第二章 植物细胞的信号传导课件

第二章植物细胞信号转导第二章,植物细胞的信号传导生长和发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因的表达同时受到内外环境的调控。植物细胞信号转导(signaltransduction)：是植物感受、传导环境分子的刺激及其在发育过程中调控基因的表达和生理生化反应，包括信号、受体、信号转导网络和反应等环节。第二章,植物细胞的信号传导第一节Overviewofsignaltransduction1Thestreamofsignalsiscontinuousandcomplex第二章,植物细胞的信号传导2Signaltransductionnetworkwithincells,amongCellsandthroughtheplant第二章,植物细胞的信号传导3FinallymodifiedgeneexpressionDifferentsignaleffectsDifferenttransductionnetworksindifferentwayanddifferentplaceButfinallychangethegeneexpressionpattern第二章,植物细胞的信号传导4Plantcellscontainingtwoinformationsystemgeneticandepigenetic

4.1DNA–RNA-Protein(phenotype)

4.2manyphenotypearestronglymodifiedbyenvironmentalfactorandgenerespondenvironmentalstimulatesareepigeneshavepleiotropicfunction

第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导5twomajorsignaltransductionpathwayinplantCytosolicCalciumProteinkinase/phosphorylase第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导环境刺激胞间信号受体G蛋白效应器细胞外细胞膜细胞质酪氨酸蛋白激酶初级信使膜上信号转换系统第二信使cAMPCa2+IP3DAGCa2+调节蛋白PKAPKCa2+·CaMPKCa2+PKC酶蛋白磷酸化修饰细胞反应CaM胞间信号传递膜上信号转换胞内信号转导蛋白质可逆磷酸化第二章,植物细胞的信号传导

6SignalperceivingToinitiatetransduction,thesignalmustbeSenescedbyreceptororchangingmembranepotentialRegulatereceptorconcentrationcanchangethesensitivitiesofcelltosignalManyreceptorswhenbinditsligand(signal)activeproteinkinaseandproteinphosphataseactivitiesIntracellularreceptorscanactasionchannel第二章,植物细胞的信号传导接受信号主要通过蛋白受体或改变膜电位第二章,植物细胞的信号传导受体位置第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导光反应红光受体

光敏色素组成一个蛋白质家族，各有不同生理功能第二章,植物细胞的信号传导光形态建成中信号传导效应的复杂性第二章,植物细胞的信号传导第二节植物细胞跨膜信号转导第二章,植物细胞的信号传导受体(receptor)：

是在效应器官细胞表面或亚细胞组分中可特异地识别并结合信号分子—配体(ligand),或物理信号（光温信号）大分子物质，多为为蛋白质。

具有特异性、高亲和力、可逆性等特点。

第二章,植物细胞的信号传导受体位置第二章,植物细胞的信号传导AnexampleofintracellularreceptorThereceptorforglucocorticoidhormone(cortisol糖皮质激素

)differsfromtheothersinthatitislocatedinthecytosol,anchoredinaninactivestatetoacytosolicprotein.Bindingofthehormonecausesthereleaseofthereceptorfromitscytosolicanchor,andthereceptor–hormonecomplexthenmigratesintothenucleus,whereitbindstotheenhancerandstimulatestranscription(Figure)第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导GlucocorticoidsteroidreceptorsGlucocorticoidsteroidreceptorsaretranscriptionfactors.Glucocorticoidhormoneislipophilicanddiffusesreadilythroughthemembranetothecytosol.Onceinthecytosol,thehormonebindstoitscytosolicreceptor,causingthereleaseofaninhibitoryproteinfromthereceptor.Theactivatedreceptorthendiffusesintothenucleus.Inthenucleus,thereceptor–hormonecomplexbindstotheenhancerregionsofsteroid-regulatedgenes.Transcriptionofthegenesisstimulated.(FromBeckeretal.1996.)第二章,植物细胞的信号传导蜕皮激素第二章,植物细胞的信号传导2受体种类：

