植物细胞信号转导
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植物细胞信号转导
㈡ G蛋白(G protein)
在受体接受胞间信号分子到产生胞内信号分子之 间，往往要进行信号转换，通常认为是通过G蛋 白将转换偶联起来，故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)，由于其生理活性有赖于三磷酸 鸟苷(GTP)的结合以及具有GTP水解酶的活性而得 名。
㈡ 肌醇磷脂信号系统
磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（phosphatidylinositol-4,5bisphosphate，PIP2）是一种分布在质膜内侧的肌 醇磷脂，占膜脂的极小部分。它是由PI（磷脂酰 肌醇，phosphatidylinositol ）和PIP（磷酯酰肌醇4-磷酸，PI-4-phosphate）磷酸化而形成的。
㈠ 钙信号系统
静息态胞质Ca2+浓度小于或等于0.1mmol· L-1, 而细 胞壁、内质网和液泡中的Ca2+浓度要比胞质中的 高2~5个数量级。 细胞受刺激后，胞质Ca2+浓度可能发生一个短暂 的、明显的升高，或发生梯度分布或区域分布的 变化。
植物细胞中Ca2+的运输系统
胞外刺激信号可能直接或间接地调节这些钙离子 的运输系统，引起胞内游离钙离子浓度变化以至 影响细胞的生理生化活动。 胞内Ca2+信号通过其受体-钙调蛋白转导信号。现 在研究得较清楚的植物中的钙调蛋白主要有两种： 钙调素(calmodulin, CaM)与钙依赖型蛋白激酶。
蛋白激酶
（protein kinase）
蛋白质
蛋白磷酸脂酶
蛋白质-nPi
（protein phosphatase）
第7章植物细胞信号转导
上章回顾：
6.1 同化物的运输
胞间、长距运输。环割的利用。形式及特点（稳定、溶解、运速）
6.2 同化物的运输机制
三种学说：压力流动说、泵动说、蛋白质收缩说
6.3.同化物的分配
代谢源、库，源库单位。分配特点：优先中心、就近同侧、在利用、功能叶间无关
6.4 影响同化物运输的因素
温度、光、水、矿
第7章 细胞信号转导
• 第一节 信号与受体结合
• 一、信号
• 对植物体来讲，环境变化就是刺激，就是信号。 根据信号分子的性质信号分为物理信号和化学信 号；光、电等刺激属于物理信号，而激素、病原 因子等属于化学信号。化学信号也称之为配体。 根据所处的位置信号，可分为胞外（胞间）信号 和胞内信号。
• 信号进入细胞后，最终引起生理生化变化和形态 反应。例如，电波就是在植物体进行传递的物理 信号。植物受到外界刺激时可产生电波，通过维 管束、共质体和外质体快速传递信息。又如，植 物根尖合成的ABA，通过导管向上运送到叶片保 卫细胞，引起气孔关闭，这个过程就是信号转导 的过程。
• 位于亚细胞组分如细胞核、液泡膜上的受 体叫做细胞内受体。一些信号（如甾类物 质）是疏水性小分子，不经过跨膜信号转 换，而直接扩散入细胞，与细胞内受体结 合后，在细胞内进一步传递和放大。
• 第二节 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，这个过程称为 跨膜信号转换。
• 二、受体在信号转导中的作用Fra bibliotek• 受体：是指能够特异地识别并结合信号、在细 胞内放大和传递信号的物质。细胞受体的特征是 有特异性、高亲和力和可逆性。至今发现的受体 大都为蛋白质。
• 位于细胞表面的受体称为细胞表面受体。在很多 情况下，信号分子不能跨过细胞膜，它们必须与 细胞表面受体结合，经过跨膜信号转换，将胞外 信号传入胞内，并进一步通过信号转导网络来传 递和放大信号。例如，细胞分裂素受体就是细胞 表面受体。
6.1 同化物的运输
胞间、长距运输。环割的利用。形式及特点（稳定、溶解、运速）
6.2 同化物的运输机制
三种学说：压力流动说、泵动说、蛋白质收缩说
6.3.同化物的分配
代谢源、库，源库单位。分配特点：优先中心、就近同侧、在利用、功能叶间无关
6.4 影响同化物运输的因素
温度、光、水、矿
第7章 细胞信号转导
• 第一节 信号与受体结合
• 一、信号
• 对植物体来讲，环境变化就是刺激，就是信号。 根据信号分子的性质信号分为物理信号和化学信 号；光、电等刺激属于物理信号，而激素、病原 因子等属于化学信号。化学信号也称之为配体。 根据所处的位置信号，可分为胞外（胞间）信号 和胞内信号。
• 信号进入细胞后，最终引起生理生化变化和形态 反应。例如，电波就是在植物体进行传递的物理 信号。植物受到外界刺激时可产生电波，通过维 管束、共质体和外质体快速传递信息。又如，植 物根尖合成的ABA，通过导管向上运送到叶片保 卫细胞，引起气孔关闭，这个过程就是信号转导 的过程。
• 位于亚细胞组分如细胞核、液泡膜上的受 体叫做细胞内受体。一些信号（如甾类物 质）是疏水性小分子，不经过跨膜信号转 换，而直接扩散入细胞，与细胞内受体结 合后，在细胞内进一步传递和放大。
• 第二节 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，这个过程称为 跨膜信号转换。
• 二、受体在信号转导中的作用Fra bibliotek• 受体：是指能够特异地识别并结合信号、在细 胞内放大和传递信号的物质。细胞受体的特征是 有特异性、高亲和力和可逆性。至今发现的受体 大都为蛋白质。
