十六 细胞信号传导的分子机制

这是一个关于十六 细胞信号传导的分子机制的思维导图，包括：信息分子(配体)、受体、效应酶、激活的相关酶、传导通路、细胞信号转导、异常与疾病。

细胞信号传导的分子机制

• 细胞信号传导的概念：通过多种分子的相互作用，将来自细胞外的信息传递到胞内各种效应分子的过程
• 作为信号分子的酶主要有两大类：一是催化小分子信使生成和转化的酶；二是蛋白激酶
• 信息分子（配体）
  • 第一信使：激素（胰岛素、甲状腺激素、生长激素）、神经递质（乙酰胆碱、谷氨酸）、细胞因子（表皮生长因子，神经生长因子）
  • 第二信使：cAMP（直接影响细胞内cAMP含量的酶是腺苷酸环化酶，cAMP别构激活蛋白激酶A）、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG甘油二酯）、Ca2+、花生四烯酸及其代谢产物、Cer、环腺苷二磷酸核糖、神经酰胺、NO、CO
  • 第三信使：细胞核内外信息传递的物质，是可与靶基因特异序列结合，调节基因转录
  • • 记忆：甲亢高尚
• 受体
  • 细胞内受体：包括胞质或核内受体，配体都为脂溶性分子，如类固醇激素、甲状腺激素、维甲酸/维A酸/视黄酸、维生素D细胞应答调节特异基因的表达
    • 主要存在于胞浆（糖皮质激素受体） 主要存在于胞核（维生素D受体） 胞浆和胞核都存在（雌激素受体）
  • 膜受体
    • ①离子通道受体：配体为神经递质，离子通道功能，细胞应答为去极化或超极化
    • ②G-蛋白耦联受体（7次跨膜α螺旋受体GCPR），配体为神经递质、激素、趋化因子、味、光；激活G蛋白功能（G蛋白是指鸟苷酸结合蛋白,由αβγ三个亚基组成，α亚基与GTP结合成为活化性而βγ脱落；Ras蛋白属于低分子量G蛋白，具有GTP酶活性），细胞应答为去极化或超极化，调节蛋白质功能和表达水平
    • ③酶耦联受体（单跨膜受体）：配体为生长因子、细胞因子，激活蛋白激酶功能，细胞应答为调节蛋白质的功能和表达水平，调节细胞分化和增值
      • 蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶是主要的蛋白激酶
      • 蛋白磷酸酶拮抗蛋白激酶诱导的效应
      • 许多信号途径涉及蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶的作用
        • PKA
        • PKG
        • Ca2+/CaM-PK
        • PKB
          • 受PIP3调控 能催化PKB磷酸化修饰的酶PKD
        • MAPK
          • 受丝裂原控制
      • 部分膜受体具有蛋白质酪氨酸激酶活性
        • 丝/苏氨酸激酶型受体（TGF-β）
      • 细胞内有多种非受体型的蛋白质酪氨酸激酶
        • 酪氨酸激酶结合型受体
          • JAK、SRC、ZAP与质膜内侧的受体结合
        • 胞质中的酪氨酸激酶
          • TEC
        • 核内的酪氨酸激酶
          • ABL、WEE
• 效应酶
  • AC是一种膜结合性的糖蛋白
  • GC一种是膜结合性的另一种存在于细胞质
• 激活的相关酶
  • cAMP激活蛋白激酶A (PKA)
  • cGMP激活蛋白激酶G（PKG）
    • 调节结构域和催化结构域存在于同一个亚基内
  • DAG、Ca2+激活蛋白激酶C （PKC)
• 传导通路
  • 细胞内核受体介导的信号传导
    • 细胞内受体多数为转录因子
    • 结合的复合物（第二信使）作用于顺式作用元件
  • G蛋白的传导通路
    • 参与GPCR通路的分子有7次跨膜受体、G蛋白、cAMP、AC（受G蛋白激活的直接影响）
    • cAMP-PKA途径
    • IP3/DAG-PKC途径
    • 钙离子/钙调蛋白依赖的蛋白激酶途径
  • 酶耦联受体介导的传导通路
    • RAS-MAPK途径
      • 细胞生长、增值和分化
      • 参与的因子
        • 记忆：和女朋友（GF）吃饭，和坏人PK（TPK）用胳膊（Grb）打他喊救命（SOS）然后吃辣（ra）的很舒服（sf)，发出mie(MEK)和er（ERK)的声音。
    • JAK-STAT途径
      • 是IFN-g受体下游的主要信号通路
      • 细胞生长、增值和分化
    • smad途径
      • 为TGF-β的代表性信号通路
    • PI-3K途径
    • NF-κB途径
      • 主要活化方式是与抑制性蛋白质解离
• 细胞信号转导异常与疾病
  • 一、信号转导异常导致细胞获得异常功能或表型
    • ①细胞获得异常的增值能力：肿瘤细胞持续增值-Ras蛋白的持续激活
    • ②细胞的分泌功能异常：GH释放激素通路G蛋白的α亚基失去GTP酶活性（G蛋白处于异常激活状态），GH过度分泌-肢端肥大症；巨人症
    • ③细胞膜通透性改变；霍乱毒素的A亚基使G蛋白持续激活（糖基化），PKA持续激活（磷酸化细胞膜）-腹泻
  • 二、信号转导异常导致细胞正常功能缺失
    • ①失去正常分泌功能：TSH受体的阻断性受体-甲状腺功能减退
    • ②失去正常的反应性：慢性儿茶酚胺刺激，肾上腺素受体下降-心肌收缩功能不足
    • ③失去正常的生理调节功能：胰岛素受体异常，血糖升高

