能。这样，一种动物就能利用种类不太多的信号分子，通过大量不同的组合产生各种各样的效应，并以此方式高度特异地控制其各种细胞行为。
⑵细胞的信号转导既有专一性、高效性又有作用机制的相似性
配体与受体在结构上的互补是细胞信号转导具有专一性的重要基础。另外，信号蛋白表达的区域化同样赋予信号转导的专一性。要想保证这种专一性，一个至关重要的条件就是各种蛋白激酶、磷酸脂酶及其底物在细胞内的不连续分布。近年来研究发现，在细胞膜、胞质和核内确实存在分离的信号结构域。另外，某些胞内信号还可以通过特殊的途径（如，膜泡或纤维结合的马达蛋白）从细胞膜运至细胞核或其它目的地内可以将信号向下游传递的细胞空间，这一机制能够大大提高信号转导的效率和特异性。
信号转导存在作用机制的相似性，否则很难理解细胞面临几百种纷杂的胞外信号，只通过少数几种第二信使便可介导多种多样的细胞应答反应。不同的外源信号可能诱导细胞产生相似的信号转导，如不同细胞因子与受体组成的复合体中往往含有共同亚基，由此诱导相似的信号转导。另外，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，胞内信号蛋白组成一个精细的调控系统，系统中的成员将逐级地被磷酸化或去磷酸化，这样通过将信号蛋白逐级激活而使信号迅速传递。蛋白磷酸化通常有两种方式：一种是蛋白激酶催化下直接连接磷酸基团；另一种是被诱导与GTP结合。这两种方式都使得信号蛋白结合上一个或多个磷酸基团，被磷酸化的蛋白有了活性后，通常反过来引起磷酸通路下游蛋白磷酸化，当信号消失时，信号蛋白就会去磷酸化。蛋白的可逆磷酸化在胞内起到分子开关的作用（图11-5）。
图11-5 细胞内信号转导蛋白通过磷酸化与去磷酸化调控活性的两种方式（引自B.Albert,
等）
A.通过磷酸化传递信号；
B.通过GTP结合蛋白传递信号
⑶信号传递途径的级联放大作用与信号作用的终止并存
细胞信号传递途径由信号分子及其一系列传递组分组成，它形成一个级联(cascades)反应，将原初信号放大。一个激素信号分子结合到其受体之后，决不会只引起胞内一个酶分子活性的增强，它可能通过G蛋白激活多个效应酶如腺苷酸环化酶活化，产生许多cAMP第二信使分子；一个cAMP分子又可激活依赖它的蛋白激酶，从而将许多靶蛋白磷酸化。因此，一个原初的激素信号通过信号传递过程的级联反应，可以在下游引起成百上千个酶蛋白的活化；数量有限的一种激素的产生，可引起生物体内十分明显的发育表型变化。
当然这种级联放大作用又必需受到严格的控制。正常生理条件下，激素配体本身对受体数目的影响即受体上升或下降调节（up or down regulation），信号分子的磷酸化与去磷酸化，G蛋白或Ras蛋白的GTP与GDP结合状态的可逆变化，Ca2＋的释放与回收，第二信使的生成与降解等等机制，使信号转导精确而适度、不是持续的而是对胞外信号瞬间的反应。一旦破坏了这种正常的正、负反馈机制，细胞就会发生病变。
⑷信号传递途径是一个网络系统
细胞中所有信号通路都不是完全独立的，多途径、多层次的细胞信号传递通路具有收敛（convergence）或发散(divergence)的特点。每种受体都能识别与结合各自的特异性配体，来自各种非相关受体的信号，可以在细胞内收敛成激活一个共同的效应器（如Ras或Raf蛋白）的信号，从而引起细胞生理、生化反应和细胞行为的改变。另外，多数信号分子（如表皮生长因子或胰岛素）都可以激活几种不同的细胞信号途径，从而发散激活各种不同的效应器，导致多样化的细胞应答。同样，信号途径中的一个组分也可以激活其他途径，形成一个分支。例如，磷脂酶C(PLC)的活化，既可引起下游IP3/Ca2+信号途径，又可引起DAG/PKC途径；蛋白激酶可使多种蛋白磷酸化，其中包括其他激酶，从而引起下游的几个不同途径激活，在细胞中产生反应。只有组成细胞内网络系统的信号转导，通路之间相互沟通，相互制约、相互协调，细胞才能对各种刺激作出迅速而准确的响应。信号转导通路的网络化这一特性应该说是它所有特性中最重要的，但目前对于信号转导的网络系统的形成机理也即网络系统的形成本质还只是初步的认识（详见第4节）。
11．2 细胞表面受体介导的信号
就多细胞生物而言，一个细胞经常暴露于环境中的以不同状态存在的上百种不同的信号分子，细胞对于外界的这些特殊信号分子的反应能力取决于细胞是否具有相应的受体。
受体（receptor）是一种能够识别和选择性结合某种配体（ligand，又称信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白。一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列生物化学反应，最后产生特定的生物学效应。
受体有两方面的功能：第一是识别特异的信号物质――配体，识别的表现在于两者结合；第二是把识别和接受的信号准确无误地放大并传递到细胞内部，启动一系列胞内生化反应，最终导致特定的细胞反应。要使胞间信号转换为胞内信号，受体的两个功能缺一不可。
根据受体存在于靶细胞上的部位，可将受体分为细胞内受体(intracellular receptor)和细胞表面受体（cell-surface receptor）（图11-6）。细胞内受体位于胞质溶胶或细胞核内，介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内的甾类激素受体。细胞表面受体位于细胞膜上，介导亲水性信号分子的信息传递。基于质膜表面受体信号转换的机理和受体分子的结构特点，可将细
胞表面受体分为三大家族（图11-7）：①G 蛋白偶联受体（G protein-linked receptor ）；②酶偶联受体（enzyme-linked receptor ）；③离子通道偶联受体（ion-channel-linked receptor ）。
图11-6 不同种类的胞外信号分子与不同种类受体结合（引自B.Albert,等）
A. 亲水性信号分子或大的亲脂性信号分子不能直接进入靶细胞，只能与细胞表面受体结合
B. 小的亲脂性信号分子可以通过扩散直接进入胞内或核内，与胞内受体结合
图11-7 细胞表面受体的三大家族
A .离子通道偶联受体；B.G 蛋白偶联受体；C.酶偶联受体
11．2．1 G 蛋白偶联受体与跨膜信号
11．2．1．1 G 蛋白偶联受体
G 蛋白偶联受体（G-protein-linked receptor ） 又称为连接G 蛋白受体，
此类受体介导胞
外信号分子在胞内产生细胞应答过程中需要与GTP结合的蛋白相偶联，因而得名。G蛋白偶联受体种类很多，在结构上都很相似，是一条跨越质膜7次的α螺旋单链（图11-8），其N端位于细胞外，C端位于细胞内。配体结合在受体的胞外域，导致胞内区域与位于质膜内侧的G蛋白结合，进而激活G蛋白，激活状态的G蛋白从受体上分离，传递信号给下游的靶酶或离子通道。
图11-8 G蛋白偶联的受体的结构模型（引自Becker等）
G蛋白偶联受体家族是目前最大的细胞表面受体家族，脊椎动物中已发现1000多种G 蛋白偶联受体。通过此类受体介导产生反应的信号分子包括激素、神经递质、局部介导因子等。同一配体能激活这个家族中的不同成员，产生不同的反应。例如，至少有9种G蛋白偶联受体能被肾上腺素激活，有5种以上能被乙酰胆碱激活，有15种能被血清素激活。尽管这些受体被不同的信号分子激活，并且可能介导不同的细胞反应，但是它们经历的信号途径都是相似的。
11．2．1．2 G蛋白
G蛋白(GTP binding protein) ，泛指与GTP结合的蛋白质。在细胞信号传递中起重要作用的G蛋白有两类：一类是与膜受体偶合的由多条肽链组成的异三聚体G蛋白；另一类是存在于细胞不同部位、由一条多肽链组成，分子质量较小的小G蛋白。
异三聚体GTP结合蛋白（heterotrimeric G-protein，以下简称G蛋白）属于一个庞大的三体蛋白家族，由α、β、γ（注：文中使用的此类非英文字母在非特别注明的情况下，均为希腊字母）三个不同亚基组成，不同种类的G蛋白由相应的基因编码。在各种G蛋白亚基中α亚基差别最大，所以将它作为G蛋白的分类依据；β、γ亚基总是结合在一起，作为一个功能单位亚基，只有当蛋白变性时它们才分开。
α亚基由2个结构域组成，一个是GTPase结构域，含GTP/GDP结合位点，还有弱的GTP水解酶活性；另一个是α螺旋结构域。两个结构域间由两条伸展的5~6个氨基酸组成的链连接。通常情况下，绝大多数G蛋白是处于与GDP结合的钝化态。当激素配体与受体结合后，会导致受体催化结构域与G蛋白结合，从而排斥GDP，结合GTP而活化（图11-9）。结合GTP的α亚基发生构象的改变，进而与βγ亚基解离，解离的α-GTP复合物和βγ亚基二聚体分别执行不同的功能。
G蛋白完成信号转导功能后，它的α亚基即执行GTP水解酶活性，使结合的GTP水解成GDP并释放出无机磷(Pi)，结合GDP的α亚基与βγ亚基复合体重新组成无活性的G蛋
白，准备下一次信号传递。
图11-9 G 蛋白的活化过程
还应指出，G 蛋白是一种膜结合蛋白，目前认为G 蛋白所以能够插入细胞质膜内，与α亚基的豆蔻酰化和γ亚基的异戊酰化有关。
