植物細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)ppt課件

1、 植物的生長(zhǎng)發(fā)育是在環(huán)植物的生長(zhǎng)發(fā)育是在環(huán)境因子的影響下正確進(jìn)展境因子的影響下正確進(jìn)展時(shí)空表達(dá)的過(guò)程，這就需時(shí)空表達(dá)的過(guò)程，這就需求植物體正確地域分各種求植物體正確地域分各種信息并作出相應(yīng)的反響，信息并作出相應(yīng)的反響，從而確保正常生長(zhǎng)發(fā)育。從而確保正常生長(zhǎng)發(fā)育。 在復(fù)雜外界環(huán)境中植物在復(fù)雜外界環(huán)境中植物如何識(shí)別信號(hào)？如何傳送如何識(shí)別信號(hào)？如何傳送信號(hào)信號(hào)? 作出什么樣反響？作出什么樣反響？這里不是詳細(xì)的信號(hào)傳送這里不是詳細(xì)的信號(hào)傳送v植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概念植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概念v signal transductionsignal transduction留意留意signalsignal和和其同義

2、詞其同義詞informationinformation，messagemessage口信、通口信、通知、音訊，知、音訊，letterletterv指細(xì)胞指細(xì)胞 偶聯(lián)偶聯(lián) 各種刺激信號(hào)與其引起的相各種刺激信號(hào)與其引起的相應(yīng)生理效應(yīng)應(yīng)生理效應(yīng) 之間的之間的 一系列分子反響機(jī)制。一系列分子反響機(jī)制。v 刺激刺激 信號(hào)信號(hào) 受體受體 反響反響 手觸摸含羞草后小葉合攏手觸摸含羞草后小葉合攏 手觸摸就是刺激信號(hào)，手觸摸就是刺激信號(hào)，小小 葉合攏就是反響。偶聯(lián)刺激葉合攏就是反響。偶聯(lián)刺激到到 反響之間的生化和分子途徑反響之間的生化和分子途徑就就 是這個(gè)反響的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。是這個(gè)反響的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。 sign

3、aling pathway舉例：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：舉例：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要分子途徑細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要分子途徑v信信 號(hào)號(hào) SignalSignalv胞間信號(hào)胞間信號(hào): : 環(huán)境刺激環(huán)境刺激 胞間信胞間信號(hào)號(hào)( (第一信使第一信使v胞內(nèi)信號(hào)：第二信使胞內(nèi)信號(hào)：第二信使Ca2+Ca2+、IP3IP3、DAGDAG、cAMPcAMP等等v化學(xué)信號(hào)化學(xué)信號(hào): :細(xì)胞感受環(huán)境刺激后構(gòu)細(xì)胞感受環(huán)境刺激后構(gòu)成，并能傳送成，并能傳送v 信息引起細(xì)胞反響的化信息引起細(xì)胞反響的化學(xué)物質(zhì)。學(xué)物質(zhì)。v植物激素零落酸、赤霉素、生長(zhǎng)植物激素零落酸、赤霉素、生長(zhǎng)素等素等v其他植物生長(zhǎng)活性物質(zhì)多胺類、其他植物生長(zhǎng)活

4、性物質(zhì)多胺類、茉莉酸、水楊酸等茉莉酸、水楊酸等v物理信號(hào)物理信號(hào): :細(xì)胞感受環(huán)境刺激后產(chǎn)細(xì)胞感受環(huán)境刺激后產(chǎn)生的具有傳送生的具有傳送v 信息功能的物理因子。信息功能的物理因子。如電波、水力學(xué)信號(hào)如電波、水力學(xué)信號(hào)第一節(jié)第一節(jié) 信號(hào)的概念及類型信號(hào)的概念及類型v受體受體(receptor)(receptor)v v 存在于細(xì)胞質(zhì)膜或亞細(xì)胞組分中可特存在于細(xì)胞質(zhì)膜或亞細(xì)胞組分中可特異地識(shí)別并結(jié)合化學(xué)信號(hào)物質(zhì)配體，并異地識(shí)別并結(jié)合化學(xué)信號(hào)物質(zhì)配體，并能把胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)，在細(xì)胞內(nèi)放能把胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)，在細(xì)胞內(nèi)放大、傳送信號(hào)并啟動(dòng)一系列生理生化反響，大、傳送信號(hào)并啟動(dòng)一系列生理生化反響

