第七章细胞信号转导案例
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第七章细胞信号转导异常与疾病精品PPT课件
ßR 融入， 证实该途径 。
用异丙肾致cAMP增多，
用心得安可阻断该反应。
（二）、Gi途径
Ach-M2R\Adr- α 2R-Gi- AC (-) - cAMP -PKA (-)
16
β-肾上腺素能受体、 胰高血糖素受体
α1-肾上腺素能受体 M2-胆碱能受体、血管紧张素Ⅱ受体
Gs蛋白
(＋) (－) 腺苷酸环化酶（CA）
11
12
分类: 根据G α 功能可分 Gs： stimulationG ，分子量4 . 5万，能使 AC激活，都有CTx结合区。 Gi ： inhibitionG，分子量4万，能使AC抑 制，都有PTx结合区。 Gp-激活磷酯酶（phospholipiase）的G蛋白 Gq-激活PLCβ介导IP水解。 Gt-与视觉有关 Ggust-与味觉有关 其他功能不明者用x、o或数字表示 如：Go 或Gx
岛素在糖代谢中的作用。
18
2. RTK介导的信号转导通路 （一）、 RTK-Ras-MAPK-ERK通路 （二）、 RTK-PLCr-DG-PKC- MAPK通路 （三）、 RTK-PI3K- MAPK通路 RTK的配体包括EGF，PDGF，Insuline, 多种应激原，促炎细胞因子也可激活MAPK 通路。
13
GPCR：G蛋白偶联受体，有7个跨膜段，目前是受体 中最大的超家族（人类基因组中第三大家族），包
括肽类激素受体、 α、ß、M受体等 GPCR配体：
激素类：PTH、TRH、ADH、NA、Ach等 神经递质、神经肽、趋化因子、光、气 味 多种药物： ß阻滞剂（心得安），组胺拮抗
剂（酮替芬），抗胆硷药（阿托 品），阿片等。
7
4、转录因子：AP-1、SRF、CREB、NFkB、 ERK、STAT等
第7章植物细胞信号转导
上章回顾：
6.1 同化物的运输
胞间、长距运输。环割的利用。形式及特点（稳定、溶解、运速）
6.2 同化物的运输机制
三种学说：压力流动说、泵动说、蛋白质收缩说
6.3.同化物的分配
代谢源、库，源库单位。分配特点：优先中心、就近同侧、在利用、功能叶间无关
6.4 影响同化物运输的因素
温度、光、水、矿
第7章 细胞信号转导
• 第一节 信号与受体结合
• 一、信号
• 对植物体来讲，环境变化就是刺激，就是信号。 根据信号分子的性质信号分为物理信号和化学信 号；光、电等刺激属于物理信号，而激素、病原 因子等属于化学信号。化学信号也称之为配体。 根据所处的位置信号，可分为胞外（胞间）信号 和胞内信号。
• 信号进入细胞后，最终引起生理生化变化和形态 反应。例如，电波就是在植物体进行传递的物理 信号。植物受到外界刺激时可产生电波，通过维 管束、共质体和外质体快速传递信息。又如，植 物根尖合成的ABA，通过导管向上运送到叶片保 卫细胞，引起气孔关闭，这个过程就是信号转导 的过程。
• 位于亚细胞组分如细胞核、液泡膜上的受 体叫做细胞内受体。一些信号（如甾类物 质）是疏水性小分子，不经过跨膜信号转 换，而直接扩散入细胞，与细胞内受体结 合后，在细胞内进一步传递和放大。
• 第二节 跨膜信号转换
• 信号与细胞表面的受体结合之后，通过受 体将信号转导进入细胞内，这个过程称为 跨膜信号转换。
• 二、受体在信号转导中的作用Fra bibliotek• 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。细胞受体的特征是 有特异性、高亲和力和可逆性。至今发现的受体 大都为蛋白质。
• 位于细胞表面的受体称为细胞表面受体。在很多 情况下，信号分子不能跨过细胞膜，它们必须与 细胞表面受体结合，经过跨膜信号转换，将胞外 信号传入胞内，并进一步通过信号转导网络来传 递和放大信号。例如，细胞分裂素受体就是细胞 表面受体。
6.1 同化物的运输
胞间、长距运输。环割的利用。形式及特点（稳定、溶解、运速）
6.2 同化物的运输机制
三种学说：压力流动说、泵动说、蛋白质收缩说
6.3.同化物的分配
代谢源、库，源库单位。分配特点：优先中心、就近同侧、在利用、功能叶间无关
6.4 影响同化物运输的因素
温度、光、水、矿
第7章 细胞信号转导
