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1、第二节第二节 细胞通讯与信号传递细胞通讯与信号传递The English poet John Donne:The English poet John Donne:“No man is“No man is an island.”an island.”Learning Objectives:Learning Objectives:1.Some of the basic characteristics of 1.Some of the basic characteristics of cell signaling cell signaling 2.The types of signal molecu
2、les,2.The types of signal molecules,receptors,molecular switches and receptors,molecular switches and effectors;effectors;3.The different signal transduction 3.The different signal transduction pathways;pathways;4.The convergence,divergence,and cross 4.The convergence,divergence,and cross talking be
3、tween different signaling talking between different signaling pathways.pathways.生命与非生命物质最根本的区别：生命生命与非生命物质最根本的区别：生命是一个完整的自然的信息处理系统。是一个完整的自然的信息处理系统。生命现象是信息在同一或不同时空传递生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命进化实质是信息系统的进化。的现象，生命进化实质是信息系统的进化。信息物质如核酸和蛋白质信息在不同世信息物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。代间传递维持了种族的延续。信息系统使有机体适应内、外环境的变信息系统使
4、有机体适应内、外环境的变化，维持个体的生存。化，维持个体的生存。单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。多细胞生物是由各种细胞组成的多细胞生物是由各种细胞组成的细胞社会细胞社会，除反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传除反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传导，协调不同细胞的行为：导，协调不同细胞的行为：(1)(1)调节代谢；调节代谢；(2)(2)实现细胞功能：肌肉的收缩，腺体分泌等；实现细胞功能：肌肉的收缩，腺体分泌等；(3)(3)调节细胞周期调节细胞周期;(4)(4)控制细胞分化控制细胞分化;(5)(5)影响细胞的存活。影响细胞的存活。Each
5、cell is programmed to respond to specific Each cell is programmed to respond to specific Each cell is programmed to respond to specific Each cell is programmed to respond to specific combinations of extracellular signal moleculescombinations of extracellular signal moleculescombinations of extracell
6、ular signal moleculescombinations of extracellular signal molecules一、一、细胞通讯的基本特点细胞通讯的基本特点（一）两个容易混淆的概念（一）两个容易混淆的概念l 细胞信号传导细胞信号传导（cell signalingcell signaling）：细胞合成）：细胞合成和释放信号分子，并将信息传递给其它细胞的过程。和释放信号分子，并将信息传递给其它细胞的过程。强调信号的产生与细胞间传送。强调信号的产生与细胞间传送。l 信号转导信号转导（signal transductionsignal transduction）：信号分子）：信