细胞内受体，是指存在于亚细胞组分中的受体；

细胞表面受体(cellsurfacereceptor)，可分三类：

①离子通道偶联受体(ion-channel-linkedreceptor)②G蛋白偶联受体③酶偶联受体①既有信号结合位点，又是离子通道，跨膜信号转导无需中间步骤，又称配体门控离子通道，分布有组织特异性。第二章,植物细胞的信号传导动物细胞中三种受体第二章,植物细胞的信号传导IP3的受体第二章,植物细胞的信号传导另两种受体（细菌，乙烯受体）：双分子系统和杂合酶系统第二章,植物细胞的信号传导光反应红光受体

光敏色素组成一个蛋白质家族，各有不同生理功能第二章,植物细胞的信号传导1．植物G蛋白

第二章,植物细胞的信号传导GTPATPcAMP+PPiCCABCαβGDPγαβGDPγαβGTPγ腺苷酸环化酶CG蛋白RRR第二章,植物细胞的信号传导（1）植物G蛋白种类及结构A.异三聚体G蛋白动物G蛋白由α、β和γ三个亚基组成。天然的G蛋白中β与γ亚基总是紧密联系在一起，α亚基分子是在39--46KD之间。α亚基的差别较大，是G蛋白的分类依据，具有一共同的GTP结合位点，和有GTP酶的活性，即可以把GTP水解成GDP和无机磷酸。α亚基上有些特殊的氨基酸（Arg或Cys）残基可被特定的细胞毒素所修饰，从而调节细胞生理功能。已经克隆的Gα蛋白的cDNA，发现G蛋白的一级结构中高度保守的结构区域，即P区域，G´区域和G区域，P与G´区域都与GTP结合及与GTP酶活力有关；G区域则与GTP结合，并与腺苷酸环化酶相互作用有关。β亚基的分子量为36KD左右。但植物上至今尚未发现有γ亚基存在，不过人们依据已克隆到的基因序列分析，推测植物中有γ亚基存在。第二章,植物细胞的信号传导MechanismofGprotein第二章,植物细胞的信号传导G蛋白在结构上没有跨膜蛋白的特点，它们能够固定在细胞膜内侧，主要是通过对其亚基上氨基酸残基的脂化修饰发生作用。B．小G蛋白的（smallGTP-bindingprotein）为单体，仅20-30KD。微管蛋白β亚基也是一种小G蛋白。第二章,植物细胞的信号传导（2）G蛋白基因的克隆A.异三聚体G蛋白的基因克隆植物基因拷贝数产物拟南芥gpa1单拷贝GPα1番茄tga1单拷贝GPα1衣藻cb1p--WD-40(重复的二级结构)玉米zgb1单拷贝Gβ拟南芥agb1单拷贝Gβ第二章,植物细胞的信号传导（2）检测G蛋白的生化方法A）GTP结合实验（GTP—bindingassays），G蛋白可以结合GTP。标记GTP可以检测G蛋白。将G蛋白的样品与带放射性标记的非水解的GTP类似物一起保温进行标记，以放射性强度高低来说明G蛋白活性的大小。第二章,植物细胞的信号传导B.将G蛋白的样品用SDS—PAGE分离后转膜，再与带放射性标记的非水解的GTP类似物或标记α位磷酸的GTP[（α32p）GTP]保温放射自显影。但异三聚体G蛋白的小G蛋白及其他GTP结合蛋白都与GTP结合，故这种GTP标记还不能区别G蛋白属于哪一类，但可在样品的制备时进行预处理，如利用超滤Centricone可以鉴别异三聚体G蛋白和小G蛋白。第二章,植物细胞的信号传导B）GTPase活性实验（GTPaseassay），G蛋白除了能与GTP结合外，还具有内在的GTPase活性。通常在待测样品中加入γ位磷酸标记GTP[（γ32p）GTP]，测定液相中32P放射性强度来表示GTPase活性的大小。同样不能分辨出G蛋白属于哪一类。第二章,植物细胞的信号传导C）细菌毒素诱导的核糖基化实验（ADP—ribosylationassay）一些细菌毒素可以使异三聚体Gαcys残基ADP--核糖基化。如将ADP--核糖基用放射性标记，则G蛋白上就带上该放射性标记。一般方法先用32P标记NAD+（作为ADP--核糖基的供体），再把细菌毒素和蛋白样品一起保温一定时间后，取回蛋白用SDS—PAGE分离后放射后显影。如百日咳毒素（pertussistoxin,PTX）和霍乱毒素（choleratoxin,CTX）。PTX能使所有位于异三聚体GαC末端的Cys的残基ADP-核糖基（ADP-adenosinediphosphate腺苷二磷酸）化，且专一性强，不受样品中其他蛋白或ADP核糖基因子（ARFs）的影响。第二章,植物细胞的信号传导D）免疫转移电泳实验（Westernblotassay）利用抗原抗体结合原理，先用SDS分离样品，转移到NC膜（nitratecellulose）上，然后先用一抗体温育，再用125I标记的蛋白A或酶标二抗温育，最后用放射自显影或酶底物显色，指示G蛋白的存在。目前用动物的G蛋白抗体来检测植物G蛋白，但不是所有在的植物G蛋白都可用动物的G蛋白的抗体能检测出来。第二章,植物细胞的信号传导2．检测到的G蛋白植物种类分子量（KD）植物种类分子量（KD）拟南芥31-36大豆45燕麦24大麦22-36衣藻24水稻28-30杜氏盐藻28豌豆24-43蚕豆31-37玉米27-34第二章,植物细胞的信号传导PlantmaterialsforSignaltransduction