• 第一节 信号与受体结合
• 一、信号
• 对植物体来讲，环境变化就是刺激，就是信号。 根据信号分子的性质信号分为物理信号和化学信 号；光、电等刺激属于物理信号，而激素、病原 因子等属于化学信号。化学信号也称之为配体。 根据所处的位置信号，可分为胞外（胞间）信号 和胞内信号。
• 信号进入细胞后，最终引起生理生化变化和形态 反应。例如，电波就是在植物体进行传递的物理 信号。植物受到外界刺激时可产生电波，通过维 管束、共质体和外质体快速传递信息。又如，植 物根尖合成的ABA，通过导管向上运送到叶片保 卫细胞，引起气孔关闭，这个过程就是信号转导 的过程。
• 位于亚细胞组分如细胞核、液泡膜上的受 体叫做细胞内受体。一些信号（如甾类物 质）是疏水性小分子，不经过跨膜信号转 换，而直接扩散入细胞，与细胞内受体结 合后，在细胞内进一步传递和放大。
• 第二节 跨膜信号转换
• 信号与细胞表面的受体结合之后，通过受 体将信号转导进入细胞内，这个过程称为 跨膜信号转换。
• 二、受体在信号转导中的作用Fra bibliotek• 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。细胞受体的特征是 有特异性、高亲和力和可逆性。至今发现的受体 大都为蛋白质。
• 位于细胞表面的受体称为细胞表面受体。在很多 情况下，信号分子不能跨过细胞膜，它们必须与 细胞表面受体结合，经过跨膜信号转换，将胞外 信号传入胞内，并进一步通过信号转导网络来传 递和放大信号。例如，细胞分裂素受体就是细胞 表面受体。
植物生理学第七章：植物体内细胞信号转导
跨膜信号转换通过细胞表面的受体与配 体结合来实现。这里着重介绍通过G蛋白 连接受体发生的跨膜信号转换。
植物生理学教研室
细胞信号转导
• G 蛋 白 全 称 为 GTP 结 合 调 节 蛋 白 (GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由 于其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)的 结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。 20世纪70年代初在动物细胞中发现了G蛋 白的存在，进华而南农业证大学明植物了生理G教研蛋室 白是细胞膜受 体与其所调节的相应生理过程之间的主 要信号转导者。
植物生理学教研室
细胞信号转导
华南农业大学植物生理教研室 植物生理学教研室
细胞信号转导
第一节 信号与受体结合
一、信号（理解）
• 信号是信息的物质体现形式和物理过程。 • 刺激就是信号 华南农业大学植物生理教研室 • 化学信号和物理信号，化学信号也称为配体 • 胞内信号和胞间信号 • 植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的
细胞信号转导
第七章 细胞信号转导
• 植物细胞信号转导: 是指细胞耦联 各种刺激信号（包括各种内外源刺 激信号）与华南其农业大引学植物起生理特教研室定生理效应之 间的一系列分子反应机制。
植物生理学教研室
细胞信号转导
分为4个步骤： 1、信号分子与细胞表面受体结合 2、跨膜信号转换 3、在细胞内华南通农业大过学植物信生理教号研室 转导网络进 行信号传递、放大与整合 4、导致生理生化变化
细胞信号转导
二、受体在信号转导中的作用（理解）
➢ 受体(receptor)是存在于细胞表面或亚细胞组分中 的天然分子，可特异地识别并结合化学信号物 质——配体，并在细胞内放大、传递信号，启动 一系列生化反应，最终导致特定的细胞反应。
植物生理学教研室
细胞信号转导
• G 蛋 白 全 称 为 GTP 结 合 调 节 蛋 白 (GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由 于其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)的 结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。 20世纪70年代初在动物细胞中发现了G蛋 白的存在，进华而南农业证大学明植物了生理G教研蛋室 白是细胞膜受 体与其所调节的相应生理过程之间的主 要信号转导者。
