第0章預備知識PARTⅥ細胞信號傳導第0章預備知識PARTⅥ1細胞信號傳導

現代科學認為，世界是由物質、能量、信息三大要素構成。生物細胞具有極其復雜的生命活動，是一個開放系統，必須與外界進行物質、能量和信息的交換。信息交流一般要通過其物質體現形式——信號體現出來，甚至轉化或編碼為某種符號加以傳輸。細胞信號傳導現代科學認為，世界是由物質、能量2一、概述細胞信號的主要種類1.生物大分子的結構信息蛋白質、核酸、多糖的序列和三維結構中包含的信息2.物理信號主要是電信號3.化學信號生物體內最主要的信號。廣義狹義一、概述細胞信號的主要種類廣義狹義3（一）細胞信號傳導的一般過程1、啟動配體與受體結合，啟動膜內側級聯反應，將信號傳給第二信使分子。2、放大和整合多種信使分子通過不同通路激活一系列蛋白激酶傳導信息，實現信號的放大與整合。3、效應信號分子或轉錄因子進入細胞核，與基因相互作用，調節蛋白質合成或細胞分泌、運動、形態變化和凋亡。4、終止通過負反饋途徑，活化抑制因子或滅活因子，終止信號的啟動作用。第二信使蛋白激酶酶蛋白DNAmRNA轉錄因子細胞生理功能的調節（一）細胞信號傳導的一般過程第二信使蛋白激酶酶蛋白DNA轉錄4激酶(kinase)：使底物蛋白質氨基酸殘基（Ser,Thr,Tyr）磷酸化，從而使其活化磷酸酶(phosphatase)：底物去磷酸化蛋白酶：使蛋白質肽鍵斷裂，蛋白質水解為短肽或氨基酸酯酶：使底物酯鍵斷裂激酶(kinase)：使底物蛋白質氨基酸殘基（Ser,Th5（二）細胞信號傳導方式①內分泌信號由內分泌細胞分泌化學信號分子到血液中，通過血液循環運送到體內各個部位，作用于靶細胞。②旁分泌信號信號細胞分泌局部化學介質到細胞外液中，作用于環境中鄰近的靶細胞。旁分泌的信號分子擴散不太遠，只能影響周圍近鄰細胞，很快被近鄰細胞所獲取和破壞。③自分泌信號細胞對其自身分泌的物質起反應。④細胞間接觸性依賴通訊無化學信號分子的釋放，而是通過與質膜結合的信號分子與其相接觸的靶細胞質膜上的受體分子結合，⑤通過化學突觸傳遞神經信號（二）細胞信號傳導方式①內分泌信號由內分泌細胞分泌化6（三）信號類型細胞間的化學信號根據其溶解性一般可分為親脂性和親水性兩類：1.親脂性信號分子（第一信使）親脂性小分子的主要代表是甾類激素和甲狀腺素，它們相對不溶于水，在血液轉運中與特殊的載體蛋白結合。這類分子從血液中載體蛋白釋放出來，很容易穿過靶細胞的質膜進入細胞，與細胞質或細胞核中的受體結合形成激素（配體）-受體復合物，調節基因表達，并影響特殊組織的的生長與分化。

（三）信號類型72.親水性化學信號分子與第二信使

包括神經遞質、蛋白激素、生長因子等。他們作為第一信使，只能通過與靶細胞表面受體結合，再經信號轉換機制，在細胞內產生第二信使（或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶活性），最后產生一定的生理效應，第二信使的降解使其信號作用終止。因此，第一信使與受體作用后，在胞內最早產生的信號分子稱為第二信使。第二信使有：環化腺苷酸（cAMP）、環化鳥苷酸（cGMP）、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG）等。例如，腎上腺素不能直接使胞內的糖原分解，而是首先作用于細胞表面受體，通過產生cAMP后，再經過一定的反應分解糖原。2.親水性化學信號分子與第二信使83.氣體性信號分子

