细胞信号通路大全 Signal Transduction (上)
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细胞信号转导(1)
Degredation of cAMP
激素
结合
G蛋白偶联受体
G蛋白
ATP
腺苷酸环化酶
Mg2+ ，or Mn2+
cAMP
蛋白激酶A （Protein kinase A，PKA）
级联反应(靶酶磷酸化、直接激活特定的转录调控因子 )
PKA的作用机制： 使底物蛋白磷酸化
TGACGTCA
底物：
cAMP反应原件结合蛋白（CREB）
第一信使:由细胞分泌的能够调节机体功能的一 大类生物活性分子。 根据胞外信号的特点及作用机制分： 激素--胰岛素、甲状腺素、肾上腺素
神经递质：乙酰胆碱、去甲肾上腺素
局部化学介质：生长因子、前列腺素、NO
激素 神经递质 局部介质
激动剂: 与受体结合后产生效应
Ⅰ型激动剂
Ⅱ型激动剂
拮抗剂：与受体结合后不产生效应，但可阻断激动
入血
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
1-磷酸葡萄糖
肾上腺素
3.糖原分解的停止
肝细胞膜表面受体
G蛋白
腺苷酸环化酶（AC）
磷酸二酯酶
ATP 无活性PKA
无活性的 磷酸化酶激酶
cAMP
5’ AMP
活化的PKA
磷酸酶
活化的 磷酸化酶激酶
磷酸酶
糖原磷酸化酶b
糖原磷酸化酶a 1-磷酸葡萄糖 糖原
入血
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
PLC
信号刺激
细胞内钙库 质膜
钙通道开放
胞内钙离子浓度瞬时升高 形成钙离子-CaM复合物 激活靶酶
蛋白质磷酸化酶激酶（PhK） 肌球蛋白轻链激酶（MLCK） 钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaM-PK）
细胞通讯系统：五大分子信号通路
胆固醇等脂质时，它们可以轻易穿过细胞膜，在 细胞质内与目的受体相结合； 一是当信号分子是多肽时，它们只能与细胞膜上 的蛋白质等受体结合，这些受体大都是跨膜蛋白， 通
过构象变化，将信号从膜外结构域传到膜内结构 域，然后再与下一级别受体作用，通过磷酸化等 修饰化激活下一级别通路。
Notch信号通路 Notch基因最早发现
各种动物细胞中。Notch信号途径对于多种组织 和细胞命运非常重要，包括表皮、神经、血液和 肌肉等。在本期的封面文章中，研究人员发现， 敲除MaSC富集细胞群当中的规
范Notch效应子Cbf-1，将导致干细胞活性的增强， 并产生异常的结构。以上发现表明，内生的 Notch信号对于限制MaSC扩展起到了一定作用。 [详细] WNT
调节基因表达。 Wnt信号通路 Wnt是一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌 发挥作用。在小鼠中，肿瘤病毒整合在Wnt之后 而导致乳腺癌。卷曲蛋白（Frz）作为
Wnt受体，其胞外N端具有富含半胱氨酸的结构 域，Frz作用于胞质内的蓬乱蛋白（Dsh），Dsh 能切断β-catenin的降解途径，从而使β-catenin在 细胞
示，Hh浓度梯度信号所引发的Smo磷酸化水平的 升高，能够通过Smo与Cos2之间的动态相互作 用将Cos2/Fu复合物招募到质膜上，从而诱导Fu 二聚化。二聚化的F
u通过自我磷酸化激活并进而磷酸化其底物Cos2 与Sufu而将Hh信号传递至下游。这一过程将促使 全长的转录因子Ci155由Cos2及Sufu动态解离出 来并进入细胞
异引起，所以我们对于Wnt细胞信号转导通路与 肺癌有莫大关系也非常惊讶。”论文通讯作者琼 马萨格博士表示。[详细] 我国科学家在Hedgehog信号通路传递研究方
向取得新进展 CellResearch在线发表了中科院上海生命科学研 究院生化与细胞所赵允和张雷研究组在研究 Hedgehog信号通路传递方面的新进展。通过研 究揭
细胞通讯_精品文档
激活Gs增加腺苷酸环化酶活性
cAMP
PKA
促进心肌钙转运 心肌收缩性增强
增加肝脏 糖原分解
进入核内PKA 激活靶基因转录
肾上腺素
cAMP信号的终止：