• 位于细胞表面的受体称为细胞表面受体。在很多 情况下，信号分子不能跨过细胞膜，它们必须与 细胞表面受体结合，经过跨膜信号转换，将胞外 信号传入胞内，并进一步通过信号转导网络来传 递和放大信号。例如，细胞分裂素受体就是细胞 表面受体。
植物生理学第七章 植物体内细胞信号转导
土壤干旱
ABA
ABA受体
Ca2+
(胞外刺激)
等信号分子
初级信使
胞间化 学信号
膜上信 号转换
第二信使
• 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
吉尔曼
Alfred G. Gilman 美国
得克萨斯大学西南医 学中心 1941年--
罗德贝尔
Martin Rodbell 美国 国立环境卫生研究所 1925年--1998年
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。
结构模式图及其激活机制
(B) (A)
⑴ CaM 的作用机制 第一，直接与靶酶结合，诱导靶酶的活性构
象，从而调节靶酶的活性。 第二，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。 ⑵ CaM 的活性调节
① 调幅机制
② 调敏机制
⒋ Ca2+·CaM复合体的靶酶 Ca2+- ATP 酶, Ca2+通道， NAD激酶 ， 多种蛋白激酶等。
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，最终调节细胞的生长发育。
植物细胞信号转导
由３种不同的亚基（α、β、γ）构成， α亚基含 有GTP结合的位点，并具有GTP水解酶的活性。 β和γ亚基一般以稳定的复合态存在。
通常情况下， G蛋白以三聚体形式存在，与GDP结合， 处于钝化状态。
当信号分子与膜上的受体结合后形成激活型受体，它可 与G蛋白结合使之构型变化， G蛋白排斥GDP，结合 GTP而活化， α与βγ解离后与效应器结合，把胞外信 号转换为胞内信号；
植物细胞信号转导
植物体的新陈代谢和生长发育受遗传信息及 环境的调控。
植物如何感受环境刺激，环境刺激又如何调 控和决定植物生理活动、生长发育，植物细 胞如何综合内外因素以控制基因表达。人们 将这些过程称为细胞的信号转导（signal transduction）。
环境刺激
胞间信号 跨膜信号转换 细胞表面
第三节、胞内信号系统
胞间信号称为第一信使（初级信号） 胞内信号称为第二信使（次级信号）
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为细胞信号转导过 程中的第二信使（胞内信号）
一、钙信号系统﹡
（一）衡量钙信使的标准
(1) 细胞质的Ca２＋水平必须能对 来自环境与邻近细胞的刺激有所反应； 而且Ca２＋水平的变化要早于该生理反应
根据作用机理，可将细胞表面受体分为３种类型： ① G蛋白偶联受体 ②酶偶联受体 ③离子通道偶联受体
第二节 信号跨膜转换
对于细胞内受体而言，信号可以进入细胞 内部与胞内的受体结合，完成信号的直 接跨膜进入。
大多数信号分子不能通过膜，信号分子通 过与细胞表面受体结合，经过跨膜信号 转换，将胞外信号传至胞内。
而在动物视觉系统细胞光感应中起重要作用的cGMP在 植物花色素苷诱导中起决定作用，并与Ca 2+ -CaM一起 诱导PSⅠ和Cyt b6/f的合成。
通常情况下， G蛋白以三聚体形式存在，与GDP结合， 处于钝化状态。
当信号分子与膜上的受体结合后形成激活型受体，它可 与G蛋白结合使之构型变化， G蛋白排斥GDP，结合 GTP而活化， α与βγ解离后与效应器结合，把胞外信 号转换为胞内信号；
植物细胞信号转导
植物体的新陈代谢和生长发育受遗传信息及 环境的调控。
植物如何感受环境刺激，环境刺激又如何调 控和决定植物生理活动、生长发育，植物细 胞如何综合内外因素以控制基因表达。人们 将这些过程称为细胞的信号转导（signal transduction）。
环境刺激
胞间信号 跨膜信号转换 细胞表面
第三节、胞内信号系统
胞间信号称为第一信使（初级信号） 胞内信号称为第二信使（次级信号）
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为细胞信号转导过 程中的第二信使（胞内信号）
一、钙信号系统﹡
（一）衡量钙信使的标准
(1) 细胞质的Ca２＋水平必须能对 来自环境与邻近细胞的刺激有所反应； 而且Ca２＋水平的变化要早于该生理反应
根据作用机理，可将细胞表面受体分为３种类型： ① G蛋白偶联受体 ②酶偶联受体 ③离子通道偶联受体
第二节 信号跨膜转换
对于细胞内受体而言，信号可以进入细胞 内部与胞内的受体结合，完成信号的直 接跨膜进入。
大多数信号分子不能通过膜，信号分子通 过与细胞表面受体结合，经过跨膜信号 转换，将胞外信号传至胞内。
而在动物视觉系统细胞光感应中起重要作用的cGMP在 植物花色素苷诱导中起决定作用，并与Ca 2+ -CaM一起 诱导PSⅠ和Cyt b6/f的合成。
植物生理学第七章：植物体内细胞信号转导
跨膜信号转换通过细胞表面的受体与配 体结合来实现。这里着重介绍通过G蛋白 连接受体发生的跨膜信号转换。
植物生理学教研室
细胞信号转导
• 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水解酶的活性而得名。 20世纪70年代初在动物细胞中发现了G蛋 白的存在，进华而南农业证大学明植物了生理G教研蛋室 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。