“植物中的果蝇”。

拟南芥（Arabidopsisthaliana）

十字花科。二年生草本，高7～40厘米。基生叶有柄呈莲座状，叶片倒卵形或匙形；茎生叶无柄，披针形或线形。总状花序顶生，花瓣4片，白色，匙形。长角果线形，长1～1.5厘米。花期3～5月。我国内蒙、新疆、陕西、甘肃、西藏、山东、江苏、安徽、湖北、四川、云南等省区均有发现。拟南芥的优点是植株小（1平方厘米可种植好几棵）、每代时间短（从发芽到开花不超过6周）、结子多（每棵植物可产很多粒种子）、生活力强（用普通培养基就可作人工培养）。拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。每个单倍染色体组（n=5）的总长只有7000万个碱基对，即只有小麦染色体组长的1/80，这就使克隆它的有关基因相对说来比较容易。拟南芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。例如用含杀草剂的培养基来筛选，一般获得抗杀草剂的突变率是1/100000第二章,植物细胞的信号传导为什么拟南芥被用作双子叶植物的模式植物?生命周期短,40天左右;产生的种子量大,有利于进行遗传分析,即繁殖系数大;基因组较小,容易得到突变体;有大量的诱变突变体可供应用,且已商品化;物理距离与遗传距离之间的比值是小.第二章,植物细胞的信号传导小G蛋白基因的克隆1989年Matsui等从拟南芥中克隆了第一个植物小G蛋白基因—ara

，随后人们已克隆了几十种小G蛋白的基因，如豌豆13个，拟南芥12个。但还未发现植物细胞中有类似动物中的ras小G蛋白，这可能说明植物与动物对环境信号有不同的感知反应，因而动植物参与信号转导的蛋白（G蛋白）在分子结构上与动物有所差异。第二章,植物细胞的信号传导(3)G蛋白在植物细胞信号转导中的作用

第二章,植物细胞的信号传导G蛋白在植物细胞信号转导中的作用(1)光信号转导经红光或远红光处理后，浮萍蛋白提取物对GTP的结合活性降低20%，而照射蓝光却没有结果。暗示一种或几种G蛋白可能参与了红光信号的转导。第二章,植物细胞的信号传导(2)离子通道武维华等人1994年利用膜片钳（Patch-clamp）技术，研究G蛋白调节剂对蚕豆保卫细胞原生质体质膜上单离子K+通道的影响，发现GTPγS，CTX和PTX均抑制K+内流，而GDPβS促进K+内流。这是证明G蛋白可以调节植物中离子通道的直接证据。第二章,植物细胞的信号传导(3)植物激素信号转导