随着现代生物学的发展，特别是分子克隆技术的应用，现在已被分离鉴定并克隆的G 蛋白α亚基20多种，β亚基6种，γ亚基12种。从理论上说，这三种亚基的随机组合超过1000种，常见的几种G 蛋白列入下表（表11-2）。每个G 蛋白都可能与不同的受体及功能蛋白结合，这样就形成了错综复杂的信息传递与调控的网络。几种特殊的G 蛋白（如Gs 、Gi 、Gq ）的作用机制在cAMP 信号通路和磷脂酰肌醇信号通路中有详述。
表11-2 哺乳动物体内常见的几种G 蛋白及其特性
除了异源三聚体G 蛋白外，胞内还存在一种单链GTP 结合蛋白，由于分子量仅为20～30kDa ，因而称之为小G 蛋白。目前已发现的小G 蛋白达60多种，哺乳动物中的小G 蛋白包括Ras 、Rho 、Rab(酵母中的YPT)、Arf 等几个家族。
小G 蛋白与异三聚体G 蛋白有相同点也有不同点。相同点：①具有两种鸟苷酸的结合形式；②具有内源GTP 酶的活性，由它完成GTP 、GDP 的转换，完成一次信号传递过程。G α亚类
效应 相关效应蛋白 第二信使 Gs
Gs
Gs
Gi
Gi
Gi
Gq
Go
Go
Gt ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↓ ↑ 腺苷酸环化酶 Ca 2+通道 Na +通道 腺苷酸环化酶 K +通道 Ca 2+通道 磷脂酶C 磷脂酶C Ca 2+通道 磷酸二酯酶 cAMP Ca 2+ 膜电位改变 cAMP 膜电位改变 Ca 2+ IP 3、DAG IP 3、DAG Ca 2+
cGMP
不同点：①异三聚体G 蛋白存在于质膜上，它被各种膜上受体激活并主要调节质膜上的多种下游效应器，而小G 蛋白作为质膜内侧蛋白，主要受质膜上的酪氨酸蛋白激酶受体调节；②小G 蛋白信号转导还需两种蛋白中介，即接头蛋白和鸟苷酸释放因子，具体的作用机制在酪氨酸激酶受体中详述。
由异三聚体G 蛋白偶联受体所介异的细胞信号通路中，目前研究比较透彻的两个通路：cAMP 信号通路；磷脂酰肌醇信号通路。
11．2．1．3 cAMP 信号通路
细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP 的水平变化而引起细胞反应的信号通路。参与这一信号通路的基本成分由前到后依次为：①配体；②与配体相应的G 蛋白偶联受体；③连接受体与腺苷酸环化酶的异源三聚体G 蛋白；④腺苷酸环化酶；⑤PKA 。
⑴配体。包括多种蛋白或肽类激素、局部介质、神经递质和氨基酸或脂肪酸的衍生物以及光量子。
⑵G 蛋白偶联受体。根据受体接受信号后是激活相关酶的活性，还是抑制相关酶的活性，可将它们分为两种类型（图11-10）：刺激型受体（stimulatory receptor,Rs ），接受刺激型信号后通过Gs 来刺激腺苷酸环化化酶的活性。属于此种类型的受体包括：肾上腺素（β型）受体、胰高血糖素受体、促黄体生长激素受体、促甲状腺素受体等多种受体。作用于激活型受体的信号分子有肾上腺素、胰高血糖素以及ACTH 等。抑制型受体(inhibitory receptor,Ri)，与抑制型G 蛋白（Gi ）相互作用的受体，通过Gi 抑制腺苷酸环化酶的活性，降低细胞质中cAMP 的水平。属于抑制型受体的有：肾上腺素（α2型）受体、乙酰胆碱（M 型）受体和生长激素释放的抑制因子受体等。
图11-10 激素通过刺激型或抑制型G 蛋白激活或
抑制腺苷酸环化酶图解（引自H.Lodish,等）
目前生物体内已鉴定的Rs 、Ri 都有几十种之多。需要指出的是，在一个特定的细胞中，可以有任何数目的不同类型的Rs 和Ri 。例如，大鼠脂肪细胞中至少有5种Rs 受体和2种Ri 受体。
⑶G 蛋白。根据G
蛋白从受体接受信号后，对相关酶（如腺苷酸环化酶）是产生抑制
效应还是激活效应，可将它们分为刺激型G蛋白（stimulatory G protein, Gs）和抑制型G蛋白(inhibitory G protein, Gi)。Gs激活腺苷酸环化酶，起着提高cAMP浓度的作用。Gi则抑制腺苷酸环化酶活性，降低cAMP含量。现在已经纯化出Gs和Gi，二者的结构和功能很相似。相对分子质量均为80×103～100×103，都是由α、β、γ三个亚基组成的三聚体，二者的β亚基非常相似，相对分子质量36×103。二者的γ亚基很相似，相对分子质量5.0×103～8.0×103。二者的α亚基都有两个结合位点：一是结合GTP或其相似物的位点，具有GTP酶活性，能够水解GTP；另外一个是含有负价键的修饰位点，可被细胞毒素ADP核糖基化。二者的不同之处是Gs的亚基αs亚基能被霍乱毒素ADP核糖基化，而Gi的αi亚基能被百日咳毒素ADP核糖基化。Gs和Gi都能调节与其相应受体的亲和性以及作用于腺苷酸环化酶。
⑷腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC)。是cAMP信号通路的首要效应酶，在Mg2＋、Mn2＋的存在下，催化ATP脱去一个焦磷酯生成cAMP（图11-11）。AC为跨膜12次的糖蛋白（图11-12），相对分子质量为15×104。
图11-11 cAMP的合成与降解
图11-12 哺乳动物细胞腺苷酸环化酶图解
腺苷酸环化酶有两个6次跨膜的区段组成，在质膜胞内侧有两个相似的催化结构域
cAMP，即3′,5′-环腺苷酸，是最早确定的第二信使。许多胞外信号通过控制cAMP的水平来发挥作用。作为胞内第二信使，cAMP需对细胞外信号产生快速应答，例如，当刺激型激素存在时，cAMP水平在1s内增加5倍以上。与此同时，cAMP在细胞内的浓度应被严格控制（正常状态下≤10－6mol/L），也即细胞溶质中的cAMP分子随着其传递功能的完成，需要快速灭活。灭活一般是经环核苷酸磷酸二酯酶（PDE）快速降解生成5′-腺苷酸（5′-AMP），使细胞内cAMP水平下降。总之，cAMP浓度在细胞内迅速调节是细胞快速应答胞外信号改变的重要基础。作为一种普遍原则，在信号传递过程中，信号的放大作用和信号的终止作用同等重要，同时存在。
⑸PKA。又称为cAMP依赖的蛋白激酶（cyclic-AMP depentent protein kinase），它的主要功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，被蛋白激酶磷酸化了的蛋白质可以调节靶蛋白的活性。
相同信号分子既能增加又能降低cAMP在胞内的浓度，这依赖于信号结合的受体类型。例如，当肾上腺激素与β肾上腺素受体结合时，它将腺苷酸环化酶激活，而当它与α2肾上腺素受体结合时，它却能抑制这种酶的活性。这种差异是由于将受体与环化酶偶联的G蛋白种类不同，将β肾上腺素受体偶联起来的是Gs，而将α2肾上腺素受体偶联起来的是Gi。具体调节机制如下：
⑴Gs的调节模型
当激活型配体与Rs受体结合后，导致受体构象的改变，暴露出与Gs结合的位点，膜的流动性使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP 而活化，使得αs亚基与βγ亚基复合物相解离，αs亚基与腺苷酸环化酶结合，从而激活腺苷酸环化酶，使ATP转化为cAMP，由此胞内的cAMP浓度迅速上升。cAMP在细胞内产生效应的方式是它能够将cAMP依赖性蛋白激酶（protein kinase A ,PKA）激活（图11-13）。
图11-13 Gs的调节作用，Gs偶联受体激活腺苷酸环化酶的模型（引自B.Albert,等）
研究发现，所有动物细胞内都有蛋白激酶A的存在。PKA是目前蛋白激酶中理化性质和生理功能了解得最清楚的一种，因此常常把它作为研究蛋白激酶的模型。PKA全酶没有活性，是由4个亚基组成的复合物（图11-14），包括两个催化亚基（C）和两个用于结合cAMP 的调节亚基（R）；cAMP结合可改变亚基的构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放出的催化亚基产生活性，它们将特定的底物蛋白中的丝氨酸或苏氨酸磷酸化，从而改变这些蛋白的活性。
图11-13 cAMP特异性激活cAMP依赖的蛋白激酶A（引自B.Albert,等）PKA由4个亚基组成，2个催化亚基，2个调节亚基；cAMP与调节亚基结合后，改变亚基构象，使催化亚基得以释放，进而产生活性
cAMP介导的蛋白磷酸化，最初是在研究骨骼肌细胞糖原代谢时被证实的，糖原是葡萄糖主要的贮存形式，它在骨骼肌细胞中的合成和代谢是由肾上腺素调节的，例如，当动物受到惊吓或处于紧张状态时，它的肾上腺就会分泌肾上腺素，使身体的各种组织处于紧张状态。在肾上腺素产生作用的过程中，肾上腺素诱导肌细胞分解糖原，产生葡萄糖一磷酸，同时中断糖原合成，随后葡萄糖被氧化产生A TP，为维持肌肉的收缩提供能量，从而保证肌细胞的正常活动。肾上腺素在此过程中的作用机制（图11-15）：肾上腺素与肌细胞表面的受体结合，通过G蛋白介导，使胞质中cAMP水平提高，进而激活PKA，PKA又将两种酶磷酸化：第一种是磷酸酶激酶，这是最早被发现的蛋白激酶，磷酸酶激酶又将糖原磷酸酶磷酸化。被磷酸化的糖原磷酸酶能够将糖原磷酸化而分解成1-磷酸葡萄糖，最后生成葡萄糖进入血液循环；PKA磷酸化的第二种酶是糖原合成酶，它是由葡萄糖合成糖原时最后一步所需要的酶。将这种酶磷酸化可抑制它的活性，其结果是中断糖原的合成。通过这两种作用方式，cAMP 水平的提高既能刺激糖原的分解，又能抑制糖原的合成，这样为细胞提供了大量的葡萄糖。
