第七章IP3信号转导
植物生理学第七章：植物体内细胞信号转导
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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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。
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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
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。
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
(完整版)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。
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第二节 跨膜信号转换
物反应的分子途径 (2）对配基具有高亲和性
糖、氨基酸
转播
IP3主要作用于液泡，是通过液泡膜上的受体，影响膜上的离子通道，与Ca2+的重新分布有关。
光
现已发现，被CDPK磷酸化的靶蛋白有质膜ATP酶、离子通道、水孔蛋白、代谢酶以及细胞骨架成分等。
对于植物细胞来
未知发育信号 温度 生长调节剂
病 原 体 (真 菌 、 细菌、病毒)
讲，有来自相邻细
激素
胞的刺激、细胞壁
膨压
壁断片 壁的机械压力
的刺激、激素、温 胞内信号通过调节胞内蛋白质的磷酸化或去磷酸化过程而进一步转导信号
信肌号醇转 磷导脂网是络一进类行由信磷号脂传酸递与、肌放醇大结与合整的合脂质化合物，分子中含有甘油电、信脂号酸磷酸和肌醇等基团，其肌醇分子六矿碳质环上的羟基被不同数
发散到多个目标
植物体内许多功能蛋白转录后需经共价修饰才能发挥其生理功能，蛋白质磷酸化就是进行共价修饰的过程。
合、放大信号，最 已发现有 (1)G蛋白连接受体(2)受体蛋白激酶 （如：光敏色素、二元组分系统）
包括胞外环境信号和胞间信号。
改变离
调节代
基因表
细胞骨
终引起细胞反应
子流 谢途径 达调节 架改变
刺激信号与受体结合→跨膜信号转换→信号传递、放大与整合→基 因表达→生理生化反应
细胞信号转导的概念
植物细胞信号转导（signal transduction）是指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。
• 信号转导可以分为4个步骤： • 1、信号分子与细胞表面受体的结合； • 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
IP3的公式推导
代入公式一即可得出其 IP3 。 现考察 B1 （或 B2 ）与 A1 ， A2 的关系。 设
S1 A1 COS (1t 1 )
(1-2)
现考察的是频率关系，不妨设φ1=0 故有
S1 A1 COS (1t )
(1-3)
同理可设：
S 2 A2 COS ( 2 t )
(2-2) 化简可得如下关系：
2 2 K1 K 2 GV 2 K T GV 2
(2-3)
又
2 GP 2 GV 2
(2-4) 代入上式可得：
K1 K 2 GP 2 KT GP 2
(2-5) 又
IP3 (真) 1 K
上式可改写为：
G G 1 P2 P2 IP31 IP32 IP3T
(1-4)
设器件（或系统）的传递函数为 f（） 则有:
S OUT f (S1 S 2 ) C0 C 1(S1 S 2 ) C2 (S1 S 2 ) 2 C3 (S1 S 2 ) 3 .....
(1-5) 其中 C0，C1，C2，C3，C4
。 。 。 。 。均为器件本身决定的常数。 由于器件（或系
=
P2
A2 A2 1 A2 2 B2 B2 K
(1-12)
还原为对数表达式可得：
IP3 (对) 10 log （K）
(1-13) 至此可得如下结论： (1)任一器件的 IP3 是由其本身的非线性所决定的一个常数。 (2) IP3 具有非常明确的物理意义：它非常简洁地定量地刻画了器 件的线性度，与输入信号的大小， 器件本身的增益没有任何关系。
(2-6) 也可化简为：
1 1 1 IP31 GP 2 IP32 IP3T
细胞信号转导
A、钙信号系统
各种胞外刺激信号可能直接或间接地调 节钙运输系统而引起胞内游离Ca2+浓度的 变化，并导致不同的细胞反应。(静息态细 胞质Ca2+浓度：10-7~10-6mol.L-1,质外体 Ca2+浓度：10-4~10-3mol.L-1，而Ca2+ 库的 Ca2+浓度更高。
高〔Ca2+〕 低〔Ca2+〕 高〔Ca2+〕
