細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑

關(guān)于細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑生長(zhǎng)（growth）：是植物體積的增大，它是通過細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)來完成的。發(fā)育（development）：指在整個(gè)生活史上，植物體的構(gòu)造和機(jī)能從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的變化過程，它的表現(xiàn)就是細(xì)胞、組織和器官的分化（differentiation）。生長(zhǎng)發(fā)育是基因在一定時(shí)間、空間上順序表達(dá)的過程。而基因的表達(dá)則受周圍環(huán)境的調(diào)控。植物通過精確、完善的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)自身、適應(yīng)環(huán)境。第2頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第3頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天信息分子受體第二信使效應(yīng)蛋白效應(yīng)蛋白生物效應(yīng)肌肉收縮分泌代謝基因表達(dá)一、概論研究植物感受、傳導(dǎo)環(huán)境刺激的分子途徑及其在植物發(fā)育過程中調(diào)控基因的表達(dá)和生理化反應(yīng)（Signaltransductionsystem）。第4頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天1-2seconds第5頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天信號(hào)信號(hào)---Signal，是一個(gè)抽象概念，對(duì)植物來講，環(huán)境的變化就是刺激，就是信號(hào)。分為物理信號(hào)和化學(xué)信號(hào)。物理信號(hào)：光，水，溫度等；化學(xué)信號(hào)：激素，病源等。也稱為配體（ligand）第6頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天ExternalStimuli外界環(huán)境刺激第7頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天InternalStimuli體內(nèi)細(xì)胞間刺激第8頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞信號(hào)分子及信號(hào)傳遞途徑的特征1.信號(hào)分子一般分子量較小而易于移動(dòng),如Ca2+,cAMP,和IP3等.2.信號(hào)分子應(yīng)快速產(chǎn)生而且快速滅活.3.信號(hào)傳遞途徑有級(jí)聯(lián)放大作用,它形成一個(gè)級(jí)聯(lián)(cascades)反應(yīng)將原初信號(hào)放大.4.在細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞間和植物體內(nèi)信號(hào)傳遞途徑是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).第9頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑模式圖第10頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞信號(hào)的種類信號(hào)（Signal）物理信號(hào)：光、電化學(xué)信號(hào)：激素、病原因子等，化學(xué)信號(hào)也叫做ligand胞外信號(hào)（胞間信號(hào)）胞內(nèi)信號(hào)第11頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)環(huán)境刺激作用于植物體的不同部位時(shí)，會(huì)發(fā)生細(xì)胞間的信號(hào)傳遞。胞間信號(hào)包括物理信號(hào)（電信號(hào)）和化學(xué)信號(hào)（激素、寡聚糖等）。Primarymessenger:EnvironmentalstimulationsandextracellularsignalsSecondmessenger:Signalsinthecell第12頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天土壤干旱時(shí)，植物根尖合成脫落酸（ABA），通過導(dǎo)管向上運(yùn)到葉片保衛(wèi)細(xì)胞，引起保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的胞質(zhì)Ca2＋等一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，產(chǎn)生生理、生化反應(yīng)，最后使氣孔關(guān)閉。土壤干旱（胞外刺激）是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的初級(jí)信使（primarymessenger）ABA是胞間的化學(xué)信號(hào)，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的胞質(zhì)Ca2＋等傳遞胞外信號(hào)的一系列信號(hào)分子就是第二信使（secondmessenger）。第13頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天受體和跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換