7、号分子与细胞表面受体作用，通过细胞内信使，引起细胞与细胞表面受体作用，通过细胞内信使，引起细胞应答反应的一系列过程。强调信号的接收与转换方应答反应的一系列过程。强调信号的接收与转换方式和结果。式和结果。（二）细胞通讯的方式（二）细胞通讯的方式4 4种方式种方式：l（1 1）通过信号分子；）通过信号分子；l（2 2）通过相邻细胞表面分子的粘着；）通过相邻细胞表面分子的粘着；l（3 3）通过细胞与细胞外基质的粘着；）通过细胞与细胞外基质的粘着；l（4 4）通过间隙连接。）通过间隙连接。归为归为2 2大类大类：l（1 1）不依赖于细胞接触的细胞通讯；）不依赖于细胞接触的细胞通讯；l（2 2）依赖于细
8、胞接触的细胞通讯。）依赖于细胞接触的细胞通讯。（三）细胞通讯的基本过程（三）细胞通讯的基本过程1 1、信号分子的、信号分子的合成合成：内分泌细胞；：内分泌细胞；2 2、信号分子、信号分子释放释放进入周围环境；进入周围环境；3 3、信号分子向靶细胞的、信号分子向靶细胞的运输运输：血液；：血液；4 4、靶细胞对信号分子的、靶细胞对信号分子的识别识别和和结合结合：受体；：受体；5 5、胞外信号跨膜转导，产生胞内信号；、胞外信号跨膜转导，产生胞内信号；6 6、胞内信号作用于效应分子，引起、胞内信号作用于效应分子，引起细胞应答细胞应答。（四）细胞通讯涉及的要素（四）细胞通讯涉及的要素1 1、实现信号传导
9、的信号分子；、实现信号传导的信号分子；2 2、进行信号接收的受体；、进行信号接收的受体；3 3、进行信号转导的第二信使；、进行信号转导的第二信使；4 4、引起细胞应答的效应分子。、引起细胞应答的效应分子。（五）信号分子与信号传导（五）信号分子与信号传导1 1、信号分子、信号分子(signal molecule)(signal molecule)生物细胞所接受的信号既可使物理信号生物细胞所接受的信号既可使物理信号（光、热、电流），也可是化学信号，有机（光、热、电流），也可是化学信号，有机体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号分子实现。分子实现。信号分子是指细
10、胞内某些化学分子，既信号分子是指细胞内某些化学分子，既非营养物，也非能源和结构物，也不是酶，非营养物，也非能源和结构物，也不是酶，唯一的功能是在细胞内和细胞间传递信息，唯一的功能是在细胞内和细胞间传递信息，如激素、神经递质、生长因子等。如激素、神经递质、生长因子等。2 2、信号分子的共同特点、信号分子的共同特点 多细胞有机体中有几百种信号分子在细胞多细胞有机体中有几百种信号分子在细胞间传递信息，包括蛋白质、短肽、氨基酸衍间传递信息，包括蛋白质、短肽、氨基酸衍生物、核苷酸、脂类、胆固醇衍生物和气体生物、核苷酸、脂类、胆固醇衍生物和气体分子（分子（NONO）等。共同特点：）等。共同特点：（1 1）
11、特异性特异性：只能与特定的受体结合；：只能与特定的受体结合；（2 2）高效性高效性：几个分子即可触发明显的生物学：几个分子即可触发明显的生物学效应：级联放大；效应：级联放大；（3 3）可快速失活可快速失活：完成信息传递后被降解或修：完成信息传递后被降解或修饰失去活性。饰失去活性。3 3、信号分子类型及信号传导方式、信号分子类型及信号传导方式依依溶解性溶解性可分可分2 2类：类：l（1 1）水溶性：只能与膜表面受体结合。水溶）水溶性：只能与膜表面受体结合。水溶性激素、神经递质、细胞生长因子。性激素、神经递质、细胞生长因子。l（2 2）脂溶性：可穿膜进入细胞，与胞内受体）脂溶性：可穿膜进入细胞，与
12、胞内受体结合。甾类激素和甲状腺素。结合。甾类激素和甲状腺素。依依产生和作用方式产生和作用方式可分可分4 4类：类：l（1 1）内分泌激素；（）内分泌激素；（2 2）神经递质；）神经递质；l（3 3）局部化学介质；（）局部化学介质；（4 4）气体分子。）气体分子。（1 1）激素（）激素（hormonehormone）l 内分泌（内分泌（endocrineendocrine）：由分泌细胞合成：由分泌细胞合成并分泌到血液，包括肽类激素，类固醇激素，并分泌到血液，包括肽类激素，类固醇激素，氨基酸衍生物。特点：氨基酸衍生物。特点：lA A、最广泛的传递信息方式；、最广泛的传递信息方式；lB B、通过血液
13、循环系统传播，速度快；、通过血液循环系统传播，速度快；lC C、低浓度，、低浓度，1010-8-8-10-10-12-12M M；lD D、传输距离最远，覆盖整个生物体；、传输距离最远，覆盖整个生物体；lE E、长时效，血中微量激素足以维持长久作用。、长时效，血中微量激素足以维持长久作用。（2 2）局部介质（）局部介质（local local mediatormediator）l 旁分泌旁分泌（paracrineparacrine）：由各类细胞）：由各类细胞分泌到细胞外液的信号分子：细胞生长分泌到细胞外液的信号分子：细胞生长因子；淋巴因子等。特点：通讯距离短，因子；淋巴因子等。特点：通讯距离短
