植物的细胞信号转导[1]资料
植物细胞的信号传导
5 two major signal transduction pathway in plant
• Cytosolic Calcium • Protein kinase /phosphorylase
细胞外 细胞膜 细胞质
环 境 刺 激
胞 间 信 号
受 体
G效
蛋应 白器
酪氨酸 蛋白激
酶
cAMP
第一节 Over view of signal transduction
1 The stream of signals is continuous and complex
2 Signal transduction network within cells, among
Cells and through the plant
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。
3Finally modified gene expression
• Different signal effects Different transduction networks in different way and different place
• But finally change the gene expression pattern
Ca2+
Ca2+ 调节蛋白
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）
植物体内的细胞信号转导
p157，图7-1
第一节
信号与受体结合
• 一、信号(signal)
• 1、定义
• 信号——是信息的物质体现形式和物理过程。
• 对植物来说，环境变化就是刺激，就是信号。植物 通过接受环境刺激信号而获得外界环境的信息。
2、种类
• 物理信号（如：光、电信号） • 化学信号（如：激素、病原因子等） ——化学信号也称为配体（ligand）。 • 信号的位置有所差异，可以分为： 胞外（胞间）信号和胞内信号 • 当环境刺激作用于植物体的不同部位时，会发 生细胞间的信号传递。
• 二元组分系统的夸膜信号转换途径：细胞 感受到外界刺激后，信号与位于质膜表面 的组氨酸蛋白激酶结合，激酶的组氨酸残 基发生磷酸化，并且将磷酸基团传递给下 游的反应调节蛋白。反应调节蛋白具有两 个部分，一是接受磷酸基团的部分，另一 部分为信号输出部分。将信号传递给下游 的组分，通常是转录因子，调控基因的表 达。
类受体蛋白激酶
• 受体本身是一种酶蛋白，当细胞外区域 与配体结合时，可激活酶，通过细胞内 侧酶的反应传递信号。
第二节
跨膜信号转换
• 指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。 G蛋白的活化和非活化循环是跨膜信号转换的 分子开关其将膜外信号转换为膜内信号并放大。
P160 Figure 7-3
• 一般认为，植物激素是植物体主要化学信号。 • 如当植物根系受到水分亏缺胁迫时，根系迅速合成ABA，向上运 送到保卫细胞，引起气孔关闭。
P158，Figure 72
二、受体在信号转导中的作用
• 1、受体（receptor）： 指可特异地识别并结合信号、在细胞 内放大和传递信号的物质。 细胞受体接受信号后启动一系列生化
植物细胞信号转导
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。
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
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
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
（感应蛋白，HK）
植物细胞信号转导
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。
植物生物学中的细胞信号转导机制
植物生物学中的细胞信号转导机制细胞信号转导是指一系列生物化学反应，这些反应通过将一个细胞中的信号传递到另一个细胞中，使细胞能够与外部环境进行交流，并对其做出相应反应。
对于植物而言，细胞信号转导机制是特别重要的，因为它允许植物感知到周围环境中的各种变化，如光、温度和生物压力等，并作出适当的反应。
目前，研究人员已经发现和揭示了很多种植物细胞信号传递机制和关键因子，例如，光合作用光反应、植物荷尔蒙信号转导、钙信号转导、二氧化碳浓度响应和细胞壁转导等。
本文将简要讨论其中的一些机制和相关的关键因子。
光合作用光反应植物中的光合合成是非常复杂的生物过程，其基础是光反应。
光反应是一种通过吸收太阳光进行光合作用的关键反应类型。
“光反应”在植物光合作用生物化学过程中的设置起着十分重要的作用, 其过程中产生的ATP和NADPH用来和CO2进行固定。
