生物化学上册精要 (9)

第 8 章 信号分子和细胞信号传递

8.1 学习要点

细胞信号传递指细胞通过相应的受体接受环境信息，并经细胞内信号传递，最终对环境刺激作出反应的过程。 8．1．1 细胞信号分子

细胞信号分子是指细胞产生的能影响它细胞的化学物质，细胞信号分子介导细胞间和细胞内的信息传递。 1．细胞信号分子的基本特征 微量

半寿期一般很短

有效应分子（或靶分子），即受体。

通过信号放大机制，引起靶细胞产生强烈响应。 2．细胞信号分子类群。

已知的细胞信号分子包括激素、细胞因子、神经递质、神经调质、自由基等，从化学上可以是蛋白质，肽，氨基酸，脂肪酸，核苷酸，甾类，萜类、可溶性气体如NO、CO2和乙烯等各种化学物质。根据其与受体的结合，基本分为两类： 水溶性 脂溶性

两类信号分子中，脂溶性分子易通过质膜进入细胞，与其细胞内受体结合。水溶性分子一般不能进入细胞，而和细胞表面受体结合。 3．作用方式

自泌（autocrine）：自分泌的信号分子作用于分泌细胞自身 旁泌（paracrine）：作用于邻近细胞 内分泌（endocrine）：经血流运输作用靶细胞 8．1．2 受体

受体是存在于细胞内或细胞表面，能与配基结合的一类特殊的蛋白质。 （1）受体分子的基本特征

能识别和结合信号分子，具有专一性

能转导信号为细胞反应，产生相应的生理效应： 组织特异性

对配基的高亲和性： 与配基结合的饱和性 结合可逆性

（2）细胞信号分子的受体

特指结合细胞信号分子并传递其携带的信息的细胞内或细胞表面蛋白质。

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第二信使

第二信使指细胞响应细胞信号而产生的细胞内信号分子，第二信使也能像细胞信号分子一样，引起细胞产生强烈响应。

（1）第二信使的基本特征基本同细胞信号分子。即

微量，但作为细胞响应过程的中间产物，在响应前后其浓度水平有急剧变化 半寿期一般很短

有效应分子（或靶分子），

通过信号放大机制，引起细胞产生强烈响应。 （2）已经证明可作为细胞第二信使的物质 环核苷酸类：cAMP、cGMP； 离子：Ca2+、Na+

膜脂水解产物：磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DAG）、花生四烯酸等等。 （3）第二信使的主要效应分子 cAMP：蛋白激酶A（PKA），无活性形式是一种四聚体蛋白质（C2R2），cAMP与其调节亚基（R）结合，释放出催化亚基，可以催化后续蛋白质磷酸化 cGMP：蛋白激酶G（PKG），由两条相同的肽链组成，与ｃＧＭＰ结合后被活化，但二聚体并不解离。 Ca2+：钙调蛋白（CaM），Ca2+-CaM为活性分子，可激活几种蛋白激酶、磷酸酯酶、核苷酸环化酶、Ca2+泵、离子通道蛋白和肌肉收缩蛋白等， IP3：内质网IP3受体，一种Ca2+通道，与IP3结合，使内质网钙库释放。 DAG：几种酶，例如PKC等。

第二信使的协同作用{以蛋白激酶Ｃ的活化为例}

蛋白激酶Ｃ（PKC）是一种依赖Ca2+的蛋白激酶。正常条件下，PKC以无活性形式存在于胞液中，对Ca2+不敏感。细胞受刺激后，第二信使DAG和Ca2+同时促使PKC由胞质转移到含磷脂的质膜内表面。并在DAG和磷脂（主要是磷脂酰丝氨酸，ＰＳ）的共同作用下，提高对Ca2+的敏感性，因而使PKC活化。

PKC由一条多肽链组成。它可以引起许多底物蛋白丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，其中包括各种受体、膜蛋白、收缩蛋白、细胞骨架蛋白、核蛋白和酶类等，从而影响细胞代谢、生长和分化。

8．1．4 细胞信号传递机制

细胞信号转导机制的发展使细胞能对来源其他细胞的化学信号作出响应。根据细胞信号分子的类别和受体位臵，细胞信号传递可大体分为跨膜细胞信号转导和细胞内受体识别两类。而根据细胞表面受体偶联机制不同，跨膜细胞信号转导可分为受体门控离子通道途径、受体-G蛋白途径和受体-酶联途径。

1、受体门控离子通道

也称为配体门控离子通道，通过受体与配体结合操纵离子通道的开和关，改变

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细胞膜对离子的通透性，引起离子的大量和快速跨膜流动，是一种快速信息传递方式。配体主要是神经递质，如乙酰胆碱受体通道、氨基酸受体通道、单胺类受体通道和Na+激活的Ｋ+通道等等。

（门控离子通道还有一类是电位门控通道，如Na+通道和Ｋ+通道，它们由一条肽链组成，但分成多个主结构域和亚结构域，跨膜部分形成α－螺旋，中央部分为离子通道。神经元的电信号沿轴突传递依赖于离子通过电位门控通道引起的膜电位变化） 2、受体-G蛋白途径

