植物细胞的信号转导.ppt

第三篇 信号转导,第七章 植物细胞的信号转导,第七章 植物细胞的信号转导,第一节 植物细胞信号转导概述 第二节 植物细胞信号转导过程 第三节 植物细胞信号转导的事例 小结,第一节 植物细胞信号转导概述,信号 生物在生长发育过程中细胞所受到的各种刺激。承载信息。 性质 物理信号、化学信号和生物信号。 来源 胞外信号和胞内信号。,一、信号的概念和类型,1.胞外信号,第一信使或初级信使。 胞外环境信号:影响植物生长发育的外界环境因子。 胞间信号:由植物体自身合成的、能从产生之处运到别处，并对其他细胞产生刺激的细胞间通讯分子。植物激素、多肽、糖类-胞间化学信号，电波和水压力-胞间物理信号。,2.胞内信号,Ca2+、肌醇-1，4，5-三磷酸(IP3)、二酯酰甘油(DAG)、环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP),图7-2 植物细胞内几种主要的第二信使分子结构,第二信使 由细胞感受胞外信号后产生的对细胞代谢起调控作用的胞内信号分子。,二、受体的概念和类型,1.受体的概念 受体 细胞表面或细胞内能感受信号或与信号分子特异结合，并能引起特定生理生化反应的生物大分子。 与受体特异结合的化学信号分子称配基。,(一)受体的概念和特征,(二)类型,存在于细胞质膜上，也称膜受体。 通常是跨膜蛋白质。,细胞表面受体 细胞内受体,1.细胞表面受体,(1)酶联受体 (2)G蛋白偶联受体 (3)离子通道连接受体,细胞表面受体,(A)G蛋白偶联受体：与G蛋白偶联的受体伸向胞外，当受体与特异的信号分子结合后将信号传递至与GTP结合的G蛋白。然后G蛋白的亚基/GTP复合体与/亚基分离进入胞质并激活其它酶。(B)酶联受体：通常是蛋白激酶。其胞外结构域与配基结合而被激活，通过胞内侧激酶反应将胞外信号传至胞内。 (C)离子通道连接受体：分子内存在与信号分子结合的结构域外，本身又是膜上的离子通道。当受体与信号分子结合被活化时，通道打开，离子进入胞内。,2.细胞内受体,图7-4是以类固醇激素及其受体为例的细胞内受体作用机理的示意图。,存在于细胞质中或亚细胞组分上的受体。 光信号、激素、生长因子,光敏色素和隐花色素是细胞内的光受体：色素蛋白复合体,18.4 蓝光和红光对植物发育的交互作用 DET (去黄化) 和COP(光形态发生组分)两类蛋白维持暗中黄化过程,三、植物细胞信号转导的概念和特性,(一)细胞信号转导的概念 当受体细胞通过细胞表面受体和细胞内受体接收胞外信号，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，就能控制相关基因表达和引起特定的生理应答或响应这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。,表7-1 一些常见的植物信号转导的事例,第七章 植物细胞的信号转导,第一节 植物细胞信号转导概述 第二节 植物细胞信号转导过程 第三节 植物细胞信号转导的事例 小结,第二节 植物细胞信号转导过程,信号的感知和跨膜转换 胞内信号的传导 细胞的生理生化反应,信号转导过程,一、信号感知和跨膜转换,1.化学信号的传递 乙烯和茉莉酸甲酯：气腔网络扩散，环境扩散； IAA、蔗糖、水杨酸：韧皮部随集流传递； ABA和细胞分裂素：木质部蒸腾流进入叶片。 2.物理信号的传递 外界光线：细胞质膜和细胞内的光受体； 植物电波信号：短距离传递：共质体和质外体，长距离传递：维管束； 水力学信号：由木质部导管水连续体系来传递的。,(一)胞外信号的传递,(二)细胞表面受体对信号的感知和转换,细胞对信号感知和跨膜转换主要依靠细胞表面受体来完成的。