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华南农业大学植物生理教研室 植物生理学教研室
细胞信号转导
第一节 信号与受体结合
一、信号（理解）
• 信号是信息的物质体现形式和物理过程。 • 刺激就是信号 华南农业大学植物生理教研室 • 化学信号和物理信号，化学信号也称为配体 • 胞内信号和胞间信号 • 植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的
细胞信号转导
第七章 细胞信号转导
• 植物细胞信号转导: 是指细胞耦联 各种刺激信号（包括各种内外源刺 激信号）与华南其农业大引学植物起生理特教研室定生理效应之 间的一系列分子反应机制。
植物生理学教研室
细胞信号转导
分为4个步骤： 1、信号分子与细胞表面受体结合 2、跨膜信号转换 3、在细胞内华南通农业大过学植物信生理教号研室 转导网络进 行信号传递、放大与整合 4、导致生理生化变化
细胞信号转导
二、受体在信号转导中的作用（理解）
➢ 受体(receptor)是存在于细胞表面或亚细胞组分中 的天然分子，可特异地识别并结合化学信号物 质——配体，并在细胞内放大、传递信号，启动 一系列生化反应，最终导致特定的细胞反应。
植物生理学：第七章 细胞信号转导
胞外的信号经过跨 膜转换进入细胞后， 通常产生第二信使 并通过相应的胞内 信使系统将信号级 联放大，引起细胞 最终的生理反应。
目前植物中普遍接受的胞内第二信使系统主要有：钙 信使系统和肌醇磷脂信使系统。
对于动物中研究较为透彻的环核苷酸信使系统是否同 样存在于植物以及其在植物中存在的普遍性，尽管目前尚 有争议，但已有一部分报道在拟南芥等植物中存在并参与 了植物气孔运动、光诱导叶绿体花色素的合成等信号转导 过程。
细胞表面受体 细胞内受系统）
细胞受体的特征 （1）特异性； （2）高亲和力； （3）可逆性。
受体与配体的结合是一种分子识别 过程，靠氢键、离子键与范德华力 的作用，配体与受体分子空间结构 的互补性是特异性结合的主要因素。
在植物感受各种外界刺激的信号转导过程中，受体的功 能主要表现在两个方面：
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
钙信使系统是植物细胞中重要的也是研究最多的胞内信使系统。
胞内钙梯度的存在是Ca2+信号产生的基础。正常情况下 植物细胞质中游离的静息态Ca2+水平为10-7 ~10-6 mol/L左右， 而液泡的游离钙离子水平在10-3mol/L左右，内质网中钙离子 浓度在10-6mol/L，细胞壁中的钙离子浓度也高达10-5－103mol/L。因而细胞壁等质外体作为胞外钙库，内质网、线粒 体和液泡作为胞内钙库。静止状态下这些梯度的分布是相对 稳定的，当受到刺激时，钙离子跨膜运转调节细胞内的钙稳 态（calcium homeostasis），从而产生钙信号。
Ca2+ ‧ CaM的下游靶酶包括质膜上的Ca2+-ATP酶、Ca2+通 道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。这些酶被激活后，参与 蕨类植物的孢子发芽、细胞有丝分裂、原生质流动、植物激 素的活性、向性、调节蛋白质磷酸化，最终调节细胞生长发 育。
目前植物中普遍接受的胞内第二信使系统主要有：钙 信使系统和肌醇磷脂信使系统。
对于动物中研究较为透彻的环核苷酸信使系统是否同 样存在于植物以及其在植物中存在的普遍性，尽管目前尚 有争议，但已有一部分报道在拟南芥等植物中存在并参与 了植物气孔运动、光诱导叶绿体花色素的合成等信号转导 过程。
细胞表面受体 细胞内受系统）
细胞受体的特征 （1）特异性； （2）高亲和力； （3）可逆性。
受体与配体的结合是一种分子识别 过程，靠氢键、离子键与范德华力 的作用，配体与受体分子空间结构 的互补性是特异性结合的主要因素。
在植物感受各种外界刺激的信号转导过程中，受体的功 能主要表现在两个方面：
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
钙信使系统是植物细胞中重要的也是研究最多的胞内信使系统。