NO是迄今在體內發現的唯一的氣體性信號分子，具脂溶性，可快速擴散透過細胞膜，達到靶細胞發揮作用。血管內皮細胞和神經細胞是NO的生成細胞，NO的生成需要一氧化氮合酶（NOS），合成后能快速進入細胞直接激活效應酶，參與體內眾多的生理、病理過程。NOS的活性依賴于胞內Ca2+濃度，因此任何使細胞內Ca2+濃度增加的因素都可能增強NOS的活性，并通過NO調節細胞內代謝。3.氣體性信號分子9NO以氣體形式從血管內皮細胞擴散到其周圍細胞，并穿過質膜作用于靶細胞。NO以氣體形式從血管內皮細胞擴散到其周圍細胞，并穿過質膜作用10（四）信號分子具有的特異性(1)每種信號分子都有特定的靶細胞，這種特異性是由信號分子與靶細胞中的受體共同決定的，例如垂體促甲狀腺激素只能作用于甲狀腺細胞。(2)信號分子本身既不具有酶的活性也不能直接激活基因表達，它通過激活靶細胞中的受體來發揮作用。(3)許多信號分子是以非常低的濃度，并以非常高的親和力與其互補的受體相結合。在發育成熟的動物中，大多數的細胞特化，以便完成一種主要的功能。它們通過胞內或細胞質膜分布的特定受體，保證細胞僅對那些啟動或調節細胞特有功能的信號分子做出反應。（四）信號分子具有的特異性11受體與配體（receptorandligand）概念受體識別自己特異的信號物質——配體將信號轉變為胞內的反應——信號轉導（signaltransduction）配體一些信號物質，除了與受體結合外，本身無其他功能。本身不參加代謝產生有用產物，不直接誘導任何細胞活性，更無酶的活性。受體與配體（receptorandligand）概念受體12二、細胞中信號分子的受體受體是細胞或亞細胞組分中的一種天然分子，可以識別并特異性地與有生物活性的化學信號物質（配體）結合。通過信號轉導作用將包外信號轉換為胞內化學或物理的信號，從而激活或啟動一系列生物化學反應，最后導致該信號物質特定的生物學效應。（一）受體類型受體可分為細胞內受體和細胞表面受體，二者通過不同的機制介導不同的信號傳遞通路。二、細胞中信號分子的受體13（二）受體的功能受體具有兩個功能：一是識別自己特異的信號物質——配體（表現在于兩者的結合）。

二是將識別和接受的信號準確無誤地放大，并傳遞到細胞內部，啟動一系列胞內生化反應，最后導致特定的細胞反應。

因此要使胞間信號轉換為胞內信號，受體的兩個功能缺一不可。（二）受體的功能14細胞信號分子或者與細胞表面受體結合或者與細胞內受體結合細胞表面受體

親水性信號分子小的親脂性信號分子

載體蛋白

胞內受體細胞內受體細胞表面受體可穿過細胞膜進入細胞，與細胞質或細胞核中受體結合形成激素-受體復合物調節基因表達。作為第一信使，只能通過與靶細胞表面受體結合，再經信號轉換機制，在細胞內產生第二信使，產生一定的生理效應。細胞信號分子或者與細胞表面受體結合或者與細胞內受體結合細胞表15BIO-6生物物理預備知識課件16三、信號傳遞（一）信號傳遞類型1.通過細胞內受體介導的信號傳遞與胞內受體結合的信號分子首先要穿過細胞膜進入胞內，所以他們通常是小的疏水分子，主要種類有甾類激素、甲狀腺激素、維甲酸、維生素D，它們在化學結構上和功能上都有很大差別，然而它們都以相似的機制發揮作用，即直接穿過靶細胞膜并結合到胞內受體蛋白上，形成配體—受體復合物，將受體激活，然后直接調控特定基因的轉錄。

三、信號傳遞17

初級反應激素

激素受體活化受體激活初級反應基因

誘導合成幾種蛋白質

次級反應次級反應蛋白質

初級合成蛋白質關閉初級反應基因

次級反應蛋白質啟動次級反應基因

果蠅細胞中蛻皮激素誘導基因活化的初級反應與次級反應模型

初級反應激素激素受體活化受體激活初級反應182.通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞親水性化學信號分子，包括神經遞質、激素蛋白、生長因子一般不能直接進入細胞，而是通過與靶細胞表面特定受體蛋白結合，對細胞產生影響。這些細胞表面受體蛋白，作為信號的轉導因子，能以高親和力與信號配體結合，并將這種胞外作用轉化成一種或多種胞內信號。根據信號轉導機制和受體蛋白的性質，通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞主要分三種類型：

