靶蛋白磷酸化和去磷酸化是细胞调节 靶蛋白活性的一种普遍机制
蛋白激酶 （PK）/ 蛋 白磷酸酶（PP）：将 磷酸基团转移到其它 蛋白质上（或相反） 的酶，通常对其它蛋 白质的活性具有调节 作用。
三、信号转导系统及其特性
胞外信号分子
受体
胞内信号分子
细 胞 信 号 途 径 的 组 成
靶蛋白 新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白


通过调节cAMP的浓度，将细胞外信号转变为
细胞内信号。
(一) cAMP信号通路
类型
激活型：由激活型的信号作用于激活型的受体，
经激活型的G蛋白去激活腺苷酸环化酶，从而提
高cAMP的浓度引起细胞的反应。 抑制型：通过抑制型的信号分子作用于抑制型的 受体，经抑制型的G蛋白去抑制腺苷酸环化酶的 活性。
第五节 信号的整合与控制
第一节 概 述
一、细胞通讯
二、信号分子与受体 三、信号转导系统及其特性
一、细胞通讯
(一) 细胞通讯的概念
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个 细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然 后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理 生化变化，最终表现为细胞整体的生物学 效应的过程。
(二) 细胞通讯的一般过程
改变新陈代谢 改变基因表达 改变细胞形状或运动
组成从细胞表面到细胞核的信号 途径的各类信号蛋白组分
质膜
潜在基因调控蛋白
支架蛋白
转承蛋白 接头蛋白
分歧蛋白
放大和转导蛋白
细胞内中介小分子
整合蛋白
锚蛋白
修饰蛋白
信使蛋白 核膜
靶蛋白
基因转录
信号应答元件
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
受体交叉(receptor crossover)：胰岛素受体除结合 胰岛素外, 还可以同胰岛素样生长因子结合。
可逆性 特定的组织定位

相同的信号分子在不同的靶细胞中引起不同的应答
不同类型的细胞以不同的方式对神经递质乙酰胆碱作出应答。在(a)和(b) 中，信号分子与相同的受体蛋白结合，但由于细胞的功能不同，引起不 同的反应
(一) cAMP信号通路

Gs调节模型 激素与Rs结合，Rs构象改变，与Gs结合，Gs的α 亚基排斥GDP，结合GTP而活化，Gs解离出α和 βγ。
α亚基活化腺苷酸环化酶，将ATP转化为cAMP。 βγ亚基复合物也可直接激活某些胞内靶分子。
被激活的蛋白激酶A可以以两种方式起作用: ������ PKA 使其靶酶磷酸化：丝氨酸、苏氨酸残基，细胞快 速应答胞外信号的过程。

������ 直接激活特定的转录调控因子，缓慢应答胞外信号的 过程。
cAMP-PKA信号对肝和肌细胞糖原代 谢的调节（图9-19）
GPK：糖原磷酸化酶激酶 GP:糖原磷酸化酶 GS: 糖原合成酶 IP：磷蛋白磷酸酶抑制蛋白 PP:磷蛋白磷酸酶
Gi调节模型
①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；
二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与 酶结合
一、细胞内核受体及其对基因表达的调控
细胞内受体的本质：激素激活的基因调控蛋白。
三个结构域：C-端激素结合位点、中部的DNA或Hsp90结合位点（富 含Cys、锌指结构）、N-端转录激活结构域。
影响细胞分化等长期的生物学效应
二、NO作为气体信号分子进入靶细 胞直接与酶结合
(5) 分子开关蛋白：指通过活化（开启） 和失活
（关闭） 2种状态的转换来控制下游靶蛋白的活 性的调控蛋白

可逆磷酸化控制的开关蛋白：受蛋白激酶和蛋白磷 酸水解酶的调节

GTPase开关蛋白：结合GTP而活化，结合
GDP而失活。
G蛋白开关活化（开）与失活（关） 的转换Fra bibliotek
GEF（guanine nucleotide-exchange factor）即鸟苷酸交换 因子 GAP（GTPaseaccelerating protein）即 GTPase促进蛋白 RGS（regulator of G protein-signaling） 即G 蛋白信号调节子 GDI（guanine nucleotide dissociation inhibitor）即鸟苷酸解 离抑制蛋白
1. 信号细胞合成并释放信号分子
2. 转运信号分子至靶细胞
3. 细胞识别：受体蛋白激活
4. 信号转导（Signal transduction） 5. 引发生物学效应 6. 信号的解除
信号转导：指细胞将外部信号转变为自身应答
反应的过程，是实现细胞间通讯的关键过程。 细胞信号传递（cell signaling）：通过信号分子 与受体的相互作用，将外界信号经细胞质膜传递 至细胞内部，通常传递至细胞核，并引发特异生
NO在导致血管平滑肌舒张中的作用

