第二节 细胞的跨膜信号转导
signal transmembrane
tranduction of cell
一、细胞跨膜信号转导的概念
? 信号, 含有信息内容的一种物质或刺
激
? 人体内的信号, 存在于细胞外液中含
有信息内容的化学物质,或机械的、
电的、电磁波等刺激
信号的类型
?化学信号 激素,递质,细胞因子
?机械信号 声音
?电磁信号 光
?电信号 电流
跨膜信号转导
(transmembrane tranduction)
外界信号 细胞膜表面 一种或几
种膜蛋白分子构象改变 胞内信号分子
变化 引起相应的效应
二、细胞跨膜信号转导的方式
? 通过具有特异感受结构的通道蛋白质完
成的跨膜信号转导
? 由膜的特异受体蛋白质,G-蛋白和膜的
效应器酶组成的跨膜信号转导系统
? 由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导
信号 胞膜上的通道蛋白 离子
通道打开或关闭 离子跨膜流动
膜电位变化（去极化、超极化） 细
胞功能改变
（一）通过具有特异感受结构的通
道蛋白质完成的跨膜信号转导
1,化学信号 — 化学门控离子通道
神经突触 谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸
化学物质控制,递质,激素等
主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触
后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。
作用：产生局部电位
例,终板膜化学门控通道
运动神经末梢 Ach Ach 门控通道
蛋白（ a亚单位） 通道开放 大量 Na+
流入胞内 胞膜去极化产生终板电位
完成化学信号向生物电信号的转换
(1) 特点,
? 化学门控通道具有受体功能，可
称为通道型受体，它们被激活时
能引起跨膜离子流动，也称为促
离子型受体
(2) 分布：
神经肌接头信息传递
神经细胞之间的突触传递
2, 电信号 — 电压门控离子通道
?刺激 细胞膜电位的变化 电
压门控离子通道开放或关闭
离子内流或外流 新信号形成
2.电压门控通道
主要分布,神经轴突、骨骼肌,心肌细
胞的一般细胞膜上。
作用,产生动作电位
跨膜电位控制
例：钠通道
(1) Na+通道
电信号 膜内负电荷消失 Na+通道突
然开放 胞外 Na+涌入胞内 膜电位变
化
(2) K+通道
膜内形成正电荷 K+通道开放
胞内 K+流出胞外 膜电位变化
3,机械门控通道
机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的
通道开放，产生感受器电位。
例：听觉毛细胞、肌梭等
各种门控通道完成的跨膜信号转导特点：
（ 1）速度相对较快
（ 2）对外界作用出现反应的位点较局限。
3 机械信号 -机械门控通道
机械信号（声） 耳蜗毛细胞纤毛弯曲
毛细胞上机械门控离子通道开放 离子跨
膜流动 耳蜗微音器电位
（二）由膜的特异受体蛋白质,G-蛋白和
膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统
（ G蛋白耦联受体介导的信号转导）
G蛋白耦联的膜受体有 500 个以上，
包括 ?-和 ?-肾上腺素受体，乙酰胆碱
M受体,5-羟色胺受体，腺苷受体，
嗅受体,视紫红质受体和肽类受体等。
（ 1） G蛋白
（ A） G蛋白的组成,1?亚单位, 1?单位和 1?亚单位 。 ??紧密结合在一起 。
失活的 G蛋白以 GDP-???异三聚体形式存在 。 G蛋白激活：激动剂与受体
结合, 使 G蛋白的 ?与 ??分离, GDP-???变为 GTP-?＋ ??。 G蛋白失活,G
蛋白有内在的 GTP酶活性, 水解 GTP,使 GTP-?变成 GDP-???。
（ B） G蛋白介导的信号途径
（ a） c-AMP-蛋白激酶 A途径
（ b） c-GMP-蛋白激酶 G途径
（ c）磷酸肌醇途径
（ d）细胞内钙信号途径
（ e） MAPK途径
3 第二信使
?定义 外来刺激通过膜受体蛋白,G蛋白和效应器
酶系统 使 胞浆内一种含有第一信使信息内容的一种
化学物质增多或减少
?种类
环磷酸腺苷 (cAMP)、环磷酸鸟苷 (cGMP)
三磷酸肌醇 （ IP3）
二酰甘油 ( DG)
1 第一信使：激素、递质等
2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶 C等