2.通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞19離子通道偶聯受體G-蛋白偶聯受體與酶偶聯受體三種類型的細胞表面受體是由多亞基組成的受體-離子通道復合體，本身既有信號結合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。

是指配體-受體復合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用要通過G蛋白的偶聯，在細胞內產生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內影響細胞的行為。通常與酶連接的細胞表面受體又稱催化性受體，都為跨膜蛋白。當胞外配體與受體結合即激活受體胞內段的酶活性。離子通道偶聯受體G-蛋白偶聯受體與酶偶聯受體三種類型的細胞表20

⑴離子通道偶聯的受體是由多亞基組成的受體-離子通道復合體，本身既有信號結合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞。當少量神經遞質與受體結合時，改變通道蛋白的構象，瞬間導致離子通道的開啟或關閉，改變質膜的離子通透性，最終使突觸后細胞興奮性發生變化。分別有乙酰膽堿門Na+和Ca2+通道，以及γ-氨基丁酸門Cl-通道。⑴離子通道偶聯的受體21BIO-6生物物理預備知識課件22⑵G蛋白偶聯受體介導的細胞信號傳導

1971年，Rodbell發現胰高血糖素激活大鼠cAMP需要GTP存在，提出受體與效應器之間應存在一個轉換器。1977年，Ross和Gilman證實此轉換器為G蛋白。1980年，Gilman和他的同事純化了Gs蛋白。此后十多年，G蛋白及其偶聯受體以及其介導的信號轉導通路迅速發展。Rodbell和Gilman獲得1994年諾貝爾醫學和生理學獎。⑵G蛋白偶聯受體介導的細胞信號傳導19723TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994“fortheirdiscoveriesofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells”TheNobelPrizeinPhysiology24G蛋白偶聯的受體是指配體-受體復合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用要通過G蛋白的偶聯，在細胞內產生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內影響細胞的行為。G蛋白是異三聚體GTP結合調節蛋白的簡稱，由α、β、γ三個亞基組成。其中α亞基具有GTPase活性。G蛋白是一個有很多成員的蛋白家族，各種G蛋白差異主要在α亞基上。至2001年，已確定23種Gα，5種Gβ和10種Gγ，可以有上千種組合。G蛋白偶聯的受體是指配體-受體復合物與靶蛋白（25

G蛋白偶聯的受體是細胞表面有單條多肽鏈7次跨膜形成的受體，N端在胞外，C端在胞內，受體的氨基酸序列含有7個疏水殘基肽段，形成7次跨膜α螺旋。G蛋白偶聯的受體是細胞表面有單條多26BIO-6生物物理預備知識課件27G蛋白介導的跨膜信號轉導模型G蛋白介導的跨膜信號轉導模型28G蛋白偶聯的受體，根據產生的第二信使的不同，又可分為環化腺苷酸(cAMP)信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。G蛋白偶聯的受體，根據產生的第二信使的不同，29①環化腺苷酸(cAMP)信號通路這一信號通路的首要效應酶是腺苷酸環化酶，通過腺苷酸環化酶調節胞內cAMP的水平，進而激活靶酶（蛋白激酶A)并開啟基因表達。該信號途徑涉及的反應鏈可表示為：激素→G蛋白偶聯受體→G蛋白→腺苷酸環化酶→cAMP→cAMP依賴的蛋白激酶A→基因調控蛋白→基因轉錄。

①環化腺苷酸(cAMP)信號通路30

Gs調節作用圖解

腺苷酸環化酶受體蛋白激素

31BIO-6生物物理預備知識課件32②磷脂酰肌醇信號通路通過G蛋白偶聯的受體介導的另一條信號通路。

這一通路的首要效應酶是磷脂酶C(PLC)，通過激活質膜上的PLC，使二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)兩個第二信使。使胞外信號轉換為胞內信號。IP3動員細胞內源鈣到細胞溶質，使胞內Ca2+濃度升高；DG激活蛋白激酶C(PKC)，活化的PKC進一步使底物蛋白磷酸化，并可活化Na+/H+交換引起細胞內pH升高。該信號通路的最大特點是胞外信號被膜受體接受后，同時產生兩個胞內信使，分別啟動兩個信號傳遞途徑即IP3-Ca2+和DG-PKC途徑，實現細胞對外界信號的應答。該信號系統也稱為雙信使系統。②磷脂酰肌醇信號通路33

