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细胞通讯
这是一篇关于细胞通讯的思维导图，主要内容有细胞通讯的一般原理、G蛋白欧联受体介导的信号转导、酶联受体信号转导。
编辑于2022-09-18 12:17:24 四川省- 细胞通讯
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- 大纲
细胞通讯
细胞通讯的一般原理
细胞通讯网络
细胞通讯网络的功能
通过对信号的识别与结合
通过相邻细胞间表面分子的黏着与连接
通过细胞与细胞外基质的黏着
细胞通讯网络的基本组成
信号分子
受体
信号蛋白
第二信使
不起始或结束一个通讯过程，仅仅起中介作用
细胞通讯的快速反应与慢速反应
亲水性的信号分子与穿膜受体蛋白的细胞外表面结合传递信息，疏水性、分子质量小的信号分子可穿过细胞质膜与细胞质中的受体结合传递信息
无论是脂溶性的信号分子，还是水溶性的信号分子，它们的效应物既可存在于细胞质，也可存在于细胞核，视应答反应的目的而定
细胞的信号传导与信号转导
基本概念
细胞信号传导
强调信号的产生与细胞间的传送
信号转导
强调信号的接受与接收后信号转换的方式和结果
细胞通讯基本过程
信号分子的合成
信号分子从信号生成细胞释放到周围环境中
信号分子向靶细胞运输
靶细胞对信号分子的识别和检测
细胞对细胞外信号进行穿膜转导，产生细胞内的信号
细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应，引起细胞代谢、生长、基因表达等方面的一系列变化
信号分子
信号分子与通讯方式
细胞信息多数是通过信号分子传递的
信号分子概念
生物体内的某些化学分子，它们主要是用来在细胞间传递信息
信号分子
水溶性信使
作用于细胞表面受体
脂溶性信使
要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体
信号分子的通讯方式
旁分泌通讯
通讯细胞向细胞外液分泌信号分子（称为局部介质）
突触通讯
释放神经递质
内分泌通讯
分泌激素，通过血液流通
蛋白质和肽类激素
类固醇激素
氨基酸衍生物
接触依赖性通讯
细胞之间的接触
受体
G蛋白偶联受体（最大的一类细胞表面受体，参与的信号转导作用要与GTP结合的调节蛋白相偶联
可结合细胞外的蛋白质、肽以及具有氨基酸结构的信号
可介导很多细胞外信号的转导，如激素、局部介质和神经递质
最重要的特点:一旦受体被激活，它能同时激活多个相同的G蛋白
种类很多、结构相似即都是一条多肽链，并且有7次α穿膜区
进化地位相当原始，真核生物有，细菌中也存在与G蛋白偶联受体相似的膜蛋白
受体蛋白激酶（既是受体又是酶，一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大，故又称催化受体或酶联受体
结构
与GPCR不同，至少有2个亚基，因此具有四级结构，每个亚基都有一次单次穿膜的α螺旋结构域，所以它们很容易在质膜中进行扩散
它们的细胞质尾部含有蛋白激酶结构域，它能将磷酸基团加到特定的氨基酸侧链上
分类
受体酪氨酸激酶（RTK）
反式自磷酸化
受体丝氨酸/苏氨酸（RSTK）
大多数都不会进行反式磷酸化，而是将不同的信号蛋白磷酸化
配体门控离子通道受体（又称配体们控通道）
见于可兴奋细胞间的突触信号传导，产生一种电效应
穿膜支架
通过改变复合物中受体的数量与形态，细胞能够装配成不同类型的支架，整联蛋白在细胞质膜上参与的细胞黏附与连接就是典型的穿膜支架
受体鸟苷酸环化酶
形式
膜结合型GC
可溶性GC
核受体
结构域
抑制蛋白结合结构域
信号分子结合结构域
DNA结合结构域
信号分子与级联放大
信号蛋白与分子开关
最大的一类分子开关是由磷酸化作用控制其活性或非活性状态的蛋白质
另一类重要的分子开关是GTP结合蛋白，简称G蛋白
第二信使
2个基本特性
都是小的分子或离子，有4个优越性
级联反应
通过信号分子将信号级联放大或级联反应
细胞内信号复合物
3种类型的信号复合物装配方式
G蛋白欧联受体介导的信号转导
G蛋白偶联受体的结构与作用机制
G蛋白偶联受体的结构特点
受体都含有7个穿膜的α螺旋
