细胞信号传导途径
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受体和跨膜信号转换
• 受体---细胞表面或亚细胞组分中的一种生物大分 子物质，可以识别并特异地与有生物活性的化学 信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列 生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物 效应。
• 配体---是指这样一些信号物质，除了与受体结合 外本身并无其他功能，它不能参加代谢产生有用 产物，也不直接诱导任何细胞活性，更无酶的特 点，唯一的功能就是通知细胞在环境中存在一种 特殊信号或刺激因素。
• 当环境刺激作用于植物体的不同部位时，会发生 细胞间的信号传递。
• 胞间信号包括物理信号（电信号）和化学信号
（激素、寡聚糖等）。
Primary messenger:
Environmental stimulations and extracellular signals
Second messenger: Signals in the cell
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离子通道型受体
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类受体蛋白激酶
这类为跨膜蛋白，受体的胞外部分 能与配体结合，胞内部分具有酪氨酸蛋白 激酶活性，或与酪氨酸蛋白激酶偶联。当 配体与受体的胞外部分结合后，引起胞内 酪氨酸残基自我磷酸化而增加酶的活性， 对其下游效应蛋白进行磷酸化，启动信号 转导。
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Enzyme-linked receptor
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共价修饰调控
某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共 价修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而 引起酶活性的激活或抑制。这种作用称为共价修饰 作用。这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：
细胞信号转导
signal transduction
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生长（growth）：是植物体积的增大，它是通过 细胞分裂和伸长来完成的。 发育（development）：指在整个生活史上，植 物体的构造和机能从简单到复杂的变化过程，它 的表现就是细胞、组织和器官的分化 （differentiation）。
（ligand）
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External Stimuli 外界环境刺激
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Internal Stimuli 体内细胞间刺激
精品课件
细胞信号分子及信号传递途径的特征
• 1. 信号分子一般分子量较小而易于移动,如 Ca2+,cAMP,和IP3等.
• 2.信号分子应快速产生而且快速灭活. • 3.信号传递途径有级联放大作用,它形成一个
• 细胞内受体(intracellular receptor)：信号分子 为疏水性小分子－甾类和水溶性多肽，可以靠简单 扩散进入胞内，然后与胞内受体结合后，在细胞内 进一步的传递和放大。
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受体家族
1、G蛋白偶联受体（ G protein coupled receptor ）
（binded receptor）受体蛋白的氨基端们于细胞外侧， 羧基端位于内侧，羧基端具有与G蛋白相互作用的区域， 受体活化后直接将G蛋白激活，进行跨膜信号转换
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3 CaM的分布
4
在细胞质和核质中都发现CaM的存在，
还有与质膜相连的CaM。
4 结合蛋白
5
The CaM-binding proteins in plants
are NAD+ kinase, glutamate
decarboxylase, protein kinases, and Ca
PK（protein kinase）的作用特点
一个PK分子可以使几百个靶蛋白磷酸化，从 而起到放大信号的作用。 • 蛋白磷酸酯酶：
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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1992
“for their discoveries concerning reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism”
作用机理：
胞外信号
质膜
Ca通道打开
Ca进入
4 Ca + + CaM
Ca +
Ca +
CaM
Ca +
Ca +
[Ca 2+]大于 10-6 mol • L-1
+ E 精品课件
生理效应
Ca Ca + + CaM Ca E Ca +
+
磷脂酰肌醇信号系统
质膜中有三种磷脂酰肌醇： 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）。
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不同的磷脂酶在磷脂上的作用位点
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IP3、Ca2+-钙调蛋白激酶途径
这条途径得第二信使为IP3及Ca2+。当信息分子 与膜受体结合后通过F蛋白转导激活磷脂酶C（PLC）。后 者水解PIP2生成IP3。
PLC
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IP3
刺激信号与膜受体结合
受体激
活
信号传递给G蛋白
磷脂酶C（PLC）水解PIP2产生肌醇三磷酸
• G蛋白介导的跨膜信号转换是依赖于自身的 活化和非活化状态循环来实现的。
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异三聚体G蛋白的基本结构
1. α ，β，γ三个亚基 组成, 到目前至少发 现20种不同的α 亚 基,6种β亚基,和10多 种γ亚基;理论上可以 形成上千种异三聚体G 蛋白从而增加了转导 信号的多样性.
2. 各种G蛋白中α亚基差 别较大，被用作G蛋白 分类的依据.