植物生理学教研室
细胞信号转导
华南农业大学植物生理教研室 植物生理学教研室
细胞信号转导
第一节 信号与受体结合
一、信号（理解）
• 信号是信息的物质体现形式和物理过程。 • 刺激就是信号 华南农业大学植物生理教研室 • 化学信号和物理信号，化学信号也称为配体 • 胞内信号和胞间信号 • 植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的
细胞信号转导
第七章 细胞信号转导
• 植物细胞信号转导: 是指细胞耦联 各种刺激信号（包括各种内外源刺 激信号）与华南其农业大引学植物起生理特教研室定生理效应之 间的一系列分子反应机制。
植物生理学教研室
细胞信号转导
分为4个步骤： 1、信号分子与细胞表面受体结合 2、跨膜信号转换 3、在细胞内华南通农业大过学植物信生理教号研室 转导网络进 行信号传递、放大与整合 4、导致生理生化变化
细胞信号转导
二、受体在信号转导中的作用（理解）
➢ 受体(receptor)是存在于细胞表面或亚细胞组分中 的天然分子，可特异地识别并结合化学信号物 质——配体，并在细胞内放大、传递信号，启动 一系列生化反应，最终导致特定的细胞反应。
植物生理学教研室
细胞信号转导
• 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水解酶的活性而得名。 20世纪70年代初在动物细胞中发现了G蛋 白的存在，进华而南农业证大学明植物了生理G教研蛋室 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。
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细胞信号转导
华南农业大学植物生理教研室 植物生理学教研室
细胞信号转导
第一节 信号与受体结合
一、信号（理解）
• 信号是信息的物质体现形式和物理过程。 • 刺激就是信号 华南农业大学植物生理教研室 • 化学信号和物理信号，化学信号也称为配体 • 胞内信号和胞间信号 • 植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的
细胞信号转导
第七章 细胞信号转导
• 植物细胞信号转导: 是指细胞耦联 各种刺激信号（包括各种内外源刺 激信号）与华南其农业大引学植物起生理特教研室定生理效应之 间的一系列分子反应机制。
植物生理学教研室
细胞信号转导
分为4个步骤： 1、信号分子与细胞表面受体结合 2、跨膜信号转换 3、在细胞内华南通农业大过学植物信生理教号研室 转导网络进 行信号传递、放大与整合 4、导致生理生化变化
细胞信号转导
二、受体在信号转导中的作用（理解）
➢ 受体(receptor)是存在于细胞表面或亚细胞组分中 的天然分子，可特异地识别并结合化学信号物 质——配体，并在细胞内放大、传递信号，启动 一系列生化反应，最终导致特定的细胞反应。
植物生理学：第七章 细胞信号转导
胞外的信号经过跨 膜转换进入细胞后， 通常产生第二信使 并通过相应的胞内 信使系统将信号级 联放大，引起细胞 最终的生理反应。
目前植物中普遍接受的胞内第二信使系统主要有：钙 信使系统和肌醇磷脂信使系统。
对于动物中研究较为透彻的环核苷酸信使系统是否同 样存在于植物以及其在植物中存在的普遍性，尽管目前尚 有争议，但已有一部分报道在拟南芥等植物中存在并参与 了植物气孔运动、光诱导叶绿体花色素的合成等信号转导 过程。
细胞表面受体 细胞内受系统）
细胞受体的特征 （1）特异性； （2）高亲和力； （3）可逆性。
受体与配体的结合是一种分子识别 过程，靠氢键、离子键与范德华力 的作用，配体与受体分子空间结构 的互补性是特异性结合的主要因素。
在植物感受各种外界刺激的信号转导过程中，受体的功 能主要表现在两个方面：
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
钙信使系统是植物细胞中重要的也是研究最多的胞内信使系统。
胞内钙梯度的存在是Ca2+信号产生的基础。正常情况下 植物细胞质中游离的静息态Ca2+水平为10-7 ~10-6 mol/L左右， 而液泡的游离钙离子水平在10-3mol/L左右，内质网中钙离子 浓度在10-6mol/L，细胞壁中的钙离子浓度也高达10-5－103mol/L。因而细胞壁等质外体作为胞外钙库，内质网、线粒 体和液泡作为胞内钙库。静止状态下这些梯度的分布是相对 稳定的，当受到刺激时，钙离子跨膜运转调节细胞内的钙稳 态（calcium homeostasis），从而产生钙信号。
Ca2+ ‧ CaM的下游靶酶包括质膜上的Ca2+-ATP酶、Ca2+通 道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。这些酶被激活后，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。
目前植物中普遍接受的胞内第二信使系统主要有：钙 信使系统和肌醇磷脂信使系统。
对于动物中研究较为透彻的环核苷酸信使系统是否同 样存在于植物以及其在植物中存在的普遍性，尽管目前尚 有争议，但已有一部分报道在拟南芥等植物中存在并参与 了植物气孔运动、光诱导叶绿体花色素的合成等信号转导 过程。
细胞表面受体 细胞内受系统）
细胞受体的特征 （1）特异性； （2）高亲和力； （3）可逆性。
受体与配体的结合是一种分子识别 过程，靠氢键、离子键与范德华力 的作用，配体与受体分子空间结构 的互补性是特异性结合的主要因素。