第二信使学说
G蛋白 -GDP
第一信使 +R
G蛋白 -GTP 效应器酶
蛋白激酶 第二信使
及其他
第二信使前体
细胞功能改变
二,G蛋白偶联受体介导的信号
转导
? (一 ) cAMP信号通路
? 神经递质、激素等（第一信使） → 结合 G
蛋白偶联受体 ( 膜外 N端：识别、结合第
一信使膜内 C端：激活 G蛋白 )→ 激活 G蛋
白 (与 β,γ亚单位分离 ) → 兴奋性 G蛋白
(GS) → 激活腺苷酸环化酶 (AC) →ATP --
cAMP（第二信使 ） → 激活 cAMP依赖的
蛋白激酶 A→ 细胞内生物效应
(二 ) 磷脂酰肌醇信号通路
激素 （ 第一信使 ）
结合 G蛋白偶联受体
激活 G蛋白 (与 β, γ 亚单位分离 )
膜外 N端：识别, 结合第一信使
膜内 C端：激活 G蛋白
兴奋性 G蛋白 (GS)
激活磷脂酶 C(PLC)
二磷酸磷脂酰
肌醇 (PIP2 )
(第二信使）
IP3 和 DG
内质网
释放 Ca2+
激 活
蛋白激酶 C
细胞内生物效应
1,肾上腺素 +受体 G蛋白 激活腺苷 酸环化酶
ATP cAMP
一些蛋白质磷酸化 PKA
2,乙酰胆碱 +受体 G蛋白 激活磷脂酶 C
磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇 +二酰甘油
一些蛋白质磷酸化 PKC
三、酶耦联受体介导的信号转导
酪氨酸激酶受体
? 特点：
? 酶与受体是同一膜蛋白
? 这类受体一般只有一个 α-螺旋，膜外
侧肽链有与配体结合位点,膜内侧肽链有
蛋白激酶的活性。
?受体本身没有酶的活性，当它与配体结合后，
就可与酪氨酸激酶结合，并激活酪氨酸激酶
肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如 NGF）
细胞膜上 酪氨酸激酶受体
膜内侧肽段的蛋白激酶被激活
酪氨酸残基 磷酸化 细胞功能改变
鸟苷酸环化酶的受体
? 特点：
只有一个跨膜 α-螺旋，膜外侧肽链
（ N端）有与配体结合位点，而膜内侧
肽链（ C端）有鸟苷酸环化酶（ guanylyl
cyclase,GC），
受体 GC
信号转导过程：
GTP cGMP
PKG
配体 ANP
signal transmembrane
tranduction of cell
一、细胞跨膜信号转导的概念
? 信号, 含有信息内容的一种物质或刺
激
? 人体内的信号, 存在于细胞外液中含
有信息内容的化学物质,或机械的、
电的、电磁波等刺激
信号的类型
?化学信号 激素,递质,细胞因子
?机械信号 声音
?电磁信号 光
?电信号 电流
跨膜信号转导
(transmembrane tranduction)
外界信号 细胞膜表面 一种或几
种膜蛋白分子构象改变 胞内信号分子
变化 引起相应的效应
二、细胞跨膜信号转导的方式
? 通过具有特异感受结构的通道蛋白质完
成的跨膜信号转导
? 由膜的特异受体蛋白质,G-蛋白和膜的
效应器酶组成的跨膜信号转导系统
? 由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导
信号 胞膜上的通道蛋白 离子
通道打开或关闭 离子跨膜流动
膜电位变化（去极化、超极化） 细
胞功能改变
（一）通过具有特异感受结构的通
道蛋白质完成的跨膜信号转导
1,化学信号 — 化学门控离子通道
神经突触 谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸
化学物质控制,递质,激素等
主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触
后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。
作用：产生局部电位
例,终板膜化学门控通道
运动神经末梢 Ach Ach 门控通道
蛋白（ a亚单位） 通道开放 大量 Na+
流入胞内 胞膜去极化产生终板电位
完成化学信号向生物电信号的转换
(1) 特点,
? 化学门控通道具有受体功能，可
称为通道型受体，它们被激活时
能引起跨膜离子流动，也称为促
离子型受体
(2) 分布：
神经肌接头信息传递
神经细胞之间的突触传递
2, 电信号 — 电压门控离子通道
?刺激 细胞膜电位的变化 电
压门控离子通道开放或关闭
离子内流或外流 新信号形成
2.电压门控通道
主要分布,神经轴突、骨骼肌,心肌细
