细胞信号转导的分子机制

1 概述（2006、2009、2017考点）★★★★

（1）第二信使 环腺苷酸（c AMP）、环鸟苷酸（c GMP）、甘油二酯（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）、磷脂酰肌醇3，4，5 三磷酸（PIP3）、Ca2+等可以作为外源信息在细胞内的信号转导分子，称为第二信使。

【注意】c AMP、c GMP是细胞内信息传递的第二信使，而AMP、GMP并不是第二信使。

2009 162X.细胞内信息传递中，能作为第二信使的有

A.c GMP　B.AMP　C.DAG　D.TPK　【答案】ABCDE

1999 146X.参与细胞内信息传递的第二信使物质有

A.c AMP　B.Ca2+　C.DG（DAG）　D.IP3　【答案】ABCDE

2013 156X.在激素作用机制中发挥第二信使作用的物质有（生理学试题）

A.c GMP　B.Ca2+　C.c AMP　D.DG　【答案】ABCDE

（2）蛋白激酶（PK） 是指催化ATP的γ磷酸基转移至靶蛋白的特定氨基酸残基上的一类酶。 作为信号转导分子的蛋白激酶主要是蛋白酪氨酸激酶和蛋白丝/苏氨酸激酶。 蛋白激酶催化蛋白质的可逆性磷酸化修饰，对下游分子的活性进行调节。 蛋白质的磷酸化修饰可能提高其活性，也可能降低其活性，取决于构象变化是否有利于反应的进行。

①许多信号通路涉及蛋白丝/苏氨酸激酶的作用 蛋白丝/苏氨酸激酶催化蛋白质分子中的丝/苏氨酸残基磷酸化。细胞内重要的蛋白丝/苏氨酸激酶包括受环核苷酸调控的PKA和PKG、受DAG/Ca2+调控的PKC、受Ca2+/Ca M调控的Ca2+/Ca M 蛋白激酶、受PIP3调控的PKB及受丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）等等。

②蛋白酪氨酸激酶转导细胞增殖与分化信号 蛋白酪氨酸激酶（PTK或TPK）催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化。 酪氨酸磷酸化修饰的蛋白质大部分对细胞增殖具有正向调节作用，无论是生长因子（表皮生长因子EGF）作用后正常细胞的增殖、恶性肿瘤细胞的增殖，还是T细胞、B细胞或肥大细胞的活化都伴随着瞬间发生的多种蛋白质分子的酪氨酸磷酸化。

（3）环核苷酸 目前已知的细胞内环核苷酸类第二信使有c AMP和c GMP。c AMP是ATP经腺苷酸环化酶（AC）催化生成的，c GMP是GTP经鸟苷酸环化酶（GC）催化生成的。 c AMP和c GMP可经磷酸二酯酶催化水解而失活。因此，c AMP（c GMP）在细胞中的浓度不仅与腺（鸟）苷酸环化酶有关，还与磷酸二酯酶活性有关。

环核苷酸对细胞的调节作用主要是通过激活其下游蛋白激酶来实现的。 c AMP能激活蛋白激酶A（PKA），c GMP能激活蛋白激酶G（PKG）。 PKA被c AMP激活后，能使许多蛋白质的特定的丝/苏氨基残基磷酸化，从而调节细胞的物质代谢和基因表达。

2004 30A.直接影响细胞内c AMP含量的酶是

A.磷脂酶　B.蛋白激酶A　C.腺苷酸环化酶

D.蛋白激酶C　E.酪氨酸蛋白激酶　【答案】ABCDE

2006 36A.下列哪种酶激活后会直接引起c AMP浓度降低？

A.蛋白激酶A　B.蛋白激酶C　C.磷酸二酯酶

D.磷脂酶C　E.蛋白激酶G　【答案】ABCDE

2005 36A.c AMP能别构激活下列哪种酶？

A.磷脂酶A　B.蛋白激酶A　C.蛋白激酶C

D.蛋白激酶G　E.酪氨酸蛋白激酶　【答案】ABCDE

2017 27A.下列关于蛋白激酶的叙述，正确的是

A.底物可以是脂类物质　B.可使亮氨酸残基磷酸化

C.蛋白质磷酸化后活性改变　D.属于第二信使物质　【答案】ABCDE

2 细胞内信号转导（2007、2008、2010、2012、2013、2014、2015、2016考点）★★★★

（1）常考细胞内信号转导通路归纳总结

2013 38A.下列涉及G蛋白偶联受体信号的主要途径是

A.c AMP PKA信号途径　B.酪氨酸激酶受体信号途径

C.雌激素 核受体信号途径　D.丝/苏氨酸激酶受体信号途径　【答案】ABCDE

2008 159X.与细胞生长、增殖和分化有关的信号转导途径主要有

A.c AMP蛋白激酶途径　B.c GMP蛋白激酶途径

C.受体型TPK-Ras-MAPK途径　D.JAK-STAT途径　【答案】ABCDE

（2）鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）相关考点归纳总结（考试重点）

鸟苷酸结合蛋白简称G蛋白，也称GTP结合蛋白。 G蛋白自身均具有GTP酶活性，可将结合的GTP水解为GDP。 分别结合GTP和GDP时，G蛋白处于不同的构象。 结合GTP时处于活化形式，可激活下游分子；结合GDP时处于非活化状态，不能激活下游分子。