图11-14 肝细胞对肾上腺素的应答及蛋白激酶A在糖原分解过程中的作用机制（引自
Karp）
信号转导过程中的信号放大在此可见一斑。每一分子的肾上腺素只激活一个分子的受体。然而，每一个受体激活100分子Gs。每分子Gs传递信号给腺苷酸环化酶，在较短时间内催化ATP产生大量的第二信使cAMP。每个cAMP可以激活一个胞内靶酶PKA，PKA可将大量的磷酸化酶磷酸化，从而引起信号的进一步放大。也即配体结合少量受体刺激胞内大的生物化学反应（图11-16）。
图11-16 肾上腺素在细胞内的级联放大
cAMP的效应随靶细胞的不同而变化，同样是肾上腺素，在骨骼肌细胞中能够扳动分解糖原的机制；而在脂肪组织中却是使与脂肪分解代谢有关的酶磷酸化，从而导致甘油三酯分解生成脂肪酸。
蛋白激酶A的活化，使下游靶蛋白磷酸化，进而影响细胞代谢和细胞行为是细胞快速应答胞外信号的过程。此外，还有一类细胞缓慢应答胞外信号的过程，这就是cAMP信号通路对细胞基因表达的影响。PKA被激活后，其催化亚基可进入细胞核中，磷酸化一种称为cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding proteins,CREB)的丝氨酸残基。磷酸化的CREB蛋白被激活，它作为基因转录的调节蛋白识别并结合到靶基因的cAMP应答元件(cAMP response element, CRE)，启动靶基因的转录（图11-17）。cAMP影响细胞基因表达的效应是一个缓慢过程，因为这一过程涉及细胞核机制，所以需要几分钟乃至几小时。这一信号通路控制多种细胞内的许多过程，从内分泌细胞的激素合成到脑细胞有关长期记忆所需蛋白质的产生。
图11-17 cAMP信号通路对基因转录的激活
配体与受体结合，通过G蛋白活化腺苷酸环化酶，导致细胞内cAMP浓度增高，激活PKA；被活化的PKA催化亚基C转位进入细胞核，使基因调控蛋白（cAMP应答元件结合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的CREB与靶基因调控序列(CRE)结合，启动靶基因转录
cAMP除了激活PKA外，还能调节生物体内的某些离子通道。鼻腔内的感觉神经元中许多气味受体都是G蛋白偶联受体。接受刺激后，胞内同样产生大量cAMP，但所产生的cAMP不是刺激PKA，而是打开质膜内的Na+离子通道，引起质膜去极化，刺激产生神经冲动。
配体→G蛋白偶联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→质膜内Na+→神经冲动
如果细胞对胞外信号分子的变化能迅速作出反应，那么信号分子一旦脱离受体后，腺苷酸环化酶的活性状态就应能迅速作出逆转。细胞确实有这种对变化作出反应的能力，实际上αs的活性形式是短暂的，当αs结合到腺苷酸环化酶后，它就会产生GTP酶活性，从而将结合在其上的GTP水解成GDP，αs变为失活态，随后再与βγ复合物结合，重新组成无活性的Gs蛋白。另外，游离状态的βγ亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能，下面的Gi调节模型中详述。
⑵Gi调节模型
Gi 对腺苷酸环化酶起到一种抑制作用，这种抑制作用可通过两个途径来实现：即当Gi 与GTP 结合，使自身的α亚基与βγ亚基复合物解离后，一是通过其具有抑制活性的α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；二是通过βγ亚基复合物与游离的αs 结合，阻止αs 激活腺苷酸环化酶。
前已述及，游离状态的βγ亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能。心肌细胞中乙酰胆碱受体为Gi 蛋白偶联受体。在乙酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能开启质膜上的K ＋通道，改变心肌细胞的膜电位（图11-18）。此外βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合GTP 的α亚基起协同或拮抗作用。
图11-18 G 蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的K +通道打开（引自B.Albert,等）
（a ）神经递质乙酰胆碱与心肌细胞的膜受体结合起来，使得G 蛋白的α亚基与βγ亚基分开；（b ）激活的βγ亚基复合物与K +通道结合并将其打开；（c ）α亚基中的GTP 水解，导致α亚基和βγ亚基重新结合，使K +通道关闭
这里所介绍的是cAMP 信号通路中两个研究比较透彻的途径，实际上，PKA 的底物范围要广得多，由此说明胞内信使cAMP 在生物体内担负着极其重要的作用。
11．2．1．4 磷脂酰肌醇信号通路(phosphatidylinositol signal pathway)
过去对于细胞膜的研究，大部分工作集中在对膜蛋白的研究上，而把膜脂常常只作为简单的结构成分，起一种被动的屏障作用。20世纪80年代中期，发现质膜肌醇磷脂代谢在细胞信号传递中的重要作用，证明了质膜上的这类磷脂成分绝不只是一种简单的结构成分。
通过G 蛋白偶联受体介导的另一条信号通路就是磷脂酰肌醇信号通路。这一信号通路的效应物是位于膜脂内侧的磷酯酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate ,PIP 2），是通过两种不同的蛋白激酶依次磷酸化磷脂酰肌醇（PI ）形成的。首先PI 激酶磷酸化PI 成为磷酸磷脂酰肌醇（PIP ），然后通过第二个激酶磷酸化PIP 成为PIP 2。除了这两个激酶之外，还存在相应的磷酸单脂酶，能除掉PIP 2上4位或5位的磷酸，使PIP
2
转回到PI 。所以质膜中的PI 、PIP 、PIP 2处于一个动态平衡状态。哺乳动物细胞质膜中PI 含量相对较高（总磷脂的5%～7%），在两种PI 激酶的作用下，为质膜提供了PIP 2的充足来源，保证了磷脂酰肌醇信号通路的正常运行。
在这一信号转导途径中，外界信号分子激活磷脂酰肌醇信号通路的相关受体，通过G 蛋白（Gq ）的偶联作用，激活质膜上的磷脂酶C-β(phospholipase C-β,PLC-β)，在PLC-β的催化作用下，PIP 2分解成为胞内的两种第二信使：三磷酸肌醇（inositol triphosphate,IP 3）和二酰基甘油（diaxylglycerol,DAG ）。IP 3动员细胞内钙库释放Ca 2+到细胞质中与钙调蛋白结合，随后参与一系列的反应；而DAG 在Ca 2+的协同下激活蛋白激酶C （PKC ），然后通过蛋白激酶C 引起级联反应，进行细胞应答（图11-19），因而称这一信号通路为“双信使系统（double messenger system ）”。
图11-19 磷脂腺肌醇信号通路图解（引自B.Albert ）
活化磷脂酶C(PLC)，PLC 使PIP 2水解生成IP 3和DAG 两种第二信使；IP 3与内质网膜上的IP 3敏感钙离子通道结合，引起Ca 2+从钙库中释放入细胞质（如果内质网中钙存量少，内质网还会传递信号至细胞膜上的钙离子通道，导致胞外钙离子进入胞内），通过钙调蛋白引起细胞反应；Ca 2+同DAG 共同激活PKC
IP 3启动Ca 2+的释放：IP 3是一种小的水溶性分子，它的主要信号功能是动员储存在有关细胞器内的Ca 2+释放到细胞质中。Ca 2+在细胞的信号应答中具在重要的调节作用，而这种调节作用是通过改变胞质溶胶中Ca 2+的浓度实现的。在静息状态的细胞中Ca 2+浓度低于10-7mol/L （如果长时间维持细胞质基质中高浓度的Ca 2+，会使细胞中毒），但在细胞外和某些膜结合细胞器（内质网）中Ca 2+浓度比胞质溶胶中要高10000倍，也就是说细胞质内的低Ca 2+水平主要通过胞外或胞内的这类特殊机制的存在而受到了严格的控制。
当胞质溶胶需要Ca 2+时，可以通过两条途径提高其浓度：①储存于细胞器（内质网或线粒体）内的Ca 2+的释放；②胞外Ca 2+的流入。这种提高主要是通过各种刺激作用打开细胞质膜或内质网膜中的Ca 2+通道。在内质网膜上有两种主要类型的Ca 2+通道，其中一种是IP 3受体，另一种是Ryanodine 受体（图11-20）。IP 3受体是一种分子质量为260kDa
的糖蛋
细胞信号转导
