《细胞生物学》教案（第18次课2学时）一、授课题目第十章细胞信号转导（Signaltransduction）二、教学目的和要求1、熟练掌握受体，配体，G蛋白，腺苷酸环化酶，第一信使以及第二信使的概念：2、掌握受体的基本类型，G蛋白的类型和分子组成，G蛋白的作用机制；3、掌握cAMP信号系统，cGMP信号系统以及磷脂酰肌醇信号系统。三、教学重点和难点教学重点：1、通过细胞内受体介导的信号传递2、通过细胞表面受体介导的信号传递教学难点：细胞表面整联蛋白介导的信号传递四、主要参考资料翟中和。细胞生物学，第四版北京：高等教育出版社，2011五、教学过程生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存另一方面核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进化。细胞信号转导的基本路线：
《细胞生物学》教案 （第 18 次课 2 学时） 一、授课题目 第十章 细胞信号转导（Signal transduction） 二、教学目的和要求 1、熟练掌握受体，配体，G蛋白，腺苷酸环化酶，第一信使以及第二信使的概念； 2、掌握受体的基本类型，G蛋白的类型和分子组成，G蛋白的作用机制； 3、掌握cAMP信号系统，cGMP信号系统以及磷脂酰肌醇信号系统。 三、教学重点和难点 教学重点：1、通过细胞内受体介导的信号传递 2、通过细胞表面受体介导的信号传递 教学难点：细胞表面整联蛋白介导的信号传递 四、主要参考资料 翟中和． 细胞生物学， 第四版．北京：高等教育出版社，2011 五、教学过程 生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。 一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存； 另一方面核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。 生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进 化。 细胞信号转导的基本路线：
细胞外信号/受体↓细胞内多种分子的浓度、活性、位置变化/细胞应答反应细胞信号转导几乎涉及到细胞结构和功能的各个方面。Cellsignalingcanaffectvirtuallyeveryaspectofcell structureandfunction直接影响有如下几个方面：(1)改变细胞内酶的活性，影响细胞代谢：Activationofenzymeactivity(2)改变细胞内骨架纤维的结构，影响细胞的运动、形状以及细胞内的物质运输；Changeincytoskeletal organization(3)改变细胞膜的离子通透性，从而改变膜电位；Changeinionpermeability（4)在DNA复制、转录过程中影响DNA合成的起始，DNA合成的起始在DNA复制过程中是一个限速的步骤，其成败与否影响到整个复制过程能否正常进行，在结构上它要装配DNA复制起始的复合物，然后启动DNA的半保留复制；InitiationofDNAsynthesis;(5)影响基因的表达，或者是激活，或者是阻遏：Activationorrepressionofgeneexpression.因此，细胞生物学最重要的一点是从研究细胞的结构和功能转向研究细胞的重大生命活动，其中起核心作用的就是细胞信号转导，细胞信号转导影响细胞的生长（growth)、发育(development)、代谢(metabolism）、免疫(immune）、调亡(apoptosis)；细胞信号转导在整个细胞生物学研究以及揭示生命现象的本质方面都是一个最关键的问题。几个容易混淆的概念细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。细胞通讯（cellcommunication）：细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。细胞识别（cellrecognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。信号转导（signaltransduction）：指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程
细胞信号转导几乎涉及到细胞结构和功能的各个方面。Cell signaling can affect virtually every aspect of cell structure and function. 直接影响有如下几个方面： ⑴改变细胞内酶的活性，影响细胞代谢；Activation of enzyme activity; ⑵改变细胞内骨架纤维的结构，影响细胞的运动、形状以及细胞内的物质运输；Change in cytoskeletal organization. ⑶改变细胞膜的离子通透性，从而改变膜电位；Change in ion permeability. ⑷在 DNA 复制、转录过程中影响 DNA 合成的起始，DNA 合成的起始在 DNA 复制过程 中是一个限速的步骤，其成败与否影响到整个复制过程能否正常进行，在结构上它要装配 DNA 复制起始的复合物，然后启动 DNA 的半保留复制；Initiation of DNA synthesis; ⑸影响基因的表达，或者是激活，或者是阻遏；Activation or repression of gene expression. 因此，细胞生物学最重要的一点是从研究细胞的结构和功能转向研究细胞的重大生命 活动，其中起核心作用的就是细胞信号转导，细胞信号转导影响细胞的生长(growth)、发 育(development)、代谢(metabolism)、免疫(immune)、凋亡(apoptosis)；细胞信号转导在整 个细胞生物学研究以及揭示生命现象的本质方面都是一个最关键的问题。 几个容易混淆的概念 细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。 细胞通讯（cell communication）：细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相 应反应的过程。 细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞 反应的现象。 信号转导（signal transduction）： 指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表 面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程