通过cAMP磷酸二酯酶(cAMP phosphodiesterase,PDE)将cAMP的环破坏,形成5＇-AMP。
促黄体激素
组织胺（H2受体）
GDP脱落、GTP结合；使亚基游离，并暴露出腺苷酸环化酶的结合位点;
过程：
Gs蛋白激活靶蛋白的作用机制
激活的 亚基
无活性靶蛋白
信号分子
G蛋白关联的受体蛋白
亚基水解GTP为GDP，回复至原来构象，并从腺苷酸环化酶上脱落下来；与 亚基重新结合成Gs蛋白
失活的靶蛋白
Pi
失活后复原 的G蛋白
亚基结合腺苷酸环化酶，产生cAMP；受体蛋白脱去配基后回复至原来构象
指细胞通过其表面的受体与胞外信号分子(配体)选择性的相互作用.从而导致胞内一系列生理生化变化.最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 细胞识别是细胞通讯的一个重要环节.
细胞识别定义：
细胞通讯的六个基本步骤:
化学信号分子转运至靶细胞;
细胞内化学信号分子的合成;
信号分子与靶细胞受体特异性结合并使受体激活
信号分子
配基的结合改变了受体构象，暴露出Gs蛋白结合位点
激活的受体
GDP
GDP脱落、GTP结合；使亚基游离，并暴露出腺苷酸环化酶的结合位点
激活的 亚基
激活的 复合物
受体蛋白
GTP
GDPBiblioteka 配基的结合改变了受体构象，暴露出Gs蛋白结合位点;
形成配体-受体复合物；降低Gs蛋白对GDP的亲合力;
细胞的跨膜信号转导
细胞内信使
cAMP↑ cAMPຫໍສະໝຸດ Ca2+、IP3、DAG↑ cGMP↓
靶分子
PKA活性↑ PKA活性↓ PKC活化↑ Na+通道关闭
G蛋白的种类很多，每一类还有许多亚型
不同的G蛋白可激活不同的酶，产生不同的信使分子
（一）参与转导的信号分子
3．G 蛋白效应器（G protein effector）
（一）参与转导的信号分子
1. G蛋白偶联受体 2. G蛋白（鸟苷酸结合蛋白） 3. G 蛋白效应器 4. 第二信使
（一）参与转导的信号分子
1. G蛋白偶联受体：与配体结合后，通过构象变化结合 并激活G蛋白。
通过G蛋白发挥作用→称为G蛋白偶联受体； 不具备通道结构，无酶活性； 种类繁多，每种受体都由一条包含7次跨膜α螺旋
旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine)
化学突触(chemical synapse)
③ 间隙连接：如电突触、闰盘
④ 外泌体(exosomes )：
跨膜信号转导的基本过程
三个阶段：
胞外信 号的识别
胞内信 号转换和
放大
胞内效 应产生
构成信号转导系统的要素
❖ 受体：是一类存在于靶细胞膜上或胞内可识别并结合外
(1)主要是指催化生成（或分解）第二信使的酶
① 腺苷酸环化酶（adenylate cyclase, AC），作用是 催化细胞内的ATP生成第二信使cAMP;
② 磷脂酶C（phospholipas C, PLC），可催化细胞 膜上的磷脂酰肌醇生成第二信使DG和IP3；
③ 磷酸二酯酶（phosphodiesterase, PDE），可以水 解胞内的第二信使cGMP；
细胞信号转导
细胞信号转导细胞信号转导（cell signal transduction):指的是偶联各种胞外刺激信号与其相应的生理反应之间的一系列分子反应机制。
其分子途径分为三个阶段：1、胞外刺激信号传递(1)环境刺激：(光、温度、水分、重力、伤害、病原菌毒物、矿物质及气体）最重要的环境刺激是光，光是光合作用的能源，光强、光质可作为信号激发受体，引起光形态建成。
（2）胞间信号传递：当环境刺激的作用位点与效应位点处在不同部位时，就必然发生信号的产生和传递。
这些胞间信号（化学信号和物理信号）及某些环境刺激信号就是细胞信号转导过程中的初级信号，即第一信使（first messenger）。
A、化学信号（chemical signals）：指细胞感受环境刺激后形成，并能传递信息引起细胞反应的化学物质，如：植物激素（ABA、GA、IAA等）、植物生长活性物质。
胞间化学信号长距离传递的主要途径是韧皮部，并且可以同时向顶和向基传递，传递速度为0.1-1 mm·s-1；其次是木质部集流传递。
