高中生物竞赛 7细胞信号转导课件.ppt

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1、第七章、细胞信号转导细胞信号转导（细胞信号转导（cell signal transduction):cell signal transduction): 指的是耦联各种指的是耦联各种刺激信号刺激信号与其相应的与其相应的生理效应生理效应之间的一系列分子反应过程。之间的一系列分子反应过程。 其分子途径分为四个阶段：其分子途径分为四个阶段： 1 1、 刺激信号传递（胞间信号与受体结合）刺激信号传递（胞间信号与受体结合） 2 2、 膜上信号转换膜上信号转换 3 3、 胞内信号传递胞内信号传递 4 4、 蛋白质可逆磷酸化蛋白质可逆磷酸化 细胞膜细胞膜外界环外界环境刺激境刺激 cAMPcAMP PKAPK

2、A 酶蛋酶蛋 细细 G G CaCa2+2+ PKCaPKCa2+2+ 白磷白磷 胞胞 胞间信号胞间信号 受体受体 蛋蛋 效应器效应器 CaMCaM 酸化酸化 反反( (第一信使第一信使) ) 白白 PKCPKC 修饰修饰 应应 IP3IP3 CaMCaM TyrTyr蛋白蛋白 DGDG 结合蛋白结合蛋白 激酶激酶 初级初级 膜上信号膜上信号 胞内信号胞内信号 蛋白质可蛋白质可信使信使 转换系统转换系统 ( (第二信使第二信使) ) 逆磷酸化逆磷酸化1、胞外刺激信号传递、胞外刺激信号传递 （1）环境刺激：）环境刺激：(光、温度、水分、重光、温度、水分、重力、伤害、病原菌毒物、矿物质及气体）力、

3、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用的能源，光强、光质可作为信号激发受体，引起光形态建成。受体，引起光形态建成。 （2 2）胞间信号传递：）胞间信号传递： 当环境刺激的作用位点与效应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（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境刺激信号就是细胞信号转导过程中的中的初级信号，即初级信号，即第一信使第一信使（fi

4、rst first messengermessenger）。）。 胞间化学信号长距离传递的主要途径是胞间化学信号长距离传递的主要途径是韧皮部韧皮部，并且可以同时向顶和向基传递，传，并且可以同时向顶和向基传递，传递速度为递速度为0.1-1 mms0.1-1 mms-1-1；其次是；其次是木质部集木质部集流传递流传递。 A A、化学信号（、化学信号（chemical signalschemical signals）：）：指细胞感受环境刺激后形成，并能传递信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：植物激息引起细胞反应的化学物质，如：植物激素（素（ABAABA、GAGA、IA

5、AIAA等）、植物生长活性物等）、植物生长活性物质。质。 B B、物理信号（、物理信号（physical signalsphysical signals）：）：指细胞感受环境刺激后产生的具有传递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、水力信息功能的物理因子，如：电波、水力学信号等。学信号等。 胞间物理信号电波长距离传递途径胞间物理信号电波长距离传递途径是是维管束维管束，短距离传递则通过，短距离传递则通过共质体及共质体及质外体质外体。敏感植物动作电波的传播速度。敏感植物动作电波的传播速度可达可达200 mms200 mms-1-1 。2 2、跨膜信号转换、跨膜信号转换 （

6、1 1）细胞受体（）细胞受体（receptorreceptor）：）： 受体：受体：指位于指位于细胞质膜细胞质膜上能与化学信上能与化学信号物质特异地结合，并能将胞外信号转换号物质特异地结合，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。为胞内信号，发生相应细胞反应的物质。 特点特点：特异性、高亲和性、可逆性、：特异性、高亲和性、可逆性、饱和性等饱和性等 两种类型受体：两种类型受体： 1、G蛋白连接受体蛋白连接受体 (G-protein-linked receptor) 2、 类受体蛋白激酶类受体蛋白激酶 (enzyme -linked receptor) 受体与化学信号物质的识别反应是

7、细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。胞信号转导过程中的第一步。 1、G蛋白连接受体蛋白连接受体(G-protein-linked receptor)G-Protein-linked Receptors （2 2）G G蛋白蛋白 G G蛋白：蛋白：GTPGTP结合调节蛋白结合调节蛋白（GTP GTP binding regulatory protein binding regulatory protein ），），膜上信号转换是通过膜上信号转换是通过G G蛋白偶联的。蛋白偶联的。 是受体与信使产生机构的一种是受体与信使产生机构的一种中介，也参与中介，也参与环腺苷酸环腺苷酸

8、（cAMP)cAMP)、CaCa2+2+和和磷酸肌醇磷酸肌醇（PI)PI)等信使的产生，等信使的产生，RodbellRodbell等等19711971发现，发现，19941994年获诺贝年获诺贝尔奖。尔奖。异源三聚体异源三聚体GTPGTP结合蛋白：在活细结合蛋白：在活细胞内由三种不同亚基（胞内由三种不同亚基（、）构成的异源三聚体）构成的异源三聚体G G蛋白位于蛋白位于内膜内侧内膜内侧，依赖自身的活化和非，依赖自身的活化和非活化状态循环实现跨膜信号转换。活化状态循环实现跨膜信号转换。G蛋白偶联受体蛋白偶联受体N端羧基端膜外膜内膜NH2HOOC刺激信号与膜受体结合 受体激活 信号传递给G蛋白 -亚