胞内钙梯度的存在是Ca2+信号产生的基础。正常情况下 植物细胞质中游离的静息态Ca2+水平为10-7 ~10-6 mol/L左右， 而液泡的游离钙离子水平在10-3mol/L左右，内质网中钙离子 浓度在10-6mol/L，细胞壁中的钙离子浓度也高达10-5－103mol/L。因而细胞壁等质外体作为胞外钙库，内质网、线粒 体和液泡作为胞内钙库。静止状态下这些梯度的分布是相对 稳定的，当受到刺激时，钙离子跨膜运转调节细胞内的钙稳 态（calcium homeostasis），从而产生钙信号。
Ca2+ ‧ CaM的下游靶酶包括质膜上的Ca2+-ATP酶、Ca2+通 道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。这些酶被激活后，参与 蕨类植物的孢子发芽、细胞有丝分裂、原生质流动、植物激 素的活性、向性、调节蛋白质磷酸化，最终调节细胞生长发 育。
植物生理学习题大全——第7章细胞信号转导
第七章细胞信号转导一. 名词解释细胞信号转导(siginal transduction)：指细胞偶联各种刺激信号与其引起的特定生理效应之间的一些列分子反应机制。
信号(signal)：对植物来讲，环境就是刺激，就是信号。
配体(ligand)：激素、病原因子等化学信号，称为配体。
受体(receptor)：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。
细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞表面的受体。
细胞内受体(intracellular receptor)：位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡膜上的受体。
跨膜信号转换(transmembrance transduction)：信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号传递进入细胞内的过程。
受体激酶：位于细胞表面的一类具有激酶性质的受体。
第二信使(second messengers)：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使。
级联反应(cascade)：在连锁的酶促反应中，前一反应的产物是后一反应的催化剂，每进行一次修饰反应，就使调节信号产生一次放大作用。
蛋白激酶(protein kinase,PK)：一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。
第一信使(first messenger)：能引起胞内信号的胞间信号和环境刺激，亦称为初级信使。
蛋白质磷酸化作用(protein phosphorylation)：是指由蛋白激酶催化把磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基的过程。
双信使系统(double messenger system)：胞外刺激使PIP2转化为IP3和DAG两个第二信使，引发IP3/Ca2+和DAG/PKC两条信号转导途径，在细胞内沿两个方向传递，这样的信号系统称之为双信使系统。
二. 缩写符号HK：组氨酸激酶RR：应答调控蛋白RLK：类受体蛋白激酶CaM：钙调蛋白CDPK：钙依赖型蛋白激酶PIP2：4,5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP：4-二磷酸磷脂酰肌醇PLC：磷脂酶C IP3：三磷酸肌醇DAG：二酰甘油PKC：蛋白激酶C PK：蛋白激酶PP：蛋白磷酸酶三. 简答题1. 细胞接收胞外信号进行信号转导的步骤。
《细胞信号转导》课件
03 肿瘤细胞信号转导与血管生成
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
肿瘤细胞通过信号转导通路调节血管生成，为肿 瘤提供营养和氧气，促进肿瘤生长和扩散。
信号转导异常与代谢性疾病
01
胰岛素信号转导与 糖尿病
胰岛素信号转导通路的异常可导 致胰岛素抵抗和糖尿病的发生， 影响糖代谢和脂肪代谢。
02
瘦素信号转导与肥 胖
瘦素信号转导通路的异常可导致 肥胖的发生，影响能量代谢和脂 肪分布。
