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第五章 细胞信号转导 河南科技学院 牛立元 主要讲授内容 一、细胞信号转导的概念 二、细胞信号转导的基本分子机制 三、化学信号与受体 四、G 蛋白关联受体 五、第二信使 六、酶关联受体信号传递途径 信息、物质和能量是细胞生命活动的三大基本要素，生物个体的生长、发育、机体各部分之间和生物体内外环境之间的统一等生命活动都是建立在细胞对信息的接收、传递和相应的基础上。 信号——含有信息内容的一种物质或刺激。 细胞对相关内外信号的接收、传递、并产生相应生理生化、基因表达、细胞形态及功能改变的一系列分子反应机制——细胞信号转导（cell signal transduction)。 （一）生物分子的特异识别 1、特异性。细胞间信号分子只能对专一性的靶细胞，靶器官起作用。 2、细胞间信号作用的多样性。一种化学信号可以被不同的细胞接受产生不同的效应，不同的信号也可以作用于同一种细胞引发出相同的生理反应。 3、化学信号的级联放大性(signaling cascade)。 4、信号转导调节的自稳性。 5、网络性和Cross-talk。 2．膜表面受体 所有亲水性信号分子包括神经递质，蛋白质激素，蛋白质生长因子以及个别脂溶性的激素都是和靶细胞的质膜上的受体结合发挥作用。 膜受体都是跨膜整合蛋白，其受体结合部位暴露在质膜外表面，起信号转导器（signal transducer）的作用，同信号配体结合后，可将细胞外信号转变成细胞内信号，从而引起靶细胞的反应。根据质膜表面受体信号转换的机理和受体分子的结构特点，膜受体分为离子通道偶联、蛋白偶联和酶偶联三类。 （1）离子通道偶联受体（ion channel-linked receptor） 由多亚基组成受体／离子通道复合体。受体与配体结合后，构象发生改变，通道瞬间打开或关闭，改变质膜的离子通透性。离子通道型受体又可分为配体门控复合体和电压门控复合体。 （2）蛋白偶联受体（protein linked receptor） 是受体中十分重要的一类，如α与β肾上腺素受体、视网膜视紫红质受体，它们与蛋白偶联产生胞内信使如 cAMP、cGMP、IP3等，将信号传到细胞内。 （3）酶偶联受体（enzyme linked receptor） 酶偶联受体是一种具有蛋白质激酶活性或具有蛋白质激酶募集功能的一类受体。 整个分子分为3个结构区：细胞外配体结合区、跨膜区和胞内区，胞内区含有催化中心和调节序列。它们本身具有酪氨酸蛋白激酶活性。它们被激活后，可使靶细胞中相关蛋白质发生磷酸化。 许多生长因子的受体都属于酶偶联受体。 （一）G蛋白的结构与活性变化 G 蛋白（GTP binding protein）是指所有能与GTP结合的蛋白质，是一类位于膜内侧的偶联蛋白。通过与膜受体胞浆区结合，将膜受体与配体结合的所受到的刺激传递给下游的效应分子。 在 G 蛋白偶联受体反应中，激活的受体蛋白首先与位于质膜内表面的 G 蛋白结合，然后再将信号传递下去。 G 蛋白的种类很多，在哺乳动物细胞中已发现有20多种，都由α、β、γ三个亚基组成。 外界刺激被细胞表面受体接收后，可以通过膜上 G蛋白偶联激活膜上的酶或离子通道，产生第二信使（second messenger），完成跨膜信号转换，最终导致细胞反应。 第二信使主要有cAMP、cGMP、肌醇三磷酸（IP3）、Ca2+、二脂酰甘油（DG）等，其中对 cAMP 和 Ca2+ 作用研究得比较多，它们是 G 蛋白偶联受体信号传递途径中两种主要的胞内介导物。 （2）cAMP对基因表达的调控： 原核细胞是通过活化RNA聚合酶的方式促进转录。 真核细胞则是通过激活PKA，催化CREB（cAMP respone element binding protein）等转录因子磷酸化激活，并结合在CRE（cAMP respone element）回文序列（TGACGTCA），诱导相关基因的转录。 CREB是bZIP转录因子, 结构中含有碱性区和亮氨酸拉链基序，通过碱性区氨基酸序列识别CRE。CREB上磷酸激酶的作用位点是KID（kinase induced domain，又称P-box）. cAMP 调控的基因表达具有以下特点： a.转录因子调控存在一个负反馈机制，PKA可以激活PP-1，PP-1可以解除转录因子的磷酸化。 b.转录因