导图社区 细胞信号转导的分子机制
生物化学与分子生物学重难点思维导图，细胞信号转导详见如下。
基于第十版内科学整理的动脉粥样硬化和冠状动脉粥样硬化性心脏病，介绍了发病机制 病理解剖和病理生理机质、临床表现、辅助检查、诊断和鉴别诊断、预后、治疗等等。
医学考研，生理学细胞常考物质跨膜转运的总结。葡萄糖/氨基酸：普通细胞（红细胞/脑细胞），特殊细胞（小肠上皮细胞/肾脏近端小管细胞）；单胺类递质再摄取。
局部血液循环障碍：血液量：增多、减少；血液性质：血栓形成、栓塞；血管壁改变：通透性增加、漏出性出血、激进性出血。
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细胞信号转导的分子机制
细胞信号转导概述
化学信号
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）
神经递质
内分泌信号
旁分泌信号（有些旁分泌信号作用于发出信号的细胞自身，称自分泌）
膜结合性信号分子需要细胞间接触才能传递信号
细胞内化学信号
第二信使
适配蛋白
信号开关
细胞的特异性受体
受体类型
（按其在细胞内位置）
细胞内受体（包括位于细胞质或胞核内受体）
配体：脂溶性信号分子
细胞表面受体（受体位于靶细胞的细胞质膜表面）
配体：水溶性信号分子和膜结合性信号分子
受体作用
识别外源信号分子并与之结合
转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传递至其它分子引起细胞应答
细胞内受体能直接传递信号或者通过特定途径传递信号 膜受体识别细胞外信号分子并转换信号
受体与配体作用特点
高度专一性
高度亲和力
可饱和性
可逆性
特定的作用模式
细胞内多条信号转导途径形成信号转导网络
细胞内信号转导分子
小分子第二信使
传递信号特点
上游信号转导分子使第二信使的浓度升高或发布变化
小分子信使浓度可迅速降低
小分子信使激活下游信号转导分子
主要类别
环核苷酸（cAMP和cGMP)
上游信号转导分子是相应的核苷酸环化酶
cAMP------腺苷酸环化酶（AC），AC是膜结合的糖蛋白
cGMP------鸟苷酸环化酶（GC），GC有两种形式
膜结合型受体分子
存在于细胞质中，细胞质中的GC含有血红素辅基，可接受一氧化氮和相关化合物激活
下游信号转导分子是蛋白激酶
cAMP------蛋白激酶A（PKA)，PKA属于蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶类
cGMP------蛋白激酶G（PKG），PKG在心肌及平滑肌收缩调节方面有重要作用
磷酸二酯酶（PDE）催化环核苷酸水解
脂质
上游信号转导分子是磷脂酰肌醇激酶（PI-K)和磷脂酶
下游信号分子是相应靶蛋白分子
钙离子
分布
细胞外液
游离钙浓度远高于细胞内钙浓度
细胞内
90%以上储存于钙库（内质网和线粒体）
胞质中钙浓度很低
钙离子通道开启→胞外钙内流或胞内钙库的钙释放→胞质内钙离子浓度升高 钙泵（ca+-ATP酶）→返还钙→维持胞质内低钙状态
下游信号转导分子是钙调蛋白
钙调蛋白不是钙离子的唯一靶细胞，还结合PKC,AC,cAMP-PDE等
NO等小分子
上游信号分子一氧化氮合酶
一氧化氮合酶可催化精氨酸分解产生瓜氨酸和NO
下游信号分子鸟苷酸环化酶，ADP-核糖转移酶，环氧化酶
酶通过酶促反应传递信号
分类
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)
蛋白激酶
主要有蛋白质苏氨酸/丝氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶
蛋白激酶（PK)和蛋白磷酸酶(PP)
PK
使靶蛋白磷酸化（即催化ATP的γ-磷酸基转移至靶蛋白的特定氨基酸残基）
PP
使磷酸化的蛋白质质发生去磷酸化
拮抗作用，两者共同构成了蛋白活性的调控作用
蛋白质酪氨酸激酶（PTK)
作用
催化蛋白质分子中酪氨酸残基磷酸化
酪氨酸磷酸化修饰的蛋白质对细胞增殖有正向调控作用
受体酪氨酸激酶（RTK)有PTK活性
细胞内有多种非受体型PTK
信号转导蛋白通过蛋白质相互作用传递信号
G蛋白
三聚体G蛋白
由G蛋白偶联受体激活
下游激活下游信号转导分子
低分子量G蛋白
是多种细胞信号转导途径中的转导分子
衔接蛋白和支架蛋白
信号转导复合物
作用：完成信号转导途径中一些环节的信号传递
形成：50~100个氨基酸残基→蛋白质相互作用结构域→蛋白质相互作用→信号转导复合物
衔接蛋白
信号转导途径中不同信号转导分子之间的街头分子，通过连接上游信号转导分子和下游信号转导分子而形成信号转导复合物
支架蛋白
作用：维持信号转导途径的特异性和高效性
细胞受体介导的细胞内信号转导
细胞内受体（细胞内受体多为转录因子)
能结合的信号分子
类固醇激素，甲状腺激素，视黄酸和维生素D等
路径
当受体位于细胞核内
激素被运到核内，与受体形成激素-受体复合物