受體---細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中的一種生物大分子物質(zhì)，可以識(shí)別并特異地與有生物活性的化學(xué)信號(hào)物質(zhì)（配體）結(jié)合，從而激活或啟動(dòng)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最后導(dǎo)致該信號(hào)物質(zhì)特定的生物效應(yīng)。配體---是指這樣一些信號(hào)物質(zhì)，除了與受體結(jié)合外本身并無其他功能，它不能參加代謝產(chǎn)生有用產(chǎn)物，也不直接誘導(dǎo)任何細(xì)胞活性，更無酶的特點(diǎn)，唯一的功能就是通知細(xì)胞在環(huán)境中存在一種特殊信號(hào)或刺激因素。第14頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天受體與配體結(jié)合的特性1、高親和力：2、特異性：3、可逆性：4、飽和性.受體是一類信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，它的作用：第一步是識(shí)別信號(hào)分子（Recognition）；第二步是將信號(hào)分子轉(zhuǎn)變成細(xì)胞的反應(yīng)，即信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（Signaltransduction）。第15頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞表面受體和胞內(nèi)核受體細(xì)胞表面受體（cellsurfacereceptor）：往往通過胞外配體結(jié)合后，使“胞內(nèi)第二信使”水平增加而引起生理效應(yīng)，它也可以調(diào)節(jié)基因表達(dá)產(chǎn)生長(zhǎng)期效應(yīng)，但常具有引起短暫而迅速細(xì)胞反應(yīng)的特點(diǎn)。細(xì)胞內(nèi)受體(intracellularreceptor)：信號(hào)分子為疏水性小分子－甾類和水溶性多肽，可以靠簡(jiǎn)單擴(kuò)散進(jìn)入胞內(nèi)，然后與胞內(nèi)受體結(jié)合后，在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)一步的傳遞和放大。第16頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第17頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天受體家族1、G蛋白偶聯(lián)受體（Gproteincoupledreceptor）（bindedreceptor）受體蛋白的氨基端們于細(xì)胞外側(cè)，羧基端位于內(nèi)側(cè)，羧基端具有與G蛋白相互作用的區(qū)域，受體活化后直接將G蛋白激活，進(jìn)行跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換2、離子通道型受體：：（ion-channel-linkedreceptor），即除了含有與配體結(jié)合的部位外，受體本身就是離子通道。這種受體接受信號(hào)后立即引起離子的跨膜流動(dòng)3、類蛋白激酶受體（receptor－likeproteinkinase）：本身是一種酶蛋白，具有胞外感受信號(hào)的區(qū)域，跨膜區(qū)域和胞內(nèi)的激酶區(qū)域。當(dāng)胞外區(qū)域與信號(hào)結(jié)合，激活胞內(nèi)激酶，將下游組分磷酸化而傳遞信號(hào)。第18頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)與細(xì)胞表面的受體結(jié)合之后，通過受體將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這個(gè)過程稱為跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換（transmembranetransduction）第19頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天G蛋白連接受體發(fā)生的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換G蛋白(Gprotein)全稱為異三聚體GTP結(jié)合蛋白(heterotrimericGTPbindingprotein),它具有GTP酶活性，由三種亞基組成。結(jié)合在細(xì)胞膜面向胞質(zhì)的一側(cè)。G蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換是依賴于自身的活化和非活化狀態(tài)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。第20頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天異三聚體G蛋白的基本結(jié)構(gòu)1.α，β，γ三個(gè)亞基組成,到目前至少發(fā)現(xiàn)20種不同的α亞基,6種β亞基,和10多種γ亞基;理論上可以形成上千種異三聚體G蛋白從而增加了轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)的多樣性.2.各種G蛋白中α亞基差別較大，被用作G蛋白分類的依據(jù).3.α亞基的共同特點(diǎn)：

具有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn),GTP酶的活性位點(diǎn),ADP核糖基化位點(diǎn),

毒素修飾位點(diǎn),

受體和效應(yīng)物結(jié)合位點(diǎn)第21頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994“fortheirdiscoveriesofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells”G蛋白的發(fā)現(xiàn)：吉爾曼（Gilman）、羅德貝爾(Rodbell)獲諾貝爾醫(yī)學(xué)生理獎(jiǎng)（1994第22頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第23頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天異三聚體G蛋白的激活循環(huán)BindingofGTPtoα---Dissociationfromβ/γ第24頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天GDP-P(NH2)P第25頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)示意圖七次跨膜結(jié)構(gòu),肽鏈的N末端在胞外,C末端在胞內(nèi)第26頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天離子通道型受體