与三体G蛋白偶联，偶联的G蛋白通过自身“开”与“关”的循环作为信号转导的开关。
有一个与之关联的膜结合的效应物蛋白
三体G蛋白α亚基的激活
三体G蛋白是膜结合蛋白。静息状态时Gα结合一个GDP，并与Gβ γ形成三体复合物
当有配体或配体类似物与受体结合时，受体就会改变细胞质面环的构型，并与Gα亚基结合
三体G蛋白与效应物
GPCR途径中所有的效应物，要么是膜结合的离子通道，要么是能够催化生成第二信使的膜和酶
刺激型的G蛋白。
PKA系统的信号转导机制
概念
第二信使通过激活蛋白激酶A引起的信号转导系统称为PKA
腺苷酸环化酶与cAMP
Gαs.TP与腺苷酸环化酶结合时，后者即被激活，将ATP转变成cAMP
cAMP介导的激素信号诱导的细胞应答涉及到很多激素
腺苷酸环化酶活性的竞争性调节
在很多类型的细胞中，腺苷酸环化酶受到激活与抑制双重调控
蛋白激酶A的结构与功能
蛋白激酶A（PKA）
是一种结构最简单、生化特性最清楚的蛋白激酶
蛋白激酶A的结构组成
4个亚基组成的四聚体，其中2个是调节亚基
蛋白激酶A的功能
PKA与葡萄糖代谢
典型:哺乳动物细胞中糖原代谢是第二信使使cAMP通过PKA激活细胞质中的靶酶引起信号转导
PKA与基因表达调控
被cAMP可以进入细胞核，通过调节特异基因的转录进行慢速反应
cAMP反应原件（CER）
A激酶锚定蛋白(AKAP)
是一类衔接蛋白，它具有与PKA结合位点
不同的细胞具有不同的AKAP，图同一细胞具有多种不同的AKAP，它们除了能与PKA结合外，还有与其他不同蛋白结合的位点，使PKA分散分布在细胞的各个不同部位
作用于G蛋白的毒素
霍乱弧菌
感染人肠道后，分泌的一种毒素。是一种毒蛋白，由异二聚体组成
百日咳毒素
是由百日咳杆菌产生的一种毒素
PKA系统的信号转导机制
作用于PKA途径的信号、受体、G蛋白与效应物
由3个膜蛋白组成
作用于PKA系统的信号种类很多
第二信使的产生
磷脂酶C-β的激活
相当于cAMP系统中的效应物腺苷酸环化酶，也是膜整合蛋白，活性受Gq蛋白调节
第二信使IP3/DAG的生成
倍激活的磷脂酶C-β水解质膜上的PIP2，产生IP3和DAG
IP3启动第二信使钙离子的释放
最直接的作用有两个
协同DAG激活蛋白酶C
钙离子与钙调蛋白结合引起细胞的其他反应
蛋白激酶C的激活
第二信使IP3/DPG的信号级联反应需要通过PKC，所以这个信号转导过程又称为PKA途径
蛋白激酶C的作用
将靶蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的酶
参与生化反应的调控，同时也能作用于细胞核中的转录因子参与基因表达的调控
影响神经索免疫反应，以及调节细胞的分裂等
第二信使钙离子及GaM蛋白激酶的作用
钙调蛋白
钙调蛋白只存在于真核生物中，从不同的动物、植物和真核微生物中分离的钙调蛋白都非常相似
钙离子/钙调蛋白复合物的信号放大作用
植物叶片中气孔直径大小的调节主要是通过钙离子的第二信使作用调控的
作用于离子通道的G蛋白偶联受体信号转导途径
心肌中乙酰胆碱受体经由G蛋白打开钾离子通道
心肌细胞含有。很多毒蝇碱型乙酰胆碱受体，当受体被激活时可降低心肌的收缩
GPCR与脊椎动物眼睛的光信号转导
光敏感神经元
视杆细胞
视锥细胞
GPCR与嗅觉、味觉信号转导
检测气味、味道的感官细胞与视觉有共同的机制
钙离子/NO/cGMP信号转导途径
NO的性质及形成
NO合酶能够将精氨酸氧化成NO，这是第一次探明NO是一种重要的生物分子
鸟苷酸环化酶受体与第二信使cGMP
在NO引起的信号反应中还涉及cGMP的信号作用，它是由鸟苷酸环化酶催化GTP生成的
鸟苷酸环化酶
与细胞膜结合的膜结合型GC
胞质可溶性GC
钙离子/NO/cGMP信号途径与血管平滑肌的松弛
在血管平滑肌中，PKG激活一个信号途径，该途径对肌动蛋白-肌球蛋白复合物产生抑制，导致细胞松弛、血管扩张
酶联受体信号转导
受体酪氨酸激酶信号转导的特点
作用信号与受体的结构特点
根据结构特点分成20个亚家族，主要类型包括7种
表皮生长因子受体
胰岛素和胰岛素样生长因子1受体
神经生长因子受体
血小板衍生生长因子受体和巨噬细胞集落刺激因子受体
成纤维细胞生长因子受体
血管内皮生长因子受体
肝配蛋白受体
......
