细胞通讯和细胞信号转导 的分子机制
Molecular Mechanism of Cell Communication and Signal Transduction
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1. 什么是细胞通讯
细胞通讯(cell communication) 是指在多细胞生物的细胞
社会中, 细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收 信息的通讯机制, 并通过放大引起快速的细胞生理反应，或 者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各 组织活动, 使之成为生命的统一整体对多变的外界环境做出 综合反应。
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表1. 某些激素的性质与功能
名称
合成部位 化学特性
主要作用
肾上腺素 肾上腺 酪氨酸衍生物 提高血压、心率、增强代谢
皮质醇
肾上腺 类固醇
在大多数组织中影响蛋白、糖、脂肪的代谢
雌二醇
卵巢
类固醇
诱导和保持雌性副性征
胰高血糖素 胰α细胞 肽
胰岛素
胰β细胞 蛋白质
睾酮
睾丸
类固醇
在肝、脂肪细胞刺激葡萄糖合成、糖原5种第二信使的结构
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7. G蛋白偶联受体及信号转导
细胞质膜上最多，也是最重要的信号转导系统是由G-蛋白介导的 信号转导。这种信号转导系统有两个重要的特点:①系统由三个部分组 成:7次跨膜的受体、G蛋白和效应物(酶); ②产生第二信使。
G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，又叫鸟苷酸结 合调节蛋白，参与细胞的多种生命活动,如细胞通讯、核糖体与内质网 的结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成等。
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细胞内受体结构示意图
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6. 信号转导与第二信使
➢ 两种信号转导途径 G蛋白偶联方式 结合配体激活受体的酶活性
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➢ 细胞应答与信号级联放大
1.细胞应答 细胞对外部信号的应答通常是
综合性反应，包括基因表达的变 化、酶活性的变化、细胞骨架构 型的变化、通透性的变化、DNA 合成的变化、细胞死亡程序的变 化等。这些变化并非都是由一种 信号引起的，通常要几种信号结 合起来才能产生较复杂的反应， 而且通过信号的不同组合产生不 同的反应。
从组成上看,有单体G蛋白(一条多肽链)和多亚基G蛋白(多条多肽 链组成)。
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G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体,三个亚 基分别是α、β、γ, 总相对分子质量在100kDa左右, β亚基为36 kDa左 右, γ亚基为8-11kDa左右。β、γ两亚基通常紧密结合在一起, 只有在 蛋白变性时才分开,鸟苷结合位点位于α亚基上。此外,α亚基还具有 GTPase的活性结构域和ADP核糖化位点。G蛋白属外周蛋白, 它们在 膜的细胞质面通过脂肪酸链锚定在质膜上。G蛋白是一个大家族, 目前 研究得较多的是Gs (转导激素对腺苷酸环化酶的活化过程)、Gi (转导 激素对腺苷酸环化酶的抑制作用), 另外还有其他的一些三体G蛋白。G 蛋白有多种调节功能, 包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对 cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷脂酶C的调节、对细胞内Ca2+浓 度的调节等。 另外还参与门控离子通道的调节。
第二信使至少有两个基本特性: ①是第一信使同其膜受体结合后 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号分子； ②能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。
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第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重要的第二信 使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三 磷酸肌醇(inosositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)、Ca2+ 等。
信号转导（cell transduction）：强调信号的接收与接
收后信号转换的方式(途径)和结果, 包括配体与受体结合、 第二信使的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转 移与转换。
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4. 细胞信号的主要类型
有三种类型的信号分子：
1. 激素 2. 局部介质（local mediators） 3. 神经递质（neurotransmitters）
有具有催化活性的酶受同一分子
调控, 第二:通过级联放大作用,使
引起同一级联反应的信号得到最
大限度的放大。
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➢ 第二信使（second messenger）
细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二 信使,而将细胞外的信号称为第一信使(first messengers)。
第二信使的产生及作用
刺激肝细胞等葡萄糖吸收、蛋白质及脂的合 成
诱导和保持雄性副性征
甲状腺素 甲状腺 酪氨酸衍生物 刺激多种类型细胞的代谢
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5. 受体与信号的接受
信号分子识别并结合的 受体通常位于细胞质或细 胞内，所以有两类受体：
细胞表面受体 细胞内受体
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➢ 细胞表面受体
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➢ 细胞内受体
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2. 细胞通讯的方式与反应
细胞有三种通讯方式：
① 通过信号分子 ② 通过相邻细胞间表面
分子的粘着或连接 ③ 通过细胞与细胞外基
质的粘着
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3. 信号传导与信号转导
信号传导（cell signaling）：强调信号的产生、分泌与
传送,即信号分子从合成的细胞中释放出来,然后进行传 递。
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多种细胞外信号引起动物细胞的应答
2.信号级联放大
从细胞表面受体接收外部信号
到最后作出综合性应答是一个将
信号逐步放大的过程，称为信号
的级联放大反应。
组成级联反应的各个成员称为
一个级联(cascade),主要是由磷
酸化和去磷酸化的酶组成。信号
的级联放大作用对细胞来说至少
有两个优越性:第一,同一级联中所
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效应物
表2, 某些G蛋白的功能
G蛋白
作用
腺苷酸环化酶
Gs
激活酶活性
Gi
抑制酶活性
K+离子通道
Gi
打开离子通道
磷脂酶C
Gp
激活酶活性
cGMP磷酸二脂酶
Gt
激活酶活性
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➢ G蛋白循环（G protein cycle）
在G蛋白偶联信号转导系统中， G蛋白能够以两种不同的状态结 合在细胞质膜上。一种是静息状态，即三体状态; 另一种是活性状态， G蛋白由非活性状态转变成活性状态，尔后又恢复到非活性状态的过 程称为G蛋白循环(G protein cycle)。G蛋白的这种活性转变与三种 蛋白相关联: