植物生理学信号转导.ppt
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• G蛋白连接受体(G-protein-linked receptor)
受体蛋白的氨基端位于细胞外侧，羧基端位于内侧， 一条单肽链形成几个螺旋的跨膜结构。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。
G蛋白连接 受体的分子 模型
• 蛋白激酶（receptor-like protein kinase)
配体-受体 复合物
1
2
4
G蛋白自身
的活化和非活化
作为一种分子开
关，将膜外的信 号转换为膜内的
活化酶 3
信号并进一步1放8.31 异源三体G蛋白的活动循环
大信号。
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，
G 蛋白跨膜信号转换
G 蛋白（G protein）的全称为异三聚体GTP 结合蛋白 （heterotrimeric GTP binding protein），它具有 GTP酶的活性，由（31-46 kD）、（约36 kD）和 （7-8 kD）三种亚基组成。亚基上氨基酸残基的酯化修 饰作用将G蛋白结合在细胞膜面向胞质溶胶的一侧。
放大 发散到多个目标
改变离 调节代 基因表 细胞骨 子流 谢途径 达调节 架改变
改变细胞生长和代谢
18.2 各种内部信号影响植物细胞的代谢、生长和发育
植物细胞信号转导的模式
第一节 信号与受体结合
一、信号(signals)
化学信号 (chemical signals )： 细胞感受刺激后合成并传递 到作用部位引起生理反应的化 学物质。 激素、病原因子等，化学信 号也叫做配体（ligand）
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。
细胞内的G蛋白一般分为两大类：
一类是由三种亚基(α、β、γ)构成的异源 三体G蛋白，它参与细胞分裂、气孔运动、 花粉管生长等生理反应的信号转导。
第七章 细胞信号转导
光合作用的光 光形态建成的光
温度 风
病原体
土壤微生物 有毒物质
重力
光周期 湿度 草食动物
乙烯
寄生虫 土壤质地 水分状况 矿质营养
植物在整个生长发育 过程中，受到各种内 外因素的影响，这就 需要植物体正确地辨 别各种信息并作出相 应的反应，以确保正 常的生长和发育。
各种外部信号影响植物的生长发育
细胞信号转导网络的简单模式
（信号输入）
（信号输出）
初级信号：胞外信号 第二信使：细胞内传递和放大细胞外的刺激信号，
最终引起细胞中生化反应的化学物质， 如 Ca2+、cAMP、IP3、、DAG等。
二酰甘油
肌醇-1,4,5-三磷酸
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
钙离子 植物细胞内的游离钙离子是细胞信号转导过程
受体：指能够特异地识别并结合信号、在细胞 内放大、传递信号的物质。存在于细胞表面或 亚细胞组分中的天然分子。
细胞受体+配体（信号物质）
受体-配体复合体
生化反应
细胞反应
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。
细胞表面受体
受体本身是一种酶蛋白， 具有胞外感受信号区域、 跨膜区域和胞内的激酶区 域。当细胞外区域与信号 分子结合时，可激活酶， 将下游组分（靶蛋白） 磷酸化而传递信号。
第二节 跨膜信号转换
跨膜信号转换（transmenbrane transduction): 信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号转 导进入细胞内的过程。
许多信号如蓝光、触摸能改变膜势和活化通道，使钙能 进入，增加胞质中Ca+，引起K+和Cl+通道的打开，失 去膨压，这种分别的转导途径通过 Ca+/钙调蛋白激酶 和其他蛋白联系起来。
植物细胞信号转 导（signal transduction） 是指细胞耦联各 种刺激信号（包 括各种内外刺激 信号）与其引起 特定生理效应之 间的一系列分子 反应机制。
未知发育信号 温度 生长调节剂
激素 膨压 电信号 多肽
糖、氨基酸
转播
病原体(真菌、 细菌、病毒)
壁断片 壁的机械压力 矿质
伤害
光
另一类是只含有一个亚基的单体“小G蛋 白”，它参与细胞骨架的运动、细胞扩 大、根毛发育以及细胞极性生长的信号 转导。
第三节 细胞内信号转导形成网络
在植物生长发育的某一阶段，常常是 多种刺激同时作用。因而，复杂而多样的 信号系统之间存在相互作用，形成信号转 导的Βιβλιοθήκη Baidu络（network),也有人将这种作用称 作“交谈”（cross talk) .
