细胞信号转导思维脑图思维导图

踩水的佩奇

2023-11-20

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细胞信号

信号转导

信号转换

细胞信号转导的相关理论全内容讲解

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思维导图大纲

总述

生长发育影响因素

遗传因素

核酸和蛋白质为主，决定了生长发育的潜在模式

周围环境

影响性状具体表现

信号转导

概念

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

四个步骤

膜表面受体的结合；跨膜信号转换；信号传递、放大与整合；导致生理生化变化

首先要感受环境信号-体内信号-对细胞代谢和基因表达产生反应-调节植物体内的生长发育过程

信号与受体结合

信号

环境变化就是刺激，就是信号，也叫配体

如寡聚糖、水杨酸、茉莉酸、多胺、乙酰胆碱

寡聚糖是伤叶片产生并释放出来，经维管束转移，继而诱导PIS基因活化的信号物质

分类

化学信号

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，植物激素是主要的胞间化学信号

分类

正化学信号

随着刺激强度的增加，细胞合成量及向作用位点输出量也随之增加的化学信号

负化学信号

随着刺激强度的增加，细胞合成量及向作用位点输出量也随之减少的化学信号

物理信号

细胞感受刺激后产生的能够传递信息作用的电信号和水力信号

研究最多的是电信号（动作电位）

植物细胞对水力信号（压力势）的变化很敏感，水质部压力的微小变化迅速影响叶片气孔的开度

受体

指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

特征

有特异性、高亲和力和可逆性

分类

细胞表面受体

位于细胞表面，一般都是跨膜的蛋白质

信号分子不能跨过细胞膜，它们必须与细胞表面受体结合，经过跨膜信号转换，将胞外信号传入胞内，并进一步通过信号转导网络来传递和放大信号

细胞内受体

位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡膜上的受体

例乙烯受体ETRT就位于内质网，光敏色素受体位于细胞质基质中

一些信号是疏水性小分子，不经过跨膜信号转换，而直扩散入细胞，与细胞内受体结合后，在细胞内进一步传递和放大

跨膜信号转换

信号与细胞表面的受体结合之后，通过受体将信号传递入细胞内，这个过程称为跨膜信号转换

植物细胞中，双元系统（二元组分系统）和受体激酶介导的跨膜信号转换则更为普遍

双元系统

在细菌中发现，受体有两个基本部分，一个是作为感应蛋白的组氨酸激酶（HK），另一个是应答调控蛋白（RR）

分类

位于质膜，分为信号输入区域和具有激酶性质的转运区域

当输入区域接受信号后，转运区域激酶的组氨酸残基发生磷酸化，并且将磷酸基团传递给下游的应答调控蛋白RR

分为接受区域和信号输出区域

将信号传给下游的组分，通常是转录因子

过程

从HK到RR之间会增加一个或多个传递磷酸基团的组分

HK转运区域下游增加了一个接受区域来传递磷酸基团，称之为杂合的感应蛋白

在RR上游还增加了一个组氨酸磷酸转移蛋白Hpt，它接受HK传来的磷酸基因后，传给下游的RR

细胞分裂素受体与乙烯受体都以复杂的双元系统来传递激素信号

受体激酶

位于细胞表面的另一受体具有激酶的性质，也称之为类受体蛋白激酶RLK

三部分组成

胞外结构区

主要负责与信号分子的特异性结合

分类

含S结构域的RLK

富含亮氨酸重复的RLK，（油菜素内酯）

类表皮生长因子

跨膜螺旋区

位于两个区域之间，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

细胞内信号转导形成网络

过程

胞外信号（第一信使）—跨膜转换—第二信使传递和放大—引起细胞内生理生化反应

第二信使

分类

初级信号

胞外各种刺激信号

第二信使

细胞内的信号分子，次级信使

钙离子，脂质信号分子，PH变化，某些氧化还原剂如抗坏血酸、谷胱甘肽、过氧化氢

Ca2+/CaM

特点

静息态的细胞质基质钙离子浓度小于或等于0.1－0.35umol.L－1，而细胞壁、内质网和液泡中的钙离子浓度要比胞质中的高2－5个数量级

细胞受刺激后，胞质钙离子浓度可能发生一个短暂的、明显的升高

钙调蛋白

是一种耐热的球蛋白

起作用方式

可以直接与靶酶结合

与钙离子结合，形成活化态的Ca2+·CaM复合体，然后再与靶酶结合，将靶酶激活

目前已知的靶酶包括质膜上的Ca2+-ATP酶、钙离子通道、NAD激酶、多种蛋白激酶

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

主要作用

钙离子与钙结合蛋白或称为钙离子感应蛋白发生结合而起作用

脂质信号分子

质膜内侧膜脂水解形成肌醇三磷酸（IP3）和二酯酰甘油（DAG），光和激素等刺激都能引起这样的反应

IP3是水溶性的，与内质网膜或液泡膜上的IP3-门控Ca2+通道结合，使通道打开，这种IP3促使胞库释放钙离子，增加钙离子的信号转导，称为IP3/Ca2+

DAG是脂质，与蛋白激酶C结合并使之激活，调节细胞的繁殖和分化，这种DAG激活PKC，再使其他蛋白激酶磷酸化的过程，称为DAG/PKC信号传递途径

双信使系统

胞外刺激使PIP2转化成IP3和DAG，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

蛋白质可逆磷酸化

总述

蛋白质磷酸化和脱磷酸化分别由蛋白激酶（PK）和蛋白磷酸酶（PP）

前者催化ATP或GTP的磷酸基团转移到底物蛋白质的氨基酸残基上；后者催化逆转的反应

在接受刺激信号后，往往会通过一系列的蛋白质可逆磷酸化（级联反应）反应来传递和放大信号，直至将信号传到细胞核中，调节基因的表达

蛋白激酶

钙依赖型蛋白激酶CDPK，与钙离子结合后，抑制被解除，酶就被活化

包括CDPK与受体激酶、MAPK级联途径中的各种激酶

蛋白磷酸酶

级联反应

蛋白质降解

泛素-蛋白酶体途径

泛素激活酶E1、泛素结合酶E2、泛素连接酶E3在泛素与靶蛋白结合中起作用

26S蛋白酶体识别泛素化标记的蛋白后，将其降解为小片段多肽

总结

植物细胞信号转导是通过表面细胞受体和胞内信号受体来接受信号，在细胞内，通过胞内第二信使、信号转导网络来传递和放大信号，最终输出信号，引起细胞生理生化的变化如基因表达、酶活性变化、细胞骨架变化等

动植物的区别

植物细胞中常常通过钝化抑制因子（讲解反作用因子、阻遏因子）的信号途径来起作用，而动物细胞多为刺激正向因子的信号途径

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