植物生理学课件】第7章细胞信号转导.ppt

第七章细胞信号转导 v第一节 信号与受体结合 v第二节 跨膜信号转换 v第三节 细胞内信号转导形成网络 1 概念 v植物生长发育受基因控制和周围环境的调控。 v遗传基因决定代谢和生长发育的基本模式，而环境 刺激起到很大的调控作用。孙大业， 2001， 细胞信号转导，科学出版社。 v薛定谔生命是什么中指出：生命的本质是信息 问题。 v贝时章：生命活动就是物质、能量、信息三个量有 组织有秩序的活动过程。 v植物细胞信号转导的定义：指细胞耦联各种刺激信 号与其引起的特定生理效应之间的一系列分子反应 机制。 v孙大业指出：信号转导具体内容简言之就是外界环 境刺激因子和胞间通讯信号分子等作用于细胞表面 （或胞内）受体后，跨膜转换形成胞内第二信使， 以及经过其后的信号途径组分级联传递，引起细胞 生理反应和诱导基因表达的过程。 2 v1990s后细胞信号系统研究成为热点 vNobel奖： v1991，E.Nelzer，B Sokmann 离子单通道研究 v1992，Krebs和Fisher 糖原代谢中蛋白质可逆 磷酸化 v1994，Gilman和Rodbell G蛋白研究 v1998， Furchgott，Ignarro，Murad NO研究 v2000，Carlsson，Greegard，Kandel 脑细胞 间信号传递 3 细胞信号转导的步骤 v1、信号分子与细胞表面受体的结合 v2、跨膜信号转换 v3、在细胞内通过信号转导网络进行信号传递 、放大和整合 v4、导致生理生化变化 4 植物细胞信号转导(signal transduction) 细胞外 质膜 细胞内 G蛋白 胞外信号 受体 连接受体 二元组 分系统 信号输入 跨膜信号转换 胞内信号转导网络 信号输出 植物细胞信号转导的模式 蛋白可逆磷酸化、 基因表达等反应 细胞反应 5 第一节 信号与受体结合 一,信号(signal) 信息是与物质、能量一样，是基本概念，只能用消 息、情报等表示和说明。 信号是物质体现形式或物理过程-刺激.包括物理和 化学信号.化学信号又称配体。细胞信号分为胞内 和胞外信号。P158图 二, 受体（receptor） 受体: 是指能够特异地识别并结合信号,在细胞 内放大和传递信号的物质.具特异性,高亲和力和可 逆性. 目前发现的受体大都是蛋白质。 6 v细胞表面受体：位于细胞膜表面，与信号分 子结合后传递信息的受体。 v细胞内受体：位于细胞内部膜上的受体，可 与直接进入细胞内的疏水信号分子结合传递 信息。 细胞表面受体 类受体蛋白激酶 如光敏色素二元组分系统 G蛋白连接受体（GTP结合蛋白） 7 Extracellular Cytoplasmic COOH- -NH2 i1 i2 i3 e1 e2 e3 TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7 GG-protein-coupled receptors-protein-coupled receptors -S-S- Binding of ligands Location of G 8 第二节 跨膜信号转换 跨膜信号转换：信号与细胞表面受体结合后， 通过受体将信号转导进入细胞内的过程。 ，GTP结合调节蛋白:具有GTP酶的活性 异源三聚体G蛋白，具,三种亚基 小G蛋白，类似与前者的亚基 参与细胞骨架运动、细胞扩大、根毛 发育、细胞极性生长等 参与细胞分裂、气孔运动、花 粉管生长等许多生理反应 9 A G-protein is part of a pathway that stimulates Adenylate Cyclase is called Gs & its a subunit Gsa. G蛋白介导的跨膜信号转导 10 The sequence of events by which a hormone activates cAMP signaling: 1. Initially Ga has bound GDP, and & subunits are complexed together. 11 2. Hormone binding to a 7-helix receptor (GPCR) causes a conformational change in the receptor that is transmitted to the G protein. The nucleotide-binding site on Ga becomes more accessible to the cytosol, where GTP GDP. Ga releases GDP & binds GTP (GDP-GTP exchange). 12 3. Substitution of GTP for GDP causes another conformational change in Ga. Ga-GTP dissociates from the inhibitory complex & can now bind to and activate Adenylate Cyclase. 13 4. Adenylate Cyclase, activated by Ga-GTP, catalyzes synthesis of cAMP. 5. Protein Kinase A (cAMP Dependent Protein Kinase) catalyzes phosphorylation of various cellular proteins, altering their activity. 14 二元组分系统的跨膜信号转换途径 二元组分受体有两个基本部分： 感受部分 组氨酸蛋白激酶（HPK） （His protein kinase） 激酶部分（His磷酸化 ） 反应调节蛋白 （RR） （Pi基团） 接受Pi部分 （有ASP残基，可磷酸化 ） 信号输出部分 （可将信号传递给下游 组分如转录因子） 15 第三节细胞内信号转导形成网络 一般胞外信号称为初级信号 胞外信号转化成细胞内的信号称为第二信使 如 Ca、cAMP、cGMP、H、Vc、GSH、H2O2 一，Ca2+/CaM在信号转导中的作用 1、a2+：钙库中Ca比胞质中多25数量级 C a2+的内流和外运 、Ca结合蛋白：CaM（calmodulin）、钙依赖型蛋白激酶（ calcium dependent protein，CDPK) CaM：是一种耐热的球蛋白，存在与细胞内外，作用方式两种 ：直接与靶酶结合；或与Ca结合后形成CaMCa2+,再与靶酶结合。 CaM的靶酶有Ca-ATPase、Ca2+通道、NAD激酶、蛋白激酶等 。 16 二、IP/DAG在信号转导中的作用 PIP2（磷脂酰肌醇4，5二磷酸）是膜上的一种肌醇磷脂，在磷 脂酶C催化下水解形成IP3（三磷酸肌醇）和DAG（二酯酰甘油 ）。 IP3为水溶性，可与胞内钙库（内质网或液泡）膜上IP3依赖的 Ca2+通道结合，使Ca2+释放到胞质而传递信号，此途径称为 IP3 -Ca2+信号通路。 DAG为脂溶性，在膜上结合活化蛋白激酶（PKC），PKC继而 活化其他激酶（蛋白、磷脂酶等），进而引起生理生化反 应。此途径称DAG/PKC信号途径。 胞外信号引发以上两条信号通路的信号系统称双信号系统。 17 DAG 18 三，信号转导中的蛋白质可逆磷酸化 v nNTP 蛋白激酶 nNDP 蛋白质 蛋白质ni nPi 蛋白磷酸酶 HO Ca可调节PK和PP活性从而传递信号。 v促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号转导 级联反应途径是蛋白质磷酸化的一个普遍反 应方式。 19 (一) 蛋白激酶 分为三类：丝氨酸/苏氨酸激酶、酪氨酸激酶和 组氨酸激酶 钙依赖型蛋白激酶（CDPK)多是丝氨酸/苏氨 酸激酶，与Ca结合后活化