B、物理信号（physical signals）：指细胞感受环境刺激后产生的具有传递信息功能的物理因子，如：电波、水力学信号等。
胞间物理信号电波长距离传递途径是维管束，短距离传递则通过共质体及质外体。
敏感植物动作电波的传播速度可达200 mm·s-1 。
2、膜上信号转换（1）受体（receptor）：受体：指位于细胞质膜上能与化学信号物质特异地结合，并能将胞外信号转换为胞内信号，发生相应细胞反应的物质。
质膜表面有三种类型受体：a、G蛋白偶联受体(G-protein-linked receptor)b、酶联受体(enzyme -linked receptor)c、离子通道偶联受体(ion-channel-linked receptor)受体与化学信号物质的识别反应是细胞信号转导过程中的第一步。
（2）G蛋白G蛋白：GTP结合调节蛋白（GTP binding regulatory protein ），膜上信号转换是通过G蛋白偶联的。
生物化学资料：第15章细胞信号转导改
9
目录
（一）化学信号通讯：从简单到复杂的
化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。 1. 单细胞生物与外环境直接交换信息。
2. 多细胞生物 适应环境变化 细胞与细胞之间在功能上的协调统一
10
目录
多细胞生物细胞间的联系
➢ 细胞与细胞的直接联系： 物质直接交换，或者是通过细胞表面分子相互 作用实现信息交流。
泛素(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。它的主要功能是标记 需要分解掉的蛋白质,使其被水解。当附有泛素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候,蛋 白酶就会将该蛋白质水解。
细胞信号转导概述
The General Information of Signal Transduction
7
细胞周期的关键调节分子 细胞膜离子通道作用机制 嗅受体及其作用机制 泛素介导的蛋白质降解
诺贝尔奖获得者
Edmond H. Fischer Edwin G. Krebs
Alfred Gilman，Martin Rodbell
Robert F. Furchgott，Louis J. Ignarro，Ferid Murad
受体按照其作用位置分为： 细胞表面受体（多为糖蛋白）
17
目录
属于这一类通讯的有：
1. 相邻细胞间粘附因子 的相 互作用、
2. T淋巴细胞与B淋巴细胞表面 分子的相互作用等。
T淋巴细胞 靶细胞
18
目录
二、特异性受体接收细胞外信号
（一）化学信号通过受体在细胞内转换和传递
受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能特异 的识别外源化学信号并与之结合的成分，其化 学本质是蛋白质，个别是糖脂 。
15
目录
（一）化学信号通讯：从简单到复杂的
化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。 1. 单细胞生物与外环境直接交换信息。
2. 多细胞生物 适应环境变化 细胞与细胞之间在功能上的协调统一
10
目录
多细胞生物细胞间的联系
➢ 细胞与细胞的直接联系： 物质直接交换，或者是通过细胞表面分子相互 作用实现信息交流。
泛素(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。它的主要功能是标记 需要分解掉的蛋白质,使其被水解。当附有泛素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候,蛋 白酶就会将该蛋白质水解。
细胞信号转导概述
The General Information of Signal Transduction
7
细胞周期的关键调节分子 细胞膜离子通道作用机制 嗅受体及其作用机制 泛素介导的蛋白质降解
诺贝尔奖获得者
Edmond H. Fischer Edwin G. Krebs
Alfred Gilman，Martin Rodbell
Robert F. Furchgott，Louis J. Ignarro，Ferid Murad