细胞信号转导 李婧 2015212351 一、名词解释 内分泌 接触依赖性通讯 受体 G蛋白 第二信使 二、单项选择题 1、下列不属于信号分子的是 A.K+ B.cAMP C. cGMP D.Ca2+ 2、下列那个不是信号转导系统的主要特性 A.特异性 B.放大效应 C.整合作用 D.传递作用 3、（）是细胞表面受体中最大的多样性家族 A.G蛋白偶联受体 B.RTK C.Notch D.细胞因子 4、G蛋白偶联受体中（）是分子开关蛋白 A.G α B.Gβ C.GΘ D.Gγ 5、G蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发（）的关闭 A.cAMP–PKA信号通路 B.Notch信号通路 C.JAK-STAT信号通路 D. cGMP门控阳离子通道 6、（）信号对细胞内糖原代谢起关键调控作用 -Ca2+ B.DAG-PKC C. cAMP–PKA D.RTK-Ras A.IP 3 7、（）的主要功能是引发贮存在内质网中的Ca2+转移到细胞质基质中，使 胞质中游离Ca2+浓度提高 B.PIP2 C.DAG D.PKC A. IP 3 8、（）主要功能是控制细胞生长、分化，而不是调控细胞中间代谢 A.RTK B. PKC C.PKB D.Wnt 9、Hedgehog信号通路控制 A.糖原代谢 B.细胞凋亡 C.细胞分化 D.氨基酸代谢 10、细胞通过配体依赖性的受体介导的（）减少细胞表面可利用受体数目。 A. 抑制性蛋白产生 B.内吞作用 C.敏感性下调 D.消化降解 三、多项选择题 1、细胞分泌化学信号可长距离或短距离发挥作用，其作用方式分为 A.内分泌 B.旁分泌 C.通过化学突出传递神经信号 D.外分泌 2、下列（）是糖脂 A.霍乱毒素受体 B.百日咳的毒素受体 C.甲状腺受体 D.胰岛素受体 3、下面关于受体酪氨酸激酶的说法正确的是 A.是一种生长因子类受体 B.受体蛋白只有一次跨膜 C.与配体结合后两个受体相互靠近，相互激活 D.具有SH2结构域
(完整版)细胞信号转导研究方法
细胞信号转导途径研究方法 一、蛋白质表达水平和细胞内定位研究 1、信号蛋白分子表达水平及分子量检测: Western blot analysis. 蛋白质印迹法是将蛋白质混合样品经SDS-PAGE后,分离为不同条带，其中含有能与特异性抗体(或McAb)相应的待检测的蛋白质(抗原蛋白)，将PAGE胶上的蛋白条带转移到NC膜上此过程称为blotting，以利于随后的检测能够的进行，随后,将NC膜与抗血清一起孵育，使第一抗体与待检的抗原决定簇结合(特异大蛋白条带)，再与酶标的第二抗体反应,即检测样品的待测抗原并可对其定量。 基本流程： 检测示意图：
2、免疫荧光技术 Immunofluorescence （IF） 免疫荧光技术是根据抗原抗体反应的原理，先将已知的抗原或抗体标记上荧光素制成荧光标记物，再用这种荧光抗体（或抗原）作为分子探针检查细胞或组织内的相应抗原（或抗体）。在细胞或组织中形成的抗原抗体复合物上含有荧光素，利用荧光显微镜观察标本，荧光素受激发光的照射而发出明亮的荧光（黄绿色或桔红色），可以看见荧光所在的细胞或组织，从而确定抗原或抗体的性质、定位，以及利用定量技术测定含量。 采用流式细胞免疫荧光技术（FCM）可从单细胞水平检测不同细胞亚群中的蛋白质分子，用两种不同的荧光素分别标记抗不同蛋白质分子的抗体，可在同一细胞内同时检测两种不同的分子（Double IF），也可用多参数流式细胞术对胞内多种分子进行检测。 二、蛋白质与蛋白质相互作用的研究技术 1、免疫共沉淀（Co- Immunoprecipitation, Co-IP）
Co-IP是利用抗原蛋白质和抗体的特异性结合以及细菌蛋白质的“protein A”能特异性地结合到免疫球蛋白的FC片段的现象而开发出来的方法。目前多用精制的protein A预先结合固化在agarose的beads 上，使之与含有抗原的溶液及抗体反应后，beads上的prorein A就能吸附抗原抗体达到沉淀抗原的目的。 当细胞在非变性条件下被裂解时，完整细胞内存在的许多蛋白质－蛋白质间的相互作用被保留了下来。如果用蛋白质X的抗体免疫沉淀X，那么与X在体内结合的蛋白质Y也能沉淀下来。进一步进行Western Blot 和质谱分析。这种方法常用于测定两种目标蛋白质是否在体内结合，也可用于确定一种特定蛋白质的新的作用搭档。缺点：可能检测不到低亲和力和瞬间的蛋白质－蛋白质相互作用。 2、GST pull-down assay GST pull-down assay是将谷胱甘肽巯基转移酶（GST）融合蛋白（标记蛋白或者饵蛋白，GST, His6, Flag, biotin …）作为探针，与溶液中的特异性搭档蛋白(test protein或者prey被扑获蛋白)结合，然后根据谷胱甘肽琼脂糖球珠能够沉淀GST融合蛋白的能力来确定相互作用的蛋白。一般在发现抗体干扰蛋白质－蛋白质之间的相互作用时，可以启用GST沉降技术。该方法只是用于确定体外的相互作用。
第15章--细胞信号转导习题
第十五章细胞信号转导 复习测试 （一）名词解释 1. 受体 2. 激素 3. 信号分子 4. G蛋白 5. 细胞因子 6. 自分泌信号传递 7. 蛋白激酶 8. 钙调蛋白 9. G蛋白偶联型受体 10. 向上调节 11. 细胞信号转导途径 12. 第二信使 （二）选择题 A型题： 1. 关于激素描述错误的是： A. 由内分泌腺/细胞合成并分泌 B. 经血液循环转运 C. 与相应的受体共价结合 D. 作用的强弱与其浓度相关 E. 可在靶细胞膜表面或细胞内发挥作用 2. 下列哪种激素属于多肽及蛋白质类： A. 糖皮质激素 B. 胰岛素 C. 肾上腺素 D. 前列腺素 E. 甲状腺激素 3. 生长因子的特点不包括： A. 是一类信号分子 B. 由特殊分化的内分泌腺所分泌 C. 作用于特定的靶细胞 D. 主要以旁分泌和自分泌方式发挥作用 E. 其化学本质为蛋白质或多肽 4. 根据经典的定义，细胞因子与激素的主要区别是： A. 是一类信号分子 B. 作用于特定的靶细胞 C. 由普通细胞合成并分泌 D. 可调节靶细胞的生长、分化 E. 以内分泌、旁分泌和自分泌方式发挥作用 5. 神经递质、激素、生长因子和细胞因子可通过下列哪一条共同途径传递信号：
A. 形成动作电位 B. 使离子通道开放 C. 与受体结合 D. 通过胞饮进入细胞 E. 自由进出细胞 6. 受体的化学本质是： A. 多糖 B. 长链不饱和脂肪酸 C. 生物碱 D. 蛋白质 E. 类固醇 7. 受体的特异性取决于： A. 活性中心的构象 B. 配体结合域的构象 C. 细胞膜的流动性 D. 信号转导功能域的构象 E. G蛋白的构象 8. 关于受体的作用特点，下列哪项是错误的： A. 特异性较高 B. 是可逆的 C. 其解离常数越大，产生的生物效应越大 D. 是可饱和的 E. 结合后受体可发生变构 9. 下列哪项与受体的性质不符： A. 各类激素有其特异性的受体 B. 各类生长因子有其特异性的受体 C. 神经递质有其特异性的受体 D. 受体的本质是蛋白质 E. 受体只存在于细胞膜上 10. 下列哪种受体是催化型受体： A. 胰岛素受体 B. 甲状腺激素受体 C. 糖皮质激素受体 受体 D. 肾上腺素能受体 E. 活性维生素D 3 11. 酪氨酸蛋白激酶的作用是： A. 使蛋白质结合上酪氨酸 B. 使含有酪氨酸的蛋白质激活 C. 使蛋白质中的酪氨酸激活 D. 使效应蛋白中的酪氨酸残基磷酸化 E. 使蛋白质中的酪氨酸分解 12. 下列哪种激素的受体属于胞内转录因子型： A. 肾上腺素 B. 甲状腺激素 C. 胰岛素 D. 促甲状腺素 E. 胰高血糖素
细胞信号转导练习题集
细胞信号转导练习题 选择题：正确答案可能不止一个 1. NO直接作用于(B) A.腺苷酸环化酶 B.鸟苷酸环化酶 C.钙离子门控通道D．PKC 2.以下哪一类细胞可释放NO( B) A.心肌细胞 B.血管内皮细胞 C.血管平滑肌细胞 3.硝酸甘油作为治疗心绞痛的药物是因为它( C) A.具有镇痛作用 B.抗乙酰胆碱 C.能在体内转换为NO 4.胞内受体(A B) A.是一类基因调控蛋白 B.可结合到转录增强子上 C.是一类蛋白激酶 D.是一类第二信使 5.受体酪氨酸激酶RPTK( A B C D) A.为单次跨膜蛋白 B.接受配体后发生二聚化 C.能自磷酸化胞内段 D.可激活Ras 6. Sos属于(B) A.接头蛋白（adaptor protein） B.Ras的鸟苷酸交换因子（GEF） C.Ras的GTP酶活化蛋白（GAP）D：胞内受体 7.以下哪些不属于G蛋白(C)
A.Ras B.微管蛋白β亚基 C.视蛋白 D. Rho 8. PKC以非活性形式分布于细胞溶质中，当细胞之中的哪一种离子浓度升高时，PKC转位到质膜内表面(B) A.镁离子 B.钙离子 C.钾离子 D.钠离子 9.Ca2+载体——离子霉素（ionomycin）能够模拟哪一种第二信使的作用(A) A.IP3 B.IP2 C.DAG D.cAMP 10.在磷脂酰肌醇信号通路中，质膜上的磷脂酶C（PLC-β）水解4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2），产生哪两个两个第二信使(A B) A.1，4，5-三磷酸肌醇（IP3） B.DAG C.4，5-二磷酸肌醇（IP2） 11.在磷脂酰肌醇信号通路中，G蛋白的直接效应酶是(B) A.腺苷酸环化酶 B.磷脂酶C-β C.蛋白激酶C D. 鸟苷酸环化酶 12.蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）由两个催化亚基和两个调节亚基组成，cAMP能够与酶的哪一部分结合？(B) A.催化亚基 B.调节亚基 13.在cAMP信号途径中，环腺苷酸磷酸二酯酶（PDE）的作用是 (C) A.催化ATP生成cAMP B.催化ADP生成cAMP C.降解cAMP生成5’-AMP 14.在cAMP信号途径中，G蛋白的直接效应酶是(B)