Zaina1990年发现IAA可以促进GTPγS与水稻胚芽鞘膜泡组分的结合以及膜泡组分中GTPase活性的增加。Borachov等1994年发现经GTPγS和CTX处理以后,蝴蝶兰花对乙烯的敏感性增强,乙烯处理后凋谢时间明显缩短,花受粉以后,随乙烯生成量的增加,花瓣质膜组分对[35S]GTPγS的结合活性也明显增加,但GDPβS处理不影响花对乙烯的敏感性.

第二章,植物细胞的信号传导4.病原信号转导

Bolwell等1991年发现PTX和CTX可以增强菜豆悬浮培养细胞对真菌病原激发子（fungalelicitor）的反应能力。Kawakita等1994年发现真菌病原激发子能促进马铃薯块茎微粒体结合GTPγS的活性，并引起该微粒体GTPase活性增加。暗示G蛋白可能参与植物病原信号转导。第二章,植物细胞的信号传导(5)其他生理过程

1)GPα1在活跃增殖的细胞以及开始进行分化的细胞中水平较高，而在已经分化成熟的细胞中水平较低；在已分化的组织，维管束组织、心皮壁及长角果壁中水平较高，而这些组织均与营养物质的运输有关。GPα1可能具有以下功能：

①调节细胞分裂与分化；

②调节细胞对营养物质的吸收。第二章,植物细胞的信号传导2)植物叶绿体的蛋白组分有些是由核基因编码的,这些蛋白质在胞质中合成后需跨叶绿体膜运输到叶绿体内部定位组装.已知这些蛋白先以前体形式合成,前部有一段导肽,导肽与叶绿体外膜表面或类囊体外面的蛋白识别后进入叶绿体内部,但有关这些蛋白跨膜运输的机制还不清楚第二章,植物细胞的信号传导.Schnell等1994从叶绿体外膜上分离得到了定位于外膜上的与前体蛋白运输有关的4种蛋白质,其中1种鉴定为热激蛋白HSP70,1种可能是通道蛋白,另2种蛋白与其它G蛋白有同源的结合GTP的保守区域,它们的功能可能是以结合并水解GTP的方式直接与前体的导肽相互作用,或以调节肽与其它转运介导结合蛋白之间相互作用的方式,来调节蛋白前体跨膜向叶绿体内部运输.第二章,植物细胞的信号传导4在体内研究植物G蛋白功能的分子生物学方法

（以上的结果均是体外实验研究获得）

1.转基因植物功能分析（functionalanalysisoftransgenicplant）第二章,植物细胞的信号传导一般方法是在植物中导入某种G蛋白的反义RNA、或使蛋白超表达或异位(ectopic)表达后，检测这种处理对植物生长发育的影响。Kanada等1992年将水稻rgp1基因（一种小G蛋白基因）按反义顺序转入烟草细胞中，发现顶端优势减弱，出现矮化表型，花的外形也不正常。由于已知顶端优势是由细胞分裂和生长素二者的平衡决定的，花的正常发育也需要各种激素的平衡，表明rgp1基因产物可能参与了激素控制的顶端优势及花的分化。第二章,植物细胞的信号传导

酵母突变体功能互补

利用功能缺失互补。研究小G蛋白较有效，因其较保守。但研究异三聚体G蛋白是不适宜的。第二章,植物细胞的信号传导功能互补的研究思路已知一酵母株系是缺乏与所要证实的植物某一蛋白功能同源的蛋白的突变体,将已克隆的该植物蛋白cDNA导入该酵母寄主细胞中,检测导入后是否能互补(恢复)该突变体酵母的功能.其先决条件是:要求该植物蛋白与酵母对应蛋白有较高的同源性,即寄主植物的蛋白要能够在酵母中得到表达,且该酵母基因突变而自身已不再能够表达该蛋白.第二章,植物细胞的信号传导2植物细胞中具有受体功能的类蛋白激酶（RLK）受体蛋白激酶（receptorproteinkinase，RPKs）:为一种跨膜受体。胞外部分与配基(ligand)相识别，胞内部分具内源的蛋白激酶活性，并依赖其内源的蛋白激酶活性转导胞外信号。