14、，仅几毫米，仅几毫米，只能作用于周围细胞。只能作用于周围细胞。l 自分泌自分泌（autocrineautocrine）：细胞对自身）：细胞对自身分泌的物质产生反应：前列腺素。分泌的物质产生反应：前列腺素。（3 3）神经递质）神经递质（neurotransmitterneurotransmitter）神经细胞末梢释放出的小分子信神经细胞末梢释放出的小分子信号分子：乙酰胆碱。特点：号分子：乙酰胆碱。特点：（1 1）仅作用于与之相连的靶细胞；）仅作用于与之相连的靶细胞；（2 2）作用部位精准，速度快；）作用部位精准，速度快；（3 3）对受体亲和力低，作用时间短。）对受体亲和力低，作用时间短。l化学通
15、信的类型化学通信的类型 （4 4）气体分子（）气体分子（NONO）l NO NO是可溶性有毒气体，可快速扩散透过细是可溶性有毒气体，可快速扩散透过细胞膜，进入邻近的靶细胞起作用。常视为一种胞膜，进入邻近的靶细胞起作用。常视为一种局部介质局部介质。特点：。特点：l（1 1）半衰期短，易被氧化成硝酸根离子或亚）半衰期短，易被氧化成硝酸根离子或亚硝酸根离子。硝酸根离子。l（2 2）细胞内没有专门的储存和释放调节机制。）细胞内没有专门的储存和释放调节机制。（5 5）细胞膜上的信号分子）细胞膜上的信号分子l 依赖于细胞接触的通讯中，信号分子依赖于细胞接触的通讯中，信号分子都位于细胞膜上，两个细胞通过信号
16、分子都位于细胞膜上，两个细胞通过信号分子与受体的接触传递信息。与受体的接触传递信息。l 胚胎发育过程中，依赖于细胞接触的胚胎发育过程中，依赖于细胞接触的信号传导对于细胞识别和组织形成具重要信号传导对于细胞识别和组织形成具重要作用。作用。（六）受体（六）受体(receptor)(receptor)与信号接收与信号接收 受体是一种能够识别和选择性结合某种配体受体是一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子信号分子)并能引起细胞功能变化的生物大分子。并能引起细胞功能变化的生物大分子。含含2 2个功能区：个功能区：与配体结合区与配体结合区和和产生效应区产生效应区。当受体与配体结合后，构象改变，启动一系
17、列过当受体与配体结合后，构象改变，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。程，最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用具受体与配体间的作用具4 4个特征：个特征：(1)(1)特异性；特异性；(2)(2)饱和性；饱和性；(3)(3)高亲和力；高亲和力；(4)(4)可逆性。可逆性。根根据据受受体体在在细细胞胞中中的的位位置置，将将受受体体分为：分为：（1 1）细细 胞胞 表表 面面 受受 体体(cell(cell surface surface receptor)receptor)；（2 2）细细 胞胞 内内 受受 体体(intracellular(intracellular receptor)re
18、ceptor)。l细胞表面受体和细胞内受体细胞表面受体和细胞内受体 1 1、细胞内受体、细胞内受体 细胞内受体介导细胞内受体介导亲脂性信号分子亲脂性信号分子的信息的信息传递。主要位于细胞核中，也有的位于细胞传递。主要位于细胞核中，也有的位于细胞质溶胶。质溶胶。具具两个结构域两个结构域：一个是与：一个是与DNADNA结合的结结合的结构域；另一个是激活基因转录的构域；另一个是激活基因转录的N N端结构域。端结构域。此外还有此外还有两个结合位点两个结合位点，一个是配体结合位，一个是配体结合位点；另一个是与抑制蛋白结合的位点。点；另一个是与抑制蛋白结合的位点。2 2、细胞表面受体、细胞表面受体(cel
19、l surface receptor)(cell surface receptor)细细胞胞表表面面受受体体介介导导亲亲水水性性信信号号分分子子的的信信息息传传递，可分：递，可分：(1)(1)离离子子通通道道耦耦联联受受体体(ion-linked(ion-linked receptor)receptor)；(2)G(2)G蛋蛋 白白 耦耦 联联 受受 体体(G-protein(G-protein linked linked receptor)receptor)；(3)(3)酶联受体酶联受体(enzyme-linked receptor)(enzyme-linked receptor)。l膜表面
