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1、第十四章第十四章 细胞的信息传递与细细胞的信息传递与细胞的生存胞的生存1单细胞及多细胞生物体生长、发育及生理活动需要对外界刺激进行感应或细胞之间进行信息交流协调生长。 外来信号：光、热、电、声、化学物质（也叫配体，ligand） 靶细胞：识别并接合信号分子（靶细胞里直接感应外来信号的蛋白质为受体，receptor），将信号转变为细胞内信号后者进行信号传递，最终作用于效应分子引发细胞功能、代谢或发育的改变。第一节 信号分子与靶细胞3 信号转导（signal transduction）：细胞外信号转换为细胞内信号的过程称信号转导信号转导后，内部信号通过不同的信息传递途径最终引起基因或蛋白的变化导致
2、细胞行为改变。4信号分子内分泌信号： 激素，作用于远距离细胞旁分泌信号：生长因子，作用于邻近细胞自分泌信号：生长因子，作用于细胞自身56 信号分子作用的效应细胞-靶细胞靶细胞具有以下特征：专一识别信号：专一识别信号：不同类型细胞和不同的发育阶段只识别特定的信号分子。反应差异：反应差异：一种信号分子对不同的靶细胞有不同的效应7靶细胞对外来信号的反应速率快速反应快速反应：几秒、几分钟以内，只需改变已存在于细胞内的蛋白质慢速反应慢速反应：几小时或更长，需改变基因表达和新蛋白质合成。8一、受体的类型一、受体的类型1、细胞表面受体 细胞膜跨膜整合蛋白，识别亲水性信号分子，与之结合，将信号转换成细胞内信号
3、。2、胞内受体 存在于细胞内，识别进入细胞的疏水性信号分子，并与之结合调节专一基因的表达9第二节第二节 受体和胞内信号传递受体和胞内信号传递10胞内受体的结构胞内受体的结构皮质皮质(甾甾)醇醇 雌激素雌激素 孕酮孕酮甲状腺激素甲状腺激素视黄酸视黄酸细胞表面受体分三类：细胞表面受体分三类：11（1 1）离子通道受体）离子通道受体信号（神经递质）结合受体后，打开通道，离子流动，改变细胞膜的兴奋性。如N-AchR为Na+通道。（2 2）G G蛋白关联受体蛋白关联受体信号分子结合受体后由G蛋白介导激活靶蛋白(酶或离子通道）,在细胞内产生第二信使，再通过信号传递,引起一系列生物效应。（3 3）酶关联受体
4、）酶关联受体自身是酶，与信号分子结合即被活化，引起靶细胞中某些蛋白质磷酸化。这类受体的信号主要与细胞生长、分裂有关。12 从结构上，细胞表面受体跨膜方式 离子通道受体多亚单位跨膜家族 G蛋白关联受体7次跨膜家族 酶关联受体单次跨膜受体家族 13 二、细胞表面受体信号转导： （1 1）离子通道关联受体）离子通道关联受体 通道打开，离子进入细胞激活细胞内信号途径 （2 2）G G蛋白关联受体蛋白关联受体 通过G蛋白激活效应物，效应物激活产生细胞内信号 （3 3）酶关联受体）酶关联受体 配体激活受体的酶活性，由激活的酶去激活产生细胞内信号的效应物1415二、二、G G蛋白蛋白（GTPGTP结合调节蛋
5、白）结合调节蛋白）结构和活性变化结构和活性变化种类多，由、三个亚基组成异三体亚基具有GDP、GTP结合位点和GTPase活性、两亚基常紧密结合在一起 当与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态，与分离G蛋白与7次跨膜的受体结合参与信号转导16Gs的调节作用的调节作用17激活了腺苷酸环化酶18激活型Gs蛋白 由激活性的信号作用于激活型受体（Rs），经刺激性G蛋白（Gs）去激活腺苷酸环化酶（AC），从而提高cAMP的浓度引起细胞的反应。抑制型Gi蛋白 通过抑制性的信号分子作用于抑制型受体（Ri），经抑制性G蛋白（Gi）去抑制腺苷酸环化酶的活性。19激活或抑制腺苷酸环化酶激活或抑制腺苷
