第七章植物细胞的信号转导

第七章第七章 植物细胞的信号转导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 3 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 寡糖素 糖蛋白 蛋白质或多肽都可成为激发子 13 蛋白激酶 指催化蛋白质发生磷酸化反应的酶 它可对底物蛋白质的特定氨基酸残基进 行磷酸化修饰 参与多种信号转导过程 14 蛋白磷酸酶 催化底物蛋白质的氨基酸残基上的脱磷酸化作用 从而引起相应的生理生 化反应 1CaM 钙调素 一种分布最广 功能最重要的钙受体蛋白 与 Ca2 有很高的亲和力 每个 CaM 分子有 4 个 Ca2 结合位点 可以与 1 4 个 Ca2 结合 在靶酶活性的调节和钙信号传递 中起主要作用 2cAMP 环腺苷酸 作为第二信使激活 cAMP 依赖性蛋白激酶 A PKA 3IP 肌醇磷脂 它是细胞膜的基本组成成分 分布于质膜内侧 参与肌醇内侧 参与肌醇 磷脂信使系统 4IP3 1 4 5 三磷酸肌醇 植物细胞内信号分子 通过调节 Ca2 浓度来传递信息 如与内 质网膜或液泡膜上的 IP3 Ca2 通道结合 打开通道 使内质网或液泡向细胞质释放 Ca2 胞 质 Ca2 浓度一旦升高 便会引起生理生化反应 5DAG 二脂酰甘油 植物细胞内信号分子 结合于质膜上 可活化与质膜结合的蛋白激酶 C 6PLC 磷脂酶 C 锚定与质膜内侧 活化的 PLC 水解质膜上的 PIP2 产生 DAG 和 IP3两种第 二信使 从而启动 IP3 Ca2 和 DAG PKC 双信使途径 7CDPK Ca2 依赖性蛋白激酶 属于 Ser Thr 型蛋白激酶 是一个植物中独特的蛋白激酶家 族 也是目前植物内信号转导途径中研究较为清楚的一种蛋白激酶 8RLK 类受体蛋白激酶 由于该受体蛋白分子内富含亮氨酸重复区 也称 LRR 受体蛋白 广泛参与植物发育 对病原体和激素的应答等过程 9PKC 蛋白激酶 C DAG 的受体 当质膜上的 DAG 与 PKC 分子相结合并使之激活时 激活 的 PKC 进一步使其他激酶磷酸化 导致细胞产生相应的反应 1 简述细胞信号转导的基本过程 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时 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 信号转导的基本过程可以分为 3 个阶段 1 信号感知和跨膜转换 细胞感受并接受胞外刺激 并将胞外信号转化为胞内信号 2 胞内信号的转导 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 此 过程包括产生第二信使 蛋白质的可逆磷酸化以及信号的级联放大等 3 细胞的生理生化反应 细胞通过基因表达和酶促反应来适应外界环境 2 植物细胞中常见的第二信使有哪些 简述其主要功能 由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使 植物细胞内常见的第二 信使有 Ca2 cAMP cGMP 1 2 二脂酰甘油 DAG 1 4 5 三磷酸肌醇 IP3 等 1 Ca2 在植物中 Ca2 转导多种信号 是首要的第二信使 Ca2 瞬间变化便会引起细胞 反应 如胞质 Ca2 浓度增加 一方面可诱导蛋白质可逆磷酸化反应使信号放大 另 一方面 胞质 Ca2 与 CaM 及其他 Ca2 结合蛋白结合 调节细胞代谢及基因表达 2 IP3 主要功能是动员胞内储 Ca 库释放 Ca2 如 IP3与液泡膜上 IP3 Ca2 通道结合 使 液泡的 Ca2 通道开启 向胞质内释放 Ca2 一般而言 IP3的生理功能都是通过 Ca2 浓度升高引起的 由 Ca2 作为第二信使通过靶细胞或靶酶而发挥作用 3 DAG 主要功能是激活蛋白激酶 C PKC PKC 通常以无活性形式存在于细胞质内 DAG 使 PKC 移位于膜上 在磷脂膜 主要是磷脂酰丝氨酸 和一定浓度 Ca2 存在时 PKC 被激活 促进细胞内多种底物蛋白的 Ser Thr 磷酸化 4 cAMP 作为第二信使的 cAMP 可在两种水平上起作用 一方面对酶和蛋白质进行修 饰和变构 如激活 cAMP 依赖性蛋白激活酶 另一方面 cAMP 调控基因表达 调 节某些酶合成的有关基因的活性 5 cGMP cGMP 是通过鸟嘌呤环化酶由 GTP 合成的 可激活 cGMP 依赖性蛋白激酶 G 被激活的蛋白激酶 G 