5、，最終導(dǎo)致特定的細(xì)胞反響的物質(zhì)。最終導(dǎo)致特定的細(xì)胞反響的物質(zhì)。v 受體具有高度特異性、高親和力和可受體具有高度特異性、高親和力和可逆性等特征。逆性等特征。v細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞內(nèi)受體intra cellular receptor)intra cellular receptor)：存在于亞細(xì)胞存在于亞細(xì)胞v 組分如細(xì)胞核組分如細(xì)胞核等的受體。等的受體。v細(xì)胞外表受體細(xì)胞外表受體(cell surface receptor)(cell surface receptor)：位于細(xì)胞質(zhì)膜上位于細(xì)胞質(zhì)膜上v 的受體。的受體。 第二節(jié)第二節(jié) 跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)細(xì)胞外表的受體與信號(hào)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)

6、?？缒ば盘?hào)轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)細(xì)胞外表的受體與信號(hào)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞外表受體細(xì)胞外表受體酶聯(lián)受體酶聯(lián)受體 (enzyme-linked receptor) (enzyme-linked receptor)離子通道偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體 (ion-channel-linked receptor) (ion-channel-linked receptor)G G蛋白聯(lián)接受體蛋白聯(lián)接受體 (G-protein-linked receptor) (G-protein-linked receptor)酶聯(lián)受體酶聯(lián)受體(enzyme-linked receptor) (enzyme-linked receptor)

7、受體本身是一種酶蛋白，當(dāng)細(xì)胞外區(qū)域與配體結(jié)合受體本身是一種酶蛋白，當(dāng)細(xì)胞外區(qū)域與配體結(jié)合時(shí)，可激活酶，經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)側(cè)酶的反響傳送信號(hào)。時(shí)，可激活酶，經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)側(cè)酶的反響傳送信號(hào)。 離子通道銜接受體離子通道銜接受體(ion(ionchannel-linked channel-linked receptor)receptor) 受體本身是離子通道，受體接受信號(hào)后立刻引起受體本身是離子通道，受體接受信號(hào)后立刻引起離子的跨膜轉(zhuǎn)移。離子的跨膜轉(zhuǎn)移。 G G蛋白蛋白 聯(lián)接聯(lián)接 受體受體(G-protein-linked receptor)(G-protein-linked receptor) 受體蛋白的氨基

8、端位于細(xì)胞外側(cè)，羧基端位于內(nèi)側(cè)，受體蛋白的氨基端位于細(xì)胞外側(cè)，羧基端位于內(nèi)側(cè)，一條單肽鏈構(gòu)成幾個(gè)一條單肽鏈構(gòu)成幾個(gè) 螺旋的跨膜構(gòu)造。羧基端具有與螺旋的跨膜構(gòu)造。羧基端具有與G G蛋白蛋白相互作用的區(qū)域，受體活化后直接將相互作用的區(qū)域，受體活化后直接將G G蛋白激活，進(jìn)展跨膜蛋白激活，進(jìn)展跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換。信號(hào)轉(zhuǎn)換。vG G蛋白蛋白G proteinG protein與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)v指在受體接受胞外信號(hào)和產(chǎn)生胞內(nèi)信號(hào)之指在受體接受胞外信號(hào)和產(chǎn)生胞內(nèi)信號(hào)之間起膜上信號(hào)轉(zhuǎn)換的間起膜上信號(hào)轉(zhuǎn)換的GTP GTP 結(jié)合調(diào)理蛋白結(jié)合調(diào)理蛋白GTP binding regulatory protei