20、受体主要有三类膜表面受体主要有三类 每种细胞都有独特的受体和信号转导系统，每种细胞都有独特的受体和信号转导系统，细胞对信号的反应不仅取决于受体的特异性，细胞对信号的反应不仅取决于受体的特异性，还与细胞的固有特征有关。还与细胞的固有特征有关。相同的信号可产生不同的效应，如相同的信号可产生不同的效应，如AchAch可可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。腺细胞分泌。不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解。胰高血糖素，都能促进肝糖原降解。细细胞胞持持续续处处于于信信号号分分子子刺刺
21、激激下下的的时时候候，细细胞胞通通过过多多种种途途径径使使受受体体钝钝化化，产产生生适适应应。如：如：修修饰饰或或改改变变受受体体，如如磷磷酸酸化化，使使受受体体与与下下游游蛋蛋 白白 隔隔 离离，即即 受受 体体 失失 活活(receptor(receptor inactivation)inactivation)。暂暂时时将将受受体体移移到到细细胞胞内内部部，即即受受体体隐隐蔽蔽（receptor sequestrationreceptor sequestration）通通过过内内吞吞作作用用，将将受受体体转转移移到到溶溶酶酶体体中中降降解解，即即 受受 体体 下下 行行 调调 节节（rec
22、eptor receptor down-down-regulationregulation）（七）信号转导与第二信使（七）信号转导与第二信使 由细胞表面受体将细胞外信号由细胞表面受体将细胞外信号(第一信使第一信使)转转换而成的细胞内信号称换而成的细胞内信号称第二信使第二信使(secondary(secondary messenger)messenger)，是信号转导过程中第一个出现在细，是信号转导过程中第一个出现在细胞质中的具信使作用的分子。作用是胞质中的具信使作用的分子。作用是对胞外信号对胞外信号起转换和放大起转换和放大 。第二信使都是小的分子或离子。公认的第二第二信使都是小的分子或离子。公
23、认的第二信使有信使有cAMPcAMP、cGMPcGMP、三磷酸肌醇（、三磷酸肌醇（IP3IP3）和二酰）和二酰基甘油（基甘油（DGDG），），CaCa2+2+被称为第三信使。被称为第三信使。（八）蛋白激酶与细胞应答（八）蛋白激酶与细胞应答 蛋白激酶是一类磷酸转移酶，作用是将蛋白激酶是一类磷酸转移酶，作用是将 ATP ATP 的磷酸基团转移到底物特定的氨基酸上，的磷酸基团转移到底物特定的氨基酸上，使蛋白质磷酸化。使蛋白质磷酸化。在信号转导中的作用：在信号转导中的作用：（1 1）通过磷酸化调节蛋白质的活性。通过磷酸化调节蛋白质的活性。（2 2）通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放）通过蛋白质的逐级
24、磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞应答。大，引起细胞应答。二、细胞表面受体介导的信号转导二、细胞表面受体介导的信号转导（一）离子通道型受体及其信号转导（一）离子通道型受体及其信号转导 一类自身为离子通道的受体，即配体门一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（通道（ligand-gated channelligand-gated channel）。）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，信号分子为信号分子为神经递质神经递质。乙酰胆碱门乙酰胆碱门NaNa、CaCa离子通道。离子通道。l 神经递质与受体的结合改变通道蛋白神经递质与受体的结合改变通道蛋白构象，导致离子通道
25、开启或关闭，改变质构象，导致离子通道开启或关闭，改变质膜离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转膜离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，改变突触后细胞的兴奋性。换为电信号，改变突触后细胞的兴奋性。l 乙酰胆碱受体有乙酰胆碱受体有3 3种构象，乙酰胆碱种构象，乙酰胆碱的结合可使通道开放，但受体处于通道开的结合可使通道开放，但受体处于通道开放构象状态时限短暂，几十毫秒内又回到放构象状态时限短暂，几十毫秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱解离，受体恢复关闭状态。然后乙酰胆碱解离，受体恢复到初始状态。到初始状态。l离子通道型受体离子通道型受体 l乙酰胆碱受体结构模型乙酰胆碱受体结构模型 l乙酰胆碱受体的