生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程。而 基因的表达则受周围环境的调控。植物通过精确、完善的 信号转导系统来调节自身、适应环境。
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Corn Kernel and Seedling
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一、概 论 研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及 其在植物发育过程中调控基因的表达和生理 化反应（Signal transduction system）。
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Fra Baidu bibliotek
•受体是一类信号转导分子，它的作用：第一步是识 别信号分子（Recognition）；第二步是将信号分子 转变成细胞的反应，即信号转导（Signal transduction）。
受体与配体结合的特性
1、高亲和力：2、特异性：3、可逆性：4、 饱和性.
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细胞表面受体和胞内核受体
• 细胞表面受体（cell surface receptor）：往往 通过胞外配体结合后，使“胞内第二信使”水平增 加而引起生理效应，它也可以调节基因表达产生长 期效应，但常具有引起短暂而迅速细胞反应的特点。
DAG/PKC pathway
双信号 系统
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蛋白激酶C
IP3/Ca2+ Pathway
DAG/PKC pathway
双信号 系统
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蛋白的磷酸化和去磷酸化
• 蛋白激酶：是一类催化蛋白质产生磷酸化反应的酶， 可对其底物蛋白质特定的氨基酸残基进行磷酸化修 饰，催化将ATP上的γ－磷酸基转到靶蛋白的ser、 thr和tyr残基上。磷酸化改变了靶蛋白的活性。以 完成信号转导过程.
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细胞内的信号分子和第二信使系统
胞外信号（primary signal）经跨膜转换后，通过 第二信使（secondary messenger）进一步的传递和 放大，最终引起细胞中的生化反应。
第二信使： Ca2+、cAMP 、 cGMP 、ASA 、GSH H2O2、
三磷酸肌醇(IP3)、二脂酰甘油(DAG)、
级联(cascades)反应将原初信号放大. • 4.在细胞内，细胞间和植物体内信号传递途
径是一个网络系统.精品课件
细胞信号转导的主要途径模式图
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细胞信号的种类
信 号 （Signal） 物理信号：光、电 化学信号：激素、病原因子等，化学信号也
叫做ligand
胞外信号（胞间信号） 胞内信号
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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（transmembrane transduction）
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• G蛋白连接受体发生的跨膜信号转换
• G蛋白(G protein)全称为异三聚体GTP结合 蛋 白 (heterotrimeric GTP binding protein), 它具有GTP酶活性，由三种亚基 组成。结合在细胞膜面向胞质的一侧。
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红光刺激后大麦叶肉原生质体的钙离子浓度变化
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CaM的组成和特性 CaM是一种由19种氨基酸组成的耐热、耐
酸的小分子球蛋白，分子量为15~17kD。
CaM的结构 1）分子中有4个Ca2＋结合区（环）； 2） Ca2＋结合区包括12个氨基酸，其中富
含Asp和Glu； 3）环两侧各有两个螺旋结构。
2、离子通道型受体：：（ion-channel-linked receptor）， 即除了含有与配体结合的部位外，受体 本身就是离子通道。这种受体接受信号后立即引起离子 的跨膜流动
3、类蛋白激酶受体（receptor－like protein kinase）：本身是一种酶蛋白，具有胞外感受信号的区 域，跨膜区域和胞内的激酶区域。当胞外区域与信号结 合，激活胞内激酶，将下游精品组课件分磷酸化而传递信号。
3. α亚基的共同特点：
具有一个GTP结合位点,
GTP酶的活性位点,
ADP核糖基化位点,
毒素修饰位点,
受体和效应物结合位 点
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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1994
“for their discoveries of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells”
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细胞内钙稳态（calcium homeostasis） 的调节
质膜钙通道：从胞外或胞内钙库向细胞质释放Ca2＋ 质膜钙泵： 从细胞质向细胞外或胞内钙库运送Ca2＋
Ca2＋/nH+反向运输体：从细胞质向胞内钙库运送Ca2＋
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钙的静息态:不进行细胞信号传递的状态 钙稳态：浓度达到稳定的状态。
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细胞钙的分布
通常细胞钙（总钙）以结合态和自由离子态（Ca2+） 两种形式存在。
细胞内钙分布不均匀，在静止（非激活）状态时， 细胞溶质Ca2+浓度估计约为10-9－－10-7mol／L，一 般代表性取值为10-7mol／L左右。
1）胞质Ca2＋的浓度很低，只有100－200nM。 2）胞内钙库液泡和内质网中Ca2＋的浓度约为1mM。 3）在细胞壁中， Ca2＋的浓度约为0.5 －1mM。
2+ -ATPase.