受体和G蛋白偶联，配体与受体结合操纵G蛋白的活性，有活性的G蛋白改变效应分子的活性，通过蛋白质级联系统引起相应的细胞变化。 （1）G蛋白偶联的受体

其典型特征是跨膜区域为7段α-螺旋。 （2）三聚体G蛋白

三聚体G蛋白是一大类具有信号转导功能蛋白的总称，以能与GTP/GDP结合而得名。G蛋白的三个亚基分别称为α、β、γ。

G蛋白的功能：改变后续蛋白质或酶的活性，分为刺激性（stimulatory）和抑制性（inhibitory）两种。

G蛋白的作用机制： 受体与配体结合引起三聚体G蛋白的亚基解离，其?亚基上的GDP被臵换为GTP，结合了GTP 的G蛋白作用其效应分子，与此同时，G蛋白的GTP酶活性也被激活，GTP酶使GTP 水解为GDP。有配体结合到受体时，GDP不断被GTP臵换，保证了G蛋白的活性。 G蛋白的效应分子：腺苷酸环化酶，催化产生第二信使cAMP；鸟苷酸环化酶，催化产生第二信使cGMP；磷脂酶C，催化产生第二信使IP3和DG；N型电压门控Ca2+通道，引起Ca2+内流等。 （3）第二信使和效应分子

根据受体-G蛋白途径中第二信使和后续效应分子的不同，受体-G蛋白途径又可以分为APK（环腺苷酸-蛋白激酶途径）、GPK（环鸟苷酸-蛋白激酶途径）、CPK（钙依赖的蛋白激酶途径）等

3、受体-酶途径

受体和酶偶联或者受体本身具有酶活性。当这类受体结合配体后，它们就能使与之偶连的酶的特殊氨基酸磷酸化，或者使自身的特殊氨基酸磷酸化，酶因而被激活。反之，去磷酸化，酶失活。有活性的酶则通过蛋白质级联系统引起细胞响应。蛋白质的磷酸化和去磷酸化是受体-酶联途径中预先已经设臵的控制功能的开关，依据偶连酶的磷酸化类型可以分为： 受体-酪氨酸激酶途径，磷酸化位点为酪氨酸；

受体-丝氨酸/苏氨酸激酶途径，磷酸化位点为丝氨酸或苏氨酸；

4、细胞内受体信息转导

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沿这类途径传递的信息将直接进入细胞内甚至直接进入细胞核或者借助细胞膜受体的介导而进入细胞内。它们不需要第二信使的介导。细胞信号与受体结合将引起转录因子活化，活化的转录因子与DNA结合，改变基因转录的速率，因此细胞响应以某些蛋白质的合成改变。

8．1．5 激素及其信号传递 激素：

狭义上激素指一些组织合成和分泌，通过血液运输到机体其他部位，与靶组织（细胞）受体结合，引起这些组织产生特殊的生理生化效应的微量有机物质。广义上指细胞产生的，与靶组织（细胞）受体结合，引起这些组织产生特殊的生理生化效应的微量有机物质。 （1）激素的分泌与运输

激素的分泌：由细胞直接分泌到体液（血液、淋巴液、细胞外液、脑脊液）中 激素的运输：靠体液运输 （2）激素平衡

激素通过多级反馈抑制保持激素的产生和分泌平衡，如图所示。在没有环境刺激时，激素在血液中的浓度一般约为10-7～10-12mol/L。

下丘脑?（TRH）?垂体前叶?（促甲状腺素）?甲状腺?（甲状腺素）?组织

- - - 图 激素的反馈控制 （3）激素分类

激素可以按化学本质分类。

含氮激素：蛋白质激素——如胰岛素、生长激素（GH）；肽类激素——如催产素、促肾上腺皮质激素（ACTH）；氨基酸及其衍生物——如甲状腺激素、肾上腺素

甾类激素：盐皮质激素（肾上腺皮质分泌）——如醛甾酮；糖皮质激素（肾上腺皮质分泌）——如皮质醇（氢化可的松）和皮质素（可的松）；性激素和孕激素等

脂肪酸激素：如前列腺素（PG） 2．激素作用机理

（1）某些激素的作用机理 激素 促肾上腺皮质激素（ACTH） 促性腺激素（LH、FSH、Hcg） 加压素 肾上腺素： 胰高血糖素： 降钙素： 激素信号传递 APK途径 APK途径 APK途径 APK途径 APK途径 APK途径 34

甲状旁腺激素： 胰岛素和类胰岛素生长因子 甲状腺激素： APK途径 受体酪氨酸激酶途径 细胞核受体途径 1、25-二羟胆钙化醇： 细 胞质受体途径 甾体激素 细胞内受体途径 8．1．6 胰岛素信号途径

牛胰岛素分子特征：51个氨基酸残基，A链（20）和B链（31），二对链间二硫键，1个链内二硫键（A链）。

胰岛素的分泌：胰岛?细胞粗面内质网合成单链的前胰岛素原，从氨基端开始，依次排列着信号肽，B链,连接肽（C肽）和A链。该前体分子经内质网加工去除信号肽成为胰岛素原，后者在高尔基器上被酶水解成为C肽和有活性的胰岛素分子。人的胰腺每日可产生1～2毫克胰岛素。

胰岛素受体：一种糖蛋白，由以二硫键相连的分别含719个和620个氨基酸残基的二种亚基组成。本身具有酪氨酸激酶活性。

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