26、三种构象乙酰胆碱受体的三种构象 l神经肌肉接点处的离子通道型受体神经肌肉接点处的离子通道型受体 （二）（二）G G蛋白耦联受体及其信号转导蛋白耦联受体及其信号转导1 1、G G蛋白的结构蛋白的结构 G G蛋白即蛋白即GTPGTP结合蛋白（结合蛋白（GTP-binding GTP-binding proteinprotein），位于质膜胞质侧，属膜外周蛋白，），位于质膜胞质侧，属膜外周蛋白，由由、三个亚基组成异源三聚体。三个亚基组成异源三聚体。亚基通过脂肪酸链锚定在质膜上，亚基通过脂肪酸链锚定在质膜上，亚基亚基上上有有GTP/GDPGTP/GDP结合位点结合位点，并，并具具GTPGTP酶活酶活性
27、性及及ADPADP核糖化位点。核糖化位点。l G G蛋白在信号转导过程中起着蛋白在信号转导过程中起着分子开关分子开关的的作用：作用：l 当当亚基亚基与与GDPGDP结合结合时时G G蛋白蛋白处于关闭状态处于关闭状态，此时此时亚基与亚基与亚基呈三聚体状态。亚基呈三聚体状态。l 亚基亚基结合结合GTPGTP后处于开启状态后处于开启状态，一方面，一方面与与亚基分离，与特异蛋白结合，引起信号亚基分离，与特异蛋白结合，引起信号转导；另一方面能催化所结合的转导；另一方面能催化所结合的GTPGTP水解，恢水解，恢复无活性的三聚体状态。复无活性的三聚体状态。G蛋白激活与失活的循环G G蛋蛋白白分分子子开开关关
28、l G G蛋白耦联受体为蛋白耦联受体为7 7次跨膜蛋白次跨膜蛋白，胞，胞外结构域识别并结合胞外信号分子，胞外结构域识别并结合胞外信号分子，胞内结构域与内结构域与G G蛋白耦联，调节相关酶活性，蛋白耦联，调节相关酶活性，在胞内产生第二信使，将胞外信号跨膜在胞内产生第二信使，将胞外信号跨膜转导到胞内。转导到胞内。l G G蛋白耦联受体包括多种神经递质、蛋白耦联受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，味觉、视肽类激素和趋化因子的受体，味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属这类受体。属这类受体。lG G蛋白耦联型受体为蛋白耦联型受体为7 7次跨膜蛋白次跨
29、膜蛋白 2 2、由、由G G蛋白耦联受体所介导的细胞信蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路号通路主要包括：主要包括：cAMP cAMP信号通路信号通路 磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路cAMPcAMP信号通路（信号通路（PKAPKA通路）通路）l胞外信号与相应受体结合，调节腺胞外信号与相应受体结合，调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使苷酸环化酶活性，通过第二信使cAMPcAMP水平的变化，将细胞外信号转水平的变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。变为细胞内信号。A A、cAMPcAMP信号通路的组分信号通路的组分l（1 1）激活型激素受体激活型激素受体(Rs)(Rs)或抑制型激素受体或抑制型激素受
30、体(Ri)(Ri)：RsRs结合结合GsGs，激活腺苷酸环化酶活性；，激活腺苷酸环化酶活性；RiRi结结合合Gi Gi，抑制腺苷酸环化酶活性；，抑制腺苷酸环化酶活性；l（2 2）刺激型）刺激型G G蛋白蛋白(Gs)(Gs)或抑制型或抑制型G G蛋白蛋白(Gi)(Gi)；l（3 3）腺苷酸环化酶）腺苷酸环化酶(Adenylyl cyclase,AC)(Adenylyl cyclase,AC)：1212次跨膜糖蛋白，是次跨膜糖蛋白，是G G蛋白的效应物，能催化蛋白的效应物，能催化ATPATP生成生成cAMPcAMP，引起细胞应答。，引起细胞应答。（4 4）蛋白激酶）蛋白激酶(Protein Kin
31、ase A(Protein Kinase A，PKA)PKA)l 由两个催化亚基和两个调节亚基组成，由两个催化亚基和两个调节亚基组成，无无cAMPcAMP时，以钝化的四聚体形式存在。有时，以钝化的四聚体形式存在。有cAMPcAMP时，时，cAMPcAMP与调节亚基结合，使调节亚基与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。和催化亚基解离，释放出催化亚基。l 活化的活化的PKAPKA催化亚基可使特定蛋白的丝氨催化亚基可使特定蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，改变这些蛋白的活酸或苏氨酸残基磷酸化，改变这些蛋白的活性，进一步影响相关基因的表达。性，进一步影响相关基因的表达。l蛋白激酶蛋白