这个过程中一旦损失了任何1个关键的试剂，整个反应都会停止。
其中的关键元件是Mg-chlorophyll a和b，以及配体基和不同类型的载体。
植物荷尔蒙信号转导植物在生长和发育过程中受到植物荷尔蒙的调控。
植物荷尔蒙是植物内部生物化学通信中的一类因子。
一些植物中的关键荷尔蒙有：赤霉素（GA）、激素（IAA）、脱落酸（ABA）、乙烯、赤霉素、Gibberellins（GA）、激素（IAA）、脱落酸（ABA）, 以及其他不同的预测和研究中的植物内分泌物。
钙信号转导钙是一种重要的生物元素，在植物生长和发育过程中起着重要的调控作用。
钙通过与钙感受受体，如钙离子通道和钙结合蛋白等相互作用，调节了细胞的各种生理过程。
植物中的钙信号转导机制包括钙离子的进入和细胞内钙离子水平的调节，以及激活钙信号转导的信号启动机制。
二氧化碳浓度响应二氧化碳浓度是影响植物生长和发育的一个重要的环境因素之一。
植物对于二氧化碳的响应机制主要包括升高酶（Rubisco）、Peptide-RNA蛋白等等.细胞壁转导细胞壁是植物细胞中最重要的组成部分之一。
植物细胞信号转导PPT课件
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9
(二) 物理信号(physical signal)
➢ 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。
➢ 电信号传递是植物体内长距离传递信息的一种重要方式， 是植物体对外部刺激的最初反应。
激酶； PKC.依赖Ca2+与磷脂的蛋白激酶； PK
Ca2+·CaM. 依赖Ca2+·CaM的蛋白激酶从而使细
胞作出. 反应。
4
胞内分子反应 胞内信号转导 膜上信号转换
胞间信号传递
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5
植物体内的胞间信号可分为两类，即化学信号和物理信号。
一、胞间信号
(一) 化学信号 (chemical signals )
➢ 植物的电波研究较多的为动作电波(action potential, 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。
➢ 植物中动作电波的传递仅用短暂的冲击(如机械震击、电 脉冲或局部温度的升降)就可以激发出来，而且受刺激的 植物没有伤害，不久便恢复原状。
➢ 一些敏感植物或组织(如含羞草的茎叶、攀缘植物的卷须 等)，当受到外界刺激，发生运动反应(如小叶闭合下垂、 卷须弯曲等见录像)时伴有电波的传递。
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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
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图17.14 Albizia pulvini 背侧和腹侧的运动细胞之间的离
植物细胞信号转导
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第一节 植物体内的信号传导
植物生理学标准课件8(植物体内的细胞信号转导)
2）肌醇磷脂信号系统 肌醇磷脂(inositol phospholipid)是一类 由磷脂酸与肌醇结合的脂质化合物，分子 中含有甘油、脂酸磷酸和肌醇等基因，其 总量约占膜脂总量的1/1O左右。 主要以三种形式存在于植物质膜中： 磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI) 脂酰肌醇-4-磷酸(PIP) 磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)。
磷脂酰肌 醇
磷脂酰肌 醇-4-磷酸
磷脂酰-4,5二磷酸
磷酸脂酶C
二酰甘油
肌醇 胞质
肌醇单磷 酸
肌醇-1,4-二磷 酸 钙调素-C a 2+ （有活性 ）
肌醇-1,4,5 -三磷酸 钙调素 （无 活性）
反应 肌醇-1,4,5 三磷酸受 体 内质网或 液泡 液泡
由磷酸脂酶C的活化到引起胞质钙增加的传导顺序。与质膜结合的磷酸脂酶C由 G蛋白活化，磷脂酰-4,5-二磷酸由磷酸脂酶C水解产生第二信使肌醇-1,4,5 -三磷 酸和二酰甘油，肌醇-1,4,5 -三磷酸活化与内质网或液泡连结的肌醇-1,4,5 -三磷 酸受体，而开始释放Ca2+。磷脂化合物磷脂酰肌醇、磷脂酰肌醇-4-磷酸、肌醇1,4-二磷酸和肌醇单磷酸循环使用。
作用方式
1）直接与靶酶结合，诱导靶酶的活性构象，从