03
炎症信号转导与非 酒精性脂肪肝
炎症信号转导通路的异常可导致 非酒精性脂肪肝的发生，影响脂 肪代谢和炎症反应。
信号转导异常与神经退行性疾病
Tau蛋白磷酸化与神经退行性疾病
Tau蛋白的异常磷酸化是神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的重要特征，影响神 经元突起生长和神经元网络连接。
α-synuclein异常磷酸化与帕金森病
信号转导蛋白
01
信号转导蛋白是一类在细胞内传递信息的蛋白质，包括G蛋白、 酶和离子通道等。
02
G蛋白是一类位于细胞膜上的三聚体GTP结合蛋白，能够偶联受
体和效应器，起到传递信号的作用。
酶是另一类重要的信号转导蛋白，能够催化细胞内的生化反应
03
，如磷酸化、去磷酸化等，从而调节细胞的生理功能。
效应蛋白
基因敲入技术
通过将特定基因的突变版本引入细胞 或生物体中，以研究基因突变对细胞 信号转导的影响。
蛋白质组学技术
01
蛋白质印迹
通过抗体检测细胞中特定蛋白质的表达和修饰情 况，了解蛋白质在信号转导中的作用。
02
蛋白质相互作用研究
利用蛋白质组学技术，如酵母双杂交、蛋白质芯 片等，研究蛋白质之间的相互作用和复合物的形
细胞信号转导是生物体感受、传递、放大和响应 外界刺激信息的重要过程，是生物体内一切生命 活动不可缺少的环节。
细胞信号转导文稿演示
4. 酪氨酸蛋白激酶型受体高表达导致细胞过度增 殖，与肿瘤发生密切相关。
HER2（人类表皮生长因 子受体2）在某些乳腺癌组 织过表达。
阻断HER2受体可阻碍其 自身磷酸化与二聚体形成 及下游信号通路，从而抑 制细胞增殖。
HER2拮抗剂-赫赛汀适 用于HER2过度表达的转移 性乳腺癌。
FDA批准的小分子受体酪氨酸激酶抑制剂
2. 七次穿膜受体 --G蛋白偶联受体
结构：胞外区、胞膜区(7个a螺旋、细胞内环)、胞内区
发现G蛋白
Alfred G. Gilman
Martin Rodbell
1994年 诺贝尔生理学与医学奖
G蛋白是由三个不同亚基组成的GTP结合蛋白
G蛋白偶联系统介导的肾上腺素信号转导(应激反应)
3. 单次跨膜受体 作用过程
第一节 胞外信号
胞外信号(配体)
通常将细胞所接受的信号称为配体（ligand）。 物理信号：光、热、声音、机械应力、电流等 化学信号：最广泛，统称为第一信使（first
messenger），根据化学结构分为： 短肽、蛋白质、乙酰胆碱、气体分子（NO、CO）以 及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等。
细胞信号转导文稿演示
Ø 信号转导（signal transduction）：细胞之间联系的 信号通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合，将 信号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信 号做出适当反应的过程。
Ø 信号网络（signaling network）：细胞内存在多种信 号转导方式及途径，彼此间可交叉调控，构成的复 杂网络。
细胞信号转导过程(signal transduction)
通过化学信 号分子而实 现对细胞的 生命活动进 行调节的现 象。
HER2（人类表皮生长因 子受体2）在某些乳腺癌组 织过表达。
阻断HER2受体可阻碍其 自身磷酸化与二聚体形成 及下游信号通路，从而抑 制细胞增殖。
HER2拮抗剂-赫赛汀适 用于HER2过度表达的转移 性乳腺癌。
FDA批准的小分子受体酪氨酸激酶抑制剂
2. 七次穿膜受体 --G蛋白偶联受体
结构：胞外区、胞膜区(7个a螺旋、细胞内环)、胞内区
发现G蛋白
Alfred G. Gilman
Martin Rodbell
1994年 诺贝尔生理学与医学奖
G蛋白是由三个不同亚基组成的GTP结合蛋白
G蛋白偶联系统介导的肾上腺素信号转导(应激反应)
3. 单次跨膜受体 作用过程
第一节 胞外信号
胞外信号(配体)
通常将细胞所接受的信号称为配体（ligand）。 物理信号：光、热、声音、机械应力、电流等 化学信号：最广泛，统称为第一信使（first