在植物感受各种外界刺激的信号转导过程中，受体的功 能主要表现在两个方面：
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
钙信使系统是植物细胞中重要的也是研究最多的胞内信使系统。
胞内钙梯度的存在是Ca2+信号产生的基础。正常情况下 植物细胞质中游离的静息态Ca2+水平为10-7 ~10-6 mol/L左右， 而液泡的游离钙离子水平在10-3mol/L左右，内质网中钙离子 浓度在10-6mol/L，细胞壁中的钙离子浓度也高达10-5－103mol/L。因而细胞壁等质外体作为胞外钙库，内质网、线粒 体和液泡作为胞内钙库。静止状态下这些梯度的分布是相对 稳定的，当受到刺激时，钙离子跨膜运转调节细胞内的钙稳 态（calcium homeostasis），从而产生钙信号。
Ca2+ ‧ CaM的下游靶酶包括质膜上的Ca2+-ATP酶、Ca2+通 道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。这些酶被激活后，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。
9-植物细胞信号转导
Hemoglobin (yellow) exposed to endothelial cells that were stimulated to produce EDRF (green) Hemoglobin (yellow) directly exposed to NO (green) The shift of absorption curves is identical, hence EDRF is NO
Nitroglycerine a 100 year old explosive and heart medicine
Alfred Nobel suffered from angina pectoris and was prescribed nitroglycerine. In a letter to a friend he wrote: "It sounds like the irony of fate that I have been prescribed nitroglycerine internally. They have named it Trinitrin in order not to upset pharmacists and the public. Your affectionate friend, A. Nobel"
6.4.3.4 胞间信号的传递
• 易挥发性化学信号在体内气相的传递：NO、 C2H2、JA-Me等。 • 化学信号的韧皮部传递：ABA、水杨酸等。 • 化学信号的木质部传递 • 电信号的传递 • 水力学信号的传递
Robert F. Furchgott SUNY Health Science A New Principle Center Nitric Oxide, NO, is a short-lived, endogenously Brooklyn, NY, USA. produced gas that acts as a signaling molecule in 1916~ the body. Signal transmission by a gas, produced by one cell, which penetrates membranes and regulates the function of other cells is an entirely new principle for signaling in the human Louis J. Ignarro organism. Dept. of Molecular and Medical Pharmacology UCLA School of NO as a signalling Medicine Los Angeles 1941～ molecule for 1998
Nitroglycerine a 100 year old explosive and heart medicine
Alfred Nobel suffered from angina pectoris and was prescribed nitroglycerine. In a letter to a friend he wrote: "It sounds like the irony of fate that I have been prescribed nitroglycerine internally. They have named it Trinitrin in order not to upset pharmacists and the public. Your affectionate friend, A. Nobel"
6.4.3.4 胞间信号的传递
• 易挥发性化学信号在体内气相的传递：NO、 C2H2、JA-Me等。 • 化学信号的韧皮部传递：ABA、水杨酸等。 • 化学信号的木质部传递 • 电信号的传递 • 水力学信号的传递