• 胞内Ca2+信号通过其受体-钙结合蛋白转 导信号。现在研究得较清楚的植物中的 钙结合蛋白主要有两种：钙调素与钙依 赖型蛋白激酶。
• 钙调素(calmodulin,CaM)是最重要的多功 能Ca2+信号受体，由148个氨基酸组成的单 链的小分子(分子量为17 000～19 000)酸 性蛋白。CaM分子有四个Ca2+结合位点。当 外界信号刺激引起胞内Ca2+浓度上升到一定 阈值后(一般≥１０－６mol.L-1), 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。 目前已知有十多种酶受Ca2+-CaM的调控，如 蛋白激酶、NAD激酶、H+-ATPase等。在以光 敏色素为受体的光信号传导过程中Ca2+-CaM 胞内信号起了重要的调节作用。
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。
特点：特异性、高亲和性、可逆性、 饱和性等，多为蛋白质。
信号转导异常与疾病
凋亡等。 （幻灯26、生理学激素章）
小结：
1、信号转导通路特异性的基础 受体 是由 决定的； 信号转导蛋白 调节 2、不同信号通路间存在相互 协同 作用； 制哟 3、细胞最终结果是多条信号转导路间综合 作用的结果。
第二节 信号转导异常 发生的环节和机制
发放 接受 信号 异常→细胞 代谢 障碍→
5、TNF受体家族 有十多个成员 作用：细胞增殖、细胞保护、细胞毒、 抗病毒、诱导凋亡等。 （1）信号转过程
TNFa→受体→IκB磷酸化从NF-κB脱落→ NF-κB激活入核 多种细胞因子 粘附分子 → NF-κB结合增强子元件→ 影响 免疫受体 基因转录。 急性时相蛋白 应激反应蛋白 （生化书387图15-18）
第七章 信号转导与疾病
本章要求 掌握：细胞信号转导的概念，细胞信号转 导主要途径和调节。 熟悉：细胞信号转导异常的原因与发生环 节，信号转导异常与继发性胰岛素 抵抗的关系。 了解：与信号转导异常有关的疾病（胰岛 素抵抗性糖尿病、 肿瘤、心肌肥厚 与 心衰）。
机体的每一个细胞都在一定部位执行 专门功能，而机体为适应环境变化所完成 任何生命活动都需许多细胞相互协调、相 互配合地工作。 为此，各种细胞间就形成复杂的信号 转导系统，它包括： 信号（配体）→受体→受体后信号转 导通路→靶蛋白→影响靶细胞代谢、功能、 分化、生长、形态结构、生存状态。
（酶、离子通道、运输蛋白、转录因子等）
调节其活性 →导致
神经的兴奋抑制 肌肉收缩 腺体分泌 离子转运 代谢
→
→等生物效应。
通过Gs，激活AC，并引发cAMP-PKA途径 β肾上腺素能受体 胰高血糖素受体 激活Gs增加AC活性 cAMP
使许多Pr特定Ser/Thr残 基磷酸化从而调节物质 代谢和基因表达
信号转导的名词解释细胞通讯名词解释
多细胞生物是由不同类型的细胞组成的社会，而且是一个开放的社会，这个社会中的单个细胞间必须协调它们的行为，为此，细胞建立通讯联络是必需的。
如生物体的生长发育、分化、各种组织器官的形成、组织的维持以及它们各种生理活动的协调，都需要有高度精确和高效的细胞间和细胞内的通讯机制。
2. 信号传导(cell ignalling) 是细胞通讯的基本概念，强调信号的产生、分泌与传送，即信号分子从合成的细胞中释放出来，然后进行传递。
3. 信号转导(ignal tranduction) 是细胞通讯的基本概念，强调信号的接收与接收后信号转换的方式 (途径)和结果，包括配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等，即信号的识别、转移与转换。
4. 信号分子(ignaling molecule) 信号分子是指生物体内的某些化学分子，既非营养物，又非能源物质和结构物质，而且也不是酶，它们主要是用来在细胞间和细胞内传递信息，如激素、神经递质、生长因子等统称为信号分子，它们的惟一功能是同细胞受体结合，传递细胞信息。
多细胞生物中有几百种不同的信号分子在细胞间传递信息，这些信号分子中有蛋白质、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、胆固醇、脂肪酸衍生物以及可溶解的气体分子等。
根据信号分子的溶解性分为水溶性信息(water-oluble meenger)和脂溶性信息(lipid-oluble meenger)，前者作用于细胞表面受体，后者要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体。
其实，信号分子本身并不直接作为信息，它的基本功能只是提供一个正确的构型及与受体结合的能力，就像钥匙与锁一样，信号分子相当于钥匙，因为只要有正确的形状和缺齿就可以插进锁中并将锁打开。
至于锁开启后干什么，由开锁者决定了。