第一节细胞信号转导概述一、细胞通讯多细胞生物是一个有序而可控的细胞社会，这种社会性的维持不仅依赖于细胞的物质代谢与能量代谢，更有赖于细胞间通讯与信号调控，从而以不同的方式协调细胞的行为，诸如细胞生长、分裂、分化、调亡及其它各种生理功能。细胞通讯（cellcommunication）：指信号细胞发出的信息（配体/信号分子）传递到靶细胞并与其受体相互作用，通过细胞信号转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。（细胞）信号转导（signaltransduction）：指细胞将外部信号转变为自身应答反应的过程。这是实现细胞间通讯的关键过程。细胞信号传递（cell signaling）：通过信号分子与受体的相互作用，将外界信号经细胞质膜传递至细胞内部，通常传递至细胞核，并引发特异生物学效应的过程。（一）细胞通讯（cellcommunication）指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。1、细胞通讯的方式①细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式：②细胞间接触依赖性的通讯（contact-dependentsignaling），即一方具有跨膜配体另一方具有细胞表面受体，包括细胞-细胞黏着和细胞-细胞外基质黏着：（指细胞间直接接触，通过与质膜结合的信号分子影响其它细胞：）③动物相邻细胞间形成间隙连接（gapjunction）以及植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢耦连或电偶联。CONTACT-DEPENDENTChemicalsignaling cellItargetcellniasngeReceptorQ0loas ancsmal8me+80onSecretoryTargetmembranedCall1Call2CllCanrexnnbound signal(aj Dinctcommunicatontvrough gap jinetions(b) Comnicatiochmicmssgtmolecule2、（1)细胞分泌化学信号可长距离或短距离发挥作用，其作用方式分为①内分泌（endocrine）；通过血液循环由内分泌细胞分泌信号、激素进入血液循环，长距离运输，运送到它相应的靶细胞做出反应②旁分泌（paracrine）：一个产生信号的分泌细胞，分泌化学信号，其介质只在局部范围内起作用，作用于邻近的靶细胞，是短距离的；③自分泌（autocrine）：细胞本身分泌化学信号出来，膜表面的受体对这些信号分子进行识别；④通过化学突触传递神经信号（neuronalsignaling）：神经元细胞合成一些神经递质转运到轴突的末端，神经细胞传递的是电信号，电压门控的Ca2+通道将电信号转化为化学信号
第一节 细胞信号转导概述 一、细胞通讯 多细胞生物是一个有序而可控的细胞社会，这种社会性的维持不仅依赖于细胞的物质代谢 与能量代谢，更有赖于细胞间通讯与信号调控，从而以不同的方式协调细胞的行为，诸如 细胞生长、分裂、分化、凋亡及其它各种生理功能。 细胞通讯（cell communication）：指信号细胞发出的信息（配体/信号分子）传递到靶细胞 并与其受体相互作用，通过细胞信号转导引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。 （细胞）信号转导（signal transduction）：指细胞将外部信号转变为自身应答反应的过程。 这是实现细胞间通讯的关键过程。 细胞信号传递（cell signaling）：通过信号分子与受体的相互作用，将外界信号经细胞质膜 传递至细胞内部，通常传递至细胞核，并引发特异生物学效应的过程。 （一）细胞通讯（cell communication）指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞 产生相应的反应。 1、细胞通讯的方式： ①细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式； ②细胞间接触依赖性的通讯（contact-dependent signaling），即一方具有跨膜配体另一方具 有细胞表面受体，包括细胞-细胞黏着和细胞-细胞外基质黏着；（指细胞间直接接触，通过 与质膜结合的信号分子影响其它细胞；） ③动物相邻细胞间形成间隙连接（gap junction）以及植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相 互沟通，通过交换小分子来实现代谢耦连或电偶联。 2、⑴细胞分泌化学信号可长距离或短距离发挥作用，其作用方式分为 ①内分泌（endocrine）；通过血液循环由内分泌细胞分泌信号、激素进入血液循环，长距 离运输，运送到它相应的靶细胞做出反应 ②旁分泌（paracrine）；一个产生信号的分泌细胞，分泌化学信号，其介质只在局部范围内 起作用，作用于邻近的靶细胞，是短距离的； ③自分泌（autocrine）；细胞本身分泌化学信号出来，膜表面的受体对这些信号分子进行识 别； ④通过化学突触传递神经信号（neuronal signaling）；神经元细胞合成一些神经递质转运到 轴突的末端，神经细胞传递的是电信号，电压门控的 Ca2+通道将电信号转化为化学信号