所有的PTK都是由3个部分组成
含配体结合位点的胞外结构域
单次穿膜的疏水α螺旋区
含有PTK活性的细胞内结构域
受体二聚化与磷酸化
配体介导的二聚化
通过磷酸化，能够将受体完全激活
磷酸化的酪氨酸位点可以为信号蛋白提供锚定位点
受体介导的二聚化
EGF与受体结合后，导致受体构型发生变化，从而介导了受体的二聚化
信号复合物的装配与下游途径的激活
不同的信号蛋白都含有不同的识别结构域，识别并与PTK受体磷酸化的酪氨酸位点结合，装配成复合物，启动下游途径
最常见的一种信号复合物装配是直接在激活的PTK上进行
SH结构域:蛋白质相互作用结构域
Src是一种癌基因，最初在Rous肉瘤病毒中发现
这种结构能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残基紧紧结合，形成多蛋白质的复合物进行信号转导
SH结构域类型
SH2结构域
SH3结构域
Ras/MAP激酶信号转导
Ras蛋白的信号途径的转导过程
受体激活
Ras蛋白激活
MAP级联反应
Ras蛋白
Ras蛋白介导大多数PTK途径的信号转导，涉及多种细胞外表皮，包括表皮生长因子，成纤维细胞生长因子、胰岛素生长因子等
单体GTPase的Ras超家族
不一定都是信号转导作用
都具有GTPase活性
Ras蛋白的活性调节
受2个主要蛋白质的控制
鸟苷交换因子(GEF)
促使GDP从Ras释放下来，取而代之的是GTP
GTP酶激活蛋白(GAP)
激活Ras的GTP酶，将结合在Ras的GTP水解成GDP
Grb2和Sos蛋白
Grb2是生长因子受体结合蛋白2
PTK对Ras蛋白的激活
PTK受体被激活后，受体细胞质结构域被磷酸化，新的磷酸化位点是Grb2-Sos蛋白结合部位
Ras激活MAP激酶级联反应
促分裂原激活的蛋白激酶组件
磷脂酰肌醇3激酶途径
P1-3激酶在细胞质膜上产生脂锚定位点
磷脂酰肌醇
PI-3激酶-Akt途径
胰岛素样生长因子(IGF)
Akt，也称蛋白激酶B
胰岛素信号途径
胰岛素受体(INSR)
胰岛素受体是一个四聚体，由两个α亚基和两个β亚基通过二硫键连接成一个整体，所以，胰岛素受体没有二聚化过程
胰岛素通过MAP激酶级联途径调节基因表达
胰岛素通过PI-3激酶调节糖原合成
其他酶联受体受体信号途径
细胞因子受体激活的JAK-STAT信号途径
细胞因子
是细胞分泌的小分子蛋白质，如干扰素、白细胞介素等，能与特定细胞的表面受体结合，并引发细胞进行应答，包括细胞分化或增殖
细胞因子受体
是一个大家族，包括很多局部介导受体，以及某些激素受体，这些受体能够与称之为詹纳斯激酶的细胞质酪氨酸激酶稳定结合，它们能够磷酸化并激活叫做STAT的转录调节蛋白
TGF-β信号转导途径
转化生长因子-β超家族
是一类结构相关、分泌在细胞质中的二聚体蛋白
两个亚基家族
TGF-β/活化素家族
较大的骨形态发生蛋白家族
其他形式的信号途径信号转导的复杂性与信号的终止
受体与配体相互作用的复杂性与信号的终止
受体与配体相互作用的复杂性
受体与配体相互作用的一般特性
特异性
受体与配体的结合是高度特异性的反应，受体与配体的结合是选择性的不受其他信号分子的干扰
高亲和力
受体与配体结合的能力称为亲和力，通过配体与受体结合反应的动力学分析可获得亲和力的信息
饱和性
一个细胞或一定组织内受体的数目是有限的
可逆性
由于配体与受体的结合是通过非共价键，所以是快速可逆的
生理效应
信号分子与受体的结合会引起适当的生理反应，反应的强弱与结合配体的受体数量呈正相关
信号分子与受体相互作用的复杂性
一种信号分子只能与一种受体作用，但是却能作用于不同的靶细胞产生多种效应
一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作用都强的多