第九章 细胞信号转导知识点总结
第九章细胞信号转导 细胞通讯：一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过信号转导产生靶细胞内一系列的生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应。 信号传导：是指信号分子从合成的细胞中释放出来，然后进行传递。信号传导强调信号的产生、分泌与传送。 信号转导：是指信号的识别、转移与转换，包括配体与受体的结合、第二信使的产生及其后的级联反应等。信号转导强调信号的接收与接收后信号转换的方式与结果。 受体：是一类能够结合细胞外特异性信号分子并启动细胞反应的蛋白质。 第二信使：细胞外信号分子不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，经信号转导，在细胞内产生非蛋白类小分子，这种细胞内信号分子称为第二信使。 分子开关：细胞信号传递级联中，具有关闭和开启信号传递功能的分子。 信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。 G蛋白偶联受体：指配体-受体复合物与靶细胞的作用是要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞行为的受体。 cAMP信号通路：细胞外信号与细胞相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP 水平的变化而引起细胞反应的信号通路。 （磷脂酰肌醇信号通路）双信使系统：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活膜上的磷脂激酶C，使质膜上的PIP2分解成IP3和DAG两个第二信使，将胞外信号转导为胞内信号，两个第二信使分别激活两种不同的信号通路，即IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，实现对胞外信号的应答，因此将这种信号通路称为“双信使系统”。 钙调蛋白：真核细胞中普遍存在的Ca2+应答蛋白。 Ras蛋白：Ras基因的产物，分布于质膜胞质侧，结合GTP时为活化状态，结合GDP时失活状态，因此Ras蛋白属于GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，具有分子开关的作用。
(完整版)第十一章细胞的信号转导习题集及参考答案
第十一章细胞的信号转导 一、名词解释 1、细胞通讯 2、受体 3、第一信使 4、第二信使 5、G 蛋白 6、蛋白激酶A 二、填空题 1、细胞膜表面受体主要有三类即、、和。 2、在细胞的信号转导中，第二信使主要有、、、和。 3、硝酸甘油之所以能治疗心绞痛是因为它在体内能转化为，引起血管，从而减轻的负荷和的需氧量。 三、选择题 1、能与胞外信号特异识别和结合，介导胞内信使生成，引起细胞产生效应的是( )。 A、载体蛋白 B、通道蛋白 C、受体 D、配体 2、下列不属于第二信使的是（）。 A、cAMP B、cGMP C、DG D、CO 3、下列关于信号分子的描述中，不正确的一项是（）。 A、本身不参与催化反应 B、本身不具有酶的活性 C、能够传递信息 D、可作为酶作用的底物 4、生长因子是细胞内的（）。 A、结构物质 B、能源物质 C、信息分子 D、酶 5、肾上腺素可诱导一些酶将储藏在肝细胞和肌细胞中的糖原水解，第一个被激活的酶是（）。 A、蛋白激酶A B、糖原合成酶 C、糖原磷酸化酶 D、腺苷酸环化酶 6、（）不是细胞表面受体。 A、离子通道 B、酶连受体 C、G蛋白偶联受体 D、核受体 7、动物细胞中cAMP的主要生物学功能是活化（）。 A、蛋白激酶C B、蛋白激酶A C、蛋白激酶K D、Ca2+激酶 8、在G蛋白中，α亚基的活性状态是（）。 A、与GTP结合，与βγ分离 B、与GTP结合，与βγ聚合 C、与GDP结合，与βγ分离 D、与GDP结合，与βγ聚合
9、下面关于受体酪氨酸激酶的说法哪一个是错误的 A、是一种生长因子类受体 B、受体蛋白只有一次跨膜 C、与配体结合后两个受体相互靠近，相互激活 D、具有SH2结构域 10、在与配体结合后直接行使酶功能的受体是 A、生长因子受体 B、配体闸门离子通道 C、G蛋白偶联受体 D、细胞核受体 11、硝酸甘油治疗心脏病的原理在于 A、激活腺苷酸环化酶，生成cAMP B、激活细胞膜上的GC，生成cGMP C、分解生成NO，生成cGMP D、激活PLC，生成DAG 12、霍乱杆菌引起急性腹泻是由于 A、G蛋白持续激活 B、G蛋白不能被激活 C、受体封闭 D、蛋白激酶PKC功能异常 13下面由cAMP激活的酶是 A、PTK B、PKA C、PKC D、PKG 14下列物质是第二信使的是 A、G蛋白 B、NO C、GTP D、PKC 15下面关于钙调蛋白（CaM）的说法错误的是 A、是Ca2+信号系统中起重要作用 B、必须与Ca2+结合才能发挥作用 C、能使蛋白磷酸化 D、CaM激酶是它的靶酶之一16间接激活或抑制细胞膜表面结合的酶或离子通道的受体是 A、生长因子受体 B、配体闸门离子通道 C、G蛋白偶联受体 D、细胞核受体 17重症肌无力是由于 A、G蛋白功能下降
细胞受体及重要的细胞信号转导途径
细胞受体类型、特点 及重要的细胞信号转导途径 学院：动物科学技术学院 专业：动物遗传育种与繁殖 姓名：李波
学号：2015050509
目录 1、细胞受体类型及特点 (4) 1.1离子通道型受体 (4) 1.2 G蛋白耦联型受体 (4) 1.3 酶耦联型受体 (5) 2、重要的细胞信号转导途径 (5) 2.1细胞内受体介导的信号传递 (5) 2.2 G蛋白偶联受体介导的信号转导 (6) 2.2.1激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路 (7) 2.2.2激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体 (7) 2.2.3 激活磷脂酶C、以lP3和DAG作为双信使 G蛋白偶联受体介导的信号通 路 (8) 2.2 酶联受体介导的信号转导 (9) 2.2.1 受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 (10) 2.2.2 P13K-PKB(Akt)信号通路 (10) 2.2.3 TGF-p—Smad信号通 (11) 2.2.4 JAK—STAT信号通路 (12)
1、细胞受体类型及特点 受体(receptor)是一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分子物质，多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体与配体问的作用具有3个主要特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。 根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体(intracellular receptor)和细胞表面受体(cell surface receptor)。细胞内受体介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内的甾体类激素受体。细胞表面受体介导亲水性信号分子的信息传递，膜表面受体主要有三类：①离子通道型受体(ion—channel—linked receptor)；②G蛋白耦联型受体(G—protein —linked receptor)；③酶耦联的受体(enzyme—linked recep—tor)。第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大多数细胞，在信号转导的早期表现为激酶级联事件，即为一系列蛋白质的逐级磷酸化，借此使信号逐级传送和放大。 1.1离子通道型受体 离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道(1igand—gated channel)，主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体以三种构象存在，两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道。 1.2 G蛋白耦联型受体 三聚体GTP结合调节蛋白(trimeric GTP—binding regulatory protein)简称G蛋白，位于质膜胞质侧，由a、p、-／三个亚基组成，a和7亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上，G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，当a亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态，“亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP 水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被RGS(regulator of G protein signaling)增强。RGS也属于GAP(GTPase activating protein)。 G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白(图10—6)，受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在细胞内
