第十九章：细胞信号转导的分子机制

第一节：细胞信号转导概述

细胞通讯：一些细胞发出信号，而另一些细胞则接收信号并将其转变为自身功能变化，这一过程称为细胞通讯

信号转导：细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学变化及效应的全过程称为信号转导

一：细胞外化学信号有可溶型和膜结合型两种形式

（一）可溶型信号分子作为游离分子在细胞间传递

（二）膜结合型信号分子需要细胞间接触才能传递信号

配体：当细胞通过膜表面分子发出信号时，相应的分子即为膜结合型信号分子，亦称为配体

二：细胞经由特异性受体接收细胞外信号

（一）受体有细胞内受体和膜受体两种类型

（二）受体结合配体并转换信号

1.细胞内受体能够直接传递信号或通过特定的通路传递信号

2.膜受体识别细胞外信号分子并转换信号

（三）受体与配体的相互作用具有共同的特点

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1.高度专一性：受体选择性的与特定配体结合，这种选择性是由分子的空间构象所决定的。受体与配体的特异性识别和结合保证了调控的精确性

2.高度亲和力：体内化学信号的浓度非常低，受体与信号分子的高亲和力保证了很低浓度的信号分子也可充分起到调控作用

3.可饱和性：细胞内受体和细胞表面受体的数目都是有限的，增加配体浓度，可使受体与配体的结合达到饱和。当受体全部被配体占据时，再提高配体浓度不会增加效应

4.可逆性：受体与配体以非共价键结合，当生物学效应发生后，配体即与受体分离。受体可恢复带原来的状态再次接收配体信息

5.特定的作用模式：受体的分布和含量具有组织和细胞特异性，并呈现特定的作用模式，受体与配体结合后可引起某种特定的生理效应。

三：细胞内信号转导具有多条信号通路并形成网络调控

信号转导通路=信号转导途径：细胞内存在多种信号转导分子，这些分子依次相互识别、相互作用，有序地转换和传递信号。由一组分子形成的有序分子变化被称为信号转导通路或信号转导途径。