受体与配体的相互作用具有多种形式，包括信号重叠、趋同、趋异及串流
信号转导的重叠、趋同、趋异与串流
PTK与GPCR信号的重叠
GPCR与PTK是两大类不同的膜受体，介导不同的信号转导。它们在细胞内的信号途径常常会发生重叠，其中包括信号的趋同，又有信号的趋异
胰岛素/PTK信号途径的趋异
信号趋异最典型的是受体酪氨酸激酶的信号转导
信号转导途径的趋同
细胞外信号分子的种类与数量远比细胞的表面受体多
从细胞对信号应答方面来说，要么是快反应，要么是慢反应
受体介导的不同信号途径往往会殊途同归，汇集在一起，产生综合性应答
信号串流
虽然每种体系都有自己相对独立的系统，似乎互不影响，实际上细胞内的各种信息往往要交织在一起形成一个信息网共同起作用
信号的适应、解除与终止
靶细胞对细胞外信号分子的适应
靶细胞通过适应或脱敏的可逆过程进行调整
使用信号刺激的方式基本上都是使受体本身失活
若将受体水解，则称之为受体下调
cAMP信号的终止
细胞有多种方式终止或下调cAMP的信号转导途径
通过降低配体与受体结合的亲和力
Gas自身的GTPase活性将结合的GTP水解成GDP时，会逐渐失去Gas对腺苷酸环化酶的激活作用，也降低了cAMP的合成
cAMP磷酸二酯酶将cAMP的环破坏，形成5-AMP降低了细胞内cAMP的浓度，终止了其信号作用
对于Gs偶联系统来说，通过抑制型的信号作用于Ri，通过Gi起作用
IP3/DAG/钙离子信号的终止
DAG信号的接除
被DAG磷酸激酶磷酸化，生成磷脂酸
DAG被DAG酯酶水解生成单脂酰甘油
IP3信号的解除
钙离子信号的解除
钙离子信号的解除主要是与钙的输入-输出偶联的钙离子运输蛋白
磷酸酶在细胞信号解除中的作用
受体是借助于网络蛋白的作用，将受体转入到内吞泡中，有需要时再返回到细胞质膜，或是经内体转运到溶酶体，将受体降解
GPCR脱敏
受体脱敏是指受体对信号分子失去敏感性，即使与信号分子结合也不能想下游进行信号传递
酶联受体途径的信号终止
I-Smad与TGF-β激活的受体细胞质结构域结合
同R-Smad竞争与受体结合
I-Smad招募一种称之为Smurf的泛素连接酶
I-Smad也可以招募磷酸酶，将受体去磷酸化而失去活性
其他形式的信号途径
通过泛素化控制的信号途径
Wnt/β-联蛋白信号途径
Wnt蛋白是细胞分泌的信号分子
Wnt蛋白至少有两条细胞内的信号通路
Wnt/β-联蛋白
主要与隐蔽性转录调控因子β-联蛋白相关
平面极性途径
Wnt/β-联蛋白途径是通过调节多功能的β-联蛋白是酶解起作用的
依赖于NF-kB的信号途径
NF-kB蛋白是大多数动物细胞中的隐蔽性转录调节蛋白，参与很多应激、炎症及先天免疫反应
Notch/Delta信号途径
Notch/Delta信号途径是通过细胞-细胞相互接触进行通讯
植物的细胞通讯
乙烯信号途径
乙烯是重要的植物激素，它是小的气体分子，能够以多红方式影响植物的繁育:促进果实的成熟、叶片脱落，以及植物衰老
乙烯也能参与植物的应激反应，如损伤、感染及水涝等
生长素信号途径
生长素通过激发阻遏生长素应答基因表达的转录调节子的泛素化及降解，启动相关基因的表达
在没有生长素时，转录阻遏蛋白与生长素应答因子结合，并抑制了基因转录
受体样蛋白激酶信号转导
细胞通讯
细胞通讯的一般原理
细胞通讯网络
细胞通讯网络的功能
通过对信号的识别与结合
通过相邻细胞间表面分子的黏着与连接
通过细胞与细胞外基质的黏着
细胞通讯网络的基本组成
信号分子
受体
信号蛋白
第二信使
不起始或结束一个通讯过程，仅仅起中介作用
细胞通讯的快速反应与慢速反应
亲水性的信号分子与穿膜受体蛋白的细胞外表面结合传递信息，疏水性、分子质量小的信号分子可穿过细胞质膜与细胞质中的受体结合传递信息