第八章 细胞信号转导
第八章细胞信号转导 名词解释 1、蛋白激酶protein kinase 将磷酸基团转移到其他蛋白质上的酶，通常对其他蛋白质的活性具有调节作用。 2、蛋白激酶C protein kinase C 一类多功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，可磷酸化多种不同的蛋白质底物。 3、第二信使second messenger 第一信使分子（激素或其他配体）与细胞表面受体结合后，在细胞内产生或释放到细胞内的小分子物质，如cAMP，IP3，钙离子等，有助于信号向胞内进行传递。 4、分子开关molecular switch 细胞信号转导过程中，通过结合GTP与水解GTP，或者通过蛋白质磷酸化与去磷酸化而开启或关闭蛋白质的活性。 5、磷脂酶C phospholipid C 催化PIP2分解产生1,4,5-肌醇三磷酸（IP3）和二酰甘油(DAG)两个第二信使分子。 6、门控通道gated channel 一种离子通道，通过构象改变使溶液中的离子通过或阻止通过。依据引发构象改变的机制的不同，门控通道包括电位门通道和配体门通道两类。 7、神经递质neurotransmitter 突触前端释放的一种化学物质，与突触后靶细胞结合，并改变靶细胞的膜电位。 8、神经生长因子nerves growth factor，NGF 神经元存活所必需的细胞因子 9、受体receptor 任何能与特定信号分子结合的膜蛋白分子，通常导致细胞摄取反应或细胞信号转导。10、受体介导的胞吞作用receptor mediated endocytosis 通过网格蛋白有被小泡从胞外基质摄取特定大分子的途径。被转运的大分子物质与细胞表面互补性的受体结合，形成受体-配体复合物并引发细胞质膜局部内化作用，然后小窝脱离质膜形成有被小泡而将物质吞入细胞内。 11、受体酪氨酸激酶receptor tyrosine kinase，RTK 能将自身或胞质中底物上的酪氨酸残基磷酸化的细胞表面受体。主要参与细胞生长和分化的调控。 12、调节型分泌regulated secretion 细胞中已合成的分泌物质先储存在细胞质周边的分泌泡中，在受到适宜的信号刺激后，才与质膜融合将内容物分泌到细胞表面。 13、细胞通讯cell communication 信号细胞发出的信息传递到靶细胞并与受体相互作用，引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。 14、细胞信号传递cell signaling 通过信号分子与受体的相互作用，将外界信号经细胞质膜传递到细胞内部，通常传递至细胞核，并引发特异性生物学效应的过程。 15、信号转导signal transduction 细胞将外部信号转变为自身应答反应的过程。 16、组成型分泌constitutivesecretion
细胞信号转导练习进步题四套题
细胞信号转导 第一套 一、选择题（共10题，每题1分） 1、Ca2+在细胞信号通路中是（） A. 胞外信号分子 C. 第二信使 B. 第一信使 D. 第三信使 2、动员细胞内源性Ca2+释放的第二信使分子是（）。 A. cAMP C. IP3 B. DAG D. cGMP 3、细胞通讯是通过（）进行的。 A. 分泌化学信号分子 C. 间隙连接或胞间连丝 B. 与质膜相结合的信号分子 D. 三种都包括在内 4、Ras蛋白由活化态转变为失活态需要( )的帮助。 A. GTP酶活化蛋白（GAP） C. 生长因子受体结合蛋白2（GRB2） B. 鸟苷酸交换因子（GEF） D. 磷脂酶C-γ(PLCγ) 5、PKC在没有被激活时，游离于细胞质中，一旦被激活就成为膜结合蛋白，这种变化依赖于（）。 A. 磷脂和Ca2+ C. DAG和 Ca2+ B. IP3和 Ca2+ D. DAG和磷脂 6、鸟苷酸交换因子（GEF）的作用是（）。 A. 抑制Ras蛋白 C. 抑制G蛋白 B. 激活Ras蛋白 D. 激活G蛋白 7、cAMP依赖的蛋白激酶是（）。 A. 蛋白激酶G（PKG） C. 蛋白激酶C（PKC） B. 蛋白激酶A（PKA） D. MAPK 8、NO信号分子进行的信号转导通路中的第二信使分子是（）。 A. cAMP C. IP3 B. DAG D. cGMP 9、在下列蛋白激酶中，受第二信使DAG激活的是（）。 A. PKA C. MAPK B. PKC D. 受体酪氨酸激酶 10、在RTK－Ras蛋白信号通路中，磷酸化的（）残基可被细胞内的含有SH2结构域的信号蛋 白所识别并与之结合。 A. Tyr C. Ser B. Thr D. Pro 二、判断题（共10题，每题1分） 11、生成NO的细胞是血管平滑肌细胞。（） 12、上皮生长因子（EGF）受体分子具酪氨酸激酶活性位点。（）
细胞信号转导
细胞信号转导 细胞通讯：一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过信号转导产生靶细胞内一系列的生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应。 信号传导：是指信号分子从合成的细胞中释放出来，然后进行传递。信号传导强调信号的产生、分泌与传送。 信号转导：是指信号的识别、转移与转换，包括配体与受体的结合、第二信使的产生及其后的级联反应等。信号转导强调信号的接收与接收后信号转换的方式与结果。 受体：是一类能够结合细胞外特异性信号分子并启动细胞反应的蛋白质。 第二信使：细胞外信号分子不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，经信号转导，在细胞内产生非蛋白类小分子，这种细胞内信号分子称为第二信使。 分子开关：细胞信号传递级联中，具有关闭和开启信号传递功能的分子。 信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。 G蛋白偶联受体：指配体-受体复合物与靶细胞的作用是要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞行为的受体。 cAMP信号通路：细胞外信号与细胞相应受体结合，导致细胞内第二信使cAMP水平的变化而引起细胞反应的信号通路。 （磷脂酰肌醇信号通路）双信使系统：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活膜 上的磷脂激酶C，使质膜上的PIP 2分解成IP 3 和DAG两个第二信使，将胞外信号转导为胞内信号， 两个第二信使分别激活两种不同的信号通路，即IP 3 -Ca2+和DAG-PKC途径，实现对胞外信号的应 答，因此将这种信号通路称为“双信使系统”。 钙调蛋白：真核细胞中普遍存在的Ca2+应答蛋白。 Ras蛋白：Ras基因的产物，分布于质膜胞质侧，结合GTP时为活化状态，结合GDP时失活状态，因此Ras蛋白属于GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，具有分子开关的作用。 受体酪氨酸激酶（RTK）：能将自身或者胞质中底物上的酪氨酸残基磷酸化的细胞表面受体，主要参与细胞生长和分化的调控。 细胞膜表面受体主要有三类，即离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶联受体。 信号分子也统称为配体，可分为疏水性信号分子、亲水性信号分子和气体性信号分子。 由G蛋白介导的信号通路主要包括 cAMP-PKA信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。 Ras蛋白在RTK介导的信号通路中起着关键作用，具有GTPase活性，当结合GTP时为活化状态，当结合GDP时为失活状态。（GTP酶活性） G蛋白由三个亚基组成，β和γ亚基以异二聚体的形式存在，G α 亚基本身具有GTPase活性，是 分子开关蛋白。当配体与受体结合，三聚体G蛋白解离，并发生GDP与GTP交换，游离的G α - GTP处于活化的开启状态，当G α-GTP水解形成G α -GDP时，则处于失活的关闭状态。 细胞转导系统的的主要特性：特异性、放大效应、网络化与反馈调节、整合作用。