目前已知的G蛋白主要有两大类，即介导七次跨膜受体信号转导的异源三聚体G蛋白和低分子量G蛋白。

①异源三聚体G蛋白 是由α、β、γ三种亚基组成的异源三聚体，与七次跨膜受体（G蛋白偶联受体）结合，存在于细胞膜内侧。 α亚基具有GTP酶活性，具有与受体结合并受其活化调节以及与下游效应分子（如AC、PLC）相互作用的功能。 在细胞内，β和γ亚基形成紧密结合的二聚体，其主要作用是与α亚基形成复合体并定位于细胞膜内侧。 异源三聚体G蛋白是直接由G蛋白偶联受体激活，进而激活其下游信号转导分子，调节细胞功能。

②低分子量G蛋白 低分子量G蛋白是多种细胞转导通路中的转导分子。 Ras蛋白也称小G蛋白（因其分子量小于异源三聚体G蛋白），是由一条多肽链组成的单体蛋白。 Ras蛋白是第一个被发现的低分子量G蛋白。 Ras蛋白的分子量为21KDa，故又名p21蛋白。 Ras蛋白是膜结合型蛋白，具有GTP酶活性，性质类似于异源三聚体G蛋白中的α亚基，它的活性与其结合GTP或GDP直接有关，当与GDP结合时无活性，当与GTP结合时活性增强。

【注意】低分子量G蛋白=Ras蛋白=小G蛋白=p21蛋白。 编者常将异源三聚体G蛋白称为大G蛋白。

受体型TPK-Ras-MAPK通路 受体型TPK-Ras-MAPK通路转导生长因子，如表皮生长因子（EGF）信号，其基本过程是：①受体（如EGF受体——EGFR）与配体结合后形成二聚体，激活受体的蛋白激酶活性；②受体自身酪氨酸残基磷酸化，形成SH2结合位点，从而能够结合含有SH2结构域的接头蛋白Grb2（一种接头蛋白）；③Grb2的两个SH3结构域与SOS分子（一种鸟苷酸释放因子）中的富含脯氨酸序列结合，将SOS活化；④活化的SOS结合Ras蛋白，促进Ras释放GDP、结合GTP；⑤活化的Ras蛋白（Ras-GTP）可通过三级磷酸化反应（使丝/苏氨酸残基磷酸化）激活丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）系统，即Ras蛋白激活MAPKKK（Raf蛋白），活化的Raf蛋白具有丝/苏氨酸激酶活性，可激活MAPKK（MEK），活化的MAPKK可激活MAPK（ERK）；⑥活化的ERK可以转位至细胞核内，通过磷酸化作用激活多种效应蛋白（如转录调控因子），从而使细胞对外来信号产生生物学应答。 综上，受体型TPK-Ras-MAPK通路的大致激活顺序可概括为：

EGF（作用于EGFR）等→TPK→Grb2→SOS→Ras→Raf→MEK→ERK→核内转录调控因子→生物学效应。

（3）异源三聚体G蛋白与低分子量G蛋白的比较 考题中常将两种互为干扰项，请严格区分。

【注意】具有七次跨膜螺旋结构是异源三聚体G蛋白偶联的受体，并不是异源三聚体G蛋白本身。

2015 39A.下列蛋白质中，属于小G蛋白的是

A.异三聚体G蛋白　B.Grb2　C.MAPK　D.Ras蛋白　【答案】ABCDE

2014 159X.参与受体型TPK-Ras-MAPK途径的分子有

A.EGF受体　B.Grb2　C.Ras蛋白　D.Raf蛋白　【答案】ABCDE

2012 39A.与7次跨膜结构受体偶联的蛋白质是

A.蛋白激酶A　B.小G蛋白

C.酪氨酸蛋白激酶　D.异源三聚体结构的G蛋白　【答案】ABCDE

2010 39A.下列关于Ras蛋白特点的叙述，正确的是

A.具有GTP酶活性　B.能使蛋白质酪氨酸磷酸化

C.具有7个跨膜螺旋结构　D.属于蛋白质丝/苏氨酸激酶　【答案】ABCDE

【注意】具有7个跨膜螺旋结构（C项）的是G蛋白偶联受体，并不是异源三聚体G蛋白或Ras蛋白（很多真题解析书误认为是异源三聚体G蛋白）。 能使蛋白质酪氨酸磷酸化（B项）的是TPK（酪氨酸蛋白激酶），并不是Ras蛋白。 属于蛋白质丝/苏氨酸激酶（D项）的是Raf、MEK和ERK，并不是Ras蛋白。

2007 169A.下列关于GTP结合蛋白（G蛋白）的叙述，错误的是

A.膜受体通过G蛋白与腺苷酸环化酶耦联　B.可催化GTP水解为GDP

C.霍乱毒素可使其失活　D.有三种亚基α、β、γ　【答案】ABCDE

【注意】7、8版生物化学教材将G蛋白分为异源三聚体G蛋白和低分子量G蛋白两大类。 本题题干中的G蛋白亦指的是异源三聚体G蛋白。 此外，霍乱毒素能引起异源三聚体G蛋白的α亚基的ADP核糖基化，使α亚基丧失GTP酶活性，因此α亚基维持在活性状态（8版教材已删除该知识点）。

2007 170A.下列因素中，与Ras蛋白活性无关的是

A.GTP　B.GRB2　C.鸟苷酸交换因子　D.鸟苷酸环化酶　【答案】ABCDE

【注意】鸟苷酸交换因子（GEF）又称鸟苷酸释放因子（GRF），能促进Ras释放GDP、结合GTP，从而激活Ras蛋白。 本题中鸟苷酸交换因子可等同于上述的SOS（一种鸟苷酸释放因子）。

2016 160X.参与G蛋白偶联受体介导信号转导通路的分子有

A.7次跨膜受体　B.G蛋白

C.腺苷酸环化酶　D.CMP　【答案】ABCDE