无论是脂溶性的信号分子，还是水溶性的信号分子，它们的效应物既可存在于细胞质，也可存在于细胞核，视应答反应的目的而定
细胞的信号传导与信号转导
基本概念
细胞信号传导
强调信号的产生与细胞间的传送
信号转导
强调信号的接受与接收后信号转换的方式和结果
细胞通讯基本过程
信号分子的合成
信号分子从信号生成细胞释放到周围环境中
信号分子向靶细胞运输
靶细胞对信号分子的识别和检测
细胞对细胞外信号进行穿膜转导，产生细胞内的信号
细胞内信号作用于效应分子，进行逐步放大的级联反应，引起细胞代谢、生长、基因表达等方面的一系列变化
信号分子
信号分子与通讯方式
细胞信息多数是通过信号分子传递的
信号分子概念
生物体内的某些化学分子，它们主要是用来在细胞间传递信息
信号分子
水溶性信使
作用于细胞表面受体
脂溶性信使
要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体
信号分子的通讯方式
旁分泌通讯
通讯细胞向细胞外液分泌信号分子（称为局部介质）
突触通讯
释放神经递质
内分泌通讯
分泌激素，通过血液流通
蛋白质和肽类激素
类固醇激素
氨基酸衍生物
接触依赖性通讯
细胞之间的接触
受体
G蛋白偶联受体（最大的一类细胞表面受体，参与的信号转导作用要与GTP结合的调节蛋白相偶联
可结合细胞外的蛋白质、肽以及具有氨基酸结构的信号
可介导很多细胞外信号的转导，如激素、局部介质和神经递质
最重要的特点:一旦受体被激活，它能同时激活多个相同的G蛋白
种类很多、结构相似即都是一条多肽链，并且有7次α穿膜区
进化地位相当原始，真核生物有，细菌中也存在与G蛋白偶联受体相似的膜蛋白
受体蛋白激酶（既是受体又是酶，一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大，故又称催化受体或酶联受体
结构
与GPCR不同，至少有2个亚基，因此具有四级结构，每个亚基都有一次单次穿膜的α螺旋结构域，所以它们很容易在质膜中进行扩散
它们的细胞质尾部含有蛋白激酶结构域，它能将磷酸基团加到特定的氨基酸侧链上
分类
受体酪氨酸激酶（RTK）
反式自磷酸化
受体丝氨酸/苏氨酸（RSTK）
大多数都不会进行反式磷酸化，而是将不同的信号蛋白磷酸化
配体门控离子通道受体（又称配体们控通道）
见于可兴奋细胞间的突触信号传导，产生一种电效应
穿膜支架
通过改变复合物中受体的数量与形态，细胞能够装配成不同类型的支架，整联蛋白在细胞质膜上参与的细胞黏附与连接就是典型的穿膜支架
受体鸟苷酸环化酶
形式
膜结合型GC
可溶性GC
核受体
结构域
抑制蛋白结合结构域
信号分子结合结构域
DNA结合结构域
信号分子与级联放大
信号蛋白与分子开关
最大的一类分子开关是由磷酸化作用控制其活性或非活性状态的蛋白质
另一类重要的分子开关是GTP结合蛋白，简称G蛋白
第二信使
2个基本特性
都是小的分子或离子，有4个优越性
级联反应
通过信号分子将信号级联放大或级联反应
细胞内信号复合物
3种类型的信号复合物装配方式
G蛋白欧联受体介导的信号转导
G蛋白偶联受体的结构与作用机制
G蛋白偶联受体的结构特点
受体都含有7个穿膜的α螺旋
与三体G蛋白偶联，偶联的G蛋白通过自身“开”与“关”的循环作为信号转导的开关。
有一个与之关联的膜结合的效应物蛋白
三体G蛋白α亚基的激活
三体G蛋白是膜结合蛋白。静息状态时Gα结合一个GDP，并与Gβ γ形成三体复合物
当有配体或配体类似物与受体结合时，受体就会改变细胞质面环的构型，并与Gα亚基结合
三体G蛋白与效应物
GPCR途径中所有的效应物，要么是膜结合的离子通道，要么是能够催化生成第二信使的膜和酶
刺激型的G蛋白。
PKA系统的信号转导机制