RPKs有两种类型如下：

1.酪氨酸蛋白激酶类：以酪氨酸为靶氨基酸；

2.丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类：以丝或(和)苏氨酸为靶氨基酸；

kinomics激酶组学第二章,植物细胞的信号传导植物中还没有证实动物细胞RPKs同源的植物基因产物具有受体功能，也未发现这类蛋白的天然配基，故称这类蛋白为类受体蛋白激酶（receptor-likeproteinkinase,RLKs）。第二章,植物细胞的信号传导RLKs的种类和结构第二章,植物细胞的信号传导RKLs的结构胞外结构域(extracellulardomain);跨膜螺旋区(membranespanninghelix);胞内蛋白激酶催化结构域(intracellularproteinkinasecatalyticdomain).第二章,植物细胞的信号传导

胞内蛋白激酶催化结构域（intracellularproteinkinasecatalyticdomain），有40%氨基酸同源。依胞外结构域可分为3大类:第二章,植物细胞的信号传导1.具S-结构域（S-domain）的RLKs

玉米、油菜、拟南芥和水稻中均有发现。其胞外结构域一部分较保守，同源性大约为20－25％。特定位置是保守的10个半胱氨酸其余差异较大，这可能是不同配基结合的特异性不同的原因。第二章,植物细胞的信号传导2.富含亮氨酸（Leucine-richrepeat,LRR）的RLKs

特点是在胞外结构域中是有重复出现的氨基酸，保守结构与一般为Leu-x-x-Leu-x-x-Asn-x-Leu。此外，不同的RLKs的一级结构差异很大。这一结构有利于蛋白质之间的相互作用。第二章,植物细胞的信号传导3.类表皮生长因子（Epidermalgrowthfactor-like）RLKs具有类似动物细胞表皮生长因子的结构。拟南芥细胞中分离到一种该类RLKs，称为Pro25。该蛋白与植物叶绿素a,b结合蛋白氨基末端的氨基酸序列有较高的同源性，并缺乏氨基末端的信号肽。第二章,植物细胞的信号传导RLKs基因表达RLKs种类物种基因名称表达组织S-domainRLKs玉米Zmpk1幼苗、根、茎和穗丝细胞拟南芥RLK1莲座丛生叶细胞LRR-RLKs拟南芥RLk5茎顶端细胞拟南芥Tmk1叶片、茎、根、长角果及花EGF-RLK拟南芥Pro25成熟叶片多数RLKs的功能不太清楚。有些基因在多种细胞中表达，有的在特定组织中表达。如:第二章,植物细胞的信号传导RLKs的生物学功能植物细胞中RLKs具有自磷酸化的活性，其中有些RLKs的磷酸化位点主要为丝氨酸，苏氨酸，丝氨酸/苏氨酸，从而暗示不同的RLK具有不同的功能。第二章,植物细胞的信号传导1.调控花粉的自交不亲和自交不亲和与柱头细胞中的S-糖蛋白（S-locusglycoprotein，SLG），S-受体激酶（S-locusreceptorkinase,SRKs）有关。据研究，花粉不亲和可能与柱头细胞的S-糖蛋白和S－受体激酶二者之间的相互作用有关。SLG和SRK识别形成一个异聚体的受体复合物，后者接受花粉粒上的信号，并诱导花粉粒中游离的Ca2+浓度变化及一系列事件，引起花粉萌发，如SLG和SRK不能识别，就不能形成受体复合体，不能接受花粉粒信号，花粉也就不能萌发。第二章,植物细胞的信号传导MembraneanchorsiteSerine/threonineproteinkinasedomainSignalpeptideLeucine-richrepeatTrans-membranedomainConservedmotifLeucinezipperdomainDNAbindingsiteCCCCCNNNNN

