植物生理学信号转导.课件

第七章细胞信号转导各种外部信号影响植物的生长发育植物在整个生长发育过程中，受到各种内外因素的影响，这就需要植物体正确地辨别各种信息并作出相应的反应，以确保正常的生长和发育。植物细胞信号转导（signaltransduction）是指细胞耦联各种刺激信号（包括各种内外刺激信号）与其引起特定生理效应之间的一系列分子反应机制。植物细胞信号转导的模式化学信号(chemicalsignals)：细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理反应的化学物质。激素、病原因子等，化学信号也叫做配体（ligand）第一节信号与受体结合一、信号(signals)干旱ABACTK正化学信号负化学信号受伤西红柿植株蛋白激酶特制物生物合成快速诱导信导途径的假定模式图物理信号：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。动作电波(actionpotential,AP)，也叫动作电位，它是指细胞和组织中发生的相对于空间和时间的快速变化的一类生物电位。受体的主要特性：①能与配体特殊结合；②高度的亲和力；③饱和性。根据受体在细胞中的位置，可将它分为细胞表面受体和胞内受体。细胞表面受体G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。G蛋白连接受体的分子模型第二节跨膜信号转换

跨膜信号转换（transmenbranetransduction):信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号转导进入细胞内的过程。

G蛋白跨膜信号转换

G蛋白（Gprotein）的全称为异三聚体GTP结合蛋白（heterotrimericGTPbindingprotein），它具有GTP酶的活性，由（31-46kD）、（约36kD）和（7-8kD）三种亚基组成。亚基上氨基酸残基的酯化修饰作用将G蛋白结合在细胞膜面向胞质溶胶的一侧。

G蛋白自身的活化和非活化作为一种分子开关，将膜外的信号转换为膜内的信号并进一步放大信号。

第三节细胞内信号转导形成网络在植物生长发育的某一阶段，常常是多种刺激同时作用。因而，复杂而多样的信号系统之间存在相互作用，形成信号转导的网络（network),也有人将这种作用称作“交谈”（crosstalk).二酰甘油肌醇-1,4,5-三磷酸

初级信号：胞外信号第二信使：细胞内传递和放大细胞外的刺激信号，最终引起细胞中生化反应的化学物质，如Ca2+、cAMP、IP3、、DAG等。Ca2+在植物细胞中的分布极不平衡。一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用钙离子

植物细胞内的游离钙离子是细胞信号转导过程中重要的第二信使质膜钙通道：从胞外或胞内钙库向细胞质释放Ca2＋细胞信号反应过程中胞内外Ca2+的相互作用质膜钙泵：从细胞质向细胞外或胞内钙库运送Ca2＋Ca2＋/nH+反向运输体从细胞质向胞内钙库运送Ca2＋Ca2＋单向运输体胞内游离钙离子浓度的变化可能主要是通过钙离子的跨膜运转或钙的螯合物的调节而实现的细胞质中开放的Ca2

+通道附近Ca2+的分配颜色区表示Ca+2浓度，红的最高，蓝的最低

耐热的球蛋白，等电点4.0,分子量约为16.7kD。它是具有148个氨基酸的单链多肽。钙调素A.钙调素呈哑铃形，长为6.5nm，每个哑铃球是有2个Ca2+结合位点，长的中心螺旋形成哑铃柄，无Ca2+结合时，两个球部沿着中心螺旋折叠。B.形成Ca2+-CaM复合体后，结合到靶酶上。Ca2+-CaM复合体的形成使CaM与许多靶酶的亲和力大大提高。Ca2+

CaM的靶酶质膜上的Ca2+-ATP酶、Ca2+通道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。酶被激活后，参与蕨类植物的孢子发芽、细胞有丝分裂、原生质流动、植物激素的活性、向性、调节蛋白质磷酸化，最终调节细胞生长发育。二、IP3/DAG在信号转导中的作用

肌醇磷脂磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰肌醇-4-磷酸(PIP)磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)。PIPIPPIP2特定的磷脂酶在特定的分裂位点降解膜磷脂肌醇磷脂的分子结构箭头所示为不同磷脂酶(A1、A2、C、D)的作用位点，肌醇环上4，5位羟基可在专一性激酶作用下磷酸化肌醇-1,4-二磷酸肌醇单磷酸磷脂酰肌醇肌醇-1,4,5-三磷酸磷脂酰-4,5-二磷酸二酰甘油磷脂酰肌醇-4-磷酸磷酸脂酶C

IP3与DAG在信号转导中的作用

PI激酶PIP激酶

DAG--活化蛋白激酶C

PIPIPPIP2

IP3--从内质网和液泡释放Ca2+

激素受体PIP2

磷脂酶CPKCDAG

G蛋白IP3

----------------

细胞反应Ca2+IP3敏感通道结合态IP3

细胞反应内质网或液泡

Ca2+细胞内信号转导的双信使系统

钝化蛋白活化蛋白三、信号转导中的蛋白质可逆磷酸化蛋白激酶

nNTPnNDP蛋白质蛋白质-nPi

nPiH2O

蛋白磷酸酶

细胞内第二信使往往通过调节细胞内多种蛋白激酶和蛋白磷酸酶，从而调节蛋白质的磷酸化和脱磷酸化过程，进一步传递信号。蛋白激酶（proteinkinase，PK）蛋白激酶是一个大家族，植物中约有2%-3%的基因编码蛋白激酶。根据磷酸化靶蛋白的氨基酸残基的种类不同，蛋白激酶有丝氨酸/苏氨酸激酶、酪氨酸激酶和组氨酸激酶等三类。有的蛋白激酶具有双重底物特异性，既可使丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，又可使酪氨酸残基磷酸化钙依赖型蛋白激酶(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蛋白激酶。

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(31a.a)

NC

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CaM和CDPK的结构比较类受体蛋白激酶（receptor-likeproteinkinase，RLKs）

植物中的RLKs属于丝氨酸/苏氨酸激酶类型，由胞外结构区、跨膜螺旋区及胞内蛋白激酶催化结构区三部分组成。根据胞外结构区的不同，将RLKs分为三类:S受体激酶，这类RLKs在胞外具有一段被称为S-结构域的结构域，与调节油菜自交不亲和的S-糖蛋白的氨基酸序列同源。富含亮氨酸受体激酶，这类RLKs的胞外结构域中有重复出现的亮氨酸。最近发现，油菜素内酯的受体就属于这种RLKs。类表皮生长因子受体激酶，这类RLKs的胞外结构域具有类似动物细胞表皮生长因子的结构。蛋白磷酸酶(proteinphosphatase，PP）

蛋白磷酸酶的分类与蛋白激酶相对应，分为丝氨酸/苏氨酸型蛋白磷酸酶和酪氨酸型蛋白磷酸酶。有些酶具有双重底物特异性。

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