32、激酶A A cAMP cAMP信号通信号通路与基路与基因表达因表达 l(5)(5)环腺苷酸磷酸环腺苷酸磷酸二酯酶：可降解二酯酶：可降解cAMPcAMP生成生成5-AMP5-AMP，起终止信号的，起终止信号的作用。作用。B B、GsGs调节模型调节模型l 细胞处于静息状态时，细胞处于静息状态时，GsGs呈非活化态，呈非活化态，亚基结合亚基结合GDPGDP，腺苷酸环化酶无活性；，腺苷酸环化酶无活性；l 当激素与当激素与RsRs结合结合RsRs构象改变构象改变暴露出与暴露出与GsGs结合位点并与结合位点并与GsGs结合结合 Gs Gs的的亚基构象改亚基构象改变变 GDP GDP释放，结合释放，结合G
33、TPGTP而活化而活化亚基解离亚基解离暴露出与腺苷酸环化酶结合位点暴露出与腺苷酸环化酶结合位点亚基与亚基与腺苷酸环化酶结合腺苷酸环化酶结合腺苷酸环化酶活化腺苷酸环化酶活化 ATP ATP转化为转化为cAMPcAMP。l 结合结合GTPGTP的的亚基的功能是亚基的功能是激活腺激活腺苷酸环化酶苷酸环化酶。l 随着使命的完成，随着使命的完成，亚基所结合亚基所结合的的GTPGTP水解成水解成GDPGDP，亚基恢复原来的亚基恢复原来的构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作用。用。亚基与亚基与亚基重新结合，形亚基重新结合，形成没有活性的三聚体。成没有活性的三聚体。lGsGs调节模
34、型调节模型 l 霍乱毒素能催化霍乱毒素能催化ADPADP核糖共价结合到核糖共价结合到GsGs的的亚基上，使亚基上，使亚基丧失亚基丧失GTPGTP酶的酶的活性，活性，GTPGTP永久结合在永久结合在GsGs的的亚基上，亚基上，使使亚基处于持续活化状态，腺苷酸环亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内内NaNa+和水持续外流，产生严重腹泻而脱和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。水。l 活化的活化的亚基复合物也可直接激活亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具信号传递功能。胞内靶分子，具信号传递功能。l 如心肌细胞中如心肌细胞中G G蛋白耦联受体
35、在结合蛋白耦联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的乙酰胆碱刺激下，活化的亚基复合物亚基复合物能开启质膜上能开启质膜上K K+通道，改变心肌细胞膜电通道，改变心肌细胞膜电位。位。l 亚基复合物也能与膜上的效应酶亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合结合，对结合GTPGTP的的亚基起协同或拮抗亚基起协同或拮抗作用。作用。l 细胞内细胞内cAMPcAMP浓度大幅升高后，浓度大幅升高后，cAMPcAMP特异性地特异性地激活激活cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶(PKA)(PKA)。被激活的。被激活的PKAPKA可作用多种底物，引起多种反应。可作用多种底物，引起多种反应。l 在在同一细胞同一细胞
36、中，既可通过磷酸化细胞质中中，既可通过磷酸化细胞质中的靶蛋白而的靶蛋白而立即发挥作用立即发挥作用，如磷酸化催化糖原，如磷酸化催化糖原分解的酶类，启动糖原分解成葡萄糖的反应；分解的酶类，启动糖原分解成葡萄糖的反应；也可也可缓慢地发挥作用缓慢地发挥作用：通过磷酸化基因调控蛋：通过磷酸化基因调控蛋白，影响基因表达。白，影响基因表达。l 在在不同细胞不同细胞中，中，PKAPKA通过磷酸化不同套蛋白通过磷酸化不同套蛋白质，而起到不同的作用。质，而起到不同的作用。l糖原降解糖原降解 ：cAMP cAMP和和PKAPKA信号立即发挥作用的信号立即发挥作用的例子例子l 因此，对于作用于细胞质中靶蛋白因此，对于
37、作用于细胞质中靶蛋白cAMPcAMP信号通路可表示为：信号通路可表示为：l 激素激素GG蛋白耦联受体蛋白耦联受体GG蛋白蛋白腺腺苷酸环化酶苷酸环化酶cAMPcAMP依赖依赖cAMPcAMP的蛋白激的蛋白激酶酶AA靶蛋白（酶）靶蛋白（酶）引起细胞代谢改变。引起细胞代谢改变。cAMPcAMP和和PKAPKA信号调节基因表达信号调节基因表达l 激活的激活的PKA PKA 进入细胞核，将进入细胞核，将CRE(cAMP CRE(cAMP response element,DNAresponse element,DNA上的调节区域上的调节区域)结合蛋结合蛋白白(CREB)(CREB)磷酸化，调节相关基因的
