植物体内的信号传导

④为膜的相互作用(如:膜泡运输和膜泡融合等) 提供Ca2+ 。
―钙泵” Ca2+ / H+ 方向运转子
适合于在胞内Ca2+ 浓度高时起运转作 用，它是高容量、低亲和力( KmCa = 10～15μmol/ L) 的
植物体内的信号传导
细胞信号传导
胞 外 刺 激 信 号 靶 酶 或 调 节 因 子 基因 表达 调控 长期 生理 效应
受 体
G 蛋 白
效 应 器
第 二 信 使
短期 生理 效应
跨膜信号传导
胞内信号传导
植物体内的信号传导
三、胞内信号的转换
第二信使系统(second messengers)
将胞外刺激信号称作第一信使，由胞外信号激活或抑 制、具有生理调节活性的细胞内因子称第二信使。
钙信使: 细胞内游离[Ca2+]
IP3: 肌醇磷酸系统 cADPR：环式二磷酸腺苷核糖 质子信使: 细胞内、外游离[H+] cAMP：环式一磷酸腺苷
细 胞 信 号 转 导 的 主 要 分 子 途 径
1.钙信号系统
钙离子 植物细胞内的游离钙离子是细胞信号传导过程
中重要的第二信使
Ca2+在植物细胞中的 分布极不平衡。 植物细胞质中Ca2+含 量一般在10-7～10-6mol· L1，而胞外Ca2+浓度约为 10-4～10-3mol· L-1；胞壁 是细胞最大的Ca2+库，其 浓度可达1～5mol· L-1；细 胞器的Ca2+浓度也是胞质 的几百到上千倍。
王学臣---气孔运动的细胞与分子机理研究的几点思考-45min
袁 明--- 植物细胞生长与微管骨架 -30min 刘国琴---Structural and functional analysis of plant kinesins-25
李 岩---植物顶端生长与微丝调控-30min
叶 德---植物雄配子体发育的遗传调控 -45min
有催化作用的 结构功能域
(A)G蛋白偶连受体 活化时 G蛋白连接受体传递信息到G蛋白质，其上有GTP。 GTP复合体中的α-亚基能与β、γ亚基分开，进入细胞质激活其他酶。 (B)酶偶连受体 受体通常是蛋白激酶，与信号结合后，随受体活化，内部分子磷酸 化，传递信息 。 (C) 离子通道偶连受体 受体可能本身细胞表面重要的通道。接受信号时，通道开放。 也有些离子通道连接受体是在内部膜上。
短期 生理 效应
跨膜信号转导
胞内信号转导
植物体内的信号传导
二、跨膜信号转换机制
1、受体（receptor）
2、G蛋白 偶联蛋白或信号转换蛋白
接受 转导 反应
受体
激素 细胞壁
胞质 质膜
1、受体与信号的感受

受体 (receptor) 是指在效应器官细胞质
膜上或亚细胞组分中能与信号物质特异性结
合，并引发产生胞内次级信号的特殊成分。
2、G蛋白
植物体内的信号传导
•在受体接受胞间信号分子到产生胞内信号分子之间， 通常认为是通过 G 蛋白将信号转换偶联起来，故 G 蛋白 又称偶联蛋白或信号转换蛋白。 •G 蛋 白 全 称 为 GTP 结 合 调 节 蛋 白 (GTP binding regulatory protein)，此类蛋白由于其生理活性有赖 于三磷酸鸟苷(GTP)的结合以及具有GTP水解酶的活性
吉尔曼(Gilman)与罗德贝尔(Rodbell)因此获得1994年诺贝 尔医学生理奖
Trimeric G-protein-GDP – inactive conformation
GTP-activation
G蛋白种类
G蛋白是细胞膜受体与其所调节的相应生理过程之 间的主要信号转导者。 异源三体G蛋白：由三种亚基(α、β、γ) 构成 小G蛋白：只含有一个亚基的单体
外 界 信 号 影 响 植 物 生 长 发 育
环 境 刺 激
信息传递：
信息传递和信号传导
主要指内源和外源的物理和化学信号在植物整 体水平的传递（如，根冠间）。
信号转导：
多指在单个细胞水平上的信号传递过程，故称 为“细胞信号转导”cellular signal transduction
第一节、植物细胞信号转导途径(简介)
10-7～10-6mol· L-1
10-4～10-3mol· L-1
细胞质中开放的Ca+2通道附近Ca+2的分配