第27頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天類受體蛋白激酶

這類為跨膜蛋白，受體的胞外部分能與配體結(jié)合，胞內(nèi)部分具有酪氨酸蛋白激酶活性，或與酪氨酸蛋白激酶偶聯(lián)。當(dāng)配體與受體的胞外部分結(jié)合后，引起胞內(nèi)酪氨酸殘基自我磷酸化而增加酶的活性，對(duì)其下游效應(yīng)蛋白進(jìn)行磷酸化，啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。第28頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天Enzyme-linkedreceptor第29頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)分子和第二信使系統(tǒng)胞外信號(hào)（primarysignal）經(jīng)跨膜轉(zhuǎn)換后，通過第二信使（secondarymessenger）進(jìn)一步的傳遞和放大，最終引起細(xì)胞中的生化反應(yīng)。第二信使：

Ca2+、cAMP、cGMP、ASA、GSHH2O2、三磷酸肌醇(IP3)、二脂酰甘油(DAG)、第30頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天

通常細(xì)胞鈣（總鈣）以結(jié)合態(tài)和自由離子態(tài)（Ca2+）兩種形式存在。細(xì)胞內(nèi)鈣分布不均勻，在靜止（非激活）狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞溶質(zhì)Ca2+濃度估計(jì)約為10-9－－10-7mol／L，一般代表性取值為10-7mol／L左右。

1）胞質(zhì)Ca2＋的濃度很低，只有100－200nM。

2）胞內(nèi)鈣庫(kù)液泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2＋的濃度約為1mM。

3）在細(xì)胞壁中，Ca2＋的濃度約為0.5－1mM。細(xì)胞鈣的分布第31頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)（calciumhomeostasis）的調(diào)節(jié)質(zhì)膜鈣通道：從胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)向細(xì)胞質(zhì)釋放Ca2＋質(zhì)膜鈣泵：從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)運(yùn)送Ca2＋Ca2＋/nH+反向運(yùn)輸體：從細(xì)胞質(zhì)向胞內(nèi)鈣庫(kù)運(yùn)送Ca2＋第32頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天鈣的靜息態(tài):不進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)傳遞的狀態(tài)鈣穩(wěn)態(tài)：濃度達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。第33頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第34頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第35頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天紅光刺激后大麥葉肉原生質(zhì)體的鈣離子濃度變化第36頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天CaM的組成和特性

CaM是一種由19種氨基酸組成的耐熱、耐酸的小分子球蛋白，分子量為15~17kD。CaM的結(jié)構(gòu)

1）分子中有4個(gè)Ca2＋結(jié)合區(qū)（環(huán)）；

2）Ca2＋結(jié)合區(qū)包括12個(gè)氨基酸，其中富含Asp和Glu；

3）環(huán)兩側(cè)各有兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)。第37頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第38頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天CaM的分布

在細(xì)胞質(zhì)和核質(zhì)中都發(fā)現(xiàn)CaM的存在，還有與質(zhì)膜相連的CaM。結(jié)合蛋白

TheCaM-bindingproteinsinplantsareNAD+kinase,glutamatedecarboxylase,proteinkinases,andCa2+-ATPase.第39頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天CaM的作用方式：（1）直接與靶酶結(jié)合，誘導(dǎo)靶酶的活性構(gòu)象而調(diào)節(jié)它們的活性，如NAD激酶、Ca2+-ATP激酶等；（2）通過活化依賴Ca2+·CaM的蛋白激酶，將靶酶磷酸化，影響其活性，如磷酸化酶、H+-ATP酶等。第40頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天鈣調(diào)蛋白的存在部位：細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器作用機(jī)理：胞外信號(hào)質(zhì)膜Ca通道打開Ca進(jìn)入4Ca++CaMCaMCa+Ca+Ca+Ca++ECaMCa+Ca+Ca+Ca+E生理效應(yīng)[Ca2+]大于10-6mol?L-1第41頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天質(zhì)膜中有三種磷脂酰肌醇：磷脂酰肌醇（PI）磷脂酰肌醇–4–磷酸（PIP）磷脂酰肌醇–4，5–二磷酸（PIP2）。磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)第42頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天不同的磷脂酶在磷脂上的作用位點(diǎn)第43頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天IP3、Ca2+-鈣調(diào)蛋白激酶途徑