38、表达。磷酸化，调节相关基因的表达。l 故对于故对于调节基因表达的调节基因表达的cAMPcAMP信号通路信号通路可表可表示为：示为：l 激素激素GG蛋白耦联受体蛋白耦联受体GG蛋白蛋白腺苷酸环腺苷酸环化酶化酶cAMPcAMP依赖依赖cAMPcAMP的蛋白激酶的蛋白激酶AA基因调基因调控蛋白控蛋白基因转录基因转录C C、GiGi调节模型调节模型l Gi Gi调节主要用于调节主要用于终止终止cAMPcAMP信号信号。其作用机。其作用机理主要是通过理主要是通过对腺苷酸环化酶的抑制作用对腺苷酸环化酶的抑制作用来实来实现现cAMPcAMP信号的终止。可通过两个途径：信号的终止。可通过两个途径：l（1 1）
39、亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；酶的活性；l（2 2）亚基复合物与游离亚基复合物与游离GsGs的的亚基结合，亚基结合，阻断阻断GsGs的的亚基对腺苷酸环化酶的活化。亚基对腺苷酸环化酶的活化。lGiGi调节模型调节模型 l 百日咳毒素催化百日咳毒素催化GiGi的的亚基亚基ADP-ADP-核核糖基化，降低了糖基化，降低了GTPGTP与与GiGi的的亚基结合的亚基结合的水平，使水平，使GiGi的的亚基不能活化，阻断了亚基不能活化，阻断了RiRi受体对腺苷酸环化酶的抑制作用。受体对腺苷酸环化酶的抑制作用。D D、感觉器官中的、感觉器官中的G G蛋白偶联受体蛋白
40、偶联受体l（1 1）视觉感受器中的）视觉感受器中的G G蛋白蛋白 l 视视紫紫红红质质(rhodopsin,(rhodopsin,Rh)Rh)是是视视杆杆细细胞胞中中的的光光感感受受蛋蛋白白，为为7 7次次跨跨膜膜蛋蛋白白，是是G G蛋蛋白白偶偶联联型受体。型受体。l 光光照照使使RhRh构构象象改改变变，构构象象改改变变的的RhRh激激活活G G蛋蛋白白(transducin(transducin，Gt)Gt)，G G蛋蛋白白再再激激活活cGMPcGMP磷磷酸酸二二酯酯酶酶，将将细细胞胞中中的的cGMPcGMP水水解解，从从而而关关闭闭钠钠通道，引起细胞超极化，产生视觉。通道，引起细胞超极化
41、，产生视觉。l视觉感受器中的视觉感受器中的G G蛋白蛋白 l视觉产生过程可表述为：视觉产生过程可表述为：l 光信号光信号激活激活RhGRhG蛋白蛋白(Gt)cGMP(Gt)cGMP磷酸二酯酶激活磷酸二酯酶激活胞内胞内cGMPcGMP水解并减少水解并减少NaNa+离子通道关闭离子通道关闭胞内离胞内离子浓度下降子浓度下降膜超极化膜超极化神经递质释放神经递质释放减少减少视觉反应。视觉反应。（2 2）嗅觉感受器中的）嗅觉感受器中的G G蛋白蛋白l 嗅觉的产生取决于来自于嗅神经细胞的神嗅觉的产生取决于来自于嗅神经细胞的神经脉冲。人体有经脉冲。人体有500500多种嗅觉受体，每种嗅神多种嗅觉受体，每种嗅神
42、经细胞只含经细胞只含1 1种嗅觉受体，不同嗅神经细胞的种嗅觉受体，不同嗅神经细胞的激活使我们感受到不同气味。激活使我们感受到不同气味。l 过程：气味分子过程：气味分子嗅神经细胞上的嗅觉受嗅神经细胞上的嗅觉受体体GG蛋白蛋白腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶激活cAMP cAMP cAMPcAMP配体门离子通道打开配体门离子通道打开动作电位动作电位大脑大脑（3 3）味觉感受器中的）味觉感受器中的G G蛋白蛋白l 舌上的味蕾含感觉细胞，感觉细胞只能传舌上的味蕾含感觉细胞，感觉细胞只能传递四种基本味道递四种基本味道(酸、咸、甜、苦酸、咸、甜、苦)中的一种，中的一种，另一种另一种“鲜鲜”味是由一种特化的感觉
43、细胞传递。味是由一种特化的感觉细胞传递。l 咸和酸的感受咸和酸的感受：食品中的钠离子或质子通：食品中的钠离子或质子通过离子通道进入感觉细胞，引起细胞膜去极化。过离子通道进入感觉细胞，引起细胞膜去极化。l 苦和甜的感觉苦和甜的感觉：食品中各种化合物与感觉：食品中各种化合物与感觉细胞上的细胞上的T2RT2R受体结合受体结合GG蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶激活激活cAMP cAMPcAMP cAMP配体门离子通道打开配体门离子通道打开动动作电位作电位大脑大脑3 3、磷脂酰肌醇途径（、磷脂酰肌醇途径（PKCPKC）l(1)(1)信号转导过程信号转导过程：胞外信号与：胞外信号与G G蛋白耦联受蛋白耦
44、联受体结合体结合激活质膜上磷脂酶激活质膜上磷脂酶C(PLC)C(PLC)质膜质膜上上4,5-4,5-二磷酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇(PIP(PIP2 2)水解水解 1,4,5-1,4,5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP(IP3 3)和二酰基甘油和二酰基甘油(DG)(DG)两两个第二信使。故又称个第二信使。故又称“双信使系统双信使系统”l IP IP3 3与内质网上的与内质网上的IPIP3 3配体门钙通道结合，配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内开启钙通道，使胞内CaCa2+2+浓度升高，激活各类浓度升高，激活各类依赖钙离子的蛋白。依赖钙离子的蛋白。l DG DG位于质膜，可活化与质膜结合的蛋白激
