分子生物学之细胞信号转导的分子机制

细胞信号转导的分子机制The Molecular Mechanism of Cellular Signal Transduction目录

生物体内各种细胞在功能上的协调统一是通过

细胞间相互识别和相互作用来实现的。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 (cell communication)。 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 ( signaltransduction)。目录

年度1923年

重要发现胰岛素

诺贝尔奖获得者Frederick Grant Banting John James Richard Macleod

1936年1950年

神经冲动的化学传递肾上腺皮质激素 神经末梢的神经递质的合成、释 放及灭活 激素作用的第二信使机制 前列腺素及相关的生物活性物质 生长因子

Henry Hallett Dale Otto LoewiEdward Calvin Kendall Philip Showalter Hench Tadeus Reichstein Sir Bernard Katz Ulf von Euler Julius Axelrod Earl Wilber Sutherland Sune K. Bergströ m Bengt I. Samuelsson John R. Vane Stanley Cohen Rita Levi-Montalcini

1970年 1971年 1982年 1986年

年度 1992年 1994年 1998年 2000年

重要发现 蛋白质可逆磷酸化调节机制 G蛋白及其在信号转导中的作用 一氧化氮是心血管系统的信号分 子 神经系统有关信号转导

诺贝尔奖获得者 Edmond H. Fischer Edwin G. Krebs

Alfred Gilman,Martin RodbellRobert F. Furchgott,Louis J. Ignarro,Ferid Murad Arvid Carlsson,Paul Greengard,Eric R. Kandel Leland H. Hartwell R. Timothy Hunt Paul M. Nurse Peter Agre Roderick MacKinnon Richard Axel,Linda B. Buck Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose

2001年2003 2004 2004

细胞周期的关键调节分子细胞膜离子通道作用机制 嗅受体及其作用机制 泛素介导的蛋白质降解

第一节

细胞信号转导概述The General Information of Signal Transduction

目录

细胞信号转导的基本路线 细胞外信号受体 细胞内各种分子数量、分布 或活性变化 改变细胞内的某些代谢过程，或 改变生长速度，或改变细胞迁移 或进入细胞凋亡等生物学行为目录

一、细胞外化学信号有可溶型和 膜结合型两种形式 生物体可感受任何物理、化学和生物学 刺激信号，但最终通过换能途径将各类 信号转换为细胞可直接感受的化学信号

(chemical signaling)。 化学信号可以是可溶性的，也可以是膜

结合形式的。

目录

化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。 单细胞生物与外环境直接交换信息。

多细胞生物中的单个细胞不仅需要适应环境变化，而且还需要细胞与细胞之间在功 能上的协调统一。

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多细胞生物细胞间的联系

细胞与细胞的直接联系：物质直接交换，或者 是通过细胞表面分子相互作用实现信息交流。 激

素调节：适应远距离细胞之间的功能协调的 信号系统。

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(一)可溶型信号分子作为游离分子在细胞间传递 多细胞生物中，细胞可通过分泌化学物质(如蛋白质或小分子有机化合物)而发出信

号，这些分子作用于靶细胞表面或细胞内的受体，调节靶细胞的功能，从而实现细胞之 间的信息交流。

可溶型信号分子可根据其溶解特性分为脂溶 性化学信号和水溶性化学信号两大类

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根据体内化学信号分子作用距离，可以将其分为 三类：

①作用距离最远的内分泌(endocrine)系统化学 信号，称为激素； ②属于旁分泌(paracrine)系统的细胞因子，主 要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自 分泌(autocrine)。 ③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质 (neurotransmitter)。

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可溶型信号分子的分类神经分泌 化学信号的名称 神经递质 内分泌 激素 自分泌及旁分泌 细胞因子

作用距离 受体位臵 举例

nm m 膜受体 膜或胞内受体 乙酰胆碱 胰岛素 谷氨酸 生长激素

m 膜受体 表皮生长因子 神经生长因子

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(二)膜结合型信号分子需要细胞间接触才能传递信号 每个细胞的质膜外表面都有众多的蛋白质、糖 蛋白、蛋白聚糖分子。相邻细胞可通过膜表面 分子的特异性识别和相互作用而传递信号。 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，而在 靶细胞表面与之特异性结合的分子(受体), 则通过这种分子间的相互作用而接收信号，并 将信号传入靶细胞内。 这种细胞通讯方式称为膜表面分子接触通讯。目录

T淋巴细胞

属于这一类通讯的有：

靶细胞

相邻细胞间黏附因子的相互作用、T淋巴细

胞与B淋巴细胞表面分子的相互作用等。

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二、细胞经由特异性受体接收细胞外信号 受体( receptor )是细胞膜上或细胞内能识别 外源化学信号并与之结合的蛋白质分子，个别 糖脂也具有受体作用 。 能 够 与 受 体 特 异 性 结 合 的 分 子 称 为 配 体 ( ligand )。可溶性和膜结合型信号分子都是 常见的配体。

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(一)受体有细胞内受体和细胞膜受体 受体按照其在细胞内的位臵分为：

细胞内受体包括位于细胞质或胞核内的受体，其相应配体 是脂溶性信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。

细胞表面受体水溶性信号分子和膜结合型信号分子(如生长 因子、细胞因子、水溶性激素分子、粘附分子等)不 能进入靶细胞，其受体位于靶细胞的细胞质膜表面。目录

图19-1 水溶性和脂溶性化学信号的转导目录

(二)受体结合配体并转

换信号 受体识别并与配体结合，是细胞接收外源信号 的第一步反应。 受体有两个方面的作用：一是识别外源信号分 子并与之结合；二是转换配体信号，使之成为 细胞内分子可识别的信号，并传递至其他分子 引起细胞应答。

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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 有许多细胞内受体是基因表达的调控蛋白，与进入细胞

的信号分子结合后，可以直接传递信号，即直接调控基因表达。 另有一些细胞内受体可以结合细胞内产生的信号分子

(如细胞应激反应中产生的细胞内信号分子),直接激活效应分子或通过一定的信号转导通路激活效应分子。

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