概念
第二信使通过激活蛋白激酶A引起的信号转导系统称为PKA
腺苷酸环化酶与cAMP
Gαs.TP与腺苷酸环化酶结合时，后者即被激活，将ATP转变成cAMP
cAMP介导的激素信号诱导的细胞应答涉及到很多激素
腺苷酸环化酶活性的竞争性调节
在很多类型的细胞中，腺苷酸环化酶受到激活与抑制双重调控
蛋白激酶A的结构与功能
蛋白激酶A（PKA）
是一种结构最简单、生化特性最清楚的蛋白激酶
蛋白激酶A的结构组成
4个亚基组成的四聚体，其中2个是调节亚基
蛋白激酶A的功能
PKA与葡萄糖代谢
典型:哺乳动物细胞中糖原代谢是第二信使使cAMP通过PKA激活细胞质中的靶酶引起信号转导
PKA与基因表达调控
被cAMP可以进入细胞核，通过调节特异基因的转录进行慢速反应
cAMP反应原件（CER）
A激酶锚定蛋白(AKAP)
是一类衔接蛋白，它具有与PKA结合位点
不同的细胞具有不同的AKAP，图同一细胞具有多种不同的AKAP，它们除了能与PKA结合外，还有与其他不同蛋白结合的位点，使PKA分散分布在细胞的各个不同部位
作用于G蛋白的毒素
霍乱弧菌
感染人肠道后，分泌的一种毒素。是一种毒蛋白，由异二聚体组成
百日咳毒素
是由百日咳杆菌产生的一种毒素
PKA系统的信号转导机制
作用于PKA途径的信号、受体、G蛋白与效应物
由3个膜蛋白组成
作用于PKA系统的信号种类很多
第二信使的产生
磷脂酶C-β的激活
相当于cAMP系统中的效应物腺苷酸环化酶，也是膜整合蛋白，活性受Gq蛋白调节
第二信使IP3/DAG的生成
倍激活的磷脂酶C-β水解质膜上的PIP2，产生IP3和DAG
IP3启动第二信使钙离子的释放
最直接的作用有两个
协同DAG激活蛋白酶C
钙离子与钙调蛋白结合引起细胞的其他反应
蛋白激酶C的激活
第二信使IP3/DPG的信号级联反应需要通过PKC，所以这个信号转导过程又称为PKA途径
蛋白激酶C的作用
将靶蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的酶
参与生化反应的调控，同时也能作用于细胞核中的转录因子参与基因表达的调控
影响神经索免疫反应，以及调节细胞的分裂等
第二信使钙离子及GaM蛋白激酶的作用
钙调蛋白
钙调蛋白只存在于真核生物中，从不同的动物、植物和真核微生物中分离的钙调蛋白都非常相似
钙离子/钙调蛋白复合物的信号放大作用
植物叶片中气孔直径大小的调节主要是通过钙离子的第二信使作用调控的
作用于离子通道的G蛋白偶联受体信号转导途径
心肌中乙酰胆碱受体经由G蛋白打开钾离子通道
心肌细胞含有。很多毒蝇碱型乙酰胆碱受体，当受体被激活时可降低心肌的收缩
GPCR与脊椎动物眼睛的光信号转导
光敏感神经元
视杆细胞
视锥细胞
GPCR与嗅觉、味觉信号转导
检测气味、味道的感官细胞与视觉有共同的机制
钙离子/NO/cGMP信号转导途径
NO的性质及形成
NO合酶能够将精氨酸氧化成NO，这是第一次探明NO是一种重要的生物分子
鸟苷酸环化酶受体与第二信使cGMP
在NO引起的信号反应中还涉及cGMP的信号作用，它是由鸟苷酸环化酶催化GTP生成的
鸟苷酸环化酶
与细胞膜结合的膜结合型GC
胞质可溶性GC
钙离子/NO/cGMP信号途径与血管平滑肌的松弛
在血管平滑肌中，PKG激活一个信号途径，该途径对肌动蛋白-肌球蛋白复合物产生抑制，导致细胞松弛、血管扩张
酶联受体信号转导
受体酪氨酸激酶信号转导的特点
作用信号与受体的结构特点
根据结构特点分成20个亚家族，主要类型包括7种
表皮生长因子受体
胰岛素和胰岛素样生长因子1受体
神经生长因子受体
血小板衍生生长因子受体和巨噬细胞集落刺激因子受体
成纤维细胞生长因子受体
血管内皮生长因子受体
肝配蛋白受体
......