胞的一般细胞膜上。
作用,产生动作电位
跨膜电位控制
例：钠通道
(1) Na+通道
电信号 膜内负电荷消失 Na+通道突
然开放 胞外 Na+涌入胞内 膜电位变
化
(2) K+通道
膜内形成正电荷 K+通道开放
胞内 K+流出胞外 膜电位变化
3,机械门控通道
机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的
通道开放，产生感受器电位。
例：听觉毛细胞、肌梭等
各种门控通道完成的跨膜信号转导特点：
（ 1）速度相对较快
（ 2）对外界作用出现反应的位点较局限。
3 机械信号 -机械门控通道
机械信号（声） 耳蜗毛细胞纤毛弯曲
毛细胞上机械门控离子通道开放 离子跨
膜流动 耳蜗微音器电位
（二）由膜的特异受体蛋白质,G-蛋白和
膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统
（ G蛋白耦联受体介导的信号转导）
G蛋白耦联的膜受体有 500 个以上，
包括 ?-和 ?-肾上腺素受体，乙酰胆碱
M受体,5-羟色胺受体，腺苷受体，
嗅受体,视紫红质受体和肽类受体等。
（ 1） G蛋白
（ A） G蛋白的组成,1?亚单位, 1?单位和 1?亚单位 。 ??紧密结合在一起 。
失活的 G蛋白以 GDP-???异三聚体形式存在 。 G蛋白激活：激动剂与受体
结合, 使 G蛋白的 ?与 ??分离, GDP-???变为 GTP-?＋ ??。 G蛋白失活,G
蛋白有内在的 GTP酶活性, 水解 GTP,使 GTP-?变成 GDP-???。
（ B） G蛋白介导的信号途径
（ a） c-AMP-蛋白激酶 A途径
（ b） c-GMP-蛋白激酶 G途径
（ c）磷酸肌醇途径
（ d）细胞内钙信号途径
（ e） MAPK途径
3 第二信使
?定义 外来刺激通过膜受体蛋白,G蛋白和效应器
酶系统 使 胞浆内一种含有第一信使信息内容的一种
化学物质增多或减少
?种类
环磷酸腺苷 (cAMP)、环磷酸鸟苷 (cGMP)
三磷酸肌醇 （ IP3）
二酰甘油 ( DG)
1 第一信使：激素、递质等
2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶 C等
第二信使学说
G蛋白 -GDP
第一信使 +R
G蛋白 -GTP 效应器酶
蛋白激酶 第二信使
及其他
第二信使前体
细胞功能改变
二,G蛋白偶联受体介导的信号
转导
? (一 ) cAMP信号通路
? 神经递质、激素等（第一信使） → 结合 G
蛋白偶联受体 ( 膜外 N端：识别、结合第
一信使膜内 C端：激活 G蛋白 )→ 激活 G蛋
白 (与 β,γ亚单位分离 ) → 兴奋性 G蛋白
(GS) → 激活腺苷酸环化酶 (AC) →ATP --
cAMP（第二信使 ） → 激活 cAMP依赖的
蛋白激酶 A→ 细胞内生物效应
(二 ) 磷脂酰肌醇信号通路
激素 （ 第一信使 ）
结合 G蛋白偶联受体
激活 G蛋白 (与 β, γ 亚单位分离 )
膜外 N端：识别, 结合第一信使
膜内 C端：激活 G蛋白
兴奋性 G蛋白 (GS)
激活磷脂酶 C(PLC)
二磷酸磷脂酰
肌醇 (PIP2 )
(第二信使）
IP3 和 DG
内质网
释放 Ca2+
激 活
蛋白激酶 C
细胞内生物效应
1,肾上腺素 +受体 G蛋白 激活腺苷 酸环化酶
ATP cAMP
一些蛋白质磷酸化 PKA
2,乙酰胆碱 +受体 G蛋白 激活磷脂酶 C
磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇 +二酰甘油
一些蛋白质磷酸化 PKC
三、酶耦联受体介导的信号转导
酪氨酸激酶受体
? 特点：
? 酶与受体是同一膜蛋白
? 这类受体一般只有一个 α-螺旋，膜外
侧肽链有与配体结合位点,膜内侧肽链有
蛋白激酶的活性。
?受体本身没有酶的活性，当它与配体结合后，
就可与酪氨酸激酶结合，并激活酪氨酸激酶
肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如 NGF）
细胞膜上 酪氨酸激酶受体
膜内侧肽段的蛋白激酶被激活
酪氨酸残基 磷酸化 细胞功能改变
鸟苷酸环化酶的受体
? 特点：
只有一个跨膜 α-螺旋，膜外侧肽链
（ N端）有与配体结合位点，而膜内侧
肽链（ C端）有鸟苷酸环化酶（ guanylyl
cyclase,GC），
受体 GC
信号转导过程：
GTP cGMP
PKG
配体 ANP