中重要的第二信使
Ca2+ 在植物细 胞中的分 布极不平 衡。
细胞信号反应过程中胞内外Ca2+ 的相互作用
质膜钙通道：从胞 外或胞内钙库向细胞 质释放Ca2＋
质膜钙泵：从细胞质向 细胞外或胞内钙库运送 Ca2＋
Ca2＋/nH+反向运输体
从细胞质向胞内钙库运 送Ca2＋
Ca2＋单向运输体
胞内游离钙离子 浓度的变化可能主要 是通过钙离子的跨膜 运转或钙的螯合物的 调节而实现的
ABA 正化学信号
干旱
CT 负化学信号 K
➢当植物的一张叶片被虫咬伤后，会诱导
本叶和其它叶产生蛋白酶抑制物(PIs)等， 以阻碍病原菌或害虫进一步侵害。
虫咬
➢如果伤害后立即除去受害叶，则其它叶 片不会产生PIs。
产生PIs
不会产生PIs
虫咬
寡聚糖 产生PIs
如果将受害叶的细胞 壁水解片段(主要是寡聚糖) 加到叶片中，又可模拟伤 害反应诱导PIs的产生，从 而认为寡聚糖是由受伤叶 片释放并经维管束转移， 继而诱导能使PIs基因活化 的化学信号物质。
受伤西红柿植 株蛋白激酶特 制物生物合成 快速诱导信导 途径的假定模 式图
➢ 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。
➢ 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。
二、 受体在信号转导中的作用
受体蛋白的氨基端位于细胞外侧，羧基端位于内侧， 一条单肽链形成几个螺旋的跨膜结构。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。
G蛋白连接 受体的分子 模型
• 蛋白激酶（receptor-like protein kinase)
配体-受体 复合物
1
2
4
G蛋白自身
的活化和非活化
作为一种分子开
关，将膜外的信 号转换为膜内的
活化酶 3
信号并进一步1放8.31 异源三体G蛋白的活动循环
大信号。
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，
G 蛋白跨膜信号转换
G 蛋白（G protein）的全称为异三聚体GTP 结合蛋白 （heterotrimeric GTP binding protein），它具有 GTP酶的活性，由（31-46 kD）、（约36 kD）和 （7-8 kD）三种亚基组成。亚基上氨基酸残基的酯化修 饰作用将G蛋白结合在细胞膜面向胞质溶胶的一侧。
放大 发散到多个目标
改变离 调节代 基因表 细胞骨 子流 谢途径 达调节 架改变
改变细胞生长和代谢
18.2 各种内部信号影响植物细胞的代谢、生长和发育
植物细胞信号转导的模式
第一节 信号与受体结合
一、信号(signals)
化学信号 (chemical signals )： 细胞感受刺激后合成并传递 到作用部位引起生理反应的化 学物质。 激素、病原因子等，化学信 号也叫做配体（ligand）
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。
细胞内的G蛋白一般分为两大类：
一类是由三种亚基(α、β、γ)构成的异源 三体G蛋白，它参与细胞分裂、气孔运动、 花粉管生长等生理反应的信号转导。
第七章 细胞信号转导
光合作用的光 光形态建成的光
温度 风
病原体
土壤微生物 有毒物质
重力
光周期 湿度 草食动物
乙烯
寄生虫 土壤质地 水分状况 矿质营养
植物在整个生长发育 过程中，受到各种内 外因素的影响，这就 需要植物体正确地辨 别各种信息并作出相 应的反应，以确保正 常的生长和发育。
各种外部信号影响植物的生长发育