细胞信号转导综述
细胞信号转导及与相关疾病的关系 姓名：赵亦天 摘要：多细胞生物体中的每一个细胞都在一定的条件下执行各自的功能，而这些功能大多具有某种关联，为了使细胞的各种功能活动能够有序的完成，则完善的细胞间的信号传导是必不可少的。 关键词：信号转导，受体 一．信号转导的概念： 细胞外的信号物质（激素，递质和细胞因子等）作用于细胞表面或细胞内受体，将细胞外信号分子所携带的信号转到细胞内的过程。信号分子作用于细胞时，不进入细胞，也不影响细胞内的过程，而是作用于细胞（核）膜的特殊蛋白分子（受体），将外界环境变化信息以新的信号形式（第二信使）传到细胞内，再引发一系列反应，调控细胞功能活动。 二．与信号转导作用有关物质的概念与性质 （1）配体：与受体发生特异性结合的活性物质。如：A.体外刺激信号(物理性：光、声、电、温度;化学性：空气、环境中的各种化学物质)B. 体内刺激信号(激素、神经递质、细胞因子、生长因子、气体分子（NO、CO、H2S）等) (2)受体：存在于细胞表面或亚细胞组分中的天然分子，具有特异性，饱和性，高亲和力等特征，在细胞内放大，传递信号，启动一系列生化反应，最终导致特定的细胞反应。 1）G蛋白藕联受体：G蛋白的结合部位在胞浆侧，与配体结合后激
活G蛋白，其本身不具备通道结构，也无酶活性，是通过与脂质双层中以及膜内侧存在的包括G蛋白等一系列信号蛋白分子之间级联式的复杂的相互作用来完成信号跨膜转导的（也称促代谢型受体）2）酶耦联受体：与G蛋白耦联受体完全不同的分子结构和特性，这一跨膜信号转导过程不需要G蛋白的参与，也没有第二信使的产生。酶耦联受体分子的胞质一侧自身具有酶的活性，或者可直接结合并激活胞质中的酶，并由此实现细胞外信号对细胞功能的调节。分为酪氨酸蛋白激酶受体，受体丝氨酸/苏氨酸激酶，受体酪氨酸磷酸酯酶，受体鸟甘酸环化酶，酪氨酸蛋白激酶结合型受体。酪氨酸蛋白激酶受体（RTK）是细胞表面一大类重要的受体家族。RTK即是受体又是酶，能够与配体结合，并把靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化，其对应的配体为可溶性的或膜结合的多肽和蛋白类激素，包括胰岛素和各种生长因子。RTK的主要功能是控制细胞生长、分化而不是调控细胞的中间代谢；酪氨酸蛋白激酶联系的受体本身不具有酶活性，但是可以结合非受体酪氨酸蛋白激酶。受体与配体结合以后通过与之联系的非受体酪氨酸蛋白激酶的活化，磷酸化各种靶细胞的酪氨酸残基，实现信号传导；鸟苷酸环化酶是一次性跨膜蛋白受体，胞外段是配体结合部分，胞内段为鸟苷酸环化酶催化结构域。受体的配体是心房肌肉细胞分泌的一组肽类激素，心房排钠肽和脑排钠肽。特点：受体本身就是鸟苷酸环化酶，其细胞外的部分有与信号分子结合的位点，细胞内的部分有一个鸟苷酸环化酶的催化结构域，可催化GTP生成cCMP。 3）离子通道型受体：是一种同时具有受体和离子通道功能的蛋白质
细胞生物学总结(复习重点)——8.细胞信号转导
4、细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。包括分泌化学信号（内、旁、自、化学突触）、细胞间接触、和相邻细胞间间隙连接。 5、细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 20、信号分子：生物体内的某些化学分子，如激素、神经递质、生长因子、气体分子等，在细胞间和细胞内传递信息，特称为信号分子。 21、信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套的特定机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。 22、受体：一种能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转导为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现 偶联型受体和酶偶联的受体。 23、第一信使：一般将胞外信号分子称为第一信使。 24、第二信使：细胞表面受体接受胞外信号后最早在胞内产生的信号分子。细胞内重要的第二信使有：cAMP、cGMP、DAG、IP3等。第二信使在细胞信号转导中起重要作用，能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性，也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。 10、IP3IP2IP4。DG通过两种途径终止 其信使作用：一是被 水解成单脂酰甘油。 13、分子开关：在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制精确调控，也即对每一步反应既要求有激活机制，又必然要求有相应的失活机制，使细胞内一系列信号传递的级联反应能在正、负反馈两个方面得到精确控制的蛋白质分子称为分子开关。 25、G—蛋白：由GTP控制活性的蛋白，当与GTP结合时具有活性，当与GDP结合时没有活性。既有单体形式（ras蛋白），也有三聚体形式（Gs活Gi抑）。在信号转导过程中起着分子开关的作用。 28、蛋白激酶A：称为依赖于cAMP的蛋白激酶A，是由四个亚基组成的复合物，其中两个是调节亚基，两个是催化亚基；PKA的功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上，使蛋白质被磷酸化，被磷酸化的蛋白质可以调节下游靶蛋白的活性。29、双信使系统：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联的受体结合后，激活质膜上的磷脂酶C（PLC），使质膜上的二磷酸磷脂酰肌醇分解成三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，将胞外信号转导为胞内信号，两个第二信使分别激动两个信号传递途径即IP3—Ca+和DG—PKC途径，实现对胞外信号的应答，因此将这一信号系统称为“双信使系统”。 12、目前已知的这类受体都 是跨膜蛋白，当胞外配体与受体结合即激活受体胞内段的酶活性。 个氨基酸残基组成，分布于质膜胞质侧，结合GTP 时为活化状态，结合GDP时失活状态，因此Ras蛋白属于GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，具有分子开关的作用。
细胞信号转导总结
第十五章 细胞信号转导 教材精要与重点解析 一、 信息物质的定义与分类 细胞间信息物质：凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质，又称为第一信使 细胞内信息分子：细胞内传递细胞调控信号的化学物质 第二信使：Ca ++ 、cAMP 、cGMP 、DAG 、IP 3、Cer 、花生四烯酸及其代谢产物等小分子化合物 第三信使：负责细胞核内外信息传递的物质，又称为DNA 结合蛋白 二、 受体的定义、分类、作用特点及调节 受体：细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的成分，能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应。本质是蛋白质，个别是糖脂 配体：能与受体呈特异性结合的生物活性分子，细胞间信息物质就是最常见的配体 膜受体 ? 环状受体：配体依赖性离子通道 ? G 蛋白偶联受体（GPCRs ）：又称七个跨膜螺旋受体 ? 信息转导：激素→受体→G 蛋白→酶（腺苷酸环化酶AC 或磷脂酶C ）→第二信使→ 蛋白激酶→ 酶或功能蛋白→生物学效应 ? G 蛋白：鸟苷酸结合蛋白，和GTP 或GDP 结合的位于细胞膜胞液面的外周蛋白，由三个亚基组成。 活化型为α亚基与GTP 结合并导致βγ二聚体脱落时 ? 单个跨膜α螺旋受体：三型 ? 酪氨酸蛋白激酶受体型
?非酪氨酸蛋白激酶受体型 ?转化生长因子β（TGFβ）受体 ?具有鸟苷酸环化酶（GC）活性的受体 ?膜受体：配体包括心钠素和鸟苷蛋白 ?可溶性受体：配体为NO和CO 胞内受体： ?多为反式作用因子 ?配体为类固醇激素、甲状腺素和维甲酸 ?四个结构区域：高度可变区、DNA结合区、铰链区、激素结合区 表15-3 膜受体与胞内受体的比较 受体作用的特点 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 受体活性的调节机制有： ①磷酸化与去磷酸化②膜磷脂代谢的影响③酶促水解作用④G蛋白调节 三、膜受体介导的信息转导 cAMP-蛋白激酶途径 ?激素调节物质代谢的主要途径 ?PKA是四聚体组成的别构酶，共有四个cAMP结合位点 ?配体为：胰高血糖素、肾上腺素和促肾上腺皮质激素 ?作用机制：受体＋配体→腺苷酸环化酶AC激活→cAMP浓度升高→激活PKA（蛋白激酶A）→使 许多蛋白质的特定的组氨酸残基或苏氨酸残基磷酸化，调节细胞内代谢 Ca++-依赖性蛋白激酶途径 ?以靶细胞内Ca++-浓度变化为特征，激活PKC（蛋白激酶C） ?PKC有12种同工酶 ?配体为：促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素和抗利尿激素 ?作用机制：受体＋配体→激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C（PI-PLC）→DAG＋IP3→激活PKC（蛋白 激酶C）→引起一系列靶蛋白的组氨酸残基或苏氨酸残基磷酸化，调节细胞内代谢 cGMP-蛋白激酶系统 ?配体是：心钠素（ANP）、NO、CO ?PKG是单体酶，分子中有一个cGMP结合位点 ?作用机制：受体＋配体→激活鸟苷酸环化酶→cGMP浓度升高→激活PKG（蛋白激酶G）→特定蛋 白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，产生生物学效应 酪氨酸蛋白激酶体系 ?没有第二信使的参与，但都涉及TPK（酪氨酸蛋白激酶）的激活 ?质膜上的受体型TPK，如胰岛素受体、表皮生长因子受体及某些原癌基因（erb-B、kit、fms等）编码的受体，属催化型受体。产生受体型TPK-Ras-MAPK途径