而调节酶活性； 2）与Ca2+结合，形成活化的Ca2+ . CaM复合体， 然后再与靶酶结合将靶酶激活。 目前已知有十多种酶受Ca2+-CaM的调控，如 蛋白激酶、NAD激酶、H+-ATPase等。在以光 敏色素为受体的光信号传导过程中Ca2+-CaM 胞内信号起了重要的调节作用。
18.31 异源三体G蛋白的活动循环
G蛋白位于膜内 侧，并与质膜紧密结 合。 1. 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。 这样完成一次循 环。
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。
植物生理学中的信号转导了解植物细胞内信号传递的机制
植物生理学中的信号转导了解植物细胞内信号传递的机制植物生理学中的信号转导：了解植物细胞内信号传递的机制植物生理学是研究植物在生长、发育和适应环境的过程中所发生的各种生理反应的学科。
作为一个复杂的生物机体，植物细胞内需要通过信号传递系统来感知和响应外界的环境变化。
信号转导是植物细胞内信号传递的关键过程，它能够使植物在遇到生物和非生物胁迫时做出适应性的反应。
本文将探讨植物生理学中的信号转导，以了解植物细胞内信号传递的机制。
一、信号的感知与转导植物细胞内信号传递的第一步是信号的感知。
植物细胞通过对外界刺激的感知，获取关于环境的信息，并将其转化为细胞内的信号。
这些信号可以是光线、温度、盐度、激素等多种形式。
植物的感受器通常是膜蛋白，例如光感受器负责感知光线，激素受体负责感知激素的存在。
感知到信号后，植物细胞进入信号转导流程。
信号转导是指将感知到的信号传递给细胞内的下游部分，以产生相应的生理反应。
信号转导的机制由多个组分构成，包括信号传感器、信号传导器、信号激活器和效应器。
这些组分在细胞内相互协作，将信号从感知器传递到效应器，实现植物生理反应的调节。
二、信号转导通路在植物生理学中，信号转导通路是通过多个蛋白质相互作用而形成的复杂网络系统。
常见的信号转导通路包括蛋白激酶、磷酸酶和离子通道等。
这些通路中的蛋白质能够感知和传导信号，并参与到细胞的生理活动中。
信号通路中的蛋白质通常通过磷酸化和去磷酸化等方式来传导信号。
磷酸化是通过添加磷酸基团到蛋白质上，从而改变其构象和功能。
去磷酸化则是将磷酸基团从蛋白质上去除，使其恢复原来的构象和功能。
这两种方式的协同作用，使信号能够在细胞内传递和放大，最终调控植物的生理反应。
三、第二信使和信号响应在信号转导过程中，第二信使起着重要的作用。
第二信使可以是小分子化合物，例如环状腺苷酸（cAMP）和钙离子（Ca2+）。
它们能够将感知到的信号转导给细胞内的下游组分，触发相应的生理反应。
高等植物生理学植物细胞信号转导
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。
动物细胞中质膜上的三种类型的受体
(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。
信号传导的途径: ➢ 胞间信号的感知和跨膜转换 ➢ 胞内信号传导 ➢ 蛋白质可逆磷酸化 ➢ 细胞的生理反应
信号传导的分子途径 环境刺激
第一信使
膜上信号转 换系统
离子通道
胞间信号 受体 G蛋白
蛋白激酶
细胞外
信号感受膜上信 号转换
细胞膜
第二信使
DAG
效应器
IP3
Ca2+
Ca2+调节蛋白
胞内信号转导 cAMP 细胞内
植物对水力学信号（hydraulic signal）即水压的变化很敏感。玉米 叶片木质部压力的微小变化就能迅速影响叶片气孔开度，即压力降低 时气孔开放，压力提高时气孔关闭。
当一种轮藻（characean）细胞平行排列时，电刺 激一个细胞产生的动作电位，可以传递到相距 10mm的另一个细胞而产生同步节律的动作电位。
激素受体，生长素受
体在细胞中的存在位 置有多种说法，但主 要有两种：
一种存在于质膜上 它 能促进细胞壁松驰， 是酸生长理论。
另一种存在于细胞质 (或细胞核)中 它能促 进核酸和蛋白质的合 成，是基因活化学说。
光受体：光敏色素。 迄今，光敏色素已 被纯化，基因克隆。 其中从藓类 (Certodon Rurpureus) 中克隆了一个新的 光敏色素基因，并 证实该光敏色素N端 （生色团所在）作 为光受体分子，C端 则在光刺激后产生 蛋白激酶活性。
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。
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。
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。
《植物细胞信号转导》课件
非激素信号转导
1
感知机制与途径
植物也能感知非激素信号，如光、温度和机械刺激，感知机制与途径涉及多种生 物分子和细胞的相互作用。
2
转录因子与下游基因调控