5. 激素(hormone) 激素是由内分泌细胞(如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体)合成的化学信号分子，这些信号分子被分泌到血液中后，经血液循环运送到体内各个部位作用于靶细胞。
第七章植物细胞的信号转导
第七章植物细胞的信号转导1信号转导：受体细胞通过受体接收胞外信号，将胞外信号转变为胞内信号，并经一系列胞内信号转导途径的传导和放大，控制相关基因表达和引起特定的生理生化反应，这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理生化反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。
2化学信号：指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理生化反应的化学物质。
3物理信号：指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。
4第二信使：是指细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的具有生理调节活性的胞内信号分子，都是小分子物质。
植物中的第二信使主要有cAMP、钙离子、NO、DAG和IP3等。
5受体：存在于细胞表面或细胞内部，能感受信号或与信号分子特异性结合，并引起特定的生理生化反应的生物大分子。
6细胞表面受体：指存在于细胞质膜上的受体，也称膜受体。
通常由与配基相互作用的细胞外结构域、将受体固定在细胞膜上的跨膜结构域和起传递信号作用的胞内结构域3部分组成。
细胞表面受体通常是跨膜蛋白质，大多数信号分子不能过膜，通过与细胞表面受体结合，经跨膜信号转换将胞外信号传至胞内。
7细胞内受体：指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核、液泡膜等）上的受体。
胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的信号分子。
8配基：指与受体特异结合的化学信号分子。
9钙指纹：指能被细胞识别的、由某种刺激产生的、具有特异性时空变化的钙信息。
10G蛋白：是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质，参与细胞信号转导过程的G蛋白主要有小G蛋白和异三聚体G蛋白，其中三聚体G蛋白由β、α、ϒ3个不同亚基构成。
11双信使系统：指肌醇磷脂信号系统。
胞外信号被膜受体接受后以G蛋白为中介，由质膜中的磷脂酶C水解肌醇磷脂，产生两个胞内信号分子：三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油（DAG）,分别激活两个信号传递途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，因此把这一信号系统称为双信号系统。
第七章植物细胞的信号转导
1信号转导：受体细胞通过受体接收胞外信号，将胞外信号转变为胞内信号，并经一系列胞内信号转导途径的传导和放大，控制相关基因表达和引起特定的生理生化反应，这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理生化反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。
2化学信号：指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理生化反应的化学物质。
3物理信号：指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。
4第二信使：是指细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的具有生理调节活性的胞内信号分子，都是小分子物质。
植物中的第二信使主要有cAMP、钙离子、NO、DAG和IP3等。
5受体：存在于细胞表面或细胞内部，能感受信号或与信号分子特异性结合，并引起特定的生理生化反应的生物大分子。
6细胞表面受体：指存在于细胞质膜上的受体，也称膜受体。
通常由与配基相互作用的细胞外结构域、将受体固定在细胞膜上的跨膜结构域和起传递信号作用的胞内结构域3部分组成。
细胞表面受体通常是跨膜蛋白质，大多数信号分子不能过膜，通过与细胞表面受体结合，经跨膜信号转换将胞外信号传至胞内。
7细胞内受体：指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核、液泡膜等）上的受体。
胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的信号分子。
8配基：指与受体特异结合的化学信号分子。