這條途徑得第二信使為IP3及Ca2+。當(dāng)信息分子與膜受體結(jié)合后通過F蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)激活磷脂酶C（PLC）。后者水解PIP2生成IP3。IP3PLC第44頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天刺激信號(hào)與膜受體結(jié)合受體激活

信號(hào)傳遞給G蛋白磷脂酶C（PLC）水解PIP2產(chǎn)生肌醇三磷酸（IP3）和二酰甘油（DG）IP3通過調(diào)節(jié)Ca2+傳遞信息DG通過激活蛋白激酶C（PKC）傳遞信息。第45頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天PLC激活的磷脂信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型Plasmamembrane-boundPLCisactivatedbyaG-protein二酰甘油第46頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天蛋白激酶CDAG/PKCpathwayDAG/PKCpathwayIP3/Ca2+Pathway雙信號(hào)系統(tǒng)第47頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天DAG/PKCpathwayIP3/Ca2+Pathway雙信號(hào)系統(tǒng)第48頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天蛋白激酶：是一類催化蛋白質(zhì)產(chǎn)生磷酸化反應(yīng)的酶，可對(duì)其底物蛋白質(zhì)特定的氨基酸殘基進(jìn)行磷酸化修飾，催化將ATP上的γ－磷酸基轉(zhuǎn)到靶蛋白的ser、thr和tyr殘基上。磷酸化改變了靶蛋白的活性。以完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程.PK（proteinkinase）的作用特點(diǎn)

一個(gè)PK分子可以使幾百個(gè)靶蛋白磷酸化，從而起到放大信號(hào)的作用。蛋白磷酸酯酶：蛋白的磷酸化和去磷酸化第49頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天第50頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1992“fortheirdiscoveriesconcerningreversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism”第51頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天某些酶分子上的基團(tuán)可以在另一種酶催化下發(fā)生共價(jià)修飾作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），從而引起酶活性的激活或抑制。這種作用稱為共價(jià)修飾作用。這類酶則稱為共價(jià)調(diào)節(jié)酶。有如下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）被修飾的酶可以有兩種互變形式，即一種為活性形式（具有催化活性），另一種為非活性形式（無催化活性）。正反兩個(gè)方向的互變均發(fā)生共價(jià)修飾反應(yīng)，并且都將引起酶活性的變化。（2）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)作用可以產(chǎn)生酶的連續(xù)激活現(xiàn)象，所以具有信號(hào)放大效應(yīng)。例如腎上腺素引起糖原分解過程中的一系列磷酸化激活步驟，其結(jié)果將激素的信號(hào)被逐級(jí)放大了約300萬倍。共價(jià)修飾調(diào)控第52頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天DG-蛋白激酶C途徑

當(dāng)激素與受體結(jié)合后，通過G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活磷脂酶C可產(chǎn)生IP3以及DG。DG還可以來自于卵磷脂的水解主要由磷脂酶D（PLD）催化。這兩種來源的DG可激活蛋白激酶C（PKC），引起生物效應(yīng)。PC-卵磷脂PA-磷脂酸PAP-磷脂酸磷酸水解酶PI-磷脂酰肌醇第53頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、鈣依賴型蛋白激酶（calciumdependentproteinkinase，CDPK）絲氨酸/蘇氨酸proteinkinaseArabidopsis基因組34個(gè)CDPK第54頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinaseMAPK）第55頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天MAPKKMAPK第56頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、類受體蛋白激酶（receptor-likeproteinkinase,RLK)胞外結(jié)構(gòu)區(qū)跨膜螺旋區(qū)胞內(nèi)蛋白酶催化區(qū)第57頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天、新型氣體分子轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑新型氣體性信使：NO和CO其特點(diǎn)為：1、非囊泡性儲(chǔ)存和釋放

2、不作用于細(xì)胞膜受體

3、可自由穿透細(xì)胞膜，直接作用于靶蛋白

4、作用的半衰期極短

5、主要作用是激活鳥苷酸環(huán)化酶（GC），調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)cGMP水平，引起信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第58頁(yè),共64頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（cellsignaltransduction):指的是偶聯(lián)各種