植物细胞的信号转导课件

1、第五章 植物细胞的信号转导 植物的生长发育是在环境因子的影响下正确进行时空表达的过程，这就需要植物体正确地辨别各种信息并作出相应的反应，从而确保正常生长发育。 在复杂外界环境中植物如何识别信号？如何传递信号? 作出什么样反应？这里不是具体的信号传递植物细胞信号转导概念 （signal transduction）注意signal和其同义词information，message（口信、通知、消息），letter指细胞 偶联 各种刺激信号与其引起的相应生理效应 之间的 一系列分子反应机制。 刺激 信号 受体 反应 手触摸含羞草后小叶合拢 手触摸就是刺激（信号），小 叶合拢就是反应。偶联刺激到 反应之

2、间的生化和分子途径就 是这个反应的信号转导途径。 （ signaling pathway）举例：信号转导途径：细胞信号转导的主要分子途径受体(receptor) 存在于细胞质膜或亚细胞组分中可特异地识别并结合化学信号物质（配体），并能把胞外信号转换为胞内信号，在细胞内放大、传递信号并启动一系列生理生化反应，最终导致特定的细胞反应的物质。 受体具有高度特异性、高亲和力和可逆性等特征。细胞内受体（intra cellular receptor)：存在于亚细胞 组分（如细胞核等）的受体。细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞质膜上 的受体。 第二节 跨膜信号转换跨膜信号

3、转换通过细胞表面的受体与信号结合来实现。酶联受体(enzyme-linked receptor) 受体本身是一种酶蛋白，当细胞外区域与配体结合时，可激活酶，通过细胞内侧酶的反应传递信号。 离子通道连接受体(ionchannel-linked receptor) 受体本身是离子通道，受体接受信号后立即引起离子的跨膜转移。 G蛋白 联接 受体(G-protein-linked receptor) 受体蛋白的氨基端位于细胞外侧，羧基端位于内侧，一条单肽链形成几个螺旋的跨膜结构。羧基端具有与G蛋白相互作用的区域，受体活化后直接将G蛋白激活，进行跨膜信号转换。1.激素与受体结合，引起受体构象变化受体与G

4、蛋白结合，GDP从-亚基上脱落G蛋白参与的跨膜信号转换2.GTP与G蛋白亚基结合G蛋白的亚基解离3.亚基与腺苷酸环化酶结合，活化了cAMP的合成4.GTP水解为GDP，引起-亚基与腺苷酸环化酶分离，重新恢复G蛋白的构象 第三节 胞内信号的转导初级信号：胞间信号，第一信使第二信使：由胞外刺激信号激活或抑制的、具有生理调节活性的细胞内因子称细胞信号传导过程中的次级信号或第二信使(second messenger)，如 Ca2+、cAMP、IP3、DAG等。目前植物细胞中发现的第二信使系统主要是环核苷酸信号系统、钙信号系统、磷脂酰肌醇信号系统。钙调素（CaM） 一种钙受体蛋白，是耐热、酸性的小分子球

5、蛋白，具有148个氨基酸的单链多肽。其上有四个Ca2+结合位点。作用方式：直接与靶酶结合,诱导靶酶的活性构象,而调节靶酶的活性。与Ca2+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。CaM与Ca2+有很高的亲和力，一个CaM分子可与4个Ca2+结合。 CaM的三维结构和Ca2+ CaM复合体结合到靶酶上 Ca2+ CaM的靶酶目前已知有十多种酶受Ca2+-CaM的调控，如蛋白激酶、NAD激酶、H+-ATPase等。靶酶被激活后，参与细胞分裂、生长和分化等过程，最终调节细胞生长发育。1.双信使：IP3 与 DG 磷脂酰肌醇（PI）是一种分布在质膜内侧的肌醇磷脂，占膜脂的

6、极小部分。以三种形式存在：PI、PIP、PIP2。 DG二酯酰甘油 PI PIP PIP2 IP3肌醇三磷酸磷脂酶C水解PI激酶PIP激酶磷脂酰肌醇信号系统2.信号传递IP3通过调节Ca2+传递信息，可以使胞内钙库上的钙通道打开，引起胞质中Ca2+水平增加。称IP3/Ca2+信号转导途径。DG通过激活蛋白激酶C（PKC），进而对某些底物蛋白或酶类进行磷酸化，从而实现信号转导。称DG/PKC信号转导途径。双信号系统 在这个模型中， ABA与受体（R）结合,导致了Ca2+的输入或Ca2+从胞内钙库中的释放，(1.ABA使胞外Ca2+通过Ca2+通道进入保卫细胞;2.IP3激活液泡和内质网膜上的Ca

7、2+通道开放,向胞质释放Ca2+)从而使细胞质中的Ca2+浓度升高，促进了质膜上阴离子与K+Out通道的开放，并抑制了K+in通道的开放。当离开细胞的离子比进入细胞的多时，细胞就会失水，从而使得气孔关闭。ABA引起气孔关闭机理的模型 蛋白激酶 n NTP n NDP 蛋白质 蛋白质-nPi n Pi H2O 蛋白磷酸酶 第四节 蛋白质的可逆磷酸化非活化活化举例:钙依赖型蛋白激酶(CDPKs) 植物细胞中的一个蛋白激酶家族，大豆、玉米、胡萝卜、拟南芥等植物中都存在CDPK。 从拟南芥中已克隆了10种左右CDPK基因，机械刺激、激素和胁迫都可引起CDPK基因表达。 现已发现，被CDPKs磷酸化的靶蛋白有质膜ATP酶、离子通道、细胞骨架成分等。 自身抑制域 N C 蛋白激酶催化域 钙调素样结构域 (共508个氨基酸)CDPK的结构示意图 蛋白磷酸酶是逆转蛋白磷酸化作用，是一个终止信号或逆向调节的过程。 对蛋白磷酸酶的研究还不如蛋白激酶那样深入。但两者的协同作用在细胞信号转导中的作用是不言而喻的。 蛋白磷酸酶(protein phosphatase ，PP）总结（Summary） 植物细胞感受外界环境刺激，产生胞间信号（第一信使），到达细胞表面或细胞内受体，通过G蛋白跨膜信号转换，转变为胞内信号（第二信使，包括钙信号系统、磷酸酰肌醇信号系统等），将信息