9钙指纹：指能被细胞识别的、由某种刺激产生的、具有特异性时空变化的钙信息。
10G蛋白：是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质，参与细胞信号转导过程的G蛋白主要有小G蛋白和异三聚体G蛋白，其中三聚体G蛋白由β、α、ϒ3个不同亚基构成。
11双信使系统：指肌醇磷脂信号系统。
胞外信号被膜受体接受后以G蛋白为中介，由质膜中的磷脂酶C水解肌醇磷脂，产生两个胞内信号分子：三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油（DAG）,分别激活两个信号传递途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，因此把这一信号系统称为双信号系统。
12激发子：指由病原体产生，并能够激发或诱导植物寄主产生防御反应的因子。
第七细胞信号转导
➢ 植物中的RLK大多数属于丝氨酸/苏氨酸激酶类型， 大多由3部分组成：
➢ 胞外结构区：主要负责与信号分子的特异性结合； ➢ 跨膜螺旋区：位于两区之间，将细胞内外连接起来; ➢ 胞内蛋白激酶催化区：被激活后发挥激酶功能，通
受体、类受体蛋白激酶等。
细胞内受体：位于细胞内的亚细胞组分上。如甾
类物质的受体等。
第二节 跨膜信号转换
• 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。
• 跨膜信号转换类型：主要有G蛋白连接受体、双 元组分系统和受体激酶介导的跨膜信号转换。
G蛋白参与的跨膜信号转换
第二节 跨膜信号转换
一、G蛋白联接受体的跨膜信号转换 ➢ 1、GTP结合调节蛋白（简称G蛋白）
➢ 2、G蛋白介导的跨膜信号转换:
细胞外 质膜 细胞内
激素
受体
异三聚体G蛋白
腺苷酸环化酶
ATP
G蛋白参与的跨膜信号转换
cAMP+ PPi
第二节 跨膜信号转换
一、G蛋白联接受体的跨膜信号转换 ➢ 1、GTP结合调节蛋白（简称G蛋白）
按所处位置
代谢物、甾体等
胞内信号：Ca2+、C体结合
一、信号 二、 细胞受体 ➢ 1、定义：能够特异地识别并结合信号、细胞内
放大和传递信号的物质。 ➢ 2、化学本质：绝大多数是蛋白质
➢ 3、特点：特异性、高亲和性、可逆性
➢ 4、分类：
细胞表面受体：位于细胞质膜上，如G蛋白连接
➢ 信号转导可以分为4个步骤： ➢ 1、信号分子与细胞表面受体的结合； ➢ 2、跨膜信号转换； ➢ 3、胞内信号转导； ➢ 4、导致生理生化变化。
7信号转导
一
信号与受体
(一)、信号 信号:把环境条件的变化或来自环境的刺激 统称为 。
二、蛋白磷酸化酶
蛋白磷酸酶（protein phosphotase , PP）的主要功 能是逆转蛋白磷酸化作用，是一个终止信号或逆 向调节的过程，在生命活动的代谢调节中与蛋白 质激酶具有同等重要的意义。
信号传导的分子途径
环境刺激 第一信使 胞间信号 受体 胞间信号传递
细胞外 膜上信号转换 细胞膜 胞内信号转导
未知发育信号
温度
植物细胞信号转 导（signal transduction） 是指细胞耦联各 种刺激信号（包 括各种内外刺激 信号）与其引起 特定生理效应之 间的一系列分子 反应机制。
生长调节剂 激素 膨压 电信号 多肽
病原体(真 菌、细菌、 病毒) 壁断片 壁的机械压力 矿质 伤害
糖、氨基酸
转播 放大
1.IP3和DAG的形成
水解 PI PIP PIP2 PI激酶 PIP激酶 磷酸酯酶C ATP ADP ATP ADP
IP3
DAG
PI：磷酯酰肌醇 IP3：三磷酸肌醇
PIP：磷酯酰肌醇-4-磷酸 DAG：二酯酰甘油
PIP2：磷酯酰肌醇-4,5-二磷酸
2 IP3和DAG的信号转导（双信使系统）
⑴ IP3/ Ca2+信号转导途径 IP3→促使Ca2＋库释放Ca2＋→增加细胞质Ca2＋的信号 转导，称为IP3/Ca2＋信号传递途径。
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C2区结构蛋白
C2区名称源于cPKC的Ca2＋/磷脂结 合域，含有C2区的蛋白称为C2蛋白。 PKC、PLA2、PLC、GAP、突触 结合蛋白等都属于C2蛋白。 它们具有Ca2＋依赖性转位，并可与 细胞内活化的PKC受体（receptors for activated PKC，RACK）结合。
③ Ca2＋储存蛋白：
包括肌集钙蛋白（calsequestrin， CSQ）、钙卫蛋白（calprotectin）、类 肌集钙蛋白（calsequestrin-like protein，CLP）等，具有高Ca2＋结合容 量和低Ca2＋亲和性。
（2） Ca2＋释放通道受体
有Ryanodine受体（RyR）和IP3受
体。
Ca2＋对于IP3受体和RyR受体具有双向 作用。 钙波：胞内钙库反复通过正反馈效 应机制周期性地释放钙， Ca2＋升高以螺 旋形式向全细胞扩散。