细胞信号转导网络的简单模式
（信号输入）
（信号输出）
初级信号：胞外信号 第二信使：细胞内传递和放大细胞外的刺激信号，
最终引起细胞中生化反应的化学物质， 如 Ca2+、cAMP、IP3、、DAG等。
二酰甘油
肌醇-1,4,5-三磷酸
一、Ca2+/CaM在信号转导中的作用
钙离子 植物细胞内的游离钙离子是细胞信号转导过程
受体：指能够特异地识别并结合信号、在细胞 内放大、传递信号的物质。存在于细胞表面或 亚细胞组分中的天然分子。
细胞受体+配体（信号物质）
受体-配体复合体
生化反应
细胞反应
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。
细胞表面受体
受体本身是一种酶蛋白， 具有胞外感受信号区域、 跨膜区域和胞内的激酶区 域。当细胞外区域与信号 分子结合时，可激活酶， 将下游组分（靶蛋白） 磷酸化而传递信号。
第二节 跨膜信号转换
跨膜信号转换（transmenbrane transduction): 信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号转 导进入细胞内的过程。
许多信号如蓝光、触摸能改变膜势和活化通道，使钙能 进入，增加胞质中Ca+，引起K+和Cl+通道的打开，失 去膨压，这种分别的转导途径通过 Ca+/钙调蛋白激酶 和其他蛋白联系起来。
植物细胞信号转 导（signal transduction） 是指细胞耦联各 种刺激信号（包 括各种内外刺激 信号）与其引起 特定生理效应之 间的一系列分子 反应机制。
未知发育信号 温度 生长调节剂
激素 膨压 电信号 多肽
糖、氨基酸
转播
病原体(真菌、 细菌、病毒)
壁断片 壁的机械压力 矿质
伤害
光
另一类是只含有一个亚基的单体“小G蛋 白”，它参与细胞骨架的运动、细胞扩 大、根毛发育以及细胞极性生长的信号 转导。
第三节 细胞内信号转导形成网络
在植物生长发育的某一阶段，常常是 多种刺激同时作用。因而，复杂而多样的 信号系统之间存在相互作用，形成信号转 导的Βιβλιοθήκη Baidu络（network),也有人将这种作用称 作“交谈”（cross talk) .
中重要的第二信使
Ca2+ 在植物细 胞中的分 布极不平 衡。
细胞信号反应过程中胞内外Ca2+ 的相互作用
质膜钙通道：从胞 外或胞内钙库向细胞 质释放Ca2＋
质膜钙泵：从细胞质向 细胞外或胞内钙库运送 Ca2＋
Ca2＋/nH+反向运输体
从细胞质向胞内钙库运 送Ca2＋
Ca2＋单向运输体
胞内游离钙离子 浓度的变化可能主要 是通过钙离子的跨膜 运转或钙的螯合物的 调节而实现的
ABA 正化学信号
干旱
CT 负化学信号 K
➢当植物的一张叶片被虫咬伤后，会诱导
本叶和其它叶产生蛋白酶抑制物(PIs)等， 以阻碍病原菌或害虫进一步侵害。
虫咬
➢如果伤害后立即除去受害叶，则其它叶 片不会产生PIs。
产生PIs
不会产生PIs
虫咬
寡聚糖 产生PIs
如果将受害叶的细胞 壁水解片段(主要是寡聚糖) 加到叶片中，又可模拟伤 害反应诱导PIs的产生，从 而认为寡聚糖是由受伤叶 片释放并经维管束转移， 继而诱导能使PIs基因活化 的化学信号物质。
受伤西红柿植 株蛋白激酶特 制物生物合成 快速诱导信导 途径的假定模 式图
➢ 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。
➢ 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。
二、 受体在信号转导中的作用