messenger），根据化学结构分为： 短肽、蛋白质、乙酰胆碱、气体分子（NO、CO）以 及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等。
细胞信号转导文稿演示
Ø 信号转导（signal transduction）：细胞之间联系的 信号通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合，将 信号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信 号做出适当反应的过程。
Ø 信号网络（signaling network）：细胞内存在多种信 号转导方式及途径，彼此间可交叉调控，构成的复 杂网络。
细胞信号转导过程(signal transduction)
通过化学信 号分子而实 现对细胞的 生命活动进 行调节的现 象。
植物生理学 第7章 信号转导
例子：乙烯的受体
⑴ 信号分子与细胞表面受体的结合； ⑵ 跨膜信号转换； ⑶ 在细胞内通过信号转导网络进行信号传递、 放大与整合； ⑷ 导致生理生化变化。
• 胞外信号
细胞内信号（第二信使）
第二信使(second messengers) Ca2+ IP3 DAG cAMP cGMP H+
抗坏血酸 谷光甘肽 过氧化氢
细胞信号转导
遗 传 信 息 ：决定个体发育的基本潜在式。
环境信息：
对遗传信息的表达起着重要的调节作用。
环境条件的变化或来自环境的刺激统称为信号。 植物通过接受环境刺激信号（如激素、机械刺激、 温度、光照、触摸、病原因子、水分等及体内其 它细胞传来的信号）而获得外界环境的信息。
重力
g.1 各种 外 信号影响植 的生长发育
费希尔 Edmond H. Fischer 美国 华盛顿大学 1920年--
克雷布斯 Edwin G. Krebs 美国 华盛顿大学 1918年--
1992年诺贝尔生理学或医学奖 发现可逆性蛋白磷酸化是一种生物的调节机制
细胞内第二信使往往通过调节多种蛋白激酶（PK） 和蛋白磷酸酶（PP），从而调节蛋白质的磷酸化和 脱磷酸化过程，进一步传递信号。
P P P P P
G蛋白关 联受体
亚基
GTP
P
蛋白 激酶C
G蛋白亚基
PIP2
IP3
Ca2+
Ca2+通道开放
内质网
内质网腔
蛋白质激酶C激活的信号传递途径
⑴ 信号分子与细胞表面受体的结合； ⑵ 跨膜信号转换； ⑶ 在细胞内通过信号转导网络进行信号传递、 放大与整合； ⑷ 导致生理生化变化。
• 胞外信号
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• 与生长素受体类似的还有茉莉酸（JA）的受体。
总结
动植物细胞信号转导的异同：
1. 相同点
通过表面细胞受体和胞内信号受体来接受信号； 在细胞内通过胞内第二信使、信号转导网络传递和 放大信号；
最终输出信号引起细胞生理生化的变化如基因表达、
酶活力变化、细胞骨架变化等；
二者有相似的受体、信号转导途径和信号组分。
• 光、电等。
物理信号 • 植物受到外界刺激可以产生电波，通过
维管束、共质体和外质体快速传递信息。 • 激素、病原因子等，也称为配体。 • 植物根尖合成ABA，通过导管向上运 化学信号 送到叶片保卫细胞，经过一系列信号 转导，引起气孔关闭。
二、受体
定义：指能够特异地识别并结合信号、在细胞内放大进
第三篇 生长和发育
第三篇 植物的生长和发育
生长：植物体积增加，包括细胞分裂和膨大。 发育：指植物体构造和机能从简单到复杂的变 化，包括细胞、组织和器官的分化。 形态建成：在发育过程中，由于不同细胞逐渐 向不同方向分化，形成具有各种特殊构造和机 能的细胞组织和器官。
第七章 细胞信号转导
植物细胞信号转导：细胞偶联各种刺激信号（包括各 种内外源刺激信号）与其引起的特定生理效应之间的 一系列分子反应机制。
三、蛋白降解
泛素-蛋白酶体途径：真核细胞内降解蛋白质的重要途径。泛
素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3在泛素与靶蛋白 结合中起作用，26S蛋白酶体识别泛素化标记的蛋白质后，将 其降解成为小片段多肽。该途径在植物激素信号转导中有功能。