Robert F. Furchgott SUNY Health Science A New Principle Center Nitric Oxide, NO, is a short-lived, endogenously Brooklyn, NY, USA. produced gas that acts as a signaling molecule in 1916~ the body. Signal transmission by a gas, produced by one cell, which penetrates membranes and regulates the function of other cells is an entirely new principle for signaling in the human Louis J. Ignarro organism. Dept. of Molecular and Medical Pharmacology UCLA School of NO as a signalling Medicine Los Angeles 1941～ molecule for 1998
植物生理学：第七章 细胞信号转导
G蛋白下游的靶效应器很多，包括磷酯酶C（PLC）、 磷酯酶D（PLD）、磷酯酶A2（PLA2）、磷酯酰肌醇3激 酶（PI3K）、腺苷酸环化酶、离子通道等。
通常认为，G蛋白参与的跨膜转换信号方式主要是α亚 基调节，而βγ亚基的功能主要是对G蛋白功能的调节和修饰， 或把G蛋白锚定在细胞膜上。随着研究的深入，越来越多的 证据表明，G蛋白被受体激活后βγ亚基游离出来也可以直接 激活胞内的效应酶。有些甚至是α亚基和βγ亚基复合体协同 调节。在目前所知道的8种不同的腺苷酸环化酶（AC）同工 酶中，AC1通过α亚基激活，AC2、AC4、AC7则直接被βγ 亚基激活，但需要α亚基存在，两种协同起作用。
信号的主要功能：在细胞内和细胞间传递生物信息，当植 物体感受信号分子所携带的信息后，或引起跨膜的离子流动， 或引起相应基因的表达，或引起相应酶活性的改变等，最终 导致细胞和生物体特异的生理反应。
外部信号对 拟南芥植株 生长和发育 的影响
二、受体（receptor）在信号转导中的作用
受体（指能够特 异地识别并结合 信号、在细胞内 放大和传递信号 的物质）
一、G蛋白参与的跨膜信号转换
是细胞跨膜转换信号的主要方式。G蛋白 即GTP结合蛋白（GTP binding protein），是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质。G蛋 白可以和三磷酸鸟苷（GTP）结合，并具有GTP水解酶的活性。在所有 的G蛋白中只有两种类型G蛋白参与细胞信号传递：小G蛋白和异三聚体 G蛋白。小G蛋白是一类只含有一个亚基的单聚体G蛋白，它们分别参与 细胞生长与分化、细胞骨架、膜囊泡与蛋白质运输的调节过程。
在细胞跨膜信号转导中起主要作用的是异三聚体G蛋白(heterotrimeric G-proteins，也被称作大G蛋白)。常把异三聚体G蛋白简称为G蛋白。
植物生理学：第六章 植物细胞信号转导
第二节
跨膜信号转换
二、受体的类型：质膜表面有三种受体 受体的类型： 类型
receptor)： 1、G蛋白偶联受体(G-protein-linked receptor)：受体蛋白 蛋白偶联受体(G-protein(G 的氨基端位于细胞外侧，羧基端位于内侧 位于内侧， 的氨基端位于细胞外侧，羧基端位于内侧，一条单肽链形成 几个跨膜α螺旋结构；羧基端有与G 蛋白相互作用的区域， 几个跨膜α螺旋结构；羧基端有与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。 受体活化后直接将G蛋白激活，进行跨膜信号转换。 酶偶联受体(enzyme (enzymereceptor)： 2、酶偶联受体(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，可以激活酶， 酶蛋白，当细胞外区域与配体结合时，可以激活酶，通过细 胞内侧酶的反应传递信号。 胞内侧酶的反应传递信号。 离子通道偶联受体(ion channel(ionreceptor）： ）：除 3、离子通道偶联受体(ion-channel-linked receptor）：除 了含有与配体结合的部位外，受体本身就是离子通道， 了含有与配体结合的部位外，受体本身就是离子通道，受体 接收信号后立即引起离子的跨膜流动。 接收信号后立即引起离子的跨膜流动。 • 受体与化学信号物质的识别反应是细胞信号转导过程中的第 受体与化学信号物质的识别反应 识别反应是细胞信号转导过程中的第 一步。 一步。
第六章 植物细胞信号转导
• 植物的生长发育是基因差别表达的结果，或者说是基因在一定 植物的生长发育是基因差别表达的结果， 时间、空间上表达的结果。基因表达受环境刺激的调控， 时间、 空间上表达的结果 。基因表达受环境刺激的调控 ，动物 通过神经和内分泌系统进行调节；植物通过精确的、完善的信 通过神经和内分泌系统进行调节；植物通过精确的、完善的 信 号转导系统来调节自身 适应环境。 来调节自身， 号转导系统来调节自身，适应环境。 • 细胞信号转导（cell signal transduction):指的是偶联各种 细胞信号转导（ transduction):指的是偶联各种 胞外刺激信号（包括各种内、外源刺激信号） 胞外刺激信号（包括各种内、外源刺激信号）与其相应的生理 反应之间的一系列分子反应机制。 反应之间的一系列分子反应机制。 • 植物细胞信号转导（signal transduction）主要研究植物感受、 植物细胞信号转导（ transduction）主要研究植物感受、 传递环境刺激的分子途径及在植物发育过程中调控基因的表达 和生理生化反应。 和生理生化反应。