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CaM的作用方式：
（1）直接与靶酶结合，诱导靶酶的活性构象而调节 它们的活性，如NAD 激酶、 Ca2+ -ATP激酶等；
（2）通过活化依赖 Ca2+ ·CaM的蛋白激酶，将靶酶 磷酸化，影响其活性，如磷酸化酶、H+-ATP酶等。
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钙调蛋白的存在部位：细胞质和细胞器
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• 土壤干旱时，植物根尖合成脱落酸（ABA）， 通过导管向上运到叶片保卫细胞，引起保卫细 胞内的胞质Ca2＋等一系列信号转导，产生生理、 生化反应，最后使气孔关闭。
• 土壤干旱（胞外刺激）是信号转导过程中的初 级信使（primary messenger）
• ABA是胞间的化学信号，保卫细胞内的胞质Ca2 ＋等传递胞外信号的一系列信号分子就是第二 信使（second messenger）。
（IP3）和二酰甘油（DG）
IP3通
过调节Ca2+传递信息
DG 通过
激活蛋白激酶C（PKC）传递信息。
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PLC激活的磷脂信号转导模型
Plasma membrane-bound PLC is activated by a G-protein
二酰甘油
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IP3/Ca2+ Pathway
DAG/PKC pathway
信息分子 受体 第二信使 效应蛋白
效应蛋白
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生物效应
肌肉收缩 分泌 代谢
基因表达
12seconds
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信号
• 信号---Signal，是一个抽象概念，对植 物来讲，环境的变化就是刺激，就是信号。 分为物理信号和化学信号。
• 物理信号：光，水，温度等； • 化学信号：激素，病源等。也称为配体
G蛋白的发现：吉尔曼（Gilman）、罗德贝尔(Rodbell) 获
诺贝 精品尔课医件 学生理奖（1994
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异三聚体G蛋白的激活循环
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Binding of GTP to α --Dissociation from β/γ
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GDP-P(NH2)P
G蛋白偶联受体结构示意图
七次跨膜结构,肽链的N末端 在胞外,C末端在胞内
受体和跨膜信号转换
• 受体---细胞表面或亚细胞组分中的一种生物大分 子物质，可以识别并特异地与有生物活性的化学 信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列 生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物 效应。
• 配体---是指这样一些信号物质，除了与受体结合 外本身并无其他功能，它不能参加代谢产生有用 产物，也不直接诱导任何细胞活性，更无酶的特 点，唯一的功能就是通知细胞在环境中存在一种 特殊信号或刺激因素。
• 当环境刺激作用于植物体的不同部位时，会发生 细胞间的信号传递。
• 胞间信号包括物理信号（电信号）和化学信号
（激素、寡聚糖等）。
Primary messenger:
Environmental stimulations and extracellular signals
Second messenger: Signals in the cell
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离子通道型受体
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类受体蛋白激酶
这类为跨膜蛋白，受体的胞外部分 能与配体结合，胞内部分具有酪氨酸蛋白 激酶活性，或与酪氨酸蛋白激酶偶联。当 配体与受体的胞外部分结合后，引起胞内 酪氨酸残基自我磷酸化而增加酶的活性， 对其下游效应蛋白进行磷酸化，启动信号 转导。
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Enzyme-linked receptor
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共价修饰调控
某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共 价修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而 引起酶活性的激活或抑制。这种作用称为共价修饰 作用。这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：
细胞信号转导
signal transduction
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生长（growth）：是植物体积的增大，它是通过 细胞分裂和伸长来完成的。 发育（development）：指在整个生活史上，植 物体的构造和机能从简单到复杂的变化过程，它 的表现就是细胞、组织和器官的分化 （differentiation）。
（ligand）
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External Stimuli 外界环境刺激
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Internal Stimuli 体内细胞间刺激
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细胞信号分子及信号传递途径的特征
• 1. 信号分子一般分子量较小而易于移动,如 Ca2+,cAMP,和IP3等.