IP3是一種水溶性分子，其主要作用是將儲存在內質網中的Ca2+轉移到細胞質基質中，使胞質中游離Ca2+濃度提高。信號的終止是通過去磷酸化形成自由的肌醇。二酰基甘油(DG)作為第二信使可活化與質膜結合的蛋白激酶C(PKC)。PKC是鈣和磷脂酰絲氨酸依賴性酶，具有廣泛的作用底物，參與眾多生理過程，既涉及許多細胞“短期生理效應”如細胞分泌、肌肉收縮等，又涉及細胞增殖、分化等“長期生理效應”。DG可被DG激酶磷酸化為磷脂酸或被DG酯酶水解成酯酰甘油兩種途徑而終止其信使作用。IP3是一種水溶性分子，其主要作用是將儲存34激素與受體結合活化G蛋白，G蛋白活化磷脂酶C，磷脂酶C使4，5-二磷酸磷脂酰肌醇斷裂成1，4，5三磷酸肌醇和二酰基甘油，IP3通過細胞溶質擴散,結合并打開內質網上Ca2+通道，引起Ca2+從鈣庫中釋放到細胞溶質中，通過鈣調節蛋白引起細胞反應；DG與Ca2+活化PKC，PKC磷酸化蛋白引起細胞反應。胞外信號分子激活的磷脂酶C激活的蛋白激酶C

內質網二酰基甘油（DG)磷脂酰肌醇信號通路圖解4，5-二磷酸磷脂酰肌醇激素與受體結合活化G蛋白，G蛋白活化磷脂酶C，磷脂酶C使4，35

⑶與酶連接的受體通常與酶連接的細胞表面受體又稱催化性受體，都為跨膜蛋白。當胞外配體與受體結合即激活受體胞內段的酶活性。此受體至少包括：酪氨酸激酶受體、絲氨酸/蘇氨酸激酶受體、酪氨酸磷酸酯酶受體、鳥苷酸環化酶受體和酪氨酸蛋白激酶聯系的受體5類。

⑶與酶連接的受體36其中，酪氨酸激酶(RTKs)受體是細胞表面一大類重要受體家族，受體酪氨酸激酶的多肽鏈只跨膜一次，胞外區是結合配體結構域，胞內區肽段是受體酪氨酸蛋白激酶催化部位，配體（如表面生長因子,EGF）的結合使單個受體的胞外部分構象發生變化而聚合成二聚體，導致受體胞內區域互相靠近，并互相磷酸化受體胞內區域的酪氨酸殘基。這條信號通路的特點是不需要信號偶聯蛋白，而是通過受體本身的酪氨酸蛋白激酶的激活來完成信號跨膜轉導，并具有自磷酸化位點。現在認為二聚化是一次跨膜的酶連受體被激活的普遍機制。其中，酪氨酸激酶(RTKs)受體是細胞表面一大37自磷酸化的結果是激活了受體的酪氨酸蛋白激酶活性，磷酸化的酪氨酸殘基可被胞內信號蛋白所識別并與之結合，由此啟動信號轉導。其主要功能包括：調節細胞的增殖與分化，促進細胞存活，以及細胞代謝過程中的調節與校正作用。

自磷酸化的結果是激活了受體的酪氨酸蛋白激酶活38BIO-6生物物理預備知識課件39BIO-6生物物理預備知識課件40BIO-6生物物理預備知識課件41１、簡述主動運輸和被動運輸各自的特點和類型。2、離子通道具有哪兩個顯著特征？簡述在神經肌肉連接系統中，刺激肌肉的過程。3、說明Na+-K+泵的工作原理及其生物學意義。4、簡要說明G蛋白偶聯受體介導的信號通路有何特點,并簡述其基本過程。１、簡述主動運輸和被動運輸各自的特點和類型。42第0章預備知識PARTⅥ細胞信號傳導第0章預備知識PARTⅥ43細胞信號傳導