当受体位于细胞质中
激素在细胞质中结合受体，导致受体构象变化→激素-受体复合物进入细胞核，结合于其靶基因附近的激素反应元件上
离子通道型受体
组成
离子通道是由蛋白质寡聚体形成的孔道，其中部分单体具有配体结合部位。
配体
主要为神经递质，通道的开放或者关闭直接受化学配体的控制，称为配体门控受体型离子通道
典型代表
N型乙酰胆碱受体
最终效应
细胞膜电位的改变
引起的细胞应答
去极化与超极化
可以认为，离子通道受体是通过将化学信号转变为电信号而影响细胞功能的
类型
阳离子通道
阴离子通道
差异是由于构成亲水性通道的氨基酸组成不同，因而通道表面携带有不同电荷所致
G蛋白偶联受体（GPCR)
结构
GPCR在结构上是单体蛋白，氨基酸端位于细胞膜外表面，羧基端在细胞膜内侧，其肽链反复跨膜七次，因此又称为七次跨膜受体
由于肽链反复跨膜，在膜外侧和膜内侧形成了几个环状结构，分别负责接受外源信号的刺激和细胞内的信号传递，受体的胞内部分可与三聚体G蛋白相互作用。
信号传导途径的基本模式
细胞外信号分子结合受体，通过别构效应将其激活
受体激活G蛋白，G蛋白在有活性和无活性之间连续切换，称为G蛋白循环
活化的G蛋白激活下游信号分子，不同的阿尔法亚基激活不同的效应分子
G蛋白的效应分子向下游传递信号的主要方式是催化产生小分子信使
小分子信使作用于相应的靶分子（主要是蛋白激酶），使之构想改变而激活
蛋白激酶通过磷酸化作用激活一些与蛋白相关的酶、与基因表达相关的转录因子以及一些与细胞运动相关的蛋白质，从而产生各种细胞应答反应。
信号传递途径
cAMP-PKA途径
简述
该途径以靶细胞内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活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸/苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖代谢和脂代谢相关的酶类，离子通道和某些转录因子
功能
调节代谢
PKA可通过调节关键酶的活性，对不同的代谢途径发挥调节作用
调节基因表达
PKA可修饰激活转录调控因子，调控基因表达
调节细胞极性
PKA可通过磷酸化作用激活离子通道，调节细胞膜电位
IP/DAG-PKC途径
Ca2+/钙调蛋白依赖的蛋白激酶途径
G蛋白偶联受体引起细胞内钙离子浓度升高途径
某些G蛋白可以直接激活细胞质膜上的钙通道
通过PKA激活细胞质膜的钙通道，促进钙离子流入细胞质
通过IP3促使细胞质钙库释放钙离子
细胞质中的钙离子浓度升高后，通过结合钙调蛋白传递信号（ca2+/CaM复合物)
下游信号分子
钙调蛋白依赖性蛋白激酶
属于蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶
这些激酶可激活各种效应蛋白质，可在收缩和运动、物质代谢、神经递质的合成、细胞分泌和分裂等多种生理过程中起作用
酶偶联受体
酶偶联受体主要是生长因子和细胞因子的受体。此类受体介导的信号转导主要是调节蛋白质的功能和表达水平、调节细胞增殖和分化。
基本模式
细胞外信号分子与受体结合，导致第一个蛋白激酶被激活
这是“蛋白激酶偶联受体”名字由来
通过蛋白质-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转导分子，从而传递信号，最终仍是激活一些特定的蛋白激酶
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，影响代谢途径、基因表达、细胞运动、细胞增殖等。
常见途径MAPK途径
以丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）为代表的信号转导途径称MAPK途径
特点
具有MAPK级联反应
种类
至少有12种，分属于ERK家族，p38家族，JNK家族
Ras/MARK途径
转导生长因子
过程
略
细胞信号转导异常与疾病
信号转导异常
受体异常
受体异常激活
受体异常失活
信号转导分子异常
信号转导分子异常激活
信号转导分子异常失活
信号转导异常导致疾病发生
信号转导异常导致细胞获得异常功能或表型
细胞获得异常增殖能力
细胞分泌功能异常
细胞膜通透性改变
导致细胞正常功能缺失
失去正常分泌功能
失去正常的反应性
失去正常的生理调节能力
细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位
一种信号转导干扰药物是否可以用于治疗而又有较小副作用取决于
它所干扰的信号转导途径在体内是否广泛存在
若该途径广泛存在于各种细胞内，其副作用很难控制
药物的自身选择性，对信号转导分子的选择性越高，副作用就越小
细胞信号转导的基本规律
信号的传递和终止涉及许多双向反应
细胞信号在转导过程中被逐级放大
细胞信号转导途径既有通用性又有专一性
细胞信号转导途径具有多样性