细胞信号转导
第十九章细胞信息转导得分子机制一、A型选择题 １.不作用于质膜受体得信息物质就是 A。乙酰胆碱D。甲状腺素 2.能激活PKG得就是 A。cAMP A.脂类质 4.下列哪种物质能使蛋白质得酪氨酸残基发生磷酸化A。PKＡB。PKＣ C.生长激素受体 D。类固醇激素受体 A。1个 A。1个 E.糖皮质激素受体 C.3个 C。３个Ｄ.4个 Ｄ.4个 E.5个 Ｅ。５个 Ｅ．失活 B。cGMＰ B．糖类Ｃ.Ｃa2+ D。DＡG Ｄ。多肽Ｅ。GTP E。蛋白 3.细胞膜受体得本质就是C。核酸 Ｂ.谷氨酸 Ｅ.神经酰胺C.表皮生长因子 5。PKA中得每个调节亚基可结合cAMP得分子数为Ｂ.２个 B。2个
6。PKＡ所含得亚基数为 7。蛋白激酶得作用就是使蛋白质或酶 A。磷酸化 B。脱磷酸化 C.水解 8。通过膜受体起调节作用得激素就是 Ａ．性激素 B．糖皮质激素Ｃ。甲状腺素 ９。下列关于GTP结合蛋白（G蛋白）得叙述,错误得就是 (2００7年全国硕士研究生入学考试西医综合科目试题） A.膜受体通过Ｇ蛋白与腺苷酸环化酶偶联 Ｂ.可催化ＧTP水解为GDP C。霍乱毒素可使其失活 D.有三种亚基α、β、γ D.激活 D。肾上腺素 E.活性维生素 E。G蛋白具有内源ＧＴＰ酶活性 １0.下列哪种酶激活后会直接引起cAＭP浓度降低 (200６年全国硕士研究生入学考试西医综合科目试题) A.蛋白激酶A B。蛋白激酶Ｃ Ｄ.磷脂酶C E．蛋白激酶Ｇ１1。ｃAMP能别构激活下列哪种酶(２005年全国硕士研究生入学考试西医综合科目试题) A.磷脂酶AＢ。蛋白激酶A D。蛋白激酶G E。酪氨酸蛋白激酶 １2。细胞膜内外正常Ｎａ+与K+浓度差得形成与维持就是由于 (200４年全国硕士研究生入学考试西医综合科目试题) A。膜安静时K+通透性大 Ｃ．Na+易化扩散得结果Ｃ。磷酸二酯酶 Ｃ.蛋白激酶C B.膜兴奋时Ｎa+通透性增加 D。膜上Ｎa＋泵得作用E.膜上Ca２+泵得作用
细胞信号转导
1基本概念 信号转导signal transduction——细胞内外的信号，通过细胞的转导系统转换，引起细胞生理反应的过程。 化学信号chemical signals——细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理反应的化学物质。 物理信号physical signal——细胞感受到刺激后产生的能够起传递信息作用的电信号和水力学信号等物理性因子。 G蛋白G protein——全称为GTP结合调节蛋白(GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由于其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)的结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。在受体接受胞间信号分子到产生胞内信号分子之间往往要进行信号转换，通常认为是通过G蛋白偶联起来，故G蛋白又称为偶联蛋白或信号转换蛋白。 第二信使second messenger——能被胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子。第二信使亦称细胞信号传导过程中的次级信号。在植物细胞中的第二信使系统主要是钙信号系统、肌醇磷脂信号系统和环核苷酸信号系统等。 动作电波action potential，AP——也叫动作电位，指细胞和组织中发生的相对于空间和时间的快速变化的一类生物电位，它是植物的一种物理信号，可通过输导组织传递。 钙调素calmodulin，CaM——是最重要的多功能Ca2+信号受体，为单链的小分子酸性蛋白。当外界信号刺激引起胞内Ca2＋浓度上升到一定阈值后，Ca2+与CaM结合，引起CaM构象改变。而活化的CaM又与靶酶结合，使其活化而引起生理反应。 磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI——亦称肌醇磷脂(lipositol)，即其肌醇分子六碳环上的羟基被不同数目的磷酸酯化，PI为磷脂酰肌醇；PIP为磷脂酰肌醇-4-磷酸；PIP2为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸。肌醇磷脂参与细胞胞内的信号转导。 肌醇-1，4，5-三磷酸inositol-1，4，5-triphosphate，IP3——植物细胞内信号分子，通过调节Ca2+浓度来传递信息。 二酰甘油diacylglycerol，DG——或DAG，植物细胞内信号分子，通过激活蛋白激酶C(PKC)来传递信息。 磷酸脂酶C phospholip C PLC——存在于质膜中催化水解PIP2生成肌醇-1，4，5-三磷酸(IP3)和二酰甘油(diacylglycerol，DG，DAG)两种信号分子。 蛋白激酶protein kinase，PK——此酶的催化作用是将A TP或GTP的磷酸基团转移到底物蛋白质的氨基酸的残基上，从而引起相应的生理反应，以完成信号转导过程。 蛋白磷酸酯酶protein phosphatase，PP——或称蛋白磷酸酶，催化底物蛋白质的氨基酸的残基上的脱磷酸化作用，从而引起相应的生理反应，以完成信号转导过程。 蛋白激酶Cprotein kinase C，PKC——DAG的受体，当质膜上的DAG与PKC分子相结合并使之激活，激活的PKC进一步使其他激酶磷酸化，导致细胞产生相应的反应。
细胞受体类型、特点及重要的细胞信号转导途径
请归纳总结细胞受体类型、特点及重要的细胞信 号转导途径 受体是一类能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，大多数受体是蛋白质且多为糖蛋白，少数是糖脂，有的则是以上两者则是以上两者组成的复合物。受体是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应。 在细胞通讯中，由信号传导细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细胞的应答，接收信息的分子称为受体，此时的信号分子被称为配体。在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质。 一丶受体类型 根据靶细胞上受体存在的部位，可以将受体分为细胞内受体和细胞表面受体。细胞内受体存在于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性信号分子。细胞表面受体主要识别和结合亲水性信号分子。根据受体存在的标准，受体可大致分为三类：1．细胞膜受体：位于靶细胞膜上，如胆碱受体、肾上腺素受体、多巴胺受体、阿片受体等。 2．胞浆受体：位于靶细胞的胞浆内，如肾上腺皮质激素受体、性激素受体。 3．胞核受体：位于靶细胞的细胞核内，如甲状腺素受体。
另外也可根据受体的蛋白结构、信息转导过程、效应性质、受体位置等特点将受体分为四类： 1．离子通道偶联受体：如N-型乙酰胆碱受体含钠离子通道。 2．G蛋白偶联受体：M-乙酰胆碱受体、肾上腺素受体等。 3．酶联受体：如胰岛素受体，甾体激素受体、甲状腺激素受体等。 有些受体具有亚型，各种受体都有特定的分布部位核特定的功能，有些细胞也有多种受体。 二丶受体特点 1．受体与配体结合的特异性 特异性现为在同一细胞或不同类型的细胞中，同一配体可能有两种或两种以上的不同受体；同一配体与不同类型受体结合会产生不同的细胞反应，例如肾上腺素作用于皮肤粘膜血管上的α受体使血管平滑肌收缩，作用于支气管平滑肌上的β受体则使其舒张。 2．配体与受体结合的饱和性 受体可以被配体饱和。特别是胞浆受体，数量较少,少量激素就可以达到饱和结合。如在对甾体激素敏感的细胞中胞浆受体的数目最高每个细胞含量为10万个，雌激素受体，每个细胞中含量只有 1000～50000个。故在一定浓度的激素作用下可以被饱和，而非特异性结合则不能被饱和。 3.功能上的有效性