第七章 信号传导
重力
根冠柱细胞中淀粉体
含羞草感震运动 光周期诱导植物开 花 低温诱导植物开花 乙烯诱导果实成熟 根通气组织的形成 植物抗病反应
机械刺激、电波 机械刺激、
感受细胞的膜
光周期 低温 乙烯 乙烯、 乙烯、缺氧 病原体产生的激 发子 根瘤菌产生结瘤 因子
光敏色素和隐花色素 茎尖分生组织 乙烯受体 中皮层细胞 激发子受体
第七章 细胞信号转导
由于植物移动性不如动物， 由于植物移动性不如动物，植物在长期的进化过 程中发展起一套完善的信号转导系统， 程中发展起一套完善的信号转导系统，以适应环境的 变化，更好地生存。 变化，更好地生存。 在植物的生长发育的某一阶段， 在植物的生长发育的某一阶段，常常是多种刺激同 时作用。这样，在植物体内和细胞内，复杂、多样的 时作用。这样，在植物体内和细胞内，复杂、 信号系统之间存在着相互作用，形成信号转导网络， 信号系统之间存在着相互作用，形成信号转导网络， 也有人将这种相互作用称作“交谈（ talk） 也有人将这种相互作用称作“交谈（cross talk）” 。 对信号转导网络的认识是近20年来的研究所得， 对信号转导网络的认识是近20年来的研究所得，事 20年来的研究所得 实上，这个网络会复杂得多， 实上，这个网络会复杂得多，需要更多的实验证据来 充实和完善。 充实和完善。
豆科植物的根瘤
凝集素
根皮层细胞大量分裂导致根瘤形成
一些常见的植物信号转导的事例
三、研究内容和意义
1、研究内容 细胞信号转导过程的信号转导途径 和分子机制。 2、意义 调控植物生命活动，提高植物适应 环境的能力；揭示生命进化的本质。 环境的能力；揭示生命进化的本质。
第二节 植物细胞信号转导过程
一、刺激与感受 受体与配体特异性结合
第七章植物细胞的信号转导
第七章植物细胞的信号转导1信号转导：受体细胞通过受体接收胞外信号，将胞外信号转变为胞内信号，并经一系列胞内信号转导途径的传导和放大，控制相关基因表达和引起特定的生理生化反应，这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理生化反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。
2化学信号：指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理生化反应的化学物质。
3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等物理性因子。
4第二信使：是指细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的具有生理调节活性的胞内信号分子，都是小分子物质。
植物中的第二信使主要有cAMP、钙离子、NO、DAG和IP3等。
5受体：存在于细胞表面或细胞内部，能感受信号或与信号分子特异性结合，并引起特定的生理生化反应的生物大分子。
6细胞表面受体：指存在于细胞质膜上的受体，也称膜受体。
通常由与配基相互作用的细胞外结构域、将受体固定在细胞膜上的跨膜结构域和起传递信号作用的胞内结构域3部分组成。
细胞表面受体通常是跨膜蛋白质，大多数信号分子不能过膜，通过与细胞表面受体结合，经跨膜信号转换将胞外信号传至胞内。
7细胞内受体：指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核、液泡膜等）上的受体。
胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的信号分子。
8配基：指与受体特异结合的化学信号分子。
9钙指纹：指能被细胞识别的、由某种刺激产生的、具有特异性时空变化的钙信息。
10G蛋白：是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质，参与细胞信号转导过程的G蛋白主要有小G蛋白和异三聚体G蛋白，其中三聚体G蛋白由β、α、ϒ3个不同亚基构成。
11双信使系统：指肌醇磷脂信号系统。
胞外信号被膜受体接受后以G蛋白为中介，由质膜中的磷脂酶C水解肌醇磷脂，产生两个胞内信号分子：三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油（DAG）,分别激活两个信号传递途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，因此把这一信号系统称为双信号系统。
第七章植物细胞的信号转导
1信号转导：受体细胞通过受体接收胞外信号，将胞外信号转变为胞内信号，并经一系列胞内信号转导途径的传导和放大，控制相关基因表达和引起特定的生理生化反应，这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理生化反应的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导。
2化学信号：指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理生化反应的化学物质。
3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等物理性因子。
4第二信使：是指细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的具有生理调节活性的胞内信号分子，都是小分子物质。