Ptotomato;bacterialresistance

Xa21rice;bacterialresistanceHs1sugarbeet;nematoderesistance.Cf9,Cf2tomato;fungalresistanceL6flax;fungalresistanceRPS2,RMP1Arabidopsis;bacterialres.Ntomato;viralresistancePrftomato;bacterialresistanceProteinstructureofclonedresistancegenes第二章,植物细胞的信号传导抗番茄叶霉病基因Cf-9编码一个跨膜蛋白，该蛋白胞外结构域具有28个LRR结构，并含有一个短的胞内尾肽结构。这种结构与RLKs胞外结构域同源，暗示它们可能具有RLKs的功能。番茄细胞中与抗细菌病原有关的基因Pto

编码一种丝／苏氨酸蛋白激酶，后者可能与质膜相连。2.感受植物病原信号第二章,植物细胞的信号传导宋文元等在1995年克隆Xa21，由该基因cDNA推知的蛋白质共由1025个氨基酸组成，其中由81至634号氨基酸构成的多肽链含有23个由24个氨基酸构成的LRR结构来构成胞外结构域，由651－675号氨基酸构成的多肽链为疏水性肽段，构成跨膜螺旋，而由708－1025号氨基酸构成的胞内结构具有典型的丝／苏氨酸蛋白激酶催化结构域，并且该基因产物与已知的植物细胞RLK和RLK相关蛋白有很高的同源性，这一结果也证实植物细胞可以通过位于质膜表面的RLKs接收和传递外界病原信号。第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导RLKs的信号转导RLKs是一种跨膜蛋白，又具有受体蛋白激酶活性，所以对外界信号的接收，跨膜转导及向膜内的原初传递均可由RLKs独立完成。目前仅知激酶结合蛋白磷酸酶可能是RLKs信号转导途径中的组分。KAPP（kinase-associatedproteinphosphatase）分子由三部分组成，氨基末端为定位于膜上的结构，中间结构域可与蛋白激酶发生相互作用，羧基末端与磷酯酶C催化结构同源。KAPP在体外活化的RLKs及酶结构相结合，但这种结合依赖于RLKs的磷酸化状态。如果RLKs蛋白脱磷酸化，KAPP就不能与RLKs结合。由于RLKs自磷酸化的位点为丝氨酸和苏氨酸，因而，KAPP可能识别RLKs上被磷酸化的丝氨酸或苏氨酸二者之一或全部并与之结合。第二章,植物细胞的信号传导还有许多问题有待解决：植物细胞中RLKs的天然配基、靶蛋白以及RLKs在植物细胞中的生物学功能是什么？配基能否诱导RLKs二聚体化？LRKs信号传递途径的组成。虽然已知KAPP可能是RLKs信号途径的组分，但对其作用机制并不清楚。参与这一途径的其他组分也不清楚。不了解RLKs信号传递链的组成就很难对RLKs的功能和作用机制有明确的认识。第二章,植物细胞的信号传导Signaltransductionpathwaysofteninvolvethegenerationofsecondmessengers,transientsecondarysignalsinsidethecellthatgreatlyamplifytheoriginalsignal.Forexample,asinglehormonemoleculemightleadtotheactivationofanenzymethatproduceshundredsofmoleculesofasecondmessenger.第三节细胞内的第二信使第二章,植物细胞的信号传导Amongthemostcommonsecondmessengersare3′,5′-cyclicAMP(cAMP);3′,5′-cyclicGMP(cGMP);nitricoxide(NO);cyclicADP-ribose(cADPR);1,2-diacylglycerol(DAG);inositol1,4,5-trisphosphate(IP3);andCa2+(Figure).第三节细胞内的第二信使第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导第二章,植物细胞的信号传导植物细胞胞内第二信使主要有：⑴Ca2+⑵cAMP⑶IP3(三磷酸肌醇)⑷DAG(二酯酰甘油)第二章,植物细胞的信号传导一、钙离子和钙结合蛋白1植物细胞的钙离子