可使特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化 从而引起 细胞反应 3 细胞受体有哪几类 受体有哪些主要特征 受体是指存在于细胞表面或细胞内 能感受信号或与信号分子特异结合 并能引起特定生 理生化的生物大分子 根据受体在细胞中存在的部位 可将受体大体分为细胞表面受体和 细胞内受体两大类 1 细胞表面受体 这类受体存在于细胞质膜上 也称为膜受体 通常与培基相互作用 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 部分构成 这些受体通常是跨膜蛋白质 目前至少已发现 3 种不同类型的细 胞表面受体 分别为 酶联受体 G 蛋白偶联受体 离子通道连接受体 2 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 如激素受体和光受体 受体的特征 1 能识别和结合信号分子 具有专一性 2 能转导信号为细胞反应 导致特定的生理生化效应 3 具有组织特异性 4 对配基具有高亲和性 5 与配基结合具有饱和性和可逆性 4 信号转导途径有哪些特性 1 信号转导分子存在的暂时性 信号对细胞的刺激不能永久存在 否则细胞对信号反 应的灵敏度会显著降低 所以许多信号转导分子的半衰期很短 2 信号转导分子活性变化的可逆性 钝化状态的信号转导分子感受信号被活化 活化 的转导分子在完成任务后恢复钝化状态 准备接受下一次刺激 3 信号转导分子激活机制的类同性 许多信号转导分子的活化均采用类似的机制 比 如蛋白质的磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号转导分子可逆激活的共同机制 4 信号转导途径的连贯性 信号转导途径上的各个反应相互衔接 形成一个级联反应 过程 依次进行直至完成 5 信号转导的专一性 细胞能够对不同的刺激做出不同的响应 一种信号通常只能与 特异的受体结合 引起相应的生理生化反应 6 信号转导的网络化 信号转导途径通常不是线性的 不同信号转导途径可相互沟通 相互作用 进而形成一个复杂的网络 5 简述肌醇磷脂信使系统的作用模式 肌醇磷脂信使系统的作用模式大体如下 细胞感受外界刺激信号后 经过信号的跨膜转换 激活质膜内侧的 PLC 活化的 PLC 水解质膜上 PIP2产生 DAG 和 IP3两种第二信使 从而启 动 IP3 Ca2 和 DAG PKC 双信使途径 1 IP3 Ca2 信号转导途径 IP3是水溶性的 由质膜扩散进入胞质 与内质网膜或液泡膜上的 IP3 Ca2 通道结合 通道打开 使内质网或液泡释放 Ca2 胞质 Ca2 浓度升高 引起生理生化反应 2 DAG PKC 信号转导途径 产生的第二信使 DAG 是脂类 仍留在质膜上 与蛋白激酶 C PKC 结合并激活之 PKC 进一步使其他蛋白激酶磷酸化 引发相应的细胞反应 6 简述异三聚体 G 蛋白参与细胞外信号跨膜转换的过程 当无外界刺激时 异三聚体 G 蛋白处于非活化状态 以三聚体形式存在 a 亚基上结合着 GDP 此时其上有的 G 蛋白偶联受体和下游的效应蛋白 酶 均无活性 当细胞接受外界 信息后 信号分子与膜上的 G 蛋白偶联受体 非活化型 结合后引起 G 蛋白偶联受体构象 改变 形成活化型受体 活化型受体可与 G 蛋白 a 亚基结合 并引起 a 亚基构象改变 释 放 GDP 结合 GTP 形成活化型 a 亚基 活化的 a 亚基进一步与 B r 亚基复合体解离 并 与下游的效应蛋白结合 将信号传递下去 当 a 亚基把信号传递给下游组分后 其上的 GTP 酶活性使结合的 GTP 水解为 GDP a 亚基恢复最初构象 成为非活化型 并与下游效 应蛋白分离 a 亚基重新与 B r 亚基复合体结合 完成一次信号的跨膜转换 7 植物细胞的主要钙受体蛋白是什么 CaM 的作用方式有哪些 钙受体蛋白主要有钙调蛋白 CaM 和钙依赖性蛋白激酶 CDPK CaM 是一种分布最广 功能最重要的钙依赖性调节蛋白 在 Ca2 CaM 信号转导系统中起着关键作用 CaM 有两种 作用方式 1 可以直接与靶细胞结合 诱导靶酶的活性结构 从而调节靶酶的活性 2 与 Ca2 结合 形成活化态的 Ca2 CaM 复合体 然后再与靶酶结合激活靶酶 这种 方式在钙信号传递中起主要作用 8 蓝光是如何诱导气孔开放的 蓝光引起的气孔开放主要是蓝光激活蓝光受体 向光素 驱动保卫细胞质膜上的 H 泵 使 质膜内外建立起质子电化学梯度 在 H 电化学势梯度驱动下 K 进入保卫细胞内引起水势 降低从而使保卫细胞吸水膨胀 导