所有的PTK都是由3个部分组成
含配体结合位点的胞外结构域
单次穿膜的疏水α螺旋区
含有PTK活性的细胞内结构域
受体二聚化与磷酸化
配体介导的二聚化
通过磷酸化，能够将受体完全激活
磷酸化的酪氨酸位点可以为信号蛋白提供锚定位点
受体介导的二聚化
EGF与受体结合后，导致受体构型发生变化，从而介导了受体的二聚化
信号复合物的装配与下游途径的激活
不同的信号蛋白都含有不同的识别结构域，识别并与PTK受体磷酸化的酪氨酸位点结合，装配成复合物，启动下游途径
最常见的一种信号复合物装配是直接在激活的PTK上进行
SH结构域:蛋白质相互作用结构域
Src是一种癌基因，最初在Rous肉瘤病毒中发现
这种结构能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残基紧紧结合，形成多蛋白质的复合物进行信号转导
SH结构域类型
SH2结构域
SH3结构域
Ras/MAP激酶信号转导
Ras蛋白的信号途径的转导过程
受体激活
Ras蛋白激活
MAP级联反应
Ras蛋白
Ras蛋白介导大多数PTK途径的信号转导，涉及多种细胞外表皮，包括表皮生长因子，成纤维细胞生长因子、胰岛素生长因子等
单体GTPase的Ras超家族
不一定都是信号转导作用
都具有GTPase活性
Ras蛋白的活性调节
受2个主要蛋白质的控制
鸟苷交换因子(GEF)
促使GDP从Ras释放下来，取而代之的是GTP
GTP酶激活蛋白(GAP)
激活Ras的GTP酶，将结合在Ras的GTP水解成GDP
Grb2和Sos蛋白
Grb2是生长因子受体结合蛋白2
PTK对Ras蛋白的激活
PTK受体被激活后，受体细胞质结构域被磷酸化，新的磷酸化位点是Grb2-Sos蛋白结合部位
Ras激活MAP激酶级联反应
促分裂原激活的蛋白激酶组件
磷脂酰肌醇3激酶途径
P1-3激酶在细胞质膜上产生脂锚定位点
磷脂酰肌醇
PI-3激酶-Akt途径
胰岛素样生长因子(IGF)
Akt，也称蛋白激酶B
胰岛素信号途径
胰岛素受体(INSR)
胰岛素受体是一个四聚体，由两个α亚基和两个β亚基通过二硫键连接成一个整体，所以，胰岛素受体没有二聚化过程
胰岛素通过MAP激酶级联途径调节基因表达
胰岛素通过PI-3激酶调节糖原合成
其他酶联受体受体信号途径
细胞因子受体激活的JAK-STAT信号途径
细胞因子
是细胞分泌的小分子蛋白质，如干扰素、白细胞介素等，能与特定细胞的表面受体结合，并引发细胞进行应答，包括细胞分化或增殖
细胞因子受体
是一个大家族，包括很多局部介导受体，以及某些激素受体，这些受体能够与称之为詹纳斯激酶的细胞质酪氨酸激酶稳定结合，它们能够磷酸化并激活叫做STAT的转录调节蛋白
TGF-β信号转导途径
转化生长因子-β超家族
是一类结构相关、分泌在细胞质中的二聚体蛋白
两个亚基家族
TGF-β/活化素家族
较大的骨形态发生蛋白家族
其他形式的信号途径信号转导的复杂性与信号的终止
受体与配体相互作用的复杂性与信号的终止
受体与配体相互作用的复杂性
受体与配体相互作用的一般特性
特异性
受体与配体的结合是高度特异性的反应，受体与配体的结合是选择性的不受其他信号分子的干扰
高亲和力
受体与配体结合的能力称为亲和力，通过配体与受体结合反应的动力学分析可获得亲和力的信息
饱和性
一个细胞或一定组织内受体的数目是有限的
可逆性
由于配体与受体的结合是通过非共价键，所以是快速可逆的
生理效应
信号分子与受体的结合会引起适当的生理反应，反应的强弱与结合配体的受体数量呈正相关
