细胞信号转导知识点总结归纳

细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，经细胞内信号转导系统转换，从而影响细胞生物学功能的过程。本篇思维导图总结归纳细胞外化学信号、特异性受体、细胞内信号转导分子、细胞受体介导的细胞内信号转导、细胞信号转导异常等内容供大家参考。

细胞信号转导

• 细胞外化学信号
  • 可溶性信号分子
    • 作为游离分子在细胞间传递
      • 根据溶解特性
        • 脂溶性化学信号
        • 水溶性化学信号
      • 根据在体内作用距离
        • 内分泌信号
        • 旁分泌信号
        • 神经递质
  • 膜结合性信号分子
    • 需要细胞间接触才能传递信号
• 特异性受体
  • 细胞内受体
    • 相应配体为脂溶性信号分子
  • 膜受体
    • 相应配体为水溶性信号分子和膜结合性信号分子
• 细胞内信号转导分子
  • 第二信使（细胞内小分子信使）
    • 如钙离子、环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）、环腺苷二磷酸核糖、甘油二酯（DAG）、肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）,花生四烯酸、神经酰胺、一氧化氮、一氧化碳
    • cAMP和cGMP的上游信号转导分子分别为腺苷酸环化酶（AC）和鸟苷酸环化酶（GC），下游分子分别为蛋白激酶A（PKA）和蛋白激酶G（PKG）。
    • 磷脂酰肌醇激酶（PI-K）催化磷脂酰肌醇（PI）的磷酸化。磷脂酰肌醇特异性激酶C（PLC）可将磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）分解成DAG和IP3。
    • 钙离子的下游信号转导分子为钙调蛋白，钙调蛋白本身无活性，形成Ca2+/CAM复合物后可调节钙调蛋白依赖性蛋白激酶的活性。钙离子还可以结合PKC、AC和cAMP-PDE等多种信号转导分子。
    • NO可通过激活鸟苷酸环化酶、ADP-核糖转移酶和环氧化酶等传递信号。细胞内一氧化氮合酶可催化精氨酸分解产生瓜氨酸和NO。
  • 酶
    • 催化小分子信使生成和转化的酶：如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶D（PLD）等
    • 蛋白激酶（PK）和蛋白磷酸酶（PP）：催化蛋白质的可逆磷酸化修饰，对下游分子活性进行调节，两者为拮抗关系
      • 蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶：催化蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化
        • 受环核苷酸调控的PKA和PKG
        • 受DAG/Ca2+调控的PKC
        • 受Ca2+/CAM调控的Ca2+/CAM-PK
        • 受PIP3调控的PKB
        • 受丝裂原调控的丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）
      • 蛋白质酪氨酸激酶（PTK）：催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化，修饰后的蛋白质大部分对细胞增殖具有正向调节作用
        • 部分膜受体具PTK活性
          • 称为受体酪氨酸激酶（RTK），为单次跨膜蛋白质，胞外部分为配体结合区，细胞内部分含有RTK的催化结构域。与配体结合后，激活其酶活性，使受体胞内部分的酪氨酸残基磷酸化（自身磷酸化）。
        • 细胞内有多种非受体型的PTK
          • 有些直接与受体结合，由受体激活向下游传递信号
          • 有些存在于细胞质或细胞核中，由其上游信号转导分子激活，再向下游传递信号
  • 信号转导蛋白
    • 鸟苷酸结合蛋白（G蛋白/GTP结合蛋白）
      • 与GTP/GDP结合状态决定信号传递。结合GTP时处于活化形式，能与下游分子结合，并通过别构效应激活下游分子。自身均具GTP酶活性，可将结合的GTP水解为GDP，回到非活化状态，停止激活下游分子。
      • 三聚体G蛋白，由G蛋白偶联受体激活，进而激活下游信号分子，调节细胞功能
        • β、γ亚基
          • 形成紧密结合二聚体，主要作用是与α亚基形成复合体并定位于质膜内侧
        • α亚基
          • 具多个功能位点
            • 与G蛋白偶联受体（GPCR）结合并受其活化调节的部位
            • 与βγ亚基结合部位
            • GDP或GTP结合部位
            • 与下游效应分子相互作用部位
          • 具GTP酶活性
      • 低分子量G蛋白（Ras超家族）
        • 例：位于MAPK上游的Ras，在其上游信号转导分子作用下成为GTP结合形式Ras-GTP时，可启动下游的MAPK级联反应
    • 衔接蛋白和支架蛋白
      • 连接信号转导网络
        • 衔接蛋白
          • 连接上下游信号转导分子形成信号转导复合物
            • 例：Grb2通过SH2和SH3结构域连接上下游分子EGFR和SOS1
        • 支架蛋白
          • 结合相关的信号转导分子，使之容纳于隔离而稳定的信号转导途径内，维持信号转导途径特异性
• 细胞受体介导的细胞内信号转导
  • 细胞内受体（多为转录因子）