6、酸环化酶20G蛋白激活磷脂酶蛋白激活磷脂酶C 利用此原理药物硝酸甘油可以舒解治疗心绞痛22蛋白调节离子通道蛋白调节离子通道乙酰胆碱心肌细胞上的蛋白关联受体被激活后通过蛋白打开通道G蛋白关联受体（G-protein coupled receptor，GPCR）途径中G蛋白的效应物是：催化形成第二信使的酶或离子通道23Gt蛋白偶联的光敏感受体诱发cGMP门控阳离子通道人视网膜上的光受体视锥细胞光受体感受色彩视杆细胞光受体感受弱光24视杆细胞：视盘G蛋白偶联受体：视紫质（吸光色素和视蛋白组成）Gt蛋白（也叫传导素，transducin）2526三、酶关联受体信号转导三、酶关联受体信号转导配体结合区酶
7、关联受体结构 一次越膜区 激酶活性区27 28酶关联受体类型酶关联受体类型酪氨酸激酶性受体酪氨酸激酶性受体酪氨酸蛋白激酶相关受体受体样酪氨酸磷酸酶 丝氨酸/苏氨酸激酶受体鸟苷酸环化酶组氨酸激酶相关受体 29 信号转导信号转导：配体：配体受体受体受体二聚化受体二聚化受体受体相互激活激酶活性受体受体酪氨酸磷酸化磷酸化结合并激活尾部上的胞内信号蛋白胞内信号蛋白继续信号传递继续信号传递酪氨酸激酶性受体的性质和作用酪氨酸激酶性受体的性质和作用3132第三节第三节 第二信使第二信使G蛋白关联受体通过第二信使进行信息传递蛋白关联受体通过第二信使进行信息传递第二信使第二信使 (second messenger
8、)(second messenger)受细胞外信号的刺激在细胞质中产生的小分子，可将信号向下游传递。如cAMP、Ca2+、DAG、IP3。33一、 cAMPcAMP信号信号途径途径信号分子信号分子G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体G G蛋白蛋白腺苷酸环化腺苷酸环化酶酶cAMPcAMPcAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶AA基因调控蛋白基因调控蛋白基因转录基因转录 35 cAMP信号途径的组分信号途径的组分.（1）刺激性激素受体（Rs）刺激性调节蛋白（Gs）（2）抑制性激素受体（Ri）抑制性调节蛋白（Gi）； （3）腺苷酸环化酶： 跨膜12次的糖蛋白，催化ATP生成cAMP。（4）蛋白激酶A
9、（Protein Kinase A，PKA）： 由两个催化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合，释放出催化亚基，活化的催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，激活蛋白的活性。（5）环腺苷酸磷酸二酯酶： 可降解cAMP生成5-AMP，起终止信号的作用。36腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶导致导致cAMP的生成的生成环腺苷酸磷酸二酯酶环腺苷酸磷酸二酯酶导致导致cAMP的降解的降解37蛋白激酶蛋白激酶A A的激活的激活3818 cAMP信号与糖原降解PKA的的细胞胞质功能功能（cAMP信号与糖原降解）信号与糖原降解）PKA的的细胞核功能胞核功能（cAMP信号与基因表达）信号与基因表达
10、）二、Ca2+信号细胞外和内质网中Ca2+浓度高于细胞质膜上Ca2+通道打开，导致细胞质内Ca2+浓度升高引发肌肉收缩、分泌泡分泌、受精后胚胎发育等效应39Ca2+与其受体钙调蛋白结合起作用40Ca2+/钙调蛋白通过CaM激酶（Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶）激活下游神经系统中CaM激酶丰富，分子记忆物质41三、磷脂酰肌醇信号途径信号分子G蛋白偶联受体G蛋白磷脂酶C IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白 (CaM)细胞反应 酶切PIPDG激活PKC蛋白磷酸化4243磷脂酰肌醇信号途径磷脂酰肌醇信号途径44IP3 与内质网上的与内质网上的IP3配体闸门钙通道配体闸门钙通道结合，开启钙通道
