细胞生物学（第五版）课件-第11章 细胞信号转导.pptx

第11章 细胞信号转导;单细胞生物——直接作出反应;;细胞通信（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长和分裂是必需的。 （细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信号转变为自身应答反应的过程。 这是实现细胞间通讯的关键过程。 信号通路（signaling pathway）：指细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应。;细胞通信步骤与功能;细胞通信可概括为3种方式： （1）化学信号通信 细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式 ;（2）接触依赖性通信 细胞直接接触，通过信号细胞跨膜信号分子与相邻靶细胞表面受体相互作用 （3）动物细胞间通过间隙连接、植物细胞间通过胞间连丝，使细胞间相互沟通，通过交换小分子实现代谢偶联或电偶联，从而实现调控功能。;（一）信号分子; 化学信号（分子）根据化学性质可分为4类： ① 气体性信号分子（可自由扩散,进入细胞直接激活效应酶产生第二信使cGMP,如NO、CO） ② 疏水性信号分子（可穿过细胞质膜与细胞内受体结合成激素-受体复合物来调节基因表达，血液中长效信号，亲脂、疏水，分子小，如甾类激素和甲状腺素） ③ 亲水性信号分子（只能通过与靶细胞表面受体结合而启动细胞信号转导，如大多数蛋白类激素、神经递质和局部介质）。 ④ 膜结合信号分子 通过与靶细胞质膜上的受体分子相互作用，引起细胞应答 ;信号分子举例;是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，大多数为糖蛋白，少数是糖脂，还有的是糖蛋白和糖脂组成的复合物;细胞表面受体位于细胞质膜上，主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如多肽类激素、神经递质和生长因子等）或膜结合型信号分子（如细胞表面抗原和细胞表面黏着分子等）。;（1）离子通道偶联受体（ion channel-coupled receptor）：受体本身既有信号（配体）结合位点，又是离子通道，跨膜信号转导无需中间步骤;（2）G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptor，GPCR）：细胞表面受体中最大家族，偶联不同的效应蛋白，介导不同的信号通路;（3）酶联受体（enzyme-linked receptor1）：一类是受体的细胞内结构域具有潜在酶活性，另一类是受体本身不具酶活性，而是受体的胞内段与酶相联系;三种类型的细胞表面受体;细胞信号转导始于胞外信号分子与靶细胞表面受体的结合，受体结合特异性配体后而被激活，通过信号转导途径将胞外信号转换为胞内信号，引发2种基本的细胞反应： 1. 改变细胞内特殊的酶类和其他蛋白质的活性或功能，进而影响细胞代谢功能或细胞运动； 2. 通过修饰细胞内转录因子刺激或阻遏特异靶基因的表达，从而改变细胞特异性蛋白的表达量。 前一类应答反应比后一类快得多，前者称快反应，后者称慢反应。;靶细胞对外界信号产生反应：受体与配体空间结构的互补性是二者特异性结合的主要因素，但并不意味着受体与配体之间是简单的一对一的关系。 不同细胞对同一种化学信号分子可能具有不同的受体，所以不同靶细胞以不同方式应答于相同的化学信号。例如，乙酰胆碱作用于骨骼肌细胞引起收缩，作用于心肌细胞却降低收缩频率，作用于唾液腺细胞则引起分泌 靶细胞对外界信号产生反应：一是通过受体对信号结合的特异性，二是通过细胞本身固有的特征。;（三）第二信使与分子开关;4种常见的细胞内第二信使及其主要效应蛋白;萨瑟兰（Earl W. Sutherland, Jr） 1915 ~ 1974;在细胞信号转导过程中，除细胞表面受体和第二信使分子以外，还有2类在进化上保守的胞内蛋白，通过活化与失活2种状态的转换来控制下游靶蛋白的活性，称分子开关。; 信号诱导的开关调控蛋白从失活态向活化态的转换，由鸟苷酸交换因子（GEF)所介导，GEF引起GDP从开关蛋白释放，继而结合GTP并引发开关调控蛋白（G蛋白）构象改变使其活化；随着结合的GTP水解形成GDP和Pi，开关调控蛋白又恢复成失活的关闭状态。; 2. 蛋白激酶/蛋白磷酸酶开关：通过蛋白激酶（protein kinase，PK）使靶蛋白磷酸化和通过蛋白磷酸酶（protein phosphatase，PP）使靶蛋白去磷酸化，从而调节靶蛋白的活化（开启）与失活（关闭）。;蛋白质磷酸化和去磷酸化可以改变蛋白质的电荷并改变蛋白质构象，从而导致该蛋白质活性的增强或降低，这是细胞内普遍存在的一种调节机制，在代谢调节、基因表达和细胞