• 赤霉素（GA）与受体GID1结合后，激发了受体 与SCF（多种亚基组成的E3连接酶）的结合，使 GA信号途径的负调控因子DELLA蛋白泛素化被 蛋白酶降解。 • 生长素受体TIR1作为SCF复合物的组分，参与抑 制AUX/IAA的泛素化降解，使下游的生长素反应 因子ARFs活化相关基因的表达。
2. 胞质的Ca2+继而与钙结合蛋白/钙离子感应蛋白结
合起作用。
钙调蛋白（钙调 素, CaM） 钙结合蛋白
钙依赖型蛋白激 酶（CDPK）
钙调磷酸酶B （CBL）
钙调蛋白
钙调蛋白作用方式
（1）直接与靶酶结 合，诱导构象变化而 调节靶酶活性。
（2）与Ca2+结合，形 成活化态Ca2+· CaM复 合体，再结合激活靶酶。
（一）蛋白激酶
蛋白激酶可分为丝氨酸/苏氨酸激酶、酪氨酸激酶和组氨
酸激酶，分别将底物蛋白质的丝氨酸/苏氨酸、酪氨酸和 组氨酸残基磷酸化。
钙依赖型蛋白激酶（CDPK）属于丝氨酸/苏氨酸激酶，
是植物细胞中特Leabharlann 的蛋白激酶家族。受体激酶、MAPK级联途径中的各种激酶都属于蛋白激
酶，在跨膜信号转换和信号转导网络中发挥重要作用。 结合Ca2+
胞外结 构区
跨膜螺 旋区
胞内蛋白激 酶催化区
胞外
结构区
• 主要负责与信号分 子的特异性结合。 • 该区域被激活后发 挥激酶功能，通过 使下游组分发生磷 酸化而启动细胞内 的信号转导途径从 而完成信号的跨膜 转换。
• 该区域位于上述两 个区域之间，将细 胞内外连接起来。
胞内蛋白 激酶
催化区
跨膜 螺旋区
RLK主要分为三类：
含S结构域（S domain） • 在胞外有一段与调节油菜自交不 亲和的S-糖蛋白同源的氨基酸序 列。 • 胞外结构域中有重复出现的亮氨 酸。 • 油菜苏内酯的受体属于此类。 • 胞外结构域具有类似动物细胞表 皮生长因子的结构。
含富亮氨酸重复 （lectin-rich repeat） 类表皮生长因子 （epidermal growth factor like repeat）
细胞接收胞外信号进行信号转导主要分为 4个步骤：
1. 信号分子与细胞表面受体结合； 2. 跨膜信号转换； 3. 在细胞内通过信号转导网络进行 信号传递、放大与整合； 4. 导致生理生化变化。
（若信号分子可以直接进入细胞，则前两个步骤可以省略）
第一节 信号与受体结合 一、信号
定义：环境就是刺激，就是信号。
本章要点
1. 掌握信号、受体、第二信使、G蛋白等概念； 2. 了解细胞信号转导机制。
思考题
1. 目前普遍被公认的有机物运输的机理假说有哪一个？ 这个假说的要点是什么？ 2. 如何理解植物体内有机物分配的“库”与“源”之间 的关系。
3. 植物光合作用形成的初级代谢产物如何进一步转变为
萜类、分类和生物碱？
绪论
本 书 主 要 内 容
第一篇 水分和矿质营养
• 第一章 水分生理 • 第二章 矿质营养
第二篇 物质代谢和能量 转换
• • • • • • • • • •
第三章 光合作用 第四章 呼吸作用 第五章 同化物的运输 第六章 次级代谢产物 第七章 细胞信号转导 第八章 生长物质 第九章 生长生理 第十章 生殖生理 第十一章 成熟和衰老生理 第十二章 抗性生理
IP3/ Ca2+和DAG/PKC “双信使系统”
2. DAG/PKC信号传递途径：DAG是脂质，留在质膜上，与蛋
白激酶C（PKC）结合使之激活。PKC进一步使其他激酶 （如G蛋白、磷脂酶C等）磷酸化，调节细胞的繁殖和分化。
G蛋白是指能与GTP结合，具有GTP水解酶活性的一类信号
转导蛋白。
跨膜信号转换
植物
动物
双元系统/二
元组分系统
受体激酶
G蛋白连接
受体
一、双元系统
定义：首先在细菌中发现。受体有两个基本部分，一个
作为感应蛋白的组氨酸激酶（histidine kinase, HK），另 一个是应答调控蛋白（response-regulator protein, RR）。
细菌双元系统
催化ATP或 GTP磷酸基 团转移到底 物蛋白的氨 基酸残基上
蛋白激酶 （PK）
蛋白可逆磷 酸化系统 蛋白磷酸酶 （PP）
催化逆转的 反应
在动物和植物细胞中都具有位于细胞表面的受体激酶，
在接收刺激信号后，通过蛋白质可逆磷酸化反应来传 递和放大信号，直至将信号传到细胞核，调节基因表
达。
第二信使如Ca2+通过调节细胞内多种蛋白激酶和蛋白
4. 什么叫细胞信号转导？细胞信号转导包括哪些过程？
5. 植物细胞如何实现跨膜信号转换?