植物中的第二信使主要有cAMP、钙离子、NO、DAG和IP3等。
5受体：存在于细胞表面或细胞内部，能感受信号或与信号分子特异性结合，并引起特定的生理生化反应的生物大分子。
6细胞表面受体：指存在于细胞质膜上的受体，也称膜受体。
通常由与配基相互作用的细胞外结构域、将受体固定在细胞膜上的跨膜结构域和起传递信号作用的胞内结构域3部分组成。
细胞表面受体通常是跨膜蛋白质，大多数信号分子不能过膜，通过与细胞表面受体结合，经跨膜信号转换将胞外信号传至胞内。
7细胞内受体：指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核、液泡膜等）上的受体。
胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的信号分子。
8配基：指与受体特异结合的化学信号分子。
9钙指纹：指能被细胞识别的、由某种刺激产生的、具有特异性时空变化的钙信息。
10G蛋白：是细胞内一类具有重要生理调节功能的蛋白质，参与细胞信号转导过程的G蛋白主要有小G蛋白和异三聚体G蛋白，其中三聚体G蛋白由β、α、ϒ3个不同亚基构成。
11双信使系统：指肌醇磷脂信号系统。
胞外信号被膜受体接受后以G蛋白为中介，由质膜中的磷脂酶C水解肌醇磷脂，产生两个胞内信号分子：三磷酸肌醇(IP3)和二脂酰甘油（DAG）,分别激活两个信号传递途径：IP3-Ca2+和DAG-PKC途径，因此把这一信号系统称为双信号系统。
12激发子：指由病原体产生，并能够激发或诱导植物寄主产生防御反应的因子。
植物细胞的信号传导
A.异三聚体G蛋白的基因克隆
植物 拟南芥
番茄 衣藻 玉米 拟南芥
基因
gpa1 tga1 cb1p zgb1 agb1
拷贝数 单拷贝 单拷贝
-单拷贝 单拷贝
产物 GPα1 GPα1 WD-40(重复的二级结构)
Gβ Gβ
（2）检测G蛋白的生化方法
A）GTP结合实验（GTP—binding assays），G 蛋白可以结合GTP。标记GTP可以检测G蛋白。
D）免疫转移电泳实验（Western blot assay） 利用抗原抗体结合原理，先用SDS-PAGE分离
样品，转移到NC膜（nitrate cellulose） 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。
接受信号主要通过蛋白受体或改变膜电位
受体位置
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
光形态建成中信号传导效应的复杂性
第二节 植物细胞跨膜信号转导
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。
Ca2+
Ca2+ 调节蛋白
IP3 DAG
PKA PKCa2+ PKCa2+ ·CaM
PKC
酶
蛋细
白 磷胞
酸 化
反
修应
饰
CaM
初级信使
膜上信号 转换系统
第二信使
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
植物 拟南芥
番茄 衣藻 玉米 拟南芥
基因
gpa1 tga1 cb1p zgb1 agb1
拷贝数 单拷贝 单拷贝
-单拷贝 单拷贝
产物 GPα1 GPα1 WD-40(重复的二级结构)
Gβ Gβ
（2）检测G蛋白的生化方法
A）GTP结合实验（GTP—binding assays），G 蛋白可以结合GTP。标记GTP可以检测G蛋白。
D）免疫转移电泳实验（Western blot assay） 利用抗原抗体结合原理，先用SDS-PAGE分离
样品，转移到NC膜（nitrate cellulose） 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。
接受信号主要通过蛋白受体或改变膜电位
受体位置
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
光形态建成中信号传导效应的复杂性
第二节 植物细胞跨膜信号转导
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。
Ca2+
Ca2+ 调节蛋白
IP3 DAG
PKA PKCa2+ PKCa2+ ·CaM
PKC
酶
蛋细
白 磷胞
酸 化
反
修应
饰
CaM
初级信使
膜上信号 转换系统
第二信使
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
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植物细胞Ca2+分布及其信号发生
胞内Ca2+对信号刺激的反应
2、钙调素（钙调蛋白）： 16.7 Kd，148氨基酸
CaM对基因表达的调控模式
3、 Ca2+信号的下游反应
二、IP3/DAG在信号转导中的作用
DAG
磷酯酶C
IP3
4,5-二磷酸磷脂酰 肌醇（质膜内侧）
IP3/Ca2+信号传递途径
DAG/PKC信号传导途径
三、信号转导中的蛋白质可逆磷酸化
分裂原活化 蛋白激酶
（一）蛋白激酶
丝氨酸/苏氨酸激酶，酪氨酸激酶，组氨酸激酶
1、钙/钙调素依赖型蛋白激酶(CDPK)：丝氨酸/苏氨 酸激酶
2、类受体蛋白激酶
胞外结构区 跨膜螺旋区 胞内蛋白激酶催化 区
（二）蛋白磷酸酶
信号网络
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 215:00: 1115:0 0Dec-20 12-Dec-20