9、nGTP binding regulatory protein，G-G-蛋白在信號(hào)傳送系統(tǒng)中起著分子開關(guān)的作用。蛋白在信號(hào)傳送系統(tǒng)中起著分子開關(guān)的作用。v由由、和和三種亞基組成，三種亞基組成， 亞基可結(jié)亞基可結(jié)合合GTP,GTP,并具有并具有GTPGTP酶的活性。酶的活性。G G蛋白的信號(hào)偶蛋白的信號(hào)偶聯(lián)功能是靠聯(lián)功能是靠GTPGTP的結(jié)合或水解所產(chǎn)生的變構(gòu)的結(jié)合或水解所產(chǎn)生的變構(gòu)作用來(lái)完成的。作用來(lái)完成的。1.1.激素與受體結(jié)合，激素與受體結(jié)合，引起受體構(gòu)象變化引起受體構(gòu)象變化受體與受體與G G蛋白結(jié)合，蛋白結(jié)合，GDPGDP從從-亞基上零落亞基上零落G蛋白參與的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換蛋白參與的跨膜信

10、號(hào)轉(zhuǎn)換2.GTP2.GTP與與G G蛋白蛋白亞基結(jié)亞基結(jié)合合G G蛋白的蛋白的亞基解離亞基解離3.3.亞基與腺亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，苷酸環(huán)化酶結(jié)合，活化了活化了cAMPcAMP的合的合成成4.GTP4.GTP水解為水解為GDPGDP，引起引起-亞基與腺亞基與腺苷酸環(huán)化酶分別，苷酸環(huán)化酶分別，重新恢復(fù)重新恢復(fù)G G蛋白的蛋白的構(gòu)象構(gòu)象 第三節(jié)第三節(jié) 胞內(nèi)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)胞內(nèi)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)初級(jí)信號(hào)：胞間信號(hào)，第一信使初級(jí)信號(hào)：胞間信號(hào)，第一信使第二信使：由胞外刺激信號(hào)激活或抑制的第二信使：由胞外刺激信號(hào)激活或抑制的、具有生理調(diào)理活性的細(xì)胞內(nèi)因子稱細(xì)胞、具有生理調(diào)理活性的細(xì)胞內(nèi)因子稱細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中的次級(jí)

11、信號(hào)或第二信使信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中的次級(jí)信號(hào)或第二信使(second messenger)，如，如 Ca2+、cAMP、IP3、DAG等。目前植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的第二信等。目前植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的第二信使系統(tǒng)主要是環(huán)核苷酸信號(hào)系統(tǒng)、鈣信號(hào)使系統(tǒng)主要是環(huán)核苷酸信號(hào)系統(tǒng)、鈣信號(hào)系統(tǒng)、磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)。系統(tǒng)、磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)。1.1.鈣信號(hào)鈣信號(hào)處于靜息形狀細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)處于靜息形狀細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)Ca2Ca2濃度普通在濃度普通在10-710-710-6mol/L10-6mol/L。比胞外。比胞外10-410-410-3mol/L10-3mol/L和胞內(nèi)的和胞內(nèi)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡鈣庫(kù)中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡鈣庫(kù)中的Ca2Ca2

12、低很多。低很多。當(dāng)一種刺激使胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)的當(dāng)一種刺激使胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)的Ca2Ca2即使很少量即使很少量進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，就會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，就會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)中Ca2Ca2濃度大幅度濃度大幅度添加，到達(dá)一定閾值后，就會(huì)引起生理反響，從而添加，到達(dá)一定閾值后，就會(huì)引起生理反響，從而起到傳送胞外信號(hào)的作用。起到傳送胞外信號(hào)的作用。當(dāng)完成信息傳送后，當(dāng)完成信息傳送后， Ca2 Ca2又被迅速泵出胞外或泵又被迅速泵出胞外或泵進(jìn)胞內(nèi)鈣庫(kù)，使細(xì)胞質(zhì)中的進(jìn)胞內(nèi)鈣庫(kù)，使細(xì)胞質(zhì)中的Ca2Ca2濃度又回到靜息態(tài)濃度又回到靜息態(tài)程度。程度。細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)calcium homeostasiscalcium