受体按照其作用位置分为： 细胞表面受体（多为糖蛋白）
17
目录
属于这一类通讯的有：
1. 相邻细胞间粘附因子 的相 互作用、
2. T淋巴细胞与B淋巴细胞表面 分子的相互作用等。
T淋巴细胞 靶细胞
18
目录
二、特异性受体接收细胞外信号
（一）化学信号通过受体在细胞内转换和传递
受体（receptor）是细胞膜上或细胞内能特异 的识别外源化学信号并与之结合的成分，其化 学本质是蛋白质，个别是糖脂 。
15
细胞信号转导(1)(1)
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目录
③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质。 特点 由神经元细胞分泌； 通过突触间隙到达下一个神经细胞； 作用时间较短。
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目录
化学信号的分类
神经分泌 内分泌
化学信号的名称 神经递质
激素
作用距离
nm
m
受体位置
膜受体 膜或胞内受体
举例
乙酰胆碱 胰岛素 谷氨酸 生长激素
自分泌及旁分泌
细胞因子
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目录
（一）化学信号通讯存在从简单到复杂的 进化过程
化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。 •单细胞生物与外环境直接交换信息。 •多细胞生物中的单个细胞不仅需要适应环 境变化，而且还需要细胞与细胞之间在功 能上的协调统一。
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目录
多细胞生物细胞间的联系
➢ 细胞与细胞的直接联系：物质直接交换，或者 是通过细胞表面分子相互作用实现信息交流。
细胞通讯的方式 ① 通过相邻细胞的直接接触 ② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细胞 的代谢和功能
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目录
细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学 变 化 及 效 应 的 全 过 程 称 为 信 号 转 导 （ signal transduction）。
可编ห้องสมุดไป่ตู้版
目录
第一节
细胞信号转导概述
膜受体介导的信号向细胞内，尤其是细胞核的 转导过程需要多种分子参与，形成复杂的信号 转导网络系统。
构成这一网络系统的是一些蛋白质分子（信号 转导分子，signal transducer）和小分子活性 物质（第二信使，second messenger）。
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目录
在细胞中，各种信号转导分子相互识别、相 互作用将信号进行转换和传递，构成信号转 导通路（signal transduction pathway）。
目录
③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质。 特点 由神经元细胞分泌； 通过突触间隙到达下一个神经细胞； 作用时间较短。
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目录
化学信号的分类
神经分泌 内分泌
化学信号的名称 神经递质
激素
作用距离
nm
m
受体位置
膜受体 膜或胞内受体
举例
乙酰胆碱 胰岛素 谷氨酸 生长激素
自分泌及旁分泌
细胞因子
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（一）化学信号通讯存在从简单到复杂的 进化过程
化学信号通讯是生物适应环境不断变异、进化 的结果。 •单细胞生物与外环境直接交换信息。 •多细胞生物中的单个细胞不仅需要适应环 境变化，而且还需要细胞与细胞之间在功 能上的协调统一。