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 15:00:1 115:00: 1115:0 0Saturday, December 12, 2020
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.12.1 220.12. 1215:0 0:1115: 00:11D ecembe r 12, 2020
（感应蛋白，HK）
应答调控蛋白 （RR）
三、受体激酶
胞外结构区 跨膜螺旋区 胞内蛋白激酶催化 区
第三节 细胞内信号转导形成网络
几个概念： 信号网络 信号交谈 初级信号 第二信使 信号放大
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
1、植物细胞Ca2+分布及其信号发生
腔肠素
水母素胺
水母蛋白(apoaequorin)经常被用作钙指示剂
第二节 跨膜信号转换
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，这 个过程称为跨膜信号转换。
一、G蛋白 1、GTP结合蛋白 2、类型：
三聚体GTP结合蛋白 3、G蛋白参与的跨膜信号转换
参与细胞分裂、 气孔运动 花粉管伸长等生理反应
二、双元组分系统 (植物细胞，细菌)
组氨酸蛋白激酶
第一节 信号与受体结合
一、信号：
环境变化对细胞所产 生的刺激。
物理信号 化学信号（配体）
胞外信号 胞内信号
二、受体在信号转导中的作用
受体是指能够特异地识别并结合信号、在细胞内 放大和传递信号的物质。细胞受体有特异性、高亲和 性和可逆性。
细胞表面受体
细胞内受体
受体的类型：
G蛋白连接受体 类受体蛋白激酶 离子通道连接 受体
第三篇：植物的生长和发育
生长：表现为植物体积和重量的 增加，是通过细胞分裂和扩大来完 成的。
发育：指在整个生活史上，植 物体的构造和机能从简单到复杂的 变化过程，其表现就是细胞、组织 和器官的分化。
形态建成：在植物体的发育过程 中，由于不同细胞逐渐向不同方向 分化，从而形成了具有各种特殊构 造和机能的细胞、组织和器官，这 个过程称为形态建成。
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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 12月12 日星期 六下午 3时0分 11秒15 :00:112 0.12.12
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7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年12 月下午 3时0分 20.12.1 215:00 December 12, 2020
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年12 月12日 星期六 3时0分 11秒15 :00:111 2 December 2020
12-Dec-2020.12.12
• 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自 己眷恋了。20.12.1215:00:1112 December 202015:00
主要的信息传递途径
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1220. 12.12Sa turday, December 12, 2020
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2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。15:0 0:1115: 00:1115 :0012/ 12/2020 3:00:11 PM
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9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。下午 3时0分 11秒下 午3时0 分15:0 0:1120. 12.12
• 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。12/12/
2020 3:00:11 PM15:00:112020/12/12
• 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。12/12/
第七章 植物细胞信号转导
细胞信号感受 跨膜信号转换 胞内信号网络
细胞信号转导是指细胞耦联各种刺激信号与其 引起的特定生理效应之间的一系列分子反应机制。
包括以下四个步骤：
1、信号分子与细胞表面受体的结合； 2、跨膜信号转换； 3、在细胞内通过信号转导网络进行信号传递、放大与整合； 4、导致生理生化变化。
谢 谢 大 家 2020 3:00 PM12/12/2020 3:00 PM20.12不放弃，下一秒就会有希望。12-Dec-2012 December 202020.12.12
• 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异 纸上画饼充饥，无补于事。Saturday, December 12, 2020