将神经递质分泌到细胞外，（轴突末梢与靶细胞之间的空隙叫突触）传递到靶细胞（电信号-化学信号-电信号）(2)③细胞间接触依赖性的通讯（directcell-to-cellsignaling）：信号细胞通过质膜上结合的信号分子和同其相接触的靶细胞质膜上的受体分子相结合，从而影响靶细胞(3)间隙连接依赖的通讯：细胞间通过间隙连接交换小分子来实现代谢/电偶联内分多细胞血波中激素艳细胞受体分必细胞远程细瓶t爽触小酒时后HC细信号细胞（细胞间信号传导的概况：Overviewofintercellularsignaling.Generalschemesofintrcellularsignaling)3.通过胞外信号所介导的细胞通讯通常包括如下6个步骤：①信号细胞合成并释放信号分子（配体）②转运信号分子至靶细胞③信号分子与靶细胞表面受体特异性结合并导致受体被激活：④活化的受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径；③引发细胞代谢、功能或基因表达的改变：③解除信号并导致细胞反应终止。二、信号分子与受体
将神经递质分泌到细胞外，（轴突末梢与靶细胞之间的空隙叫突触）传递到靶细胞（电信 号-化学信号-电信号） ⑵⑤细胞间接触依赖性的通讯（direct cell-to-cell signaling）：信号细胞通过质膜上结合的 信号分子和同其相接触的靶细胞质膜上的受体分子相结合，从而影响靶细胞 ⑶间隙连接依赖的通讯：细胞间通过间隙连接交换小分子来实现代谢/电偶联 (细胞间信号传导的概况；Overview of intercellular signaling.General schemes of intrcellular signaling) 3. 通过胞外信号所介导的细胞通讯通常包括如下 6 个步骤： ①信号细胞合成并释放信号分子（配体） ②转运信号分子至靶细胞； ③信号分子与靶细胞表面受体特异性结合并导致受体被激活； ④活化的受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径； ⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变； ⑥解除信号并导致细胞反应终止。 二、信号分子与受体
Ligand(primarymessenger)ReceptorCYTOSOLReceptor-ligand1binding3CellularresponsesNUCLEUS2SignalYtransduction(viasecondmessengersChangesin4geneexpression（一）信号分子信号分子（signalmolecule）：指细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号（各类激素、②神经递质和③局部介质等）和物理信号（声、光、电和温度等）。激素（hormone）：激素是内分泌细胞合成的化学信号分子，它们经血液循环被送到体内各个部位作用于靶细胞。神经递质（neurotransmitter）：突触前端释放的一种化学物质，与突触后靶细胞结合，并改变靶细胞的膜电位。局部介质（localmediator）：即由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的细胞，典型的如生长因子、淋巴因子和前列腺素等。（大多数外界化学信号分子不具有生物学功能，它们不能代谢成为有用的产物，本身不直接诱导任何细胞活性，也不具有酶的活性。它们唯一的功能是与受体结合，改变受体的性质，通知细胞在环境中存在一种特殊的信号或刺激因素。信号分子能否引起细胞产生相应的生理学效应关键在于细胞表面有没有相应的受体。）根据化学信号（分子）的化学性质可分为3类：①气体性信号分子（可自由扩散进入细胞直接激活效应酶，如NO、CO）20世纪80年代发现一氧化氮（NO）是一种重要的信号分子和效应分子，它能进入细胞直接激活效应酶，参与体内重多的生理病理过程，成为人们关注的“明星分子”。除了NO以外，一氧化碳（carbonmonoxide，Co）、硫化氢（sulfuretedhydrogen，HzS）的第二信使作用近年来也得到证实。②疏水性信号分子/亲脂性信号分子：（可穿过细胞质膜与细胞内受体结合成激素-受体复合物来调节基因表达，如留类激素，甲状腺素，维甲酸等）③亲水性信号分子（只能通过与靶细胞表面受体结合而启动细胞信号转导，如大多数蛋白
（一）信号分子 信号分子（signal molecule）：指细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号（① 各类激素、 ② 神经递质和③ 局部介质等）和物理信号（声、光、电和温度等）。 激素（hormone）：激素是内分泌细胞合成的化学信号分子，它们经血液循环被送到体 内各个部位作用于靶细胞。 神经递质（neurotransmitter）：突触前端释放的一种化学物质，与突触后靶细胞结合， 并改变靶细胞的膜电位。 局部介质（local mediator）：即由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信 号分子，它只能作用于周围的细胞，典型的如生长因子、淋巴因子和前列腺素等。 （大多数外界化学信号分子不具有生物学功能，它们不能代谢成为有用的产物，本身不直 接诱导任何细胞活性，也不具有酶的活性。它们唯一的功能是与受体结合，改变受体的性 质，通知细胞在环境中存在一种特殊的信号或刺激因素。信号分子能否引起细胞产生相应 的生理学效应关键在于细胞表面有没有相应的受体。） 根据化学信号（分子）的化学性质可分为 3 类： ① 气体性信号分子（可自由扩散进入细胞直接激活效应酶，如 NO、CO）20 世纪 80 年 代发现一氧化氮（NO）是一种重要的信号分子和效应分子，它能进入细胞直接激活效应 酶，参与体内重多的生理病理过程，成为人们关注的“明星分子”。除了 NO 以外，一氧 化碳（carbon monoxide，CO）、硫化氢（sulfureted hydrogen，H2S）的第二信使作用近年 来也得到证实。 ②疏水性信号分子/亲脂性信号分子：（可穿过细胞质膜与细胞内受体结合成激素-受体复 合物来调节基因表达，如甾类激素，甲状腺素，维甲酸等） ③亲水性信号分子（只能通过与靶细胞表面受体结合而启动细胞信号转导，如大多数蛋白