現代科學認為，世界是由物質、能量、信息三大要素構成。生物細胞具有極其復雜的生命活動，是一個開放系統，必須與外界進行物質、能量和信息的交換。信息交流一般要通過其物質體現形式——信號體現出來，甚至轉化或編碼為某種符號加以傳輸。細胞信號傳導現代科學認為，世界是由物質、能量44一、概述細胞信號的主要種類1.生物大分子的結構信息蛋白質、核酸、多糖的序列和三維結構中包含的信息2.物理信號主要是電信號3.化學信號生物體內最主要的信號。廣義狹義一、概述細胞信號的主要種類廣義狹義45（一）細胞信號傳導的一般過程1、啟動配體與受體結合，啟動膜內側級聯反應，將信號傳給第二信使分子。2、放大和整合多種信使分子通過不同通路激活一系列蛋白激酶傳導信息，實現信號的放大與整合。3、效應信號分子或轉錄因子進入細胞核，與基因相互作用，調節蛋白質合成或細胞分泌、運動、形態變化和凋亡。4、終止通過負反饋途徑，活化抑制因子或滅活因子，終止信號的啟動作用。第二信使蛋白激酶酶蛋白DNAmRNA轉錄因子細胞生理功能的調節（一）細胞信號傳導的一般過程第二信使蛋白激酶酶蛋白DNA轉錄46激酶(kinase)：使底物蛋白質氨基酸殘基（Ser,Thr,Tyr）磷酸化，從而使其活化磷酸酶(phosphatase)：底物去磷酸化蛋白酶：使蛋白質肽鍵斷裂，蛋白質水解為短肽或氨基酸酯酶：使底物酯鍵斷裂激酶(kinase)：使底物蛋白質氨基酸殘基（Ser,Th47（二）細胞信號傳導方式①內分泌信號由內分泌細胞分泌化學信號分子到血液中，通過血液循環運送到體內各個部位，作用于靶細胞。②旁分泌信號信號細胞分泌局部化學介質到細胞外液中，作用于環境中鄰近的靶細胞。旁分泌的信號分子擴散不太遠，只能影響周圍近鄰細胞，很快被近鄰細胞所獲取和破壞。③自分泌信號細胞對其自身分泌的物質起反應。④細胞間接觸性依賴通訊無化學信號分子的釋放，而是通過與質膜結合的信號分子與其相接觸的靶細胞質膜上的受體分子結合，⑤通過化學突觸傳遞神經信號（二）細胞信號傳導方式①內分泌信號由內分泌細胞分泌化48（三）信號類型細胞間的化學信號根據其溶解性一般可分為親脂性和親水性兩類：1.親脂性信號分子（第一信使）親脂性小分子的主要代表是甾類激素和甲狀腺素，它們相對不溶于水，在血液轉運中與特殊的載體蛋白結合。這類分子從血液中載體蛋白釋放出來，很容易穿過靶細胞的質膜進入細胞，與細胞質或細胞核中的受體結合形成激素（配體）-受體復合物，調節基因表達，并影響特殊組織的的生長與分化。

（三）信號類型492.親水性化學信號分子與第二信使

包括神經遞質、蛋白激素、生長因子等。他們作為第一信使，只能通過與靶細胞表面受體結合，再經信號轉換機制，在細胞內產生第二信使（或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶活性），最后產生一定的生理效應，第二信使的降解使其信號作用終止。因此，第一信使與受體作用后，在胞內最早產生的信號分子稱為第二信使。第二信使有：環化腺苷酸（cAMP）、環化鳥苷酸（cGMP）、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG）等。例如，腎上腺素不能直接使胞內的糖原分解，而是首先作用于細胞表面受體，通過產生cAMP后，再經過一定的反應分解糖原。2.親水性化學信號分子與第二信使503.氣體性信號分子