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多细胞生物细胞间的联系
➢ 细胞与细胞的直接联系：物质直接交换，或者 是通过细胞表面分子相互作用实现信息交流。
细胞通讯的方式 ① 通过相邻细胞的直接接触 ② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其他细胞 的代谢和功能
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细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学 变 化 及 效 应 的 全 过 程 称 为 信 号 转 导 （ signal transduction）。
可编ห้องสมุดไป่ตู้版
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第一节
细胞信号转导概述
膜受体介导的信号向细胞内，尤其是细胞核的 转导过程需要多种分子参与，形成复杂的信号 转导网络系统。
构成这一网络系统的是一些蛋白质分子（信号 转导分子，signal transducer）和小分子活性 物质（第二信使，second messenger）。
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在细胞中，各种信号转导分子相互识别、相 互作用将信号进行转换和传递，构成信号转 导通路（signal transduction pathway）。
细胞信号通路大全
信号通路与免疫系统疾病
自身免疫疾病
自身免疫疾病患者体内免疫细胞信号通路异 常激活，如T细胞、B细胞等信号通路，导致 自身免疫反应过度。
炎症性疾病
炎症性疾病患者体内炎症细胞信号通路异常激活， 如NF-κB、MAPK等信号通路，导致炎症反应过度 或持续。
感染性疾病
感染性疾病患者体内病原微生物通过干扰免 疫细胞信号通路，如细菌、病毒等，逃避免 疫细胞的攻击。
PI3K-Akt信号通路
PI3K-Akt信号通路是细胞生存和增殖的关键信号转导途径。
PI3K-Akt信号通路在细胞生长、代谢、存活和凋亡等过程中发挥重要作用。当细胞受到生长因子、激素等刺激时，PI3K被激 活，进而催化生成PIP3，后者与Akt结合并使其磷酸化，从而激活Akt。Akt可以进一步调控下游的靶蛋白，参与细胞增殖、 迁移、代谢等过程。
JAK-STAT信号通路
JAK-STAT信号通路是细胞因子信号转导的重要途径之一。
JAK-STAT信号通路在细胞因子信号转导中发挥关键作用。当细胞因子与受体结合后，JAK被激活并催 化受体酪氨酸磷酸化，进而招募并磷酸化STAT蛋白。STAT蛋白形成二聚体并进入细胞核，调控靶基 因的表达，参与细胞生长、分化、免疫调节等过程。
信号通路的自调节
信号通路的正反馈调节
自调节的一种形式是正反馈调节，它通过增 加某个关键信号分子的数量或活性，进一步 增强自身的信号传递。例如，某些生长因子 可以诱导自身受体的表达，形成一个正反馈 环路，不断放大信号传递。
信号通路的负反馈调节
另一种自调节形式是负反馈调节，它通过降 低某个关键信号分子的数量或活性，来抑制 自身的信号传递。例如，某些激素可以通过 诱导产生拮抗性激素或受体，从而抑制自身 的信号传递。
第十九章-细胞信号转导
—— 多种蛋白分子含同一相互作用结构域，但分 子结构不同，结合信号分子的选择性不同。细胞100多 种信号酶、蛋白含PH结构域。
—— 连接物蛋白（adaptor protein） 含有2个或数个蛋白质相互作用结构域，无其他功能结 构，连接上下游不同信号转导分子，传递信号。
连接物蛋白Grb2和Nck都含有几个SH2、SH3结构域。
已发现近千种蛋白激酶和磷酸酶。
1．蛋白激酶（protein kinase）
*催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化 ，如增 加或抑制靶蛋白、酶的活性，进而开启信号途径。
—— 主要有蛋白丝/苏氨酸激酶（Ser/Thr- protein kinase, S/T-PK ），