,1.由离子通道连接受体跨膜转换信号,当这类受体和配基结合接收信号后，可以引起跨膜的离子流动，使胞内离子浓度发生变化，这一离子浓度变化便是第二信使。,图7-6 离子通道连接受体结构示意图,2.由酶联受体直接跨膜转换信号,受体的胞外结构域可与配基特异结合，激活胞内侧蛋白激酶结构域，使胞内某些蛋白质的氨基酸残基磷酸化，从而将胞外信号传至胞内。,图8-28 拟南芥乙烯信号转导模式,3.由G蛋白偶联受体跨膜转换信号,胞外信号被细胞表面的受体识别后，通过膜上的G蛋白转换到膜内侧的效应酶上，再通过效应酶产生多种第二信使，从而把胞外的信号转换到胞内。,二、胞内信号的传导-自学,通过细胞内信使系统级联放大信号，调节相应酶或基因的活性：细胞内第二信使的产生、蛋白质的可逆磷酸化以及信号的级联放大。,钙信使系统 环核苷酸信使系统 肌醇磷脂信使系统。,(一)胞内第二信使系统,1.钙信使系统,质膜与细胞器上的Ca2+泵和Ca2+通道，控制细胞内Ca2+的分布和浓度；质膜上Ca2+泵将膜内的钙泵出细胞，质膜上Ca2+通道控制Ca2+内流，细胞器膜的Ca2+泵将胞质中Ca2+的积累在细胞器(胞内钙库)中， Ca2+通道则控制Ca2+外流。,细胞质中开放的Ca2+通道附近Ca2+的分布 颜色区表示Ca+2浓度，红的最高，蓝的最低,植物细胞受到胞外信号刺激，胞内游离的钙离子浓度会发生变化，并可以显著影响细胞的生理生化反应。,钙调素(CaM)是最重要的多功能Ca2+信号受体。 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-mol), Ca2+与CaM结合，引起CaM构象改变。而活化的CaM又与靶酶结合，使靶酶活化而引起生理反应。,钙受体蛋白,钙调素和钙依赖型蛋白激酶,2.环核苷酸信使系统,在活细胞内最早发现的第二信使：环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP),环核苷酸介导的信号转导,胞外信号激活G蛋白。激活亚基作用于与腺苷酸环化酶，cAMP被合成。cAMP激活蛋白激酶A，催化亚基(C)和调控亚基(R)相互分离。C亚基进入细胞核，催化cAMP应答元件结合蛋白的磷酸化，磷酸化后的CREB与核染色体DNA上的cAMP应答元件结合，调控基因的表达。催化亚基(C)在细胞质中引发细胞反应,3.肌醇磷脂信号系统,一类由磷脂酸与肌醇结合的脂质化合物,PI,PIP,PIP2,由于产生的IP3和DAG可以分别通过IP3-Ca2+、DAG-PKC两个信号途径进一步传递信号-双信使系统,肌醇磷脂信使系统作用模式,胞外信号与受体结合，激活与受体偶联的G蛋白，活化的G蛋白亚基激活位于其下游的磷脂酶C(PLC)。膜上的PIP2在PLC的作用下被水解成IP3和DAG。IP3通过激活细胞内钙库上的IP3敏感的钙通道，促使Ca2+从钙库中释放出来，引起胞内游离的Ca2+浓度升高，进而通过胞内的Ca2+信使系统调节和控制相应的生理反应。DAG激活蛋白激酶C(PKC)，对某些底物蛋白或酶进行磷酸化，实现信号的下游传递。,(二)蛋白质的可逆磷酸化,细胞信号传递过程中的共同环节，也是中心环节。 胞内第二信使产生后，其下游的靶分子一般都是细胞内的蛋白激酶(PK)和蛋白磷酸酶(PP)，激活的蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化相应蛋白的磷酸化或去磷酸化，调控细胞内酶、离子通道、转录因子等的活性。,(三)信号的级联放大,蛋白质的磷酸化和去磷酸化在细胞信号转导过程中具有级联放大信号的作用。 外界微弱的信号可以通过受体激活G蛋白、产生