    • 配体为类固醇类激素、甲状腺激素、视黄酸和维生素D等
    • 与相应配体结合后
      • 与DNA的顺式作用元件结合
    • 无信号分子存在时
      • 与有抑制作用的蛋白质分子（如热激蛋白）形成复合物，阻止受体与DNA的结合
  • 膜表面受体
    • 离子通道型受体 将化学信号变为电信号
      • 配体主要为神经递质，信号转导最终效应是细胞膜电位改变
        • 例：N 型乙酰胆碱受体，其α亚基具有配体结合部位
      • 阳离子通道
        • 如乙酰胆碱、谷氨酸和5-羟色胺的受体
      • 阴离子通道
        • 如甘氨酸和γ-氨基丁酸受体
    • G蛋白偶联受体
      • GPCR在结构上为单体蛋白，胞外氨基端，胞内羧基端，其肽链反复跨膜七次，又称七次跨膜受体
      • 信号转导途径基本模式相同
      • 不同途径
        • cAMP-PKA途径
          • 以靶细胞内cAMP浓度改变和PKA激活为主要特征
          • 胰高血糖素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素等可激活此途径
          • PKA可调节一些糖代谢和脂代谢相关酶类的活性，促进糖原、脂肪、胆固醇的分解，抑制脂肪合成和糖原合成；修饰激活转录调控因子；磷酸化作用激活离子通道，调节细胞膜电位
        • IP3/DAG-PKC途径
          • 促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素、抗利尿素与受体结合后所激活的G蛋白可激活PLC
          • 例：PKC能使立早基因（多数为细胞原癌基因）转录调控因子磷酸化，加速立早基因表达
        • Ca2+/钙调蛋白依赖的蛋白激酶途径
          • GPCR引起胞内Ca2+浓度升高
            • 某些G蛋白直接激活细胞膜上钙通道
            • 通过PKA 激活细胞质膜钙通道，促进Ca2+内流
            • 通过IP3促使细胞质钙库释放Ca2+
          • Ca2+结合钙调蛋白传递信号激活钙调蛋白依赖性激酶（Cal-PK），进一步激活各种效应蛋白质，可在收缩和运动、物质代谢、神经递质合成、细胞分泌和分裂等多种生理过程中起作用
    • 酶偶联受体 主要通过蛋白质修饰或相互作用传递信号，大多为单跨膜受体
      • 配体主要是生长因子和细胞因子，主要调节蛋白质功能和表达水平、调节细胞增殖和分化
      • 胞外信号分子与受体结合，第一个蛋白激酶被激活；蛋白质-蛋白质相互作用或蛋白激酶的磷酸化修饰作用激活下游信号分子，传递信号，最终激活特定蛋白激酶；蛋白激酶通过磷酸化修饰激活代谢途径中的关键酶、转录调控因子等
      • 例：Ras/MAPK途径
• 细胞信号转导异常
  • 受体异常
    • 异常激活
      • ERB-B癌基因表达的变异型EGF受体缺乏胞外区，胞内区处于活性状态，可持续激活MAPK途径
    • 异常失活
      • 遗传性胰岛素受体异常
      • 自身免疫性疾病产生自身抗体，导致特定抗体失活
  • 信号转导分子异常
    • 异常激活
      • 三聚体G蛋白α亚基基因突变（201位精氨酸被半胱氨酸或组氨酸取代或227位谷氨酰胺被精氨酸取代），失去GTP酶活性，持续向下游传递信号
      • 小分子G蛋白Ras基因突变，12/13位甘氨酸/61位谷氨酰胺被其他氨基酸取代，GTP酶活性降低，处于持续活化状态
    • 异常失活
      • 遗传性假性甲状旁腺素低下，甲状旁腺素信号途径中G蛋白α亚基基因起始密码子突变为GTC
  • 所致疾病
    • 细胞出现异常功能或表型
      • 异常增殖能力
        • ERB-B癌基因异常表达，细胞不依赖表皮生长因子（EGF）的存在持续产生活化信号
        • RAS基因突变使Ras蛋白处于持续激活状态，MAPK途径持续激活
      • 异常分泌功能
        • α亚基突变失去GTP酶活性时，G蛋白异常激活，垂体细胞分泌功能活跃，生长激素（GH）过度分泌
      • 细胞膜通透性改变
        • 霍乱毒素的A亚基使G蛋白处于持续激活状态，持续激活PKA。PKA将小肠上皮细胞膜上的蛋白质磷酸化而改变细胞膜的通透性，钠离子和氯离子通道持续开放，造成水与电解质大量丢失，引起腹泻和水电解质紊乱症状。
    • 细胞正常功能缺失
      • 分泌功能
        • TSH受体的阻断性抗体抑制TSH对受体的激活作用，从而抑制甲状腺素的分泌，最终导致甲减
      • 反应性
        • 慢性长期儿茶酚胺刺激导致β-肾上腺素能受体（β-AR）表达下降，使心肌细胞失去对肾上腺素的反应性，细胞内cAMP水平降低，导致心肌收缩力不足
      • 生理调节能力
        • 胰岛素受体异常，血糖水平升高
        • ADH受体合成减少或受体胞外环化结构异常，尿崩症
• 受体与配体以非共价键结合，相互作用具有高度专一性、高度亲和力、可饱和性、可逆性，呈现特定的作用模式
• 不同的信号转导途径间有广泛的交联互动，形成复杂的信号转导网络
• GC
  • 位于细胞质中
    • 含血红素辅基，可直接接受一氧化氮和相关化合物激活
  • 膜结合型受体分子
• DAG脂溶性，生成后留在质膜上。IP3水溶性，在胞内扩散至内质网或肌质网膜上，并与其受体Ca2+通道结合。胞质内Ca2+浓度升高，Ca2+与胞质内PKC结合并聚集至质膜，质膜上的DAG、磷酯酰丝氨酸与Ca2+共同作用于PKC的调节结构域，使其变构暴露活性中心。
• 自身具有酶活性，或自身无酶活性但与酶分子结合存在的一类受体