植物生理学第七章 植物体内细胞信号转导

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1、第七章植物体内的细胞信号转导生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因的表达则受周围环境的调控。动物通过神经和内分泌系统调节自身、适应环境，而植物没有这两个系统，它是通过精确完善的信号转导系统来调节自身、适应环境。什么是信号转导系统呢？植物信号转导(signaltransduction)：是指细胞耦联各种刺激信号（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。信号转导包括：信号受体信号转导网络反应模式图如下：外界环境刺激胞间信号受体G蛋白效应器第二信使靶酶蛋白质可逆磷酸化细胞反应信号转导一般分那几个步骤？⑴信号分

2、子与细胞表面受体的结合；⑵跨膜信号转换；⑶在细胞内通过信号转导网络进行信号传递、放大与整合；⑷导致生理生化变化。各种外部信号影响植物的生长发育第一节信号与受体结合一、信号⒈定义把环境条件的变化或来自环境的刺激统称为信号。简单的说，刺激就是信号。植物通过接受环境刺激信号（如机械刺激、温度、光照、触摸、病原因子、水分等及体内其它细胞传来的信号）而获得外界环境的信息。2、胞间信号（1）物理信号是植物受到外界刺激时可产生电波，通过维管束、共质体和质外体快速传递信息。细胞动作电位的产生与质膜上的离子流动有关。化学信号（激素，寡聚糖等）胞间信号包括物理信号（电信

3、号）增加膨压小叶叶枕叶柄失去膨压受触及的含羞草小叶在1至2秒钟向下弯，这是由于电波引发叶枕运动细胞中大量的K+和Ca+2转运，引起膨压改变的结果（2）化学信号激素，寡聚糖等化学物质。如土壤干旱时，植物根尖合成脱落酸（ABA）通过导管向上运到叶片保卫细胞，引起保卫细胞的胞质Ca2+等一系列信号转导，产生生理、生化反应，最后使气孔关闭。土壤干旱ABAABA受体Ca2+(胞外刺激)等信号分子初级信使第二信使胞间化学信号膜上信号转换二、受体在信号转导中的作用受体：位于细胞的质膜或细胞内，能感受到胞外信号的蛋白质分子。配体：能与受体发生特异性结合的物质。1.受

4、体特点：组成型表达。2.受体与配体结合特点⑴特异性⑵高亲和力⑶可逆性⒊受体种类细胞内受体细胞表面受体⑴细胞内受体存在与亚细胞组分（如核）上的受体，能扩散进入细胞的小分子信号，如甾体。⑵细胞表面受体在多数情况下，信号分子与此结合。有两类：①G蛋白连接受体（G-protein-linkedreceptor)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（多为7个）跨膜螺旋结构。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。②类受体蛋白激酶(receptor-likeproteinkinase)受体本身

5、是一种酶蛋白，具有胞外感受信号的区域、跨膜区域和胞内的激酶区域。当细胞外区域与信号分子结合时，可激活胞内激酶，将下游组份（靶蛋白）磷酸化而传递信号。光敏色素就是具有激酶性质的光受体。第二节跨膜信号转换跨膜信号转换信号与细胞表面的受体结合之后，通过受体将信号转导进入细胞内的过程。一、G蛋白介导的跨膜信号转换1、G蛋白：组成：异源三体GTP结合蛋白、、三种亚基组成。靶酶：腺苷酸环化酶，磷脂酶C作用机制：依赖G蛋白自身的活化与非活化状态实现。1994年诺贝尔生理学或医学奖G蛋白的三维结构活化状态的G蛋白亚基上结合着GTP,亚基游离。非活化状

6、态的G蛋白亚基上结合着GDP植物中已经发现编码G蛋白的、、亚基的基因，G蛋白参与细胞分裂、气孔运动、花粉管生长等生理反应的信号转导。1994年诺贝尔生理学或医学奖发现G－蛋白及其在细胞内信号传导中的作用吉尔曼AlfredG.Gilman美国得克萨斯大学西南医学中心1941年--罗德贝尔MartinRodbell美国国立环境卫生研究所1925年--1998年G蛋白与跨膜细胞信号转导2、小G蛋白（小GTPase)类似G蛋白的亚基，结合在质膜朝向胞质溶胶的一侧。受上游的鸟嘌呤核苷酸交换因子的活化，并将信号传递给下游组分。结合GTP后活化，成为植物

7、信号网络中重要的分子开关。目前未发现小G蛋白参与跨膜的信号转换。参与细胞骨架的运动、细胞扩大、根毛发育和细胞极性生长的信号转导。二、双元系统的跨膜信号转换途径受体有两个基本的部分一个是组氨酸蛋白激酶（HPK)另一个是反应调节蛋白(RR)HPK接受信号后，激酶的组氨酸残基磷酸化，并将磷酸基团传递给下游的RR。RR的天冬氨酸残基部分接受磷酸基团，另一部分将信号输出，传递给下游的组分，通常是转录因子。第三节细胞内信号转导形成网络胞外信号经跨膜转换以后，通过第二信使信号进一步传递和放大，最终引起细胞中的生化反应。Ca2+cAMP第二信使IP3DAGcGMP,

8、H+,抗坏血酸，谷胱甘肽，过氧化氢研究较深入一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用⒈钙稳态：细胞质中Ca2+