第二信使激活的PKA、PKC、PKG，和丝裂原活 化蛋白激酶 （mitogen activated protein kinase, MAPK） 等。
内分泌 旁分泌 自分泌 细胞-细胞间作用
第二节 细胞内信号转导分子和转导系统
一、 第二信使（secondary messenger）
应答肽类激素刺激，细胞产生，传递信号的小分子。
作用的特点：
* 应答信号刺激主要表现浓度的改变。 * 在细胞内扩散，改变分布状态，诱导靶分子变构
效应，改变其酶或离子通道活性； * 作用后迅速水解终止信号。
主要参与细胞应答辐射、渗压、温度变化的应激反 应。
——TAK1- MKK3/6- P38MAPK 途径， 主要涉及炎性细胞因子、凋亡相关受体等信号转导。
MAPK再磷酸化下游激酶（如RSK、MNK、 MSK），多级激酶级联，逐级传递信号。
（三）蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)，
—— SH3结构域：50～100残基，识别富含脯氨酸 特异模体。
—— 连接物蛋白（adaptor protein） 含有2个或数个蛋白质相互作用结构域，无其他功能结 构，连接上下游不同信号转导分子，传递信号。
连接物蛋白Grb2和Nck都含有几个SH2、SH3结构域。
已发现近千种蛋白激酶和磷酸酶。
1．蛋白激酶（protein kinase）
*催化靶蛋白丝/苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化 ，如增 加或抑制靶蛋白、酶的活性，进而开启信号途径。
—— 主要有蛋白丝/苏氨酸激酶（Ser/Thr- protein kinase, S/T-PK ），
第二信使激活的PKA、PKC、PKG，和丝裂原活 化蛋白激酶 （mitogen activated protein kinase, MAPK） 等。
内分泌 旁分泌 自分泌 细胞-细胞间作用
第二节 细胞内信号转导分子和转导系统
一、 第二信使（secondary messenger）
应答肽类激素刺激，细胞产生，传递信号的小分子。
作用的特点：
* 应答信号刺激主要表现浓度的改变。 * 在细胞内扩散，改变分布状态，诱导靶分子变构
效应，改变其酶或离子通道活性； * 作用后迅速水解终止信号。
主要参与细胞应答辐射、渗压、温度变化的应激反 应。
——TAK1- MKK3/6- P38MAPK 途径， 主要涉及炎性细胞因子、凋亡相关受体等信号转导。
MAPK再磷酸化下游激酶（如RSK、MNK、 MSK），多级激酶级联，逐级传递信号。
（三）蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)，
—— SH3结构域：50～100残基，识别富含脯氨酸 特异模体。
细胞内信号传导通路的传导途径
1、对代谢的调节作用
PKC被激活后可引起一系列靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸
残基发生磷酸化反应。
PKC能催化质膜的Ca2+通道磷酸化，促进Ca2+ 流入胞
内，提高胞浆Ca2+浓度；PKC也能催化肌浆网的Ca2+ ATP酶磷酸化，使钙进入肌浆网，降低胞浆的Ca2+浓 度。由此可见，PKC能调节多种生理活动，使之处于 动态平衡。
(3）一种信息分子可作用几条信息传递途径。如胰
岛素与膜受体结合后，可通过受体底物激活，
PLC 产生 IP3 和 PAG ，激活 PKC ；另外也可激
活 Ras 途径。
细胞在转导信号过程中所采用的基本方式包括：
①改变细胞内各种信号转导分子的构象
②改变信号转导分子的细胞内定位
③促进各种信号转导分子复合物的形成或解聚
IP3受体为四聚体。每个亚基含有三个结构域 调节/转导域
N
配体结合域
C
通道域
IP3受体
影响IP3R钙通道活性 的因素： Ca2＋ 促进开放：巯基试剂、 ATP 抑制开放：肝素、 Mg2＋与H＋ 被PKA磷酸化后对IP3 敏感性下降
细胞内[Ca2＋]的调节
Partial interaction map of PDGF receptor-mediated intracellular signaling. Broken arrows signify multiple steps.