胞外钙库：细胞壁；胞内钙库：液泡、内质网、线粒体钙离子跨膜运转第二章,植物细胞的信号传导Inplantcells,mostofthecalciumofthecellaccumulatesinthevacuole.TheprotonelectrochemicalgradientacrossthevacuolarmembranethatisgeneratedbytonoplastprotonpumpsdrivescalciumuptakeviaCa2+–H+antiporters第二章,植物细胞的信号传导钙作用的实验第二章,植物细胞的信号传导Calciumservesasasecondmessengerforawidevarietyofcellsignalingevents.Thisroleofcalciumiswellestablishedinanimalcells,andcircumstantialevidencesuggestsaroleforcalciuminsignaltransductioninplantsaswell.第二章,植物细胞的信号传导钙作用受体钙结合蛋白主要有2种：钙调素和钙依赖型蛋白激酶

钙调素(calmodulin,CaM)耐热球状酸性蛋白，

是具有148个氨基酸的单链多肽,每个CaM有4个Ca2+结合位点第二章,植物细胞的信号传导CaM的作用方式有两种：

直接与靶酶结合，诱导、调节靶酶活性；与Ca2+结合，形成Ca2+

·

CaM复合体，再与靶酶结合并激活。

靶酶：Ca2+-ATP酶、Ca2+通道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。第二章,植物细胞的信号传导StudieswithCa2+-sensitivefluorescentindicators,suchasfura-2andaequorin(发光蛋白),haveshownthatthecalciumsignaloftenoriginatesinalocalizedregionofthecellandpropagatesasawavethroughoutthecytosol.Repeatedwavescalledcalciumoscillationscanfollowtheoriginalsignal,eachlastingfromafewsecondstoseveralminutes.Calciumoscillation第二章,植物细胞的信号传导Calciumoscillation第二章,植物细胞的信号传导Thebiologicalsignificanceof

calciumoscillationThebiologicalsignificanceofcalciumoscillationisstillunclear,althoughithasbeensuggestedthatitisamechanismforavoidingthetoxicitythatmightresultfromasustainedelevationincytosoliclevelsoffreecalcium.Suchwavelikeoscillationshaverecentlybeendetectedinplantstomatalguardcells(McAinshetal.1995).第二章,植物细胞的信号传导二、IP3和DAGIP3和DAG是由位于质膜内侧的PIP2在PLC(phosplolipaseC)催化下水解产生的。

PIP2→IP3+DAGIP3/Ca2+信号传递途径：水溶性的IP3可从质膜扩散到胞质，再与液泡膜或内质网膜上的IP3-Ca2+通道结合，使其打开。Ca2+顺浓度梯度由液泡释放到胞质，胞质[Ca2+

]升高，引起生理反应。DAG/PKC信号传递途径：质膜上的DAG与蛋白激酶C（PKC）结合并激活之，PKC又使其它激酶磷酸化，引起生理反应。第二章,植物细胞的信号传导胞外质膜细胞质PPPIP3PIP2PLCDAGPKCCa2+液泡或内质网Ca2+结合态IP3IP3敏感的Ca2+通道非活蛋白蛋白质–P细胞反应胞外刺激使PIP2转化成IP3和DAG

，引发“双信使系统”G蛋白RαβGDPγGTP第二章,植物细胞的信号传导inositoltrisphosphateIP3OpensCalciumChannelsontheERandontheTonoplastTheIP3generatedbytheactivatedphospholipaseCiswatersolubleanddiffusesthroughthecytosoluntilitencountersIP3-bindingsitesontheERand(inplants)onthetonoplast.第二章,植物细胞的信号传导ThesebindingsitesareIP3-gatedCa2+channelsthatopenwhentheybindIP3(Figure14.18).SincetheseorganellesmaintaininternalCa2+concentrationsinthemillimolarrange,calciumdiffusesrapidlyintothecytosoldownasteepconcentrationgradient.TheresponseisterminatedwhenIP3isbrokendownbyspecificphosphatasesorwhenthereleasedcalciumispumpedoutofthecytoplasmbyCa2+-ATPases.第二章,植物细胞的信号传导

