第七章植物体内的细胞信号转导

• 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。
• 第七章 植物细胞信号转导 • （由于细胞生物学正在上，不
讲）
第七章 植物细胞信号转导
• 信号转导(signal transduction):指植物细胞偶联各种刺激 信号（包括内外源刺激信号）与其引起的特定生理效应 之间的一系列分子反应机制（理）。
• 信号转导可以分为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、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。 • （p157，图7-1）
合拢。 信号→ 受体→ 反应 手触摸含羞草后小叶合拢。
手触摸就是刺激（信号），小 叶合拢就是反应。偶联刺激到 反应之间的生化和分子途径就 是这个反应的信号转导途径 （ signaling pathway）。 • 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
3、受体的种类
1）细胞表面受体(cell surface receptor)：存在于细胞表面的
受体。 • 在大多数情况下，信号分子与细胞表面受体结合，经过跨膜
信号转换，将细胞外信号传入细胞内再通过信号转导网络 （第二信使）传递和放大信号。如CTK
2）细胞内受体：存在于亚细胞组分（如细胞核、液泡膜等） 上的受体就是细胞内受体。如
• 生长(growth)：植物体积的增大，它是通过细胞分裂和伸长 来完成的。
• 发育(development)：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，它的表现就是细胞、组织和器 官的分化(differentiation)。
• 形态建成(morphogenesis)：在植物的发育过程中，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，这个过程就称为形态建成。
第二信使：
• 胞外信号跨膜转换以后，进入细胞，再通过 第二 信使进一步传递和放大，最终引起细胞反应。
• 第二信使：由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被称为第二信使。
• 现已发现了一系列第二信使: 如Ca2+ 、cAMP、 cGMP 、H+ 、Vc、H2O2、谷光甘肽、三磷酸肌 醇（IP3）、二酯酰甘油（DAG）等。其中对Ca2+ 的研究最为深入。
• 1)定义：
• 又称钙调节蛋白，是广泛存在于所有真核生 物中的一种钙依赖性的，具有调节细胞内多 种重要酶活性和细胞功能的小分子量的耐热 的球状蛋白。简称CaM。
——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。
信号进入细胞后，最终引起生理生化和形态变化例如：
• 电波是植物体内进行信号传递的物理信号。
• 如含羞草受到机械振动，立即产生电信号传递到小叶，引起小叶
膜上Ca2+通道控制Ca2+内流，而质膜上的 Ca2+泵负责将胞内Ca2+泵出细胞。 2）胞内钙库：如液泡、内质网、线粒体的 膜上存在Ca2+通道、 Ca2+泵和Ca2+ /nH+反 向运输体，前者控制Ca2+外流，后两者将 胞质的Ca2+积累在胞内钙库 。
• P162，图7-5
3、钙调素（calmodulin,CaM）
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
• 一些信号，如甾类小分子，不经过跨膜信号转换，直接扩散 进入细胞，与细胞内受体结合，进一步传递和放大。
植物细胞表面受体已发现有2种
• 1） G蛋白连接受体
• 2）类受体蛋白激酶
G蛋白连接受体
• 受体蛋白的氨基端位于细胞外侧，羧基位 于内侧，一条单肽链形成几个（多数情况 下是7个）跨膜α螺旋的结构。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。
第三节 细胞内信号转导形成网络
• 由于植物移动性不如动物，植物在长期进化过程中就发 展起一套完善的信号系统，以适应环境的变化，更好的 生存。
• 在植物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 相互作用称为“交谈”（cross talk）。 • 初级信号:胞外信号。---→第一信使 • 次级信号:胞内信号。---→第二信使
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）
一、 Ca2+/CaM在信号转导中的作用ห้องสมุดไป่ตู้
• 1、细胞中Ca2+区域差异
• 细胞受刺激后，胞质Ca2+浓度有一个短暂 地明显升高，或在细胞内的梯度分布和区 域分布发生变化，胞质中的Ca2+继而与钙 结合蛋白如钙调素（CaM）或钙依赖型蛋 白激酶（CDPK）等结合而起作用。
2、钙库
• Ca2+的跨膜转运调节细胞内的钙稳态。 1）细胞外钙库：细胞壁是细胞外钙库，质
送到保卫细胞，引起气孔关闭。
P158，Figure 7-2
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
反应，最终导致特定的细胞反应。
2、受体的特征
• 特异性 • 高亲合力 • 可逆性
• 至今发现的受体大多是蛋白质。