细胞信号传导的分子机制

• 细胞信号传导的概念：通过多种分子的相互作用，将来自细胞外的信息传递到胞内各种效应分子的过程
• 作为信号分子的酶主要有两大类：一是催化小分子信使生成和转化的酶；二是蛋白激酶
• 信息分子（配体）
  • 第一信使：激素（胰岛素、甲状腺激素、生长激素）、神经递质（乙酰胆碱、谷氨酸）、细胞因子（表皮生长因子，神经生长因子）
  • 第二信使：cAMP（直接影响细胞内cAMP含量的酶是腺苷酸环化酶，cAMP别构激活蛋白激酶A）、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG甘油二酯）、Ca2+、花生四烯酸及其代谢产物、Cer、环腺苷二磷酸核糖、神经酰胺、NO、CO
  • 第三信使：细胞核内外信息传递的物质，是可与靶基因特异序列结合，调节基因转录
  • • 记忆：甲亢高尚
• 受体
  • 细胞内受体：包括胞质或核内受体，配体都为脂溶性分子，如类固醇激素、甲状腺激素、维甲酸/维A酸/视黄酸、维生素D细胞应答调节特异基因的表达
    • 主要存在于胞浆（糖皮质激素受体） 主要存在于胞核（维生素D受体） 胞浆和胞核都存在（雌激素受体）
  • 膜受体
    • ①离子通道受体：配体为神经递质，离子通道功能，细胞应答为去极化或超极化
    • ②G-蛋白耦联受体（7次跨膜α螺旋受体GCPR），配体为神经递质、激素、趋化因子、味、光；激活G蛋白功能（G蛋白是指鸟苷酸结合蛋白,由αβγ三个亚基组成，α亚基与GTP结合成为活化性而βγ脱落；Ras蛋白属于低分子量G蛋白，具有GTP酶活性），细胞应答为去极化或超极化，调节蛋白质功能和表达水平
    • ③酶耦联受体（单跨膜受体）：配体为生长因子、细胞因子，激活蛋白激酶功能，细胞应答为调节蛋白质的功能和表达水平，调节细胞分化和增值
      • 蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶是主要的蛋白激酶
      • 蛋白磷酸酶拮抗蛋白激酶诱导的效应
      • 许多信号途径涉及蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶的作用
        • PKA
        • PKG
        • Ca2+/CaM-PK
        • PKB
          • 受PIP3调控 能催化PKB磷酸化修饰的酶PKD
        • MAPK
          • 受丝裂原控制
      • 部分膜受体具有蛋白质酪氨酸激酶活性
        • 丝/苏氨酸激酶型受体（TGF-β）
      • 细胞内有多种非受体型的蛋白质酪氨酸激酶
        • 酪氨酸激酶结合型受体
          • JAK、SRC、ZAP与质膜内侧的受体结合
        • 胞质中的酪氨酸激酶
          • TEC
        • 核内的酪氨酸激酶
          • ABL、WEE
• 效应酶
  • AC是一种膜结合性的糖蛋白
  • GC一种是膜结合性的另一种存在于细胞质
• 激活的相关酶
  • cAMP激活蛋白激酶A (PKA)
  • cGMP激活蛋白激酶G（PKG）
    • 调节结构域和催化结构域存在于同一个亚基内
  • DAG、Ca2+激活蛋白激酶C （PKC)
• 传导通路
  • 细胞内核受体介导的信号传导
    • 细胞内受体多数为转录因子
    • 结合的复合物（第二信使）作用于顺式作用元件
  • G蛋白的传导通路
    • 参与GPCR通路的分子有7次跨膜受体、G蛋白、cAMP、AC（受G蛋白激活的直接影响）
    • cAMP-PKA途径
    • IP3/DAG-PKC途径
    • 钙离子/钙调蛋白依赖的蛋白激酶途径
  • 酶耦联受体介导的传导通路
    • RAS-MAPK途径
      • 细胞生长、增值和分化
      • 参与的因子
        • 记忆：和女朋友（GF）吃饭，和坏人PK（TPK）用胳膊（Grb）打他喊救命（SOS）然后吃辣（ra）的很舒服（sf)，发出mie(MEK)和er（ERK)的声音。
    • JAK-STAT途径
      • 是IFN-g受体下游的主要信号通路
      • 细胞生长、增值和分化
    • smad途径
      • 为TGF-β的代表性信号通路
    • PI-3K途径
    • NF-κB途径
      • 主要活化方式是与抑制性蛋白质解离
• 细胞信号转导异常与疾病
  • 一、信号转导异常导致细胞获得异常功能或表型
    • ①细胞获得异常的增值能力：肿瘤细胞持续增值-Ras蛋白的持续激活
    • ②细胞的分泌功能异常：GH释放激素通路G蛋白的α亚基失去GTP酶活性（G蛋白处于异常激活状态），GH过度分泌-肢端肥大症；巨人症
    • ③细胞膜通透性改变；霍乱毒素的A亚基使G蛋白持续激活（糖基化），PKA持续激活（磷酸化细胞膜）-腹泻
  • 二、信号转导异常导致细胞正常功能缺失
    • ①失去正常分泌功能：TSH受体的阻断性受体-甲状腺功能减退
    • ②失去正常的反应性：慢性儿茶酚胺刺激，肾上腺素受体下降-心肌收缩功能不足
    • ③失去正常的生理调节功能：胰岛素受体异常，血糖升高