9、基与GTP结合而活化 活化的-亚基呈游离状态 触发效应器，把胞外信号转换成内胞信号C receptorhormoneG proteineffector enzyme3、胞内信号传递、胞内信号传递 细胞内信号传递系统细胞内信号传递系统 第二信使（第二信使（second messengersecond messenger）：指由胞外刺激信号激活或抑制的指由胞外刺激信号激活或抑制的、具有、具有生理调节活性的细胞内因子。（生理调节活性的细胞内因子。（CaCa2+2+, , IP3, DAG, cAMP, cGMP, cADPR, HIP3, DAG, cAMP, cGMP, cADPR, H+ +,

10、, NONO） A A、钙信号系统、钙信号系统 各种胞外刺激信号可能直接或间接地调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节钙运输系统而引起胞内游离CaCa2+2+浓度的浓度的变化，并导致不同的细胞反应。变化，并导致不同的细胞反应。( (静息态细静息态细胞质胞质CaCa2+2+浓度：浓度：1010-7-7 1010-6-6mol.Lmol.L-1-1, ,质外体质外体CaCa2+2+浓度：浓度：1010-4-4 1010-3-3mol.Lmol.L-1-1，而而CaCa2+2+ 库的库的CaCa2+2+浓度更高。浓度更高。低Ca2+ 高Ca2+ 高Ca2+ 胞内胞内Ca2+

11、信号也可通过钙受体蛋信号也可通过钙受体蛋白转导信号调节细胞生理反应。最白转导信号调节细胞生理反应。最重要的钙调蛋白是重要的钙调蛋白是钙调素钙调素（calmodulin，CaM）。 CaM的作用方式的作用方式（1 1）直接与靶酶结合，诱导靶酶的活性）直接与靶酶结合，诱导靶酶的活性构象而调节它们的活性，如构象而调节它们的活性，如NAD 激酶、激酶、 Ca2+ -ATP激酶等；激酶等；（2 2）通过活化依赖）通过活化依赖 Ca2+ CaM的蛋白的蛋白激酶，将靶酶磷酸化，影响其活性，如激酶，将靶酶磷酸化，影响其活性，如磷酸化酶、磷酸化酶、H+-ATP酶等。酶等。B、肌醇磷脂信号系统 质膜中有三种肌醇磷

12、脂：质膜中有三种肌醇磷脂：v磷脂酰肌醇（磷脂酰肌醇（PIPI）v磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 4 4 磷酸（磷酸（PIPPIP）v磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 4 4，5 5 二磷酸二磷酸（PIPPIP2 2）IP3+DAG刺激信号与膜受体结合刺激信号与膜受体结合 受体激活受体激活 信号传递给信号传递给G蛋白蛋白 磷脂酶磷脂酶C（PLC）水解）水解PIP2产生肌醇三磷酸产生肌醇三磷酸（IP3）和二酯酰甘油（）和二酯酰甘油（DAG） IP3通过调节通过调节Ca2+传递信息传递信息 DAG 通过激活蛋白激酶通过激活蛋白激酶C（PKC）传递信息。）传递信息。 双信使系统 C、环腺苷酸信号系统 环腺苷酸环腺苷酸（cA

13、MP）作为动作为动物细胞中的第二信使是通过激活物细胞中的第二信使是通过激活蛋白激酶进行信号转导；而在植蛋白激酶进行信号转导；而在植物细胞中物细胞中cAMP是否存在以及是否是否存在以及是否具有胞内第二信使的作用，还缺具有胞内第二信使的作用，还缺乏足够的实验依据。乏足够的实验依据。四、蛋白质的可逆磷酸化四、蛋白质的可逆磷酸化Pr + ATP Pr + ATP 蛋白激酶（蛋白激酶（PKPK） P - Pr+ADP P - Pr+ADP 蛋白磷蛋白磷 酸酶（酸酶（PPPP） Pr + Pi Pr + Pi 胞内信号通过调节胞内蛋白质的磷酸胞内信号通过调节胞内蛋白质的磷酸化或脱磷酸化过程进一步实现信号转导，化或脱磷酸化过程进一步实现信号转导，最后导致一定生理反应。最后导致一定生理反应。 思考题思考题一、名词解释一、名词解释信号转导、细胞受体、信号转导、细胞受体、G蛋白、双信使系统蛋白、双信使系统二、问答题二、问答题1、试述、试述G蛋白怎样实现跨膜信号转换。蛋白怎样实现跨膜信号转换。2、简述植物细胞把环境刺激信号转换为胞、简述植物细胞把环境刺激信号转换为胞内反应的途径。内反应的途径。