信号分子与受体相互作用的复杂性
一种信号分子只能与一种受体作用，但是却能作用于不同的靶细胞产生多种效应
一个细胞表面有几十甚至上千种不同的受体同时与细胞外基质中的不同信号分子起作用，这些信号分子共同作用的影响比任何单个信号所起的作用都强的多
受体与配体的相互作用具有多种形式，包括信号重叠、趋同、趋异及串流
信号转导的重叠、趋同、趋异与串流
PTK与GPCR信号的重叠
GPCR与PTK是两大类不同的膜受体，介导不同的信号转导。它们在细胞内的信号途径常常会发生重叠，其中包括信号的趋同，又有信号的趋异
胰岛素/PTK信号途径的趋异
信号趋异最典型的是受体酪氨酸激酶的信号转导
信号转导途径的趋同
细胞外信号分子的种类与数量远比细胞的表面受体多
从细胞对信号应答方面来说，要么是快反应，要么是慢反应
受体介导的不同信号途径往往会殊途同归，汇集在一起，产生综合性应答
信号串流
虽然每种体系都有自己相对独立的系统，似乎互不影响，实际上细胞内的各种信息往往要交织在一起形成一个信息网共同起作用
信号的适应、解除与终止
靶细胞对细胞外信号分子的适应
靶细胞通过适应或脱敏的可逆过程进行调整
使用信号刺激的方式基本上都是使受体本身失活
若将受体水解，则称之为受体下调
cAMP信号的终止
细胞有多种方式终止或下调cAMP的信号转导途径
通过降低配体与受体结合的亲和力
Gas自身的GTPase活性将结合的GTP水解成GDP时，会逐渐失去Gas对腺苷酸环化酶的激活作用，也降低了cAMP的合成
cAMP磷酸二酯酶将cAMP的环破坏，形成5-AMP降低了细胞内cAMP的浓度，终止了其信号作用
对于Gs偶联系统来说，通过抑制型的信号作用于Ri，通过Gi起作用
IP3/DAG/钙离子信号的终止
DAG信号的接除
被DAG磷酸激酶磷酸化，生成磷脂酸
DAG被DAG酯酶水解生成单脂酰甘油
IP3信号的解除
钙离子信号的解除
钙离子信号的解除主要是与钙的输入-输出偶联的钙离子运输蛋白
磷酸酶在细胞信号解除中的作用
受体是借助于网络蛋白的作用，将受体转入到内吞泡中，有需要时再返回到细胞质膜，或是经内体转运到溶酶体，将受体降解
GPCR脱敏
受体脱敏是指受体对信号分子失去敏感性，即使与信号分子结合也不能想下游进行信号传递
酶联受体途径的信号终止
I-Smad与TGF-β激活的受体细胞质结构域结合
同R-Smad竞争与受体结合
I-Smad招募一种称之为Smurf的泛素连接酶
I-Smad也可以招募磷酸酶，将受体去磷酸化而失去活性
其他形式的信号途径
通过泛素化控制的信号途径
Wnt/β-联蛋白信号途径
Wnt蛋白是细胞分泌的信号分子
Wnt蛋白至少有两条细胞内的信号通路
Wnt/β-联蛋白
主要与隐蔽性转录调控因子β-联蛋白相关
平面极性途径
Wnt/β-联蛋白途径是通过调节多功能的β-联蛋白是酶解起作用的
依赖于NF-kB的信号途径
NF-kB蛋白是大多数动物细胞中的隐蔽性转录调节蛋白，参与很多应激、炎症及先天免疫反应
Notch/Delta信号途径
Notch/Delta信号途径是通过细胞-细胞相互接触进行通讯
植物的细胞通讯
乙烯信号途径
乙烯是重要的植物激素，它是小的气体分子，能够以多红方式影响植物的繁育:促进果实的成熟、叶片脱落，以及植物衰老
乙烯也能参与植物的应激反应，如损伤、感染及水涝等
生长素信号途径
生长素通过激发阻遏生长素应答基因表达的转录调节子的泛素化及降解，启动相关基因的表达
在没有生长素时，转录阻遏蛋白与生长素应答因子结合，并抑制了基因转录
受体样蛋白激酶信号转导