1998年R．Furchgott等三位美国科学家因对NO信号转导机
制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
第三节 G蛋白偶联受体介导的信号 转导
一、G蛋白耦联受体的结构与激活 二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路
根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，
膜表面受体可分为：

离子通道偶联受体：组织分布特异性
G蛋白耦联受体 酶连受体
三种类型的细胞表面受体
细胞表面受体转导胞外信号引发两类主 要反应：快反应和慢反应
(3) 受体的作用特性


结合特异性----与信号分子空间结构的互补
效应特异性：与细胞的固有特征有关
作用于靶细胞。特点：①低浓度10-8-10-12M ，②全身性， ③长时效。

旁分泌（paracrine）：信号分子通过扩散作用于邻近的细 胞。包括：①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体 信号分子（如：NO）。

突触信号发放：神经递质经突触作用于特定的靶细胞。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同 一细胞，常见于癌变细胞。
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一) G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成：αβγ三个亚基， β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态， 结合GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性， 能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体 状态。α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。
与G蛋白偶联受体相联系的效应蛋白的激活机制
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(二) G-蛋白偶联受体
7次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号分子， 胞内结构域与G蛋白耦联，调节相关酶活性， 在细胞内产生第二信使。 介导无数胞外信号分子的细胞应答。
G蛋白偶联受体的结构图
二、G蛋白耦联受体所介导的细胞信 号通路
对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电耦联
现象（电紧张突触）。
connexon
二、信号分子与受体
1. 细胞的信号分子
(1) 概念：细胞的信息载体，包括化学和物理信号 (2) 化学信号的种类：

激素：又称内分泌信号，如胰岛素、肾上腺素等。通过 血液循环到达靶细胞，作用时间长
局部介质：称旁分泌信号，如生长因子、细胞生长抑素、 NO等。 特点：不进入血循环，通过扩散作用到达靶细 胞，作用时间短 神经递质：又称突触分泌信号，由神经元突触前膜释放， 如乙酰胆碱，作用时间短。
物学效应的过程。
生命是一个完整的自然的 信息处理系统。
图 细胞通讯的方式及引起的某些反应
(三) 细胞通讯的方式
1. 化学通讯
2.膜表面分子接触通讯 3.细胞间隙连接(胞间连丝)
1. 化学通讯

细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号 分子作用于靶细胞，调节其功能，可分为4类。

内分泌（endocrine）：内分泌激素随血液循环输至全身，
二、信号分子与受体
3. 第二信使与分子开关
3. 第二信使与分子开关
(1) 概念：第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分
子。
(2) 特征：是第一信息同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧
或胞浆中出现，仅在细胞内部起作用的信息分子；能启动 或调节细胞内稍晚出现的反应。 (3) 主要种类：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+。 (4) 功能：信号转换、信号放大。
根据G蛋白偶联受体（GPCR）在质膜上的效应蛋白的
不同 (一) cAMP信号通路 (二) 磷脂酰肌醇信号通路 (三) G蛋白耦联受体介导离子通道的调控
(一) cAMP信号通路
概念：

cAMP信号途径又称PKA系统，是蛋白激酶A系 统的简称(protein kinaseA system, PKA) 在该系统中, 细胞外信号要被转换成第二信息 cAMP引起细胞反应。
(一) cAMP信号通路
主要组分
①激活型受体（Rs）或抑制型受体（Ri）；
②活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白
（Gi）；
③ 腺苷酸环化酶
④环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase, PDE） ⑤ 蛋白激酶A
脂肪细胞受激素诱导的AC激活与抑 制

③ 腺苷酸环化酶：
跨膜 12 次。在 Mg 2+ 或 Mn 2+ 的存在下， 催化ATP生成cAMP。
第八章 细胞信号转导
教学目的要求
1. 理解细胞信号转导的特点和过程
2. 理解G蛋白偶联受体和信号转导
3. 理解酶联受体信号转导
4.了解其他信号转导途径的特点和过程