非激素信号转导通常通过调控转录因子的活性和下游基因的表达来实现，这些基 因调控网络参与植物的适应和响应。
3
路径的相互作用与细胞调控
不同非激素信号转导路径之间存在相互作用，通过这种调控网络，细胞能够实现 复杂的生物学调控。
总结
植物细胞信号转导在植物生长发育过程中起着重要作用，深入研究信号转导的机制和调控网络对于进一 步理解植物生命活动具有重要意义。
未来的研究将聚焦于信号转导的动态调节、网络相互作用以及应用植物信号转导技术加速植物育种和农 艺的创新等方面。
植物激素的信号转导
植物激素的类型与作用
不同类型的植物激素在植物生长发育中发挥着特定的作用，包括促进生长、调节生殖、抵抗 逆境等。
激素的信号转导途径与机制
植物激素的信号转导途径与机制多样，涵盖了多个信号传递通路，如内源激素生物合成、信 号转导的交叉调控等。
植物激素的调控网络
植物激素的信号转导会受到多个调控因子的影响，包括激素代谢、激素感知和下游基因的调 控等。
《植物细胞信号转导》 PPT课件
植物细胞信号转导是研究植物生长发育中信号传递的重要领域。本课件将介 绍信号转导的基本概念、植物激素的信号转导、非激素信号转导以及生物技 术应用在植物信号转导中的可能。
简介
了解植物细胞信号转导的基本概念对于深入理解植物生长发育过程非常关键。本节将介绍信号转导的定 义以及其在植物生长发育中的重要性。
生物技术在植物信号转导中的应用
基因克隆与功能分析
利用基因克隆技术，研究人员 能够揭示植物信号转导网络中 的关键基因及其功能。
植物细胞信号转导
第七页，共157页。
非生物胁迫诱导的基因产物的作用
在胁迫信号发送和胁迫忍耐性中起作用. 1) 酶
• 直接作用
• 脱毒作用 （SOD）
• 离子载体
• 生物合成
• 渗透调节物质 (可溶性糖、脯氨酸) • ABA • antioxidant compounds (Vc、VE、GSH) 2) 保护作用
如植物激素、化学调节因子（NO、以及多肽、糖类、细胞代谢物等）、 电信号（生物电位）。
第十三页，共157页。
不论是胞外信号还是胞内信号，均含有一定的信息
信号的主要功能是在细胞内和细胞间传递信息，当植物体感受到 信号分子所携带的信息后，
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，
植物的一些信号转导过程(光合作用,光的形态建成, 光周期效 应以及春化效应等)有别于动物;
植物信号的长距离转导有别于动物(神经系统和循环系统)。
第二十二页，共157页。
一些常见的植物信号转导反应
生理现象 光诱导的种子萌发
气孔运动 植物向光性反应 含羞草感振运动 根的向地性生长运动 光照控制植物开花 植物的春化反应 植物叶片脱落 乙烯诱导果实成熟
• 信号转导过程的启动是通过受体分子感受特定信号刺激来实现的。
这些受体分子在其分子特征、信号感受和输出、以及亚细胞定位上可能 有所不同。
• 受体活化后引起胞内次生信使的产生，并进一步扩展为其它信号 组分 ，结果是下游代谢途径的活化，而这些途径可能输出多种信 号，从而实现信号的级联放大.
• 可逆的蛋白质磷酸化过程，使转录因子活化，并引发相关基因的表达。
酵母中也有类似的“双组分系统”，磷酸化的反应调节器可激 活MAPK级联系统而诱导渗透保护物质的合成。
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（二）第二信使（second messenger）
又称次级信使，是指细胞感受胞外环境信 号和胞间信号后产生的胞内信号分子，从而将 细胞外信息转换为细胞内信息。
Ca2+
第二信使
cAMP
研究较深入
IP3
DAG
cGMP, H+,抗坏血酸，谷胱甘肽，
NO、H2O2、花生四烯酸、环ADP 核糖（cADPR）、IP4、IP5、IP6
第七章 植物细胞的信号转导
第一节 植物细胞信号转导概述 第二节 植物细胞信号转导过程 第三节 植物细胞信号转导的事例
（自学）
第一节 植物细胞信号转导概述
一、信号的概念及类型：
(一) 信号：指生物在生长发育过程中细胞所受到 的各种刺激。信号是信息的物质载体。
生物信号—病毒、病原菌浸染等 按性质 物理信号—温、光、重力、电、水等
→酶或功能蛋白→生物学效应。 图 G蛋白偶联受体结构模型图
2012年 诺贝尔 化学奖
③ 酶联受体(enzyme-linked receptor)
受体本身是一种具有跨膜结构酶蛋白，当细 胞外区域与配体结合时，可激活酶，并通过 细胞内侧酶的反应传递信号。 3个结构域:细胞外与配体的结合结构域
细胞内部具有激酶活性的结构域 连接此两个部分的跨膜结构域
第二，把识别的信号准确无误地放大并 传递到细胞内部，启动一系列胞内信号 级联反应，最后导致特定的细胞效应。 要使胞外信号转换为胞内信号，受体的 这两方面功能缺一不可。
（二）受体的种类
1 细胞内受体