13、 homeostasis的調(diào)理的調(diào)理 Ca2 Ca2通道：從胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)向細(xì)胞質(zhì)釋放通道：從胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)向細(xì)胞質(zhì)釋放Ca2Ca2 Ca2 Ca2-ATP-ATP酶：從細(xì)胞質(zhì)向胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)運(yùn)送酶：從細(xì)胞質(zhì)向胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)運(yùn)送Ca2Ca2 Ca2 Ca2/nH+/nH+反向轉(zhuǎn)運(yùn)體：從細(xì)胞質(zhì)向胞外或胞內(nèi)鈣反向轉(zhuǎn)運(yùn)體：從細(xì)胞質(zhì)向胞外或胞內(nèi)鈣庫(kù)運(yùn)送庫(kù)運(yùn)送Ca2Ca2教材教材134134頁(yè)圖頁(yè)圖5.75.7v鈣信號(hào)系統(tǒng)鈣信號(hào)系統(tǒng)鈣調(diào)素鈣調(diào)素CaMCaM 一種鈣受體蛋白，是耐熱、酸性的一種鈣受體蛋白，是耐熱、酸性的小分子球蛋白，具有小分子球蛋白，具有148148個(gè)氨基酸的單鏈個(gè)氨基酸的單鏈多肽。其上有

14、四個(gè)多肽。其上有四個(gè)Ca2+Ca2+結(jié)合位點(diǎn)。結(jié)合位點(diǎn)。作用方式：作用方式：直接與靶酶結(jié)合直接與靶酶結(jié)合, ,誘導(dǎo)靶酶的活性構(gòu)象誘導(dǎo)靶酶的活性構(gòu)象, ,而調(diào)理靶酶的活性。而調(diào)理靶酶的活性。與與Ca2+Ca2+結(jié)合，構(gòu)成活化態(tài)的結(jié)合，構(gòu)成活化態(tài)的Ca2+Ca2+ CaM CaM復(fù)合體，然后再與靶酶結(jié)合將靶酶激活。復(fù)合體，然后再與靶酶結(jié)合將靶酶激活。CaMCaM與與Ca2+Ca2+有很高的親和力，一個(gè)有很高的親和力，一個(gè)CaMCaM分子分子可與可與4 4個(gè)個(gè)Ca2+Ca2+結(jié)合。結(jié)合。 CaMCaM的三維構(gòu)造和的三維構(gòu)造和Ca2+Ca2+ CaM CaM復(fù)合體結(jié)合到靶酶復(fù)合體結(jié)合到靶酶上上 Ca2

15、+ Ca2+ CaM CaM的靶酶的靶酶目前知有十多種酶受目前知有十多種酶受Ca2+-CaMCa2+-CaM的調(diào)控，如的調(diào)控，如蛋白激酶、蛋白激酶、NADNAD激酶、激酶、H+-ATPaseH+-ATPase等。等。靶酶被激活后，參與細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)和分靶酶被激活后，參與細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)和分化等過(guò)程，最終調(diào)理細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育。化等過(guò)程，最終調(diào)理細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育。1.1.雙信使：雙信使：IP3 IP3 與與 DG DG 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇PIPI是一種分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的肌醇是一種分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的肌醇磷脂，占膜脂的極小部分。以三種方式存在：磷脂，占膜脂的極小部分。以三種方式存在：PIPI、PIPPIP、PIP

16、2PIP2。 DG DG二酯酰甘油二酯酰甘油 PI PIP PIP2 PI PIP PIP2 IP3 IP3肌醇三磷酸肌醇三磷酸磷脂酶C水解PI激酶PIP激酶v磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)2.2.信號(hào)傳送信號(hào)傳送IP3IP3經(jīng)過(guò)調(diào)理經(jīng)過(guò)調(diào)理Ca2+Ca2+傳送信息，可以使胞內(nèi)鈣庫(kù)上傳送信息，可以使胞內(nèi)鈣庫(kù)上的鈣通道翻開，引起胞質(zhì)中的鈣通道翻開，引起胞質(zhì)中Ca2+Ca2+程度添加。稱程度添加。稱IP3/Ca2+IP3/Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。DGDG經(jīng)過(guò)激活蛋白激酶經(jīng)過(guò)激活蛋白激酶C CPKCPKC，進(jìn)而對(duì)某些底，進(jìn)而對(duì)某些底物蛋白或酶類進(jìn)展磷酸化，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物蛋白或酶