• 2.信号分子应快速产生而且快速灭活. • 3.信号传递途径有级联放大作用,它形成一个
• 细胞内受体(intracellular receptor)：信号分子 为疏水性小分子－甾类和水溶性多肽，可以靠简单 扩散进入胞内，然后与胞内受体结合后，在细胞内 进一步的传递和放大。
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受体家族
1、G蛋白偶联受体（ G protein coupled receptor ）
（binded receptor）受体蛋白的氨基端们于细胞外侧， 羧基端位于内侧，羧基端具有与G蛋白相互作用的区域， 受体活化后直接将G蛋白激活，进行跨膜信号转换
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3 CaM的分布
4
在细胞质和核质中都发现CaM的存在，
还有与质膜相连的CaM。
4 结合蛋白
5
The CaM-binding proteins in plants
are NAD+ kinase, glutamate
decarboxylase, protein kinases, and Ca
PK（protein kinase）的作用特点
一个PK分子可以使几百个靶蛋白磷酸化，从 而起到放大信号的作用。 • 蛋白磷酸酯酶：
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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1992
“for their discoveries concerning reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism”
作用机理：
胞外信号
质膜
Ca通道打开
Ca进入
4 Ca + + CaM
Ca +
Ca +
CaM
Ca +
Ca +
[Ca 2+]大于 10-6 mol • L-1
+ E 精品课件
生理效应
Ca Ca + + CaM Ca E Ca +
+
磷脂酰肌醇信号系统
质膜中有三种磷脂酰肌醇： 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）。
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不同的磷脂酶在磷脂上的作用位点
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IP3、Ca2+-钙调蛋白激酶途径
这条途径得第二信使为IP3及Ca2+。当信息分子 与膜受体结合后通过F蛋白转导激活磷脂酶C（PLC）。后 者水解PIP2生成IP3。
PLC
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IP3
刺激信号与膜受体结合
受体激
活
信号传递给G蛋白
磷脂酶C（PLC）水解PIP2产生肌醇三磷酸
• G蛋白介导的跨膜信号转换是依赖于自身的 活化和非活化状态循环来实现的。
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异三聚体G蛋白的基本结构
1. α ，β，γ三个亚基 组成, 到目前至少发 现20种不同的α 亚 基,6种β亚基,和10多 种γ亚基;理论上可以 形成上千种异三聚体G 蛋白从而增加了转导 信号的多样性.
2. 各种G蛋白中α亚基差 别较大，被用作G蛋白 分类的依据.
生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程。而 基因的表达则受周围环境的调控。植物通过精确、完善的 信号转导系统来调节自身、适应环境。
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Corn Kernel and Seedling
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一、概 论 研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及 其在植物发育过程中调控基因的表达和生理 化反应（Signal transduction system）。
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Fra Baidu bibliotek
•受体是一类信号转导分子，它的作用：第一步是识 别信号分子（Recognition）；第二步是将信号分子 转变成细胞的反应，即信号转导（Signal transduction）。
受体与配体结合的特性
1、高亲和力：2、特异性：3、可逆性：4、 饱和性.
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细胞表面受体和胞内核受体
• 细胞表面受体（cell surface receptor）：往往 通过胞外配体结合后，使“胞内第二信使”水平增 加而引起生理效应，它也可以调节基因表达产生长 期效应，但常具有引起短暂而迅速细胞反应的特点。
DAG/PKC pathway
双信号 系统
精品课件
蛋白激酶C
IP3/Ca2+ Pathway
DAG/PKC pathway
双信号 系统
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蛋白的磷酸化和去磷酸化
• 蛋白激酶：是一类催化蛋白质产生磷酸化反应的酶， 可对其底物蛋白质特定的氨基酸残基进行磷酸化修 饰，催化将ATP上的γ－磷酸基转到靶蛋白的ser、 thr和tyr残基上。磷酸化改变了靶蛋白的活性。以 完成信号转导过程.