第二节：细胞内信号转导分子

一：第二信使结合并激活下游信号转导分子

信号转导分子：细胞外信号经过受体转换进入细胞内，通过细胞内的一些蛋白质分子和小分子活性物质进行传递，这些能够传递信号的分子称为信号转导分子。

信号转导分子分为：小分子第二信使、酶、调节蛋白

第二信使：camp，cgmp，dag，ip3，pip3，钙离子等可以作为外源信息在细胞内的信号转导分子，称为细胞内小分子信使，或称为第二信使

（一）小分子信使传递信号具有相似的特点

1.上游信号转导分子使第二信使的浓度升高或分布变化

2.小分子信使浓度可迅速降低

3.小分子信使激活下游信号转导分子

（二）环核苷酸是重要的细胞内第二信使

1.camp和cgmp的上游信号转导分子是相应的核苷酸环化酶

2.磷酸二酯酶催化环核苷酸水解

3.环核苷酸在细胞内调节蛋白激酶活性

4.蛋白激酶不是camp和cgmp的唯一靶分子

（三）脂类也可衍生出胞内第二信使

1.磷脂酰肌醇激酶和磷脂酶催化生成第二信使

Pip2——dag和ip3

2.脂类第二信使作用于相应的靶蛋白分子

（四）钙离子可以激活信号转导相关酶类

1.钙离子在细胞中的分布具有明显的区域特征

2.钙离子的下游信号转导分子是钙调蛋白

3.钙调蛋白不是钙离子的唯一靶分子

（五）no（一氧化氮）等小分子也具有信使功能

二：许多酶可通过其催化的反应而传递信号

（一）蛋白激酶和蛋白磷酸酶可调控信号传递

1.蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白酪氨酸激酶是主要的蛋白激酶

2.蛋白磷酸酶衰减或终止蛋白激酶诱导的效应

（二）许多信号通路涉及丝氨酸/苏氨酸激酶的作用

1.mapk调控细胞的多种重要的生理功能

2.Mapk级联激活是多种信号通路的中心环节

（三）蛋白酪氨酸激酶转导细胞增殖与分化信号

1.部分膜受体具有ptk功能

2.细胞内多种非受体型的ptk

三：信号转导蛋白可通过蛋白质的相互作用传递信号

（一）g蛋白的gtp/GDP结合状态决定信号的传递

鸟苷酸结合蛋白=g蛋白=gtp结合蛋白：结合gtp处于活化形式，能够与下游分子结合，并通过别构效应而激活下游分子。G蛋白自身具有gtp酶活性，可以将结合的gtp水解为gdp，回到非活化状态，停止激活下游分子。

1.三聚体g蛋白介导g蛋白偶联受体传递的信号

2.低分子量g蛋白使信号转导通路中的转导分子

（二）衔接蛋白和支架蛋白连接信号通路与网络

1.蛋白质相互作用结构域介导信号通路中蛋白质的相互作用

2.衔接蛋白连接信号转导分子

3.支架蛋白保证特异和高效的信号转导

第三节：细胞受体介导的细胞内信号转导

一：细胞受体通过分子迁移传送信号

二：离子通道受体将化学信号转变为电信号

三：g蛋白偶联受体通过g蛋白和小分子信使介导信号转导

（一）g蛋白偶联受体介导的信号转导通路具有相同的基本模式

（二）不同g蛋白偶联受体可通过不同通路传递信号

1.camp-pka通路：该通路以靶细胞内camp浓度改变和pka激活为主要特征。

（1）调节代谢：pka可通过调节关键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用。

（2）调节基因表达：pka可修饰激活转录调控因子，调剂基因表达

（3）调节细胞极性：pka通过磷酸化作用激活离子通道，调节细胞膜电位

2.Ip3/dag-pkc通路：ip3促进细胞钙库内的钙离子迅速释放，使细胞质钙离子浓度升高。钙离子与细胞质内的pkc结合并聚集至质膜。Pkc参与多种生理功能的调节

3.钙离子/钙调蛋白依赖的蛋白激酶通路

四：酶偶联受体主要通过蛋白质修饰或相互作用传递信号

（一）蛋白激酶偶联受体介导的信号转导通路也具有相同的基本模式

（二）几种常见的蛋白激酶偶联受体介导的信号转导通路

1.mapk通路

2.Jak-stat通路

3.Smad通路

4.Pi-3k通路

5.Nf-kb通路

第四节：信号转导的基本规律和复杂性

一：各种信号转导机制具有共同的基本规律

（一）信号的传递和终止涉及许多双向反应

（二）信号转导过程中被逐级放大

（三）细胞信号转导通路既有通用性又有专一性

二：细胞信号转导复杂且具有多样性

（一）一种细胞外信号分子可通过不同信号通路影响不同的细胞

（二）受体与信号转导通路有多样性组合

（三）一种信号转导分子不一定只参与一条通路的信号转导

（四）一条信号转导通路中的功能分子可影响和调节其他通路

（五）不同信号转导通路可参与调控相同的生物学效应

（六）细胞内的特殊事件也可以启动信号转导或调节信号转导

第五节：细胞信号转导异常与疾病

一：信号转导异常及其与疾病的关系具有多样性

二：信号转导异常可发生在两个层次

1.受体异常激活

2.受体异常失能

（三）信号转导分子的异常激活和失活

1.细胞内信号转导分子异常激活

2.细胞内信号转导分子异常失活

三：信号转导异常可导致疾病的发生

（一）信号转导异常导致细胞获得异常功能或表型

1.细胞获得异常的增殖能力

2.细胞的分泌功能异常

3.细胞膜通透性改变

（二）信号转导异常导致细胞正常功能缺失

1.失去正常的分泌功能

2.失去正常的反应性

3.失去正常的生理调节功能

四：信号转导分子是重要的药物作用靶位