①EF手（EF hand）型蛋白：CaM、 肌钙蛋白C、肌球蛋白轻链、视锥蛋白、 钙视网膜蛋白等。
② Ca2＋/磷脂结合蛋白：
是一种可结合磷脂的Ca2＋结合蛋白， 与磷脂的结合可以使其Ca2＋亲和性和酶 活性增加。
如膜联蛋白族和C2区结构蛋白。
膜联蛋白族
介导膜融合、促进细胞分泌、控制 激素与递质释放、抑制PLA2与PKC的活 性、参与细胞增殖与分化。
胞内Ca2+增加产生的效应： 细胞运动、肌肉收缩、神经轴浆流动、 染色体移动、神经递质合成与释放、入胞与 出胞过程、糖原分解与合成、环核苷酸的代 谢调节、多种激素、药物和毒物的作用、营 养物质的消化吸收、凝血和伤口愈合等。
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 通道域 C
Ca2＋波
2. Ca2＋的信号传递
依靠细胞内外的Ca2＋浓度差，有时 间和空间两种传递形式： 空间形式，亦称Ca2＋波； 时间形式，称为Ca2＋振荡，是Ca2＋ 周期性瞬变，以频率编码外来刺激的信 息。
3. Ca2＋平衡的维持 细胞内[Ca2＋]
蛋白质表达异常、激活Ca2＋依赖性蛋白激酶 蛋白质降解、活化核酸内切酶引起DNA分解 不可逆的细胞损伤
第七章
IP3、DAG与信号转导
【目的要求】
1．掌握IP3/Ca2+和DAG/PKC信号传递途径 的基本过程；PLC水解膜上肌醇磷脂产生 IP3和DAG；DAG激活PKC信号途径。
2．熟悉IP3激活Ca2+信号途径。
一、IP3和DAG双信使途径
双信使途径介导许多重要的生物过程：
如受精、感光、细胞增殖、分泌、神 经活动、血小板聚集、平滑肌收缩等。 偶联肌醇磷脂水解的受体有多种。
P－ －P
PKC
晚期反应 （基因活化）
Fos
Jun
5' TG A C T C A 3' (T R E )
PKC参与调节的主要细胞效应：
• 对膜离子转运功能的调节； • 对膜受体功能的调节； • 参与生物活性物质的合成与分泌； • 参与糖代谢的调节；
• 对转录过程的调节。
四、双信使途径之间的相互作用
PLC
RTK激活PLC γ
NRTK激活PLC γ
GPCR激活PLC β
（二）IP3 激活 Ca2+ 信号途径 膜电位、受体 G蛋白、PKA 膜钙通道 胞浆Ca2+ （1mol/L） IP3 PKC
内质网钙通道
胞内Ca2+增加产生的效应
The Calcium-regulated Protease
PI3K
二、肌醇磷脂信号分子的产生与灭活
（一）肌醇磷脂的酶解作用
PI4K 磷酸酶
PIPK
磷酸酶
PI3K参与三种肌醇磷脂相互间的转变
PI3K
PI PI4K
PI(3)P PI4K
PI3K PI(4)P PIPK 4,5)P3
PI3K参与三种肌醇磷 脂相互间的转变
主要受CaM、酸性磷脂和激酶介导 的磷酸化所调控。
（2） Na＋/Ca2＋交换
Na＋/Ca2＋交换的能量来源于Na＋ 的电化学梯度与膜电位，主要受胞内外 Ca2＋和Na＋的浓度以及ATP的支配。
cytosol
（3） 胞内钙库Ca2＋-ATP酶
有多种异构体，并具组织特异性， 统称为内质网钙泵（SERCA）。 能被PKA和CaMK活化。
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
1. 钙库
肌细胞－－肌质网系统(SR)
非肌细胞－－内质网(ER)
钙库具备：
高浓度的钙 高容量低亲和力的钙结合蛋白 ATP酶系统 钙释放受体通道
（1） Ca2＋结合蛋白
肌醇磷脂的水解
PLC
（二）IP3的灭活
PI3K
（三）DAG的降解
三、IP3/Ca2+和DAG/PKC信号传递 途径
双信使途径的基本过程： 胞外信号 膜受体 PIP2
PLC
IP3
Ca2＋信号途径
DAG PKC信号途径
（一） PLC水解膜上肌醇磷脂产生IP3和DAG
三种PLC
PLC
PLC
细胞内[Ca2＋] 的调节
Partial interaction map of PDGF receptor-mediated intracellular signaling. Broken arrows signify multiple steps.
（1） 质膜钙泵(Ca2＋-ATP酶)
依赖ATP将胞内的Ca2＋排到胞外。
在大多数情况下，DAG/PKC 通路和 IP3/Ca2+通路相互协同起作用。如血小板活 化、平滑肌收缩、基因表达调控、细胞增 殖等生理活动都需要两条通路的协同。
内质网Ca2＋泵
（三） DAG激活PKC信号途径
活化的PKC可使多种蛋白质磷酸化：
• 激活AC，调节cAMP的浓度； • 对基因转录激活调节： 磷酸化AP-1家族； 磷酸化转录因子抑制物。
磷酸化AP-1家族，促进IL-2基因转录
PKC
c -fo s
信 号
c -ju n
早期反应
mRNAs
AP-1