NO是迄今在體內發現的唯一的氣體性信號分子，具脂溶性，可快速擴散透過細胞膜，達到靶細胞發揮作用。血管內皮細胞和神經細胞是NO的生成細胞，NO的生成需要一氧化氮合酶（NOS），合成后能快速進入細胞直接激活效應酶，參與體內眾多的生理、病理過程。NOS的活性依賴于胞內Ca2+濃度，因此任何使細胞內Ca2+濃度增加的因素都可能增強NOS的活性，并通過NO調節細胞內代謝。3.氣體性信號分子51NO以氣體形式從血管內皮細胞擴散到其周圍細胞，并穿過質膜作用于靶細胞。NO以氣體形式從血管內皮細胞擴散到其周圍細胞，并穿過質膜作用52（四）信號分子具有的特異性(1)每種信號分子都有特定的靶細胞，這種特異性是由信號分子與靶細胞中的受體共同決定的，例如垂體促甲狀腺激素只能作用于甲狀腺細胞。(2)信號分子本身既不具有酶的活性也不能直接激活基因表達，它通過激活靶細胞中的受體來發揮作用。(3)許多信號分子是以非常低的濃度，并以非常高的親和力與其互補的受體相結合。在發育成熟的動物中，大多數的細胞特化，以便完成一種主要的功能。它們通過胞內或細胞質膜分布的特定受體，保證細胞僅對那些啟動或調節細胞特有功能的信號分子做出反應。（四）信號分子具有的特異性53受體與配體（receptorandligand）概念受體識別自己特異的信號物質——配體將信號轉變為胞內的反應——信號轉導（signaltransduction）配體一些信號物質，除了與受體結合外，本身無其他功能。本身不參加代謝產生有用產物，不直接誘導任何細胞活性，更無酶的活性。受體與配體（receptorandligand）概念受體54二、細胞中信號分子的受體受體是細胞或亞細胞組分中的一種天然分子，可以識別并特異性地與有生物活性的化學信號物質（配體）結合。通過信號轉導作用將包外信號轉換為胞內化學或物理的信號，從而激活或啟動一系列生物化學反應，最后導致該信號物質特定的生物學效應。（一）受體類型受體可分為細胞內受體和細胞表面受體，二者通過不同的機制介導不同的信號傳遞通路。二、細胞中信號分子的受體55（二）受體的功能受體具有兩個功能：一是識別自己特異的信號物質——配體（表現在于兩者的結合）。

二是將識別和接受的信號準確無誤地放大，并傳遞到細胞內部，啟動一系列胞內生化反應，最后導致特定的細胞反應。

因此要使胞間信號轉換為胞內信號，受體的兩個功能缺一不可。（二）受體的功能56細胞信號分子或者與細胞表面受體結合或者與細胞內受體結合細胞表面受體

親水性信號分子小的親脂性信號分子

載體蛋白

胞內受體細胞內受體細胞表面受體可穿過細胞膜進入細胞，與細胞質或細胞核中受體結合形成激素-受體復合物調節基因表達。作為第一信使，只能通過與靶細胞表面受體結合，再經信號轉換機制，在細胞內產生第二信使，產生一定的生理效應。細胞信號分子或者與細胞表面受體結合或者與細胞內受體結合細胞表57BIO-6生物物理預備知識課件58三、信號傳遞（一）信號傳遞類型1.通過細胞內受體介導的信號傳遞與胞內受體結合的信號分子首先要穿過細胞膜進入胞內，所以他們通常是小的疏水分子，主要種類有甾類激素、甲狀腺激素、維甲酸、維生素D，它們在化學結構上和功能上都有很大差別，然而它們都以相似的機制發揮作用，即直接穿過靶細胞膜并結合到胞內受體蛋白上，形成配體—受體復合物，將受體激活，然后直接調控特定基因的轉錄。

三、信號傳遞59

初級反應激素

激素受體活化受體激活初級反應基因

誘導合成幾種蛋白質

次級反應次級反應蛋白質

初級合成蛋白質關閉初級反應基因

次級反應蛋白質啟動次級反應基因

果蠅細胞中蛻皮激素誘導基因活化的初級反應與次級反應模型

初級反應激素激素受體活化受體激活初級反應602.通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞親水性化學信號分子，包括神經遞質、激素蛋白、生長因子一般不能直接進入細胞，而是通過與靶細胞表面特定受體蛋白結合，對細胞產生影響。這些細胞表面受體蛋白，作為信號的轉導因子，能以高親和力與信號配體結合，并將這種胞外作用轉化成一種或多種胞內信號。根據信號轉導機制和受體蛋白的性質，通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞主要分三種類型：