跨膜信号转导的一般步骤 信号转导（ cellular
signal transduction ） 特定的细胞释放信息物质
指外界信号（如光、电、 经扩散或血循环到达靶细胞 化学分子）与细胞表面
受体作用，经复杂的细 胞内信号转导系统的转 换影响细胞内信使的水
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。
细胞信号转导
1基本概念信号转导signal transduction——细胞内外的信号，通过细胞的转导系统转换，引起细胞生理反应的过程。
化学信号chemical signals——细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理反应的化学物质。
物理信号physical signal——细胞感受到刺激后产生的能够起传递信息作用的电信号和水力学信号等物理性因子。
G蛋白G protein——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。
在受体接受胞间信号分子到产生胞内信号分子之间往往要进行信号转换，通常认为是通过G蛋白偶联起来，故G蛋白又称为偶联蛋白或信号转换蛋白。
第二信使second messenger——能被胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子。
第二信使亦称细胞信号传导过程中的次级信号。
在植物细胞中的第二信使系统主要是钙信号系统、肌醇磷脂信号系统和环核苷酸信号系统等。
动作电波action potential，AP——也叫动作电位，指细胞和组织中发生的相对于空间和时间的快速变化的一类生物电位，它是植物的一种物理信号，可通过输导组织传递。
钙调素calmodulin，CaM——是最重要的多功能Ca2+信号受体，为单链的小分子酸性蛋白。
当外界信号刺激引起胞内Ca2＋浓度上升到一定阈值后，Ca2+与CaM结合，引起CaM构象改变。
而活化的CaM又与靶酶结合，使其活化而引起生理反应。
磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI——亦称肌醇磷脂(lipositol)，即其肌醇分子六碳环上的羟基被不同数目的磷酸酯化，PI为磷脂酰肌醇；PIP为磷脂酰肌醇-4-磷酸；PIP2为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸。
肌醇磷脂参与细胞胞内的信号转导。
肌醇-1，4，5-三磷酸inositol-1，4，5-triphosphate，IP3——植物细胞内信号分子，通过调节Ca2+浓度来传递信息。
第十二章 细胞信号转导
细胞膜上的一类镶嵌 膜受体： 膜受体： (membrane receptor)细胞膜上的一类镶嵌 糖蛋白,也有由鞘糖脂和糖蛋白组成的复合物。 糖蛋白 由三个部分构成:配体结构域 配体结构域、 由三个部分构成 配体结构域、膜结构域 和胞内信号结构域。 和胞内信号结构域。 胞内受体： 细胞核 胞内膜上)与亲脂性小分子 胞内受体： (细胞核、胞内膜上 与亲脂性小分子 细胞核、 激素结合。 激素结合。
膜受体的功能
识别配体，并与之结合， 识别配体，并与之结合，将胞外信号 转变成胞内信号，引起胞内效应。 转变成胞内信号，引起胞内效应。
膜受体的类型
酶偶联受体：存于细胞膜表面，与酶偶连，不需要信号 存于细胞膜表面，与酶偶连，
偶联蛋白，通过与受体结合，激活胞内本身酶活性， 偶联蛋白，通过与受体结合，激活胞内本身酶活性，完成信号 跨膜转导。 跨膜转导。
离子通道型受体：存于细胞膜上， 离子通道型受体：存于细胞膜上，本身既有信号结合
位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤， 位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤，通过变 构控制离子进出细胞。（某些神经递质的受体） 。（某些神经递质的受体 构控制离子进出细胞。（某些神经递质的受体）
G蛋白偶联受体：受体与外界信号结合后，激活胞内偶 蛋白偶联受体：受体与外界信号结合后，
cAMP信使体系的组成 信使体系的组成
腺苷酸环化酶（ ） 腺苷酸环化酶（AC） 酸环化酶
CREB: (binding
protein of cAMPrespones element), 核内与cAMP应 核内与 应 答元件结合的蛋 白。
（二）cGMP信号途径 信号途径
鸟苷酸环化酶（ ） 鸟苷酸环化酶（GC） →→cGMP↑（不到 （不到cAMP的1/10，细胞分裂） 的 ，细胞分裂）
细胞信号通路(Cell Signaling)
– Cortisol
Steroid Hormones
Mineralocorticoids
– Aldosterone
Forms of signaling molecules
• Neurotransmitters
Multiple levels of cell signaling
Endocrine signals target distant cells.
• Enzyme-linked receptors are either enzymes themselves, or are directly associated with the enzymes that they activate. • These are usually single-pass transmembrane receptors, with the enzymatic portion of the receptor being intracellular. The majority of enzyme-linked receptors are protein kinases, or associate with protein kinases.
• G protein-coupled receptors comprise a large family transmembrane receptors. • They are found only in eukaryotes. • The ligands that bind and activate these receptors include light-sensitive compounds, odors, pheromones, hormones, and neurotransmitters, and vary in size from small molecules to peptides to led receptor
Steroid Hormones
Mineralocorticoids
– Aldosterone
Forms of signaling molecules
• Neurotransmitters
Multiple levels of cell signaling
Endocrine signals target distant cells.
