分子生物学知识汇总

分子生物学第七章细胞信号转导的分子机制的知识点有细胞信号转导概述、细胞内信号转导分子、受体、信息的转导途径，希望梳理的内容对你有所帮助！

细胞信号转导的分子机制

• 细胞通讯：一些细胞发出信号，而另一些细胞则接收信号并将其转变为自身功能变化的过程； 信号转导：外源信息转入细胞内并引起细胞应答反应的过程。
• 细胞信号转到概述
  • 细胞通讯的基本方式
    • 细胞间隙连接通讯
    • 细胞表面分子接触通讯
    • 化学信号通讯
  • 细胞外化学信号
    • 由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理活动的化学物质。
    • 按其化学本质的不同分为五类
      • 类固醇衍生物
        • 肾上腺皮质激素。性激素、维生素D等。
      • 氨基酸衍生物
        • 甲状腺激素，儿茶酚胺类激素。
      • 多肽及蛋白质
        • 生长因子、细胞因子、胰岛素、下丘脑激素、垂体激素、 甲状旁腺素、胃肠激素。
      • 脂类衍生物
        • 前列腺素。
      • 气体分子
        • NO、CO。
    • 根据细胞分泌和传递信息物质方式的不同，分为
      • 可溶性信号分子
        • 溶解特性
          • 脂溶性化学信号
          • 水溶性化学信号
        • 作用距离
          • 激素
            • 作用距离最远的内分泌（endocrine）系统化学信号，称为激素；激素分泌后作用较远的靶细胞，其传递介质为血液。
          • 旁分泌
            • 属于旁分泌（paracrine）系统的细胞因子，主要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自分泌（autocrine）。
          • 神经递质
            • 作用距离最短的是神经元突触内的神经递质 。
      • 膜结合性信号分子
        • 每个细胞的质膜外表面都有众多的蛋白质、糖蛋白、蛋白聚糖分子。相邻细胞可通过膜表面分子的特异性识别和相互作用而传递信号。 当细胞通过膜表面分子发出信号时，相应的分子即为膜结合性信号分子，亦称为配体，而在靶细胞表面与之特异性结合的分子（受体），则通过这种分子间的相互作用而接收信号，并将信号传入靶细胞内。 这种细胞通讯方式称为膜表面分子接触通讯。 属于这一类通讯的有：相邻细胞间黏附因子的相互作用、T淋巴细胞与B淋巴细胞表面分子的相互作用等。
  • 细胞经由特异性受体接收细胞外信号
    • 受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能特异性识别并结合外源化学信号的蛋白质分子，个别是糖脂。 能够与受体特异性结合的分子称为配体（ligand）。可溶性和膜结合性信号分子都是常见的配体。
    • 受体有细胞内受体和细胞膜受体
      • 受体按其在细胞内的位置分为
        • 细胞内受体
          • 包括位于细胞质或胞核内的受体，其相应配体是脂溶性信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。
        • 细胞表面受体
          • 水溶性信号分子和膜结合性信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、粘附分子等）不能进入靶细胞，其受体位于靶细胞的细胞质膜表面。
    • 受体结合配体并转换信号
      • 受体识别并于配体结合，是细胞接受外源信号的第一步反应
      • 受体有两个方面的作用
        • 一是识别外源信号分子并与之结合；二是转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传递至其他分子引起细胞应答。
      • 细胞内受体能够直接传递信号或通过特定的通路传递信号