11、，结合，开启钙通道， 使胞内使胞内Ca2+浓度升高。激活各类依赖钙离子的蛋白。浓度升高。激活各类依赖钙离子的蛋白。DAG 结合于质膜上，可活化与质膜结合的结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶蛋白激酶C （Protein Kinase C，PKC）。）。PKC以非活性形式分布以非活性形式分布 于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生IP3，使，使Ca2+浓度浓度 升高，升高，PKC便转位到质膜内表面，被便转位到质膜内表面，被DAG活化。活化。PKC可可 以使蛋白质的丝氨酸以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而使不同的细胞苏氨酸残基磷酸化而使不同的细胞 产生不同的反
12、应，如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和 分化等。分化等。作业信号转导、信息传递、第二信使、细胞表面受体1、细胞表面受体有几种？各有何特点？2、简述蛋白在信号转导中的作用3、简述cAMP、肌醇三磷酸（IP3）、二酰基甘油（DG）信号途径 。4546美国科学家罗伯特莱夫科维茨（RobertJ.Lefkowitz）和布莱恩克比尔卡（BrianK.Kobilka）因“G蛋白偶联受体研究”获得2012年诺贝尔化学奖克比尔卡莱夫科维茨莱夫科维茨找到数种受体，其中一种-肾上腺素受体，抽提出来并发现了其工作机理，克比尔卡分离了该受体的基因还发现该受体与眼中捕获光的
13、受体相类似。他们认识到，存在着一整个家族看起来相似的受体，而且起作用的方式也一样。这一家族被称作“G蛋白偶联受体”。大约一千个基因编码这类受体，适用于光、味道、气味、肾上腺素、组胺、多巴胺以及复合胺等。大约一半的药物通过G蛋白偶联受体起作用。474849中国细胞生物学学会2013 年学术大会（4月19-21日，武汉）尊敬的各位代表：值此“中国细胞生物学学会2013 年学术大会”召开之际，特向大家致以最衷心，最亲切的问候！ 细胞生物学是生命科学中具有特殊重要性特殊重要性的学科，现今的生命科学已进入了细胞生物学时代。细胞是生命的基本单位。细胞是生命的舞台，一切纷繁奥秘的生命现象无不在细胞中演示出来
14、细胞是生命的舞台，一切纷繁奥秘的生命现象无不在细胞中演示出来。自然界中没有非细胞生命，可以说细胞是自然界的物质存在的一个重要层次没有非细胞生命，可以说细胞是自然界的物质存在的一个重要层次。RNA世界在生命进化中固然重要，然而分子水平的变化只能算是化学变化，也只是生命起源长河中的化学进化阶段。地球上只有在出现了细胞结构时才算有了生命！细胞具有自我复制、自我调控、自我装配的属性，这些属性决定了生命的意义！这些属性通过信息传递来实现。我们怎样强调细胞生物学的重要性，都不为过分怎样强调细胞生物学的重要性，都不为过分。现今的中国处于学科发展的黄金时代，只要我们在各个细胞生物学领域齐努力，我国的细胞生物学
15、一定会出现一个繁荣昌盛的局面，中国的细胞生物学达到世界一流水平指日可待！祝大会获得圆满成功！中国细胞生物学学会一名老会员 韩贻仁中期作业（占期末总成绩20%）根据近些年诺贝尔生理医学奖或化学奖获奖内容，选取自己感兴趣的某个内容，查阅与该内容相关的科研文献，写出你的总结和认识。要求：1500 -3000字，另附文献出处。文献格式：全部作者.文章题目.刊物名称.年.卷期号，起止页码。例： Eckert RL, Adhikary G, Balasubramanian S, Rorke EA, Vemuri MC, Boucher SE, Bickenbach JR, Kerr C. Biochemistry of epidermal stem cells. Biochim Biophys Acta. 2013.1830(2):2427-2434.50