颜色区表示Ca+2浓度，红的最高，蓝的最低
钙信号
细胞内的钙离子浓度不能太 高，如果太高，会与细胞内 的磷酸根产生沉淀，而磷酸 根是细胞能量及物质代谢所 必须的，所以细胞内钙离子 浓度过高对细胞有害，甚至 会致死。 细胞内的钙绝大部分以结合 态的形式存在，如与钙结合 蛋白、内质网、线粒体、叶 绿体，特别是与液泡结合， 这些都是细胞内的钙库。
细胞的各种化学或物理信号，并作出适当的生理反应以维 持其生命活动的进行。
第一节、植物细胞信号转导途径
第二节、细胞信号转导研究方法
重力作用 光合作用
植物体内的信号传导
光周期信号 光形态建成 湿度 温度 风力 二氧化碳 乙烯 食草动物
病原体
大气污染
氧气
土壤微生物
有毒元素 有毒化合物 营养元素
寄生虫 土壤理化性质 水分状况
1、胞间信号的传递
2、跨膜信号转换机制
3、胞内信号的转换
4、蛋白质的磷酸化和去磷酸化
一、胞间信号－－第一信使
1.化学信号 2.物理信号
正化学信号 负化学信号 电信号 水力学信号
靶 酶 或 调 节 因 子 基因 表达 调控 长期 生理 效应
胞 外 刺 激 信 号
受 体
G 蛋 白
效 应 器
第 二 信 使
通常一种类型的受体只能引起一种类型的转导过程，但一种 外部信号可同时引起不同类型表面受体的识别反应，产生两
种或两种以上的信使物质
(A) G蛋白偶
动物细胞中质膜上的三种类型的受体 信号分子
连受体
GTP蛋白
酶
活化的GTP蛋白 活化的酶
信号二聚物
(B)酶偶连受体
信号分子
(C) 离子通 道偶连受体
无催化作用的 结构功能域
Cell， Nature， Science， Planta Plant Physiology， Proc Natl Arad Sci USA（PANS）
植物细胞信号传导
第一章
植物细胞的信号传导-概论
自然界中的植物生活在多变的环境中。构成高等植物的活
细胞须不断地感受、接收各种外界环境信号以及来自相邻
③Ca2+ /H+ 反向传递子:利用已建立的质子电化学势梯度，实
现Ca2+ 与H+ 的跨膜交换，将Ca2+ 泵出胞质，主要分布在液泡 膜上，也可能存在于质膜和高尔基体上 。
1.2.1植物质膜系统和内膜系统上的钙离子通道
(1) 细胞质膜系统上的钙离子通道:在细胞质膜上至少有两 种类型的钙离子通道， 一是高亲和性低选择力的离子通道；
基因 表达 调控
长期 生理 效应
短期 生理 效应
跨膜信号转导
胞内信号转导
植 物 体 内 的 信 号 传 导
未知发育信号 生长调节剂 激素 膨压 电信号 多肽
温度
(真菌、 病原体 ) 细菌、病毒
壁断片 壁的机械压力 矿质 伤害
糖、氨基酸
转播 放大
光
发散到多个目标
改变离 子流 调节代 谢途径 基因表 达调节 细胞骨 架改变
1.
3
活化酶 异源三体G蛋白的活动循环
G蛋白参与的跨膜信号 的转换－cAMP
活化的α亚基与下游组分腺苷酸环化酶结合，活化该酶(c)， 并通过ATP水解产生 cAMP(环腺苷酸)分子， 将膜外信号转换 为膜外信号并起放大作用，放大信号是指每个配体结合的受体 可以激发多个G蛋白，每个G蛋白激活一个腺苷酸环化酶，每个 腺苷酸环化酶又可催化形成大量的cAMP. 这样可使信号放大 1000倍左右。.
1. 2. 2 Ca2+ 离子的流出
主要通过Ca2+ 运转子的作用 ①在信号转导过程中补充由钙离子通道从“钙库”中流入胞质
的Ca2+ 进入“钙库”；
②将[Ca2+ ]cyt 恢复到静息态水平；
2+ ③为专一的生物化学反应提供足够的 Ca 是低容量、高亲和力的( Km 和其余二价阳离子； = 0. 1～2μmol/ L)
高辉远---光合作用的光抑制和光破坏的防御机制 -45min 孟庆伟---低温胁迫对冷敏感植物光合作用的影响及其分子基础 -45
考 试 形式
笔试 开卷考试，定点、定时-2h
名词解释
问答题
参考教材
武维华等编，2008，植物生理学，科学出版社 孙大业等编，2005，细胞信号转导，科学出版社
参考杂志
中国科学 科学通报 植物学报 植物生理与分子生物学报（PMP） 植物生理学通讯 生命科学 . . . . . . .