        • 有许多细胞内受体是基因表达的调控蛋白，与进入细胞的信号分子结合后，可以直接传递信号，即直接调控基因表达。 另有一些细胞内受体可以结合细胞内产生的信号分子（如细胞应激反应中产生的细胞内信号分子），直接激活效应分子或通过一定的信号转导通路激活效应分子。
      • 膜受体识别细胞外信号分子并转换信号
        • 膜受体识别并结合细胞外信号分子，将细胞外信号转换成为能够被细胞内分子识别的信号，通过信号转导通路将信号传递至效应分子，引起细胞的应答。
    • 受体与配体的互相作用具有共同的特点
      • 高度专一性
      • 高度亲和力
      • 可饱和性
      • 可逆性
      • 特定的作用模式
  • 细胞内信号转导具有多条信号通路并形成网络调控
    • 细胞内存在多种信号转导分子，这些分子依次相互识别、相互作用，有序地转换和传递信号。由一组分子形成的有序分子变化被称为信号转导通路或信号转导途径。 每一条信号转导通路都是由多种信号转导分子组成，不同分子间有序地依次进行相互作用，上游分子引起下游分子的数量、分布或活性状态变化，从而使信号向下游传递。信号转导分子相互作用的机制构成了信号转导的基本机制。 由一种受体分子转换的信号，可通过一条或多条信号转导通路进行传递。而不同类型受体分子转换的信号，也可通过相同的信号通路进行传递。 不同的信号转导通路之间亦可发生交叉调控（cross-talking），形成复杂的信号转导网络（signal transduction network）。 信号转导通路和网络的形成是动态过程，随着信号的种类和强度而不断变化。
• 细胞内信号转导分子
  • 在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为细胞内信号转导分子； 第二信使、酶、调节蛋白 受体及信号转导分子传递信号的基本方式包括 ： ①改变下游信号转导分子的构象 ②改变下游信号转导分子的细胞内定位 ③信号转导分子复合物的形成或解聚 ④改变小分子信使的细胞内浓度或分布。
  • 第二信使
    • 在细胞内传递信息的小分子化学物质。 特点： ①不位于能量代谢途径的中心 ②在细胞中的浓度或分布可以迅 速改变 ③常作为变构激活剂作用于靶分子，特别是作用于一些重要的蛋白激酶，如蛋白激酶A。
    • 环核苷酸类：cAMP、cGMP
    • 脂类衍生物：甘油二酯（DAG）、神经酰胺（Cer）、花生四烯酸（AA）
    • 无机物：钙离子、NO、CO、H2S
    • 糖类衍生物：1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）
  • 蛋白激酶与蛋白磷酸酶
    • 信号转导途径中最重要的调控方式是蛋白质的磷酸化与去磷酸化。
    • 蛋白激酶
      • 催化底物蛋白氨基酸残基的磷酸化由ATP提供磷酸基团。
    • 蛋白磷酸酶
      • 催化磷酸蛋白去磷酸化两种激酶共同作用，使信号转导蛋白在两种构象之间转换，实现信号转导 。
  • 信号转导蛋白
    • 细胞膜上或细胞内能够传递特定信号的蛋白质。
    • G蛋白
      • 能与GTP/GDP结合的蛋白质称为鸟苷酸结合蛋白.简称G蛋白。
      • 异源三聚体G蛋白
        • 由α、β、γ三个亚基组成。
      • 小分子单体G蛋白
        • 分子量21kD，小G蛋白，Ras。
    • 衔接蛋白
      • 是在信号转导途径中起连接作用的蛋白质； 它介导上游信号转导蛋白与下游信号转导蛋白的结合，但自身无酶活性。
      • 信号转导蛋白衔接的分子基础-结构域
        • SH2结构域
          • 由约100个氨基酸组成，可识别并结合蛋白分子中磷酸化的酪氨酸及其相邻的SH2结合位点。 如： Grb2通过SH2与RTK的磷酸化酪氨酸残基结合。
        • SH3结构域
          • 由55～70个氨基酸残基组成，可以识别并结合另一种信号转导蛋白中的富含脯氨酸域。 如： 衔接蛋白Grb2通过SH3与衔接蛋白Sos结合。
    • 支架蛋白保证特异和高效的信号转导
