第五章 物质的跨膜运输与信号转递

第二节 细胞通讯与信号传递第二节 细胞通讯与信号传递

多细胞生物有赖于细胞通讯与信号传递 , 以协调各种细胞的功能，维持一个繁忙而有序的细胞社会。 单细胞生物有时也需要细胞通讯与信号传递。

Fig. Budding yeast cells responding to mating factor. (A) The cells are normally spherical. (B) In response to mating factor secreted by neighboring yeast cells, they put out a protrusion toward the source of the factor in preparation for mating. (Courtesy of Michael Snyder.)

一、细胞通讯与细胞识别（一）细胞通讯 （ cell communication) ）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。

1 、细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯2 、细胞间接触性依赖的通讯3 、细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通，

通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联

三种方式：

Fig. 不同的细胞间通讯方式

autocrineautocrine

Gap junction

（二）细胞识别与信号通路细胞识别 cell recognition ：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，从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。

信号通路 signaling pathway ：细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，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，是细胞信号系统的主线，这种反应系列称为信号通路。

（三）细胞的信号分子与受体

1. 细胞的信号分子

亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素…亲水性信号分子：神经递质、生长因子、局部化

学递质、大多数激素…气体性信号分子：一氧化氮（ NO ）…

2. 受体 receptor一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大

分子，当与配体结合后，通过信号转导 (signal transduction)

作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。

两个功能区域：配体结合区、效应区两种类型：细胞内受体、细胞表面受体

3. 第二信使与分子开关

第一信使：细胞外信号分子。

第二信使 (Second massenger) ：第一信使与受体作用后在细胞内最早产生的信号分子。包括 cAMP 、 cGMP 、三磷酸肌醇 (IP3) 、二酰基甘油 (DG) 等。功能 : 启动和协助细胞内信号的逐级放大。

Fig. 细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白

蛋白激酶

蛋白磷酸酯酶

分子开关 (Molecular switches)

二、通过细胞内受体介导的信号传递

常见细胞内激素的结构

Fig. 细胞内受体蛋白超家族

细胞内受体的本质：激素激活的基因调控蛋白。

三部分组成：

中部的 DNA 或 Hsp90 结合位点：富含 Cys 、锌指结构

C- 端激素结合位点

N- 端转录激活结构域

Fig. NO 在导致血管平滑肌舒张中的作用

NO 信号分子的作用机制

血管神经末梢释放乙酰胆碱作用于血管内皮细胞，被激活的血管内皮细胞产生并释放 NO ，通过扩散进入临近平滑肌细胞，导致血管平滑肌舒张

三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

细胞表面受体分属三大家族：

离子通道偶联的受体 (ion-channel-linked receptor)G 蛋白偶联的受体 (G protein-linked receptor)酶偶联的受体（ enzyme-linked receptor)

三种类型的细胞表面受体

（一）离子通道偶联的受体

Fig. 在突触处通过递质门离子通道实现化学信号转换为电信号

突触前膜释放的神经递质结合并开启突触后细胞膜上的递质门离子通道，结果导致突触后细胞膜离子流改变，从而将化学信号转换成电信号。

Fig. G 蛋白偶联受体结构

图

（二） G 蛋白偶联的受体

G 蛋白偶联的受体是指配体 - 受体复合物与靶蛋白（酶或离子通道）的作用通过与 G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将包外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。

Fig. 细胞外信号结合所诱导的 G 蛋白的活化

Fig. Gs 的调节作用： Gs 偶联受体激活腺苷酸环化酶的模型

1.cAMP 信号通路

（ 1 ） Rs 和 Ri（ 2 ） Gs 和 Gi（ 3 ）腺苷酸环化酶

Fig. cAMP 的合成与降解

G 蛋白活化的腺苷酸环化酶

Fig. cAMP 特异地活化 cAMP 依赖的蛋白激酶

Fig. cAMP 信号通路对基因转录的激活

信号分子与受体结合通过 G蛋白活化腺苷酸环化酶，导致细胞内 cAMP浓度增高激活蛋白激酶 A ，被活化的蛋白激酶 A （催化亚基）转为进入细胞核，使基因调控蛋白（ cAMP 应答结合蛋白，CREB ）磷酸化，磷酸化的基因调控蛋白与靶基因调控序列结合，增强靶基因的表达。

Fig. 磷脂酰肌醇信号通路图解

2. 磷脂酰肌醇信号通路

Fig. 受体酪氨酸激酶（ RTKs ）的 7 个亚族 （注：书中列 6个）

（三）与酶连接的受体1. 受体酪氨酸激酶及RTK-Ras 通路

Fig. 配基所诱导的受体酪氨酸激酶（ RTKs ）的信号传递方式

Fig. 活化的 RTK 激活 Ras 蛋白：接头蛋白连接活化的 RTK 与 Ras 激活蛋白（如GRF ），导致 GDP-GTP 交换，活化的 Ras 蛋白诱发信号通路的“下游事件”。

Fig. 活化的 PKC 和 Ras 蛋白激活的激酶磷酸化级联放大

激活的 Ras 蛋白扳动三种蛋白激酶的磷酸化级联反应，增强和放大信号，即联反应的最后，才能磷酸化一些基因调控蛋白，改变基因表达模式；这是终致细胞行为（包括细胞增殖或分化，细胞存活或凋亡）改变的关键；通过 PKC 激活的靶酶可能是 Raf ，也可能是其它丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶。

2. 细胞表面其他与酶偶联的受体

（ 1 ）受体丝氨酸 / 苏氨酸激酶（ 2 ）受体酪氨酸磷酸酯酶（ 3 ）受体鸟苷酸环化酶（ 4 ）酪氨酸蛋白激酶联系的受体

四、由细胞表面整联蛋白介导的信号传递

五、细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶 的网络整合信息

细胞的信号传递是多通路、多环节、多层次和高度复杂的过程。其最重要的特征之一是构成一个复杂的信号网络系统。

THE ENDTHE END