第二信使系统

第二信使是小的细胞内分子，它们传递和放大细胞表面接收到的信号，将受体激活转化为细胞内广泛的化学变化。

Definition

第二信使是一种小的细胞内信号分子，其浓度响应受体激活而升高，并通过激活下游效应器来传递信号；第二信使系统是围绕它们构建的通路。

Scope

本主题涵盖主要的第二信使——环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）、钙离子以及磷脂酰肌醇水解产物——它们的生成和清除，以及它们激活的下游酶，如蛋白激酶，从而阐明信号放大和整合。

Core questions

• 环磷酸腺苷（cAMP）是如何产生的，它激活什么？
• 为什么钙离子是有效的第二信使？
• 磷脂酰肌醇水解如何同时产生两种信使？
• 第二信使水平如何保持瞬时性？

Key theories

环磷酸腺苷（cAMP）作为第二信使

萨瑟兰（Sutherland）表明，激素结合会提高细胞内环磷酸腺苷（cAMP）的水平，从而激活下游激酶，确立了表面信号通过可扩散的小分子传递的范例。

磷脂酰肌醇信号传导

贝里奇（Berridge）和欧文（Irvine）表明，膜磷脂的水解产生三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG），这两种信使释放钙并激活蛋白激酶C，将一个信号分支成两个臂。

Mechanisms

腺苷酸环化酶将ATP转化为环磷酸腺苷（cAMP），后者激活蛋白激酶A；磷酸二酯酶降解环磷酸腺苷以终止信号。磷脂酶C将膜磷脂酰肌醇裂解为三磷酸肌醇（IP3），后者打开钙通道，以及二酰甘油（DAG），后者激活蛋白激酶C。钙本身通过钙调素等结合蛋白发挥作用。在每个系统中，生成与快速清除相平衡，以使信使水平与传入信号保持一致。

Clinical relevance

第二信使化学是分子网络中放大和分支的典范，是化学生物学的基础。本治疗是描述性的，不具指导性。

History

萨瑟兰（Sutherland）发现环磷酸腺苷（cAMP）开创了该领域；磷脂酰肌醇通路由贝里奇（Berridge）、欧文（Irvine）等人在20世纪80年代阐明，西冢（Nishizuka）对蛋白激酶C的鉴定将二酰甘油与下游磷酸化联系起来。

Key figures

• Earl Sutherland
• Michael Berridge
• Yasutomi Nishizuka

Seminal works

• sutherland1972
• berridge1984
• nelson2021

Frequently asked questions

为什么第二信使有用？

它们使作用于细胞表面的信号能够迅速扩散到整个细胞并被放大，因为一个被激活的酶可以产生许多信使分子，每个信使分子又可以激活更多的效应器。

如果钙离子总是存在，它是如何作为信号的？

细胞在静息时将胞质钙离子维持在非常低的水平，因此受调控的升高会产生一个尖锐、瞬时的信号，结合蛋白会检测到这个信号，之后泵会恢复到低的静息水平。