第3章：细胞周期调控系统.ppt

一、开关样行为的产生 信号转导系统接收输入信号（刺激），对信息进行处理来产生输出信号（反应）。一般来说，刺激信号的增加能导致反应信号的增加。 在一些只有很少有信息需要处理的信号系统中，刺激和反应之间只存在简单的关系。 一、开关样行为的产生 在刺激和反应之间存在信息处理步骤，能将一个简单级别的刺激转化为一个更猛烈的，开关样的反应。 对少量刺激的反应较差，但是当刺激增加时，它们能够突然开始一个越来越强烈的反应，直到达到一个平台期，此时刺激增加而反应很小。这种结果呈S型曲线 系统存在小量能结合并抑制配体的抑制因子 一、开关样行为的产生 这些系统称为超灵敏型，因为它们在中等刺激浓度时反应最有效，曲线也最陡峭。 刺激-反应曲线的最陡峭部分依据信号系统的精确设计而有所不同。有些时候，曲线非常陡峭，系统表现得就象一个双开关。 这些开关通常是可逆的：也就是，当刺激减少的时候，系统回到起点状态。这样的开关也因此类似于一个蜂鸣器，它只有在刺激（手指按住按钮）存在的时候才起作用 二、有效的双开关需要双稳定性 当一个配体结合并激活激酶，激酶再磷酸化下游分子的系统包括了正反馈。 如果含有磷酸酶的系统，它能够去磷酸化和灭活磷酸化的激酶。 如果各种反应的速率很好地平衡，将存在一个阈值浓度，在这个浓度时的刺激将会触发正反馈环，获得最大的激酶活性。 二、有效的双开关需要双稳定性 正反馈因此有可能作为一个双开关，能从低活性到最大活性，以完全的，全或无的形式起作用。 这种系统不可能以中间活性的稳定状态存在：总是存在于一个或另一个极端状态。这些系统因此被称为双稳态。 二、有效的双开关需要双稳定性 这个系统中正反馈被触发后,即使刺激下降时，激酶群仍然保持完全活化的状态；这是由于激酶并不需要配体的结合来保持磷酸化状态。 如果给定各种反应合适的速率，即使所有的激活型配体去除，这个系统也不会关闭。因此，与前面部分讨论的超敏型系统不同，双稳态系统能够形成不可逆的开关，一旦扳动到一个状态，即使刺激撤除，仍然保持。 二、有效的双开关需要双稳定性 当一个信号系统的正反馈环太强烈的时候，系统有可能太过敏感：即，即使最小的刺激就可触发一个完全的反应。例如，如果系统中没有磷酸酶，正反馈环就可以在极低刺激浓度的情况下被触发。 含有正反馈的系统通常通过一些机制来进行增补，以避免反馈环被一些小的，非生理量的刺激所过早触发。磷酸酶；小量的抑制蛋白 三、有丝分裂期Cdk1的激活是建立在正反馈的基础上 G1/S-，S-和M-Cdks的激活都表现出开关样的行为，是建立在上节中所述的超敏型和反馈机制的基础上 一个只有Cdk1和周期蛋白B的简单系统。 周期蛋白B可被视为一种刺激，Cdk1的活性视为反应 不同的是细胞中Cdk1的浓度很高，Cdk1对于周期蛋白B的亲和力也很高。任何细胞周期蛋白一出现都能立刻被激酶结合：线性 加入正反馈，转化为一个双稳态的，开关样的系统 添加酶Wee1和Cdc25 四、负反馈能产生反复的震荡 震荡变动的机制的涉及一个调控组合，包括： 正反馈过程，Cdks借以促进自身的激活 后续的负反馈过程，Cdks借以间接地触发了自身的灭活。 这些机制在泛素-蛋白连接酶APCCdc20被激活的Cdks调控以及随后APC对Cdk活性的影响中得到很好的证明。 四、负反馈能产生反复的震荡 负反馈振荡器： 如果正反馈系统中也包括了一个负反馈环：活化的激酶能磷酸化并激活一个抑制蛋白，然后抑制蛋白能结合并阻断激酶的活性。 因此激酶的活化间接导致了自身的灭活，从而将激酶活性带回到零点。其结果就是产生激酶活性一个短暂的升高。 四、负反馈能产生反复的震荡 如条件合适，含负反馈的系统可产生重复的震荡。 例如我们的系统包含一个磷酸酶，它能缓慢地将抑制因子和激酶去磷酸化，使它们失活。当激酶活性非常高时，磷酸酶受到抑制，大量的抑制因子发生磷酸化：负反馈 然而当负反馈抑制激酶时，激酶活性的降低使得磷酸酶可以将激酶和抑制因子都发生去磷酸化，系统从而回到激酶和抑制因子未被磷酸化，无活性的基础状态。 小量的激活配体的出现可触发激酶激活，产生另一轮的激活和失活循环。如果各种反应的时间是最优化的，该系统将产生重复的激酶活性峰 四、负反馈能产生反复的震荡 为了产生震荡，负反馈系统必须含有某些额外特征。有两个特别重要： 第一，必须在激酶激活和抑制因子激活之间存在延迟， 第二，系统中必须有个机制来产生激酶活性的双稳定性。 真实的系统中：1，发生在M-Cdk激活和APCcdc20激活之间的延迟，虽然其机制不清楚 2，正反馈（Cdc25激活和Wee1灭活）产生了M-Cdk活性的双稳态。 四、负反馈能产生反复的震荡 四、负反馈能产生反复的震荡 有很多方式可以在激酶激活和抑制因子激活之间引入时间延迟。最简单的方法是在激酶