存在于亚细胞组分（如核）上的 受体。大部分脂溶性信号分子 （如多肽、激素等）以及个别水 溶性激素可以扩散进入细胞，与 膜内受体结合，调节基因转录。
受体：位于细胞的质膜或细胞内，能感 受特异的胞外信号的生物大分子，并产 生相应的生理生化反应。
配体（ligand）：能与受体发生特异性 结合的物质。
1. 受体的特征（与配体结合特点）
⑴ 特异性(specificity)：受体最基本的特征，与 空间结构的互补性有关。导致特定的生理生化 反应。
⑵ 高亲和力(high affinity binding)：二者的结 合是一种分子识别过程，靠氢键、离子键与范 德华力的作用。
② G 蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCR)
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(七)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。
这类受体的信息传递可归 纳为：激素(配体)→受体→G 蛋 白 → 酶 (AC 、 PLC 等 )→ 第 二信使（cAMP等)→蛋白激酶
图 细胞表面受体的三种类型
三、植物细胞信号转导的概念和特性
(一)细胞信号转导的概念
从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理反应的 一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导(signal transduction)。
表 一些常见的植物信号转导的事例
生理现象 植物向光性反应
信号 蓝光
光诱导的种子萌发 红光/远红光
化学信号（配体）— 激素、病原因子等 按所处位置 胞外信号（胞外环境和胞间intercellular信号 ）
胞内信号Ca2+ 、cAMP、IP3、DAG
按时间 初级信号（第一信使（first messenger） ）：胞外信号 次级信号（第二信使（second messenger））:胞内信号
胞间信号
2 细胞表面受体
大多数信号分子不能过膜，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。
图 细胞表面受体 和膜内受体
细胞表面受体分为三类：
① 离子通道连接受体 （ 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。这种受 体接受信号后立即引起 离子的跨膜流动。
图 植物细胞内几种主要的第二信使结构
细胞外环境信号和胞间信号与胞 内信号分子在功能上是密切合作的。 多细胞生物体受到外界环境刺激后， 常产生胞间化学信号，到达细胞表面 或胞内受体后，通过产生胞内信号起 作用，从而完成整个信号转导过程。
二、受体（receptor）的概念和类型
(一） 受体的概念：
光诱导的气孔运动 蓝光/绿光
胞间信号：指植 物体自身形成的、 能从产生之处运 到别处，并对其 他细胞作为刺激 信号的细胞间通 讯分子。
物理信号（电信号，水压力等） 胞间信号
化学信号（激素，寡聚糖, NO等）
⒈ 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。如动作电 波， 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。
⑶ 可逆性(reversibility)：当生物效应发生后， 配体即与受体解离。受体恢复原来状态，并可 再次被利用。而配体则常被立即灭活。
⑷ 可饱和性(saturation) ：增加配体浓度，可使 受体饱和。
2.受体的功能
第一，识别并结合特异的信号物质，接 受信息，告知细胞在环境中存在一种特 殊信号或刺激因素。
第七章
植物 细胞 信号 转导
薛定谔:“生命的 基本问题是信息 问题。”
贝时璋：“根据 生物物理学的观 点，生命活动无 非是自然界三个 量综合运动的表 现，即物质、能 量和信息在生命 系统中无时无刻 地在变化，这三 个量有组织、有 秩序的活动是生 命的基础。信息 起着调节控制物 质和能量代谢的 作用。”
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Ca2+转运，引起膨压改变的结果。
2. 化学信号
激素，寡聚糖, NO,多肽等化学物质。
例:
土壤干旱(胞外刺激) ABA ABA受体
环境信号
胞间化 学信号ห้องสมุดไป่ตู้
膜上信 号转换
Ca2+等信号 分子 第二信使
不论是胞外信号还是胞间信号，均含 有一定的信息（information）。信号是信 息的物质体现形式和物理过程。信号的主 要功能在细胞间和细胞内传递生物信息， 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。