2.通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞61離子通道偶聯受體G-蛋白偶聯受體與酶偶聯受體三種類型的細胞表面受體是由多亞基組成的受體-離子通道復合體，本身既有信號結合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。

是指配體-受體復合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用要通過G蛋白的偶聯，在細胞內產生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內影響細胞的行為。通常與酶連接的細胞表面受體又稱催化性受體，都為跨膜蛋白。當胞外配體與受體結合即激活受體胞內段的酶活性。離子通道偶聯受體G-蛋白偶聯受體與酶偶聯受體三種類型的細胞表62

⑴離子通道偶聯的受體是由多亞基組成的受體-離子通道復合體，本身既有信號結合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞。當少量神經遞質與受體結合時，改變通道蛋白的構象，瞬間導致離子通道的開啟或關閉，改變質膜的離子通透性，最終使突觸后細胞興奮性發生變化。分別有乙酰膽堿門Na+和Ca2+通道，以及γ-氨基丁酸門Cl-通道。⑴離子通道偶聯的受體63BIO-6生物物理預備知識課件64⑵G蛋白偶聯受體介導的細胞信號傳導

1971年，Rodbell發現胰高血糖素激活大鼠cAMP需要GTP存在，提出受體與效應器之間應存在一個轉換器。1977年，Ross和Gilman證實此轉換器為G蛋白。1980年，Gilman和他的同事純化了Gs蛋白。此后十多年，G蛋白及其偶聯受體以及其介導的信號轉導通路迅速發展。Rodbell和Gilman獲得1994年諾貝爾醫學和生理學獎。⑵G蛋白偶聯受體介導的細胞信號傳導19765TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994“fortheirdiscoveriesofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells”TheNobelPrizeinPhysiology66G蛋白偶聯的受體是指配體-受體復合物與靶蛋白（酶或離子通道）的作用要通過G蛋白的偶聯，在細胞內產生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內影響細胞的行為。G蛋白是異三聚體GTP結合調節蛋白的簡稱，由α、β、γ三個亞基組成。其中α亞基具有GTPase活性。G蛋白是一個有很多成員的蛋白家族，各種G蛋白差異主要在α亞基上。至2001年，已確定23種Gα，5種Gβ和10種Gγ，可以有上千種組合。G蛋白偶聯的受體是指配體-受體復合物與靶蛋白（67

G蛋白偶聯的受體是細胞表面有單條多肽鏈7次跨膜形成的受體，N端在胞外，C端在胞內，受體的氨基酸序列含有7個疏水殘基肽段，形成7次跨膜α螺旋。G蛋白偶聯的受體是細胞表面有單條多68BIO-6生物物理預備知識課件69G蛋白介導的跨膜信號轉導模型G蛋白介導的跨膜信號轉導模型70G蛋白偶聯的受體，根據產生的第二信使的不同，又可分為環化腺苷酸(cAMP)信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。G蛋白偶聯的受體，根據產生的第二信使的不同，71①環化腺苷酸(cAMP)信號通路這一信號通路的首要效應酶是腺苷酸環化酶，通過腺苷酸環化酶調節胞內cAMP的水平，進而激活靶酶（蛋白激酶A)并開啟基因表達。該信號途徑涉及的反應鏈可表示為：激素→G蛋白偶聯受體→G蛋白→腺苷酸環化酶→cAMP→cAMP依賴的蛋白激酶A→基因調控蛋白→基因轉錄。

①環化腺苷酸(cAMP)信號通路72

Gs調節作用圖解

腺苷酸環化酶受體蛋白激素

73BIO-6生物物理預備知識課件74②磷脂酰肌醇信號通路通過G蛋白偶聯的受體介導的另一條信號通路。

這一通路的首要效應酶是磷脂酶C(PLC)，通過激活質膜上的PLC，使二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)兩個第二信使。使胞外信號轉換為胞內信號。IP3動員細胞內源鈣到細胞溶質，使胞內Ca2+濃度升高；DG激活蛋白激酶C(PKC)，活化的PKC進一步使底物蛋白磷酸化，并可活化Na+/H+交換引起細胞內pH升高。該信號通路的最大特點是胞外信號被膜受體接受后，同時產生兩個胞內信使，分別啟動兩個信號傳遞途徑即I