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细胞内的信号分子和第二信使系统
胞外信号（primary signal）经跨膜转换后，通过 第二信使（secondary messenger）进一步的传递和 放大，最终引起细胞中的生化反应。
第二信使： Ca2+、cAMP 、 cGMP 、ASA 、GSH H2O2、
三磷酸肌醇(IP3)、二脂酰甘油(DAG)、
级联(cascades)反应将原初信号放大. • 4.在细胞内，细胞间和植物体内信号传递途
径是一个网络系统.精品课件
细胞信号转导的主要途径模式图
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细胞信号的种类
信 号 （Signal） 物理信号：光、电 化学信号：激素、病原因子等，化学信号也
叫做ligand
胞外信号（胞间信号） 胞内信号
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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（transmembrane transduction）
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• G蛋白连接受体发生的跨膜信号转换
• G蛋白(G protein)全称为异三聚体GTP结合 蛋 白 (heterotrimeric GTP binding protein), 它具有GTP酶活性，由三种亚基 组成。结合在细胞膜面向胞质的一侧。
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红光刺激后大麦叶肉原生质体的钙离子浓度变化
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CaM的组成和特性 CaM是一种由19种氨基酸组成的耐热、耐
酸的小分子球蛋白，分子量为15~17kD。
CaM的结构 1）分子中有4个Ca2＋结合区（环）； 2） Ca2＋结合区包括12个氨基酸，其中富
含Asp和Glu； 3）环两侧各有两个螺旋结构。
2、离子通道型受体：：（ion-channel-linked receptor）， 即除了含有与配体结合的部位外，受体 本身就是离子通道。这种受体接受信号后立即引起离子 的跨膜流动
3、类蛋白激酶受体（receptor－like protein kinase）：本身是一种酶蛋白，具有胞外感受信号的区 域，跨膜区域和胞内的激酶区域。当胞外区域与信号结 合，激活胞内激酶，将下游精品组课件分磷酸化而传递信号。
3. α亚基的共同特点：
具有一个GTP结合位点,
GTP酶的活性位点,
ADP核糖基化位点,
毒素修饰位点,
受体和效应物结合位 点
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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1994
“for their discoveries of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells”
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细胞内钙稳态（calcium homeostasis） 的调节
质膜钙通道：从胞外或胞内钙库向细胞质释放Ca2＋ 质膜钙泵： 从细胞质向细胞外或胞内钙库运送Ca2＋
Ca2＋/nH+反向运输体：从细胞质向胞内钙库运送Ca2＋
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钙的静息态:不进行细胞信号传递的状态 钙稳态：浓度达到稳定的状态。
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细胞钙的分布
通常细胞钙（总钙）以结合态和自由离子态（Ca2+） 两种形式存在。
细胞内钙分布不均匀，在静止（非激活）状态时， 细胞溶质Ca2+浓度估计约为10-9－－10-7mol／L，一 般代表性取值为10-7mol／L左右。
1）胞质Ca2＋的浓度很低，只有100－200nM。 2）胞内钙库液泡和内质网中Ca2＋的浓度约为1mM。 3）在细胞壁中， Ca2＋的浓度约为0.5 －1mM。
2+ -ATPase.
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CaM的作用方式：
（1）直接与靶酶结合，诱导靶酶的活性构象而调节 它们的活性，如NAD 激酶、 Ca2+ -ATP激酶等；
（2）通过活化依赖 Ca2+ ·CaM的蛋白激酶，将靶酶 磷酸化，影响其活性，如磷酸化酶、H+-ATP酶等。
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钙调蛋白的存在部位：细胞质和细胞器
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• 土壤干旱时，植物根尖合成脱落酸（ABA）， 通过导管向上运到叶片保卫细胞，引起保卫细 胞内的胞质Ca2＋等一系列信号转导，产生生理、 生化反应，最后使气孔关闭。
• 土壤干旱（胞外刺激）是信号转导过程中的初 级信使（primary messenger）
• ABA是胞间的化学信号，保卫细胞内的胞质Ca2 ＋等传递胞外信号的一系列信号分子就是第二 信使（second messenger）。
（IP3）和二酰甘油（DG）
IP3通
过调节Ca2+传递信息
DG 通过
激活蛋白激酶C（PKC）传递信息。
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PLC激活的磷脂信号转导模型
Plasma membrane-bound PLC is activated by a G-protein
二酰甘油
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IP3/Ca2+ Pathway
DAG/PKC pathway
信息分子 受体 第二信使 效应蛋白
效应蛋白
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生物效应
肌肉收缩 分泌 代谢
基因表达
12seconds
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信号
• 信号---Signal，是一个抽象概念，对植 物来讲，环境的变化就是刺激，就是信号。 分为物理信号和化学信号。
• 物理信号：光，水，温度等； • 化学信号：激素，病源等。也称为配体
G蛋白的发现：吉尔曼（Gilman）、罗德贝尔(Rodbell) 获
诺贝 精品尔课医件 学生理奖（1994
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异三聚体G蛋白的激活循环
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Binding of GTP to α --Dissociation from β/γ
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GDP-P(NH2)P
G蛋白偶联受体结构示意图
七次跨膜结构,肽链的N末端 在胞外,C末端在胞内