      • 支架蛋白（scaffolding proteins）一般是分子量较大的蛋白质，可同时结合同一信号转导通路中的多个转导分子。 信号转导分子组织在支架蛋白上的意义： ① 保证相关信号转导分子容于一个隔离而稳定的信号转导通路内，避免与其他不需要的信号转导通路发生交叉反应，以维持信号转导通路的特异性； ② 增加调控复杂性和多样性。
• 受体
  • 受体：指存在于靶细胞膜上或细胞内能特异识别并结合信号分子，进而引起靶细胞生物学效应的物质； 化学本质：蛋白质，少数为糖脂； 配体：能与受体特异性结合的信号分子； 功能： 1.特异识别并结合细胞外信号分子 2.将细胞外信号转换成为能够被细胞内分子识别的信号，传递给其他分子引起细胞应答。
  • 受体的分类、结构与功能
    • 膜受体
      • 位于细胞膜上，一般是糖蛋白、脂蛋白; 配体：多肽及蛋白质类激素、儿茶酚胺类激素、前列腺素以及细胞因子；当配体与受体结合后，引起膜受体结构改变，导致细胞内某种化学物质的浓度改变，由此触发一系列的化学和生理变化。
      • 环状受体（P391）
        • 即配体依赖性离子通道，主要在神经冲动的快速传递中起作用。 配体：神经递质
      • G蛋白偶联受体（蛇形受体）
        • 结构
          • 由一条多肽链组成， N-端位于细胞外区，而C-端位于细胞内区，分为细胞外区、跨膜区、细胞内区。跨膜区由7个螺旋结构组成，胞内第三环与G蛋白偶联。
        • 受体：激素
        • 形式
          • 无活性与有活性的互相转变称为G蛋白循环。
          • 无活性：GDP-αβγ
          • 有活性：GTP-α
        • 功能
          • 作用域下游酶分子，影响其活性。
      • 酶偶联受体（单个跨膜受体P394）
        • 结构：单体或寡聚体。 胞外区：与配体结合 跨膜区：α-螺旋 胞内区: 近膜区和酪氨酸蛋白激酶区。 配体：生长因子； 功能：与细胞生长及有丝分裂的调控有关。
        • 蛋白酪氨酸激酶受体型（催化型受体）
          • 受体本身具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性，如胰岛素样生长因子受体(IGF-R)，表皮生长因子受体(EGF-R)。
        • 非蛋白酪氨酸激酶受体型（非催化型受体）
          • 与配体结合后，可与胞质中酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。
      • 具有鸟苷酸环化酶活性的受体
        • 具有鸟苷酸环化酶活性的受体结构： PKH：激酶样结构域； GC： 鸟苷酸环化酶结构域。
    • 胞内受体
      • 位于细胞质或细胞核内，通常为单纯蛋白质； 配体：类固醇激素 维生素D3 甲状腺激素 功能：与DNA结合，调节基因转录。
      • 高度可变区
        • 位于受体N-端，具有转录激活作用。
      • DNA结合区
        • 含66-68个氨基酸，富含Cys，不同受体此域有较高同源性，含有两个锌指结构，为DNA结合所必需。
      • 铰链区
        • 为DNA结合区与配体结合区之间的一段序列，可能含有与转录因子相互作用和受体向核内移动的信号。
      • 配体结合区
        • 位于C-端，其结构与 功能最复杂，包括：与配体结合；使受体二聚化和激活转录。
  • 受体作用的特点
    • 高度的专一性
    • 高度的亲和力
    • 可逆性
    • 特定的作用方式
• 信息的转导途径
  • G蛋白偶联受体介导的信号转导
    • 基本过程： 配体与受体结合→ 活化G蛋白 活化或抑制效应分子→ 改变第二信使的含量和分布→ 激活蛋白激酶→ 激活效应蛋白→ 改变细胞代谢过程和调节基因表达
    • cAMP-蛋白激酶A途径（P392）
      • 信号转导途径的组成
        • 胞外信息分子：儿茶酚胺类激素、胰高血糖素、腺垂体的激素、下丘脑激素、甲状旁腺素、降钙素、前列腺素等。 膜受体 G蛋白 腺苷酸环化酶 (AC) 第二信使——cAMP 蛋白激酶A (PKA
      • cAMP-蛋白激酶A的信息转导过程