生命科学学院
高级植物生理学专题
刘 新
Tel: 88030224 Email: liuxin6080@yahoo.com.cn
主 要 专 题（40学时）
植物信息传递与细胞信号转导—刘新
气孔保卫细胞信号转导研究进展
植物非生物逆境及其信号转导过程
植物的抗盐性---刘洪庆
主要专题
武维华---植物钾营养分子调控机理-45min 任东涛---拟南芥MKK5功能研究进展 -30min
与能受体结合的特殊信号物质称配体 (Ligand)。受体可以是蛋白质，也可以是一 个酶系。
1、受体与信号的感受
受体(receptor)是指在细胞质膜上或亚细胞组分中能与信号物质特 异性结合，并引发产生胞内次级信号的特殊成分。与能受体结合的特殊 信号物质称配体(Ligand)。受体可以是蛋白质，也可以是一个酶系。
两大类
配体-受体复合物
G蛋白位于膜 内侧，并与质 膜紧密结合。
1 2
4
某种刺激信号与其 膜上的特异受体结合 后，激活的受体将信 号传递给G蛋白， 2. G蛋白的α亚基与 GTP结合而被活化。活 化的α亚基与β和γ 亚基复合体分离而呈 游离状态， 3. 活化的α亚基继而 触发效应器(如磷酸脂 酶C) 把胞外信号转换 成胞内信号。 4. 而当α亚基所具有 的GTP酶活性将与α亚 基相结合的GTP水解为 GDP后，α亚基恢复到 去活化状态并与β和 γ亚基相结合为复合 体。
二是选择性较高的单一性离子通道，一般它的亲和力较低， 如:电控门阴离子通道。
在各种细胞类型和组织中，钙离子通道具有各种不同 的形式，如:胡萝卜和芹菜悬浮培养液中和拟南芥中茎 和根细胞中具不同的钙离子通道。
(2) 内膜系统上的钙离子通道
在液泡膜上至少有两种不同的钙 离子通道
两个是受体门控钙离子通道， 一是以1,4,5-三磷酸( InsP3) 作为离子载体； 二是以环ADP 核糖体(CADPR) 作为离子载体 电压门控钙通道类型是缓慢型 液泡膜( SV) 通道
―钙库”
―钙库” 迅速释放和螯合对维持细胞内Ca2+ 浓度的稳 定平衡及Ca2+ 的信使作用起一个很大的钙缓冲作用。 “钙库”中Ca2+ 的缓冲能力主要是由于存在一类对 Ca2+ 高容量、低亲和力的贮钙蛋白有关。由于它们对
Ca2+ 的低亲和力，故当“钙库”中钙通道开放时，钙
蛋白能迅速地和钙解离，将Ca2+ 释放到胞质中去，使 Ca2+ 信号能准确、迅速的传递。
细胞信号转导
外界环境刺激因子和胞间信号分子等，作用于细 胞表面或胞内受体后，跨膜形成胞内第二信使， 及经过其后的信号途径分级联传递、引起细胞生 理反应和诱导基因表达的过程。
植物体内的信号传导
细胞信号转导基本途径
胞 外 刺 激 信 号
受 体
G 蛋 白
效 应 器
第 二 信 使
靶 酶 或 调 节 因 子

研究比较多--光受体 激素受体
激发子
（1）光受体
植物体内至少存在三类光受体：
A.对红光和远红光敏感的光敏色素;
B.对蓝光和紫外光A敏感的隐花色素; C.对紫外光B敏感的紫外光受体。
（2）激素受体
乙烯受体 ABA源自文库体
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。
1. 2 钙转移系统
胞质Ca2+ 信号的运转包括:
Ca2+ 流入
Ca2+输出。
Ca2+ 的运输方式大致包括以下3种:
①钙离子通道: 利用电子传递产生的电化学势梯度将Ca2+ 主动 泵进细胞器内，存在于线粒体或叶绿体上；
②钙泵 :依靠水解A TP 提供能量，将Ca2+ 泵出胞质，存在于
质膜和内质网上，它的最适pH 值为8 ，能被Na3VO4 所抑制；
改变细胞生长和代谢
各种内部信号影响植物细胞的代谢、生长和发育 18.2
植物细胞信号转导研究常用的模型材料
植物叶片气孔的开放与关闭运动过程－蚕豆、鸭趾 草、拟南芥-ABA 花粉管的伸长过程－百合花粉、拟南芥花粉 根毛细胞感应环境及病原因子的过程
植物与病原相互作用的过程－烟草、番茄
植物细胞信号传递的基本过程 植物体内的信号传导