• Enzyme-linked receptors are either enzymes themselves, or are directly associated with the enzymes that they activate. • These are usually single-pass transmembrane receptors, with the enzymatic portion of the receptor being intracellular. The majority of enzyme-linked receptors are protein kinases, or associate with protein kinases.
• G protein-coupled receptors comprise a large family transmembrane receptors. • They are found only in eukaryotes. • The ligands that bind and activate these receptors include light-sensitive compounds, odors, pheromones, hormones, and neurotransmitters, and vary in size from small molecules to peptides to led receptor
12细胞信号转导
Adenylate cyclase
• 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化 亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合， 使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激 活蛋白激酶A的活性。
• 环腺苷酸磷酸二 酯 酶 （ cAMP
phosphodiesterase, PDE ） ： 降 解 cAMP 生 成 5’AMP ， 起 终 止 信 号的作用。
• 酪氨酸蛋白激酶型受体的共同点： • ①单次跨膜蛋白； • ②接受配体后发生二聚化，起动下游
信号转导。 • 本身具有酪氨酸激酶活性，可以连接
非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体 超家族。羧基端位于细胞内，具有酪 氨酸激酶活性，该区有与底物和ATP 结合的两个位点。
Receptor tyrosine kinases 6个亚族
在暗处，cGMP合成↑，Na+通道开放，入胞，使膜
去极化，产生光感效应。在亮处，光子→光受体 （Rh） →转导蛋白（Gt）的α亚单位被活化，改 变结合GDP为GTP，构象改变，与βγ脱离 → Gtα 依赖cGMP-磷酸二酯酶（cGMP-PDE） →cGMP↓ →
Na+通道关闭，细胞超极化，光信号转变成电信号→ 光敏感。
各种化学信号根据其溶解性通常可分为亲脂性和亲水性两类。 ① 亲脂性信号分子：主要代表是甾类激素和甲状腺素，这
类亲脂性分子小、疏水性强，可穿过细胞膜进入细胞，与细胞 质或细胞核中受体结合形成激素一受体复合物，进而调节基因 表达；
② 亲水性信号分子：包括神经递质、局部介质和大多数肽 类激素，它们不能透过靶细胞质膜，只能通过与靶细胞表面受 体结合，经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白 激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。此外，一氧 化氮(NO)在生物体内也是一种重要的信号分子和效应分子。
• 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化 亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合， 使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激 活蛋白激酶A的活性。
• 环腺苷酸磷酸二 酯 酶 （ cAMP
phosphodiesterase, PDE ） ： 降 解 cAMP 生 成 5’AMP ， 起 终 止 信 号的作用。
• 酪氨酸蛋白激酶型受体的共同点： • ①单次跨膜蛋白； • ②接受配体后发生二聚化，起动下游
信号转导。 • 本身具有酪氨酸激酶活性，可以连接
非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体 超家族。羧基端位于细胞内，具有酪 氨酸激酶活性，该区有与底物和ATP 结合的两个位点。
Receptor tyrosine kinases 6个亚族
在暗处，cGMP合成↑，Na+通道开放，入胞，使膜
去极化，产生光感效应。在亮处，光子→光受体 （Rh） →转导蛋白（Gt）的α亚单位被活化，改 变结合GDP为GTP，构象改变，与βγ脱离 → Gtα 依赖cGMP-磷酸二酯酶（cGMP-PDE） →cGMP↓ →
Na+通道关闭，细胞超极化，光信号转变成电信号→ 光敏感。
各种化学信号根据其溶解性通常可分为亲脂性和亲水性两类。 ① 亲脂性信号分子：主要代表是甾类激素和甲状腺素，这
类亲脂性分子小、疏水性强，可穿过细胞膜进入细胞，与细胞 质或细胞核中受体结合形成激素一受体复合物，进而调节基因 表达；
② 亲水性信号分子：包括神经递质、局部介质和大多数肽 类激素，它们不能透过靶细胞质膜，只能通过与靶细胞表面受 体结合，经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白 激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。此外，一氧 化氮(NO)在生物体内也是一种重要的信号分子和效应分子。