45、位于质膜，可活化与质膜结合的蛋白激酶酶C(Protein Kinase CC(Protein Kinase C，PKC)PKC)。l PKC PKC以非活性形式分布于胞质中，当细胞以非活性形式分布于胞质中，当细胞中中CaCa2+2+浓度升高，浓度升高，PKCPKC便转到质膜表面，被便转到质膜表面，被DGDG活化。活化。lIPIP3 3和和DGDG的作用的作用 （2 2）PKCPKC的作用的作用l PKC PKC可使蛋白质的丝氨酸可使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷苏氨酸残基磷酸化，是一种多功能性激酶。酸化，是一种多功能性激酶。la a、激活细胞质中的某些酶，参与生化反应调、激活细胞质中的某些酶，参
46、与生化反应调控；控；lb b、作用于细胞核中的转录因子，参与基因表、作用于细胞核中的转录因子，参与基因表达调控，所调控的基因多与细胞生长和分化达调控，所调控的基因多与细胞生长和分化相关。相关。（3 3）Ca Ca2+2+的作用的作用l 在磷酸肌醇途径中，除在磷酸肌醇途径中，除PKCPKC具有重具有重要的作用外，细胞内要的作用外，细胞内CaCa2+2+的升高也具有的升高也具有非常多的重要的细胞功能。包括激活或非常多的重要的细胞功能。包括激活或抑制不同的酶及运输系统；改变膜的离抑制不同的酶及运输系统；改变膜的离子透性；诱导膜融合；改变细胞骨架的子透性；诱导膜融合；改变细胞骨架的结构和功能。结构和功
47、能。l CaCa2+2+不是通过自身而是通过细胞内钙不是通过自身而是通过细胞内钙结合蛋白去完成这些功能。结合蛋白去完成这些功能。l 钙调素钙调素(calmodulin(calmodulin，CaM)CaM)是一类重是一类重要的钙结合蛋白，存在于所有真核细胞中，要的钙结合蛋白，存在于所有真核细胞中，由单一肽链构成，有由单一肽链构成，有4 4个个CaCa2+2+结合位点，结结合位点，结合合CaCa2+2+后构象改变，可结合蛋白激酶、后构象改变，可结合蛋白激酶、cAMPcAMP磷酸二酯酶、离子通道，甚至是磷酸二酯酶、离子通道，甚至是CaCa2+2+运输蛋白。运输蛋白。CaCa2+2+在植物细胞中的作
48、用在植物细胞中的作用l Ca Ca2+2+在植物细胞中也具重要作用。光、温度、在植物细胞中也具重要作用。光、温度、压力、重力及激素刺激下，植物细胞中的压力、重力及激素刺激下，植物细胞中的CaCa2+2+发生急剧变化，并引起相应的反应。发生急剧变化，并引起相应的反应。l 植物叶片气孔的大小主要是通过植物叶片气孔的大小主要是通过CaCa2+2+调控：调控：不利条件不利条件刺激刺激ABAABA释放释放保卫细胞膜中保卫细胞膜中CaCa2+2+通通道打开道打开 Ca Ca2+2+进入细胞质，触发细胞器中进入细胞质，触发细胞器中CaCa2+2+释放释放细胞质中细胞质中CaCa2+2+浓度升高浓度升高质膜钾
49、输出通质膜钾输出通道打开，输入通道关闭道打开，输入通道关闭细胞膨压下降细胞膨压下降气孔气孔缩小。缩小。（4 4）PKCPKC信号途径终止信号途径终止l a a、IPIP3 3信号的终止：通过去磷酸化形成信号的终止：通过去磷酸化形成IPIP2 2，或被磷酸化形成或被磷酸化形成IPIP4 4。l b b、CaCa2+2+信号的终止：由质膜上信号的终止：由质膜上CaCa2+2+泵和泵和NaNa+-CaCa2+2+交换器抽出细胞，或由内质网膜上钙泵进交换器抽出细胞，或由内质网膜上钙泵进内质网腔。内质网腔。l c c、DGDG信号的终止：被信号的终止：被DG-DG-激酶磷酸化成为磷激酶磷酸化成为磷脂酸；
50、或被脂酸；或被DGDG酯酶水解成单酯酰甘油。酯酶水解成单酯酰甘油。lCaCa2+2+信号的消除信号的消除 （三）酶偶联受体（三）酶偶联受体（enzyme linked receptorenzyme linked receptor）l分分2 2类类：l（1 1）一是本身具激酶活性，如肽类生长因子）一是本身具激酶活性，如肽类生长因子（EGFEGF，PDGFPDGF，CSFCSF等）受体；等）受体；l（2 2）二是本身没有酶活性，但可连接非受体）二是本身没有酶活性，但可连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。l共同点共同点：l（1 1）通常为单次跨膜蛋白；通常为