三、

cAMP

介

导

的

信

号

传

递第二章,植物细胞的信号传导NearlyalltheeffectsofcAMPinanimalcellsaremediatedbytheenzymeproteinkinaseA(PKA).Inunstimulatedcells,PKAisintheinactivestatebecauseofthepresenceofapairofinhibitorysubunits.CyclicAMPbindstotheseinhibitorysubunits,causingthemtodissociatefromthetwocatalyticsubunits,therebyactivatingthecatalyticsubunits.第二章,植物细胞的信号传导IncellsinwhichcAMPregulatesgeneexpression,PKAphosphorylatesatranscriptionfactorcalledCREB(cyclicAMPresponseelement–bindingprotein).UponactivationbyPKA,CREBbindstothecAMPresponseelement(CRE),whichislocatedinthepromoterregionsofgenesthatareregulatedbycAMP.InadditiontoactivatingPKA,cAMPcaninteractwithspecificcAMP-gatedcationchannels.Forexample,inolfactoryreceptorneurons,cAMPbindstoandopensNa+channelsontheplasmamembrane,resultinginNa+influxandmembranedepolarization.第二章,植物细胞的信号传导Theactivatedcatalyticsubunitsthenareabletophosphorylatespecificserineorthreonine

residuesofselectedproteins,whichmayalsobeproteinkinases.AnexampleofanenzymethatisphosphorylatedbyPKAisglycogenphosphorylasekinase.WhenphosphorylatedbyPKA,glycogenphosphorylasekinasephosphorylates(activates)glycogenphosphorylase,theenzymethatbreaksdownglycogeninmusclecellstoglucose-1-phosphate.第二章,植物细胞的信号传导cAMPinplantsignaltransductionBecauseoftheextremelylowlevelsofcyclicAMPthathavebeendetectedinplanttissueextracts,theroleofcAMPinplantsignaltransductionhasbeenhighlycontroversial(Assmann1995).第二章,植物细胞的信号传导Nevertheless,variouslinesofevidencesupportingaroleofcAMPinplantcellshaveaccumulated.Forexample,genesthatencodehomologsofCREBhavebeenidentifiedinplants(Kategirietal.1989).PollentubegrowthinlilyhasbeenshowntobestimulatedbyconcentrationsofcAMPaslowas10nM(Tezukaetal.1993).cAMPinplantsignaltransduction第二章,植物细胞的信号传导Liandcolleagues(1994)showedthatcAMPactivatesK+channelsintheplasmamembraneoffavabean(Viciafaba蚕豆)mesophyllcells.Ichikawaandcoworkers(1997)recentlyidentifiedpossiblegenesforadenylylcyclaseintobacco(Nicotianatabacum)andArabidopsis.Thus,despiteyearsofdoubt,theroleofcAMPasauniversalsignalingagentinlivingorganisms,includingplants,seemslikely.cAMPinplantsignaltransduction第二章,植物细胞的信号传导adenylylcyclaseInvertebrates,adenylylcyclaseisanintegralmembraneproteinthatcontainstwoclustersofsixmembrane-spanningdomainsseparatingtwocatalyticdomainsthatextendintothecytoplasm.ActivationofadenylylcyclasebyheterotrimericGproteinsraisestheconcentrationofcAMPinthecell,whichisnormallymaintainedatalowlevelbytheactionofcyclicAMPphosphodiesterase,whichhydrolyzescAMPto5′-AMP.第二章,植物细胞的信号传导腺苷酸环化酶分子结构与功能功能：1.气孔关闭2.k通道3.花粉管生长第二章,植物细胞的信号传导第四节蛋白质的可逆磷酸化细胞内的第二信使通过调节多种蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，从而传递信号。蛋白激酶种类繁多、存在广泛、许多是传递特异信号的。蛋白质蛋白质-PiATPGTPADPGDP蛋白激酶H2OPi蛋白磷酸酶

蛋白质的磷酸化和脱磷酸化，在细胞信号转导中,具有级联放大信号的作