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X
（二）蛋白磷酸酶
分类与蛋白激酶对应。
• PP1和PP2参与逆境胁迫反应，PP2在ABA信号途 径中有重要作用。
• 天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白酶在动物细胞程 序性死亡中扮演重要角色，其活化后触发信号级 联反应导致DNA降解与细胞解体。 • 拟南芥程序性细胞死亡受半胱氨酸蛋白酶抑制剂 的抑制。燕麦中已发现类似半胱氨酸蛋白酶的丝 氨酸蛋白酶，在热诱导和病原菌引起的燕麦细胞 程序性死亡中，参与Rubisco降解。
磷酸酶, 从而调节蛋白质的磷酸化和去磷酸化，进一
步传递信号。
MAPK信号级联
促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）参与信号转导级联反
应，在动植物细胞中都存在，是由MAPK、MAPKK、 MAPKKK三个激酶组成。 每次反应就产生一次放大作用。可参与植物生物胁迫、 非生物胁迫、植物激素和细胞周期等信号的传导。
2. 不同点
植物细胞中至今并未发现在动物细胞中起重要分子开关
的异三聚体G蛋白受体，而存在小G蛋白；
植物细胞具有特异性CDPK； 大多数动物细胞通过活化正调控因子的信号途径起作用，
而植物细胞中常通过钝化抑制因子的信号途径（如GA、 生长素和JA）来起作用。
模式植物：拟南芥
十字花科拟南芥属的一年生细弱草
• 位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡 细胞内 膜上的受体。一些信号是疏水性小分子，不 经过跨膜信号转换，而直接扩散入细胞，与 受体 细胞受体结合，在细胞内进一步传递和放大。
细胞表面受体
细胞内受体
第二节 跨膜信号转换
定义：信号与细
胞表面受体结合 后，通过受体将 信号传递进入细 胞内的过程称为 跨膜信号转换。
胞外刺激使PIP2转化成IP3和DAG两个第二信使，引发IP3/
Ca2+和DAG/PKC两条信号传递途径，在细胞内沿两个方向传
递，这样的信号系统称为“双信使系统”。
二、蛋白可逆磷酸化
生物体内一种普遍的翻译后修饰方式。蛋白磷酸化和去
磷酸化分别由蛋白激酶（PK）和蛋白磷酸酶（PP）催 化完成。
本植物。
生育周期短，既可自交，又可以人
工杂交。
种子产量大，易于进行后代遗传分
析和扩大突变体库。
染色体为二倍体，单倍体染色体为5，
基因组是目前已知高等植物中最小，
且全部测序完成。
现今植物生物学中的信号转导、光形态建成、植物激素作
用分子机制以及成花诱导和花的发育等研究，多以拟南芥 为实验材料，结合分子生物学手段，获得许多突破性进展。
步传递和放大，最终引起细胞反应。
Ca2+
氧化还 原剂
第二 信使
pH变化
脂质 分子
（一）Ca2+ /CaM 1. 细胞受刺激后，胞质Ca2+浓度可能发生短暂、明 显的升高，或发生梯度分布或区域分布变化。
伸长的花粉管具有明显的
Ca2+浓度梯度，顶端区域浓 度最高，亚顶端之后随之下 降。在花粉管持续伸长的过 程中，这一区域的浓度变化 呈周期性上升和回落。