17、類進(jìn)展磷酸化，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。稱。稱DG/PKCDG/PKC信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。雙信號(hào)系統(tǒng)雙信號(hào)系統(tǒng) 在這個(gè)模型中，在這個(gè)模型中， ABA ABA與受與受體體R R結(jié)合結(jié)合, ,導(dǎo)致了導(dǎo)致了Ca2+Ca2+的的輸入或輸入或Ca2+Ca2+從胞內(nèi)鈣庫(kù)中的從胞內(nèi)鈣庫(kù)中的釋放，釋放，(1.ABA(1.ABA使胞外使胞外Ca2+Ca2+經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)Ca2+Ca2+通道進(jìn)入捍衛(wèi)細(xì)胞通道進(jìn)入捍衛(wèi)細(xì)胞;2.IP3;2.IP3激激活液泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的活液泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+Ca2+通道開放通道開放, ,向胞質(zhì)釋放向胞質(zhì)釋放Ca2+)Ca2+)從而使細(xì)胞質(zhì)中的從而使細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+Ca2+濃度濃度升

18、高，促進(jìn)了質(zhì)膜上陰離子升高，促進(jìn)了質(zhì)膜上陰離子與與K+OutK+Out通道的開放，并抑通道的開放，并抑制了制了K+inK+in通道的開放。當(dāng)分通道的開放。當(dāng)分開細(xì)胞的離子比進(jìn)入細(xì)胞的開細(xì)胞的離子比進(jìn)入細(xì)胞的多時(shí)，細(xì)胞就會(huì)失水，從而多時(shí)，細(xì)胞就會(huì)失水，從而使得氣孔封鎖。使得氣孔封鎖。ABAABA引起氣孔封鎖機(jī)理的模型引起氣孔封鎖機(jī)理的模型PKCPKC是一種依賴于鈣離子和磷脂的蛋白激酶是一種依賴于鈣離子和磷脂的蛋白激酶 蛋白激酶 n NTP n NDP 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)-nPi n Pi H2O 蛋白磷酸酶 第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的可逆磷酸化蛋白質(zhì)的可逆磷酸化非活化活化活化v蛋白激酶蛋白激酶prote

19、in kinaseprotein kinase，PKPKv 蛋白激酶是一個(gè)大家族，植物中約有蛋白激酶是一個(gè)大家族，植物中約有2%-3%2%-3%的基因編碼蛋白激酶。的基因編碼蛋白激酶。v 蛋白激酶是一類催化蛋白質(zhì)產(chǎn)生磷酸蛋白激酶是一類催化蛋白質(zhì)產(chǎn)生磷酸化反響的酶，可對(duì)其底物蛋白質(zhì)特定的氨基化反響的酶，可對(duì)其底物蛋白質(zhì)特定的氨基酸殘基進(jìn)展修飾，從而引起相應(yīng)的生理反響酸殘基進(jìn)展修飾，從而引起相應(yīng)的生理反響。舉例舉例: :鈣依賴型蛋白激酶鈣依賴型蛋白激酶(CDPKs)(CDPKs) 植物細(xì)胞中的一個(gè)蛋白激酶家族，大豆、植物細(xì)胞中的一個(gè)蛋白激酶家族，大豆、玉米、胡蘿卜、擬南芥等植物中都存在玉米、胡蘿卜、擬南芥等植物中都存在CDPKCDPK。 從擬南芥中已克隆了從擬南芥中已克隆了1010種左右種左右CDPKCDPK基因，基因，機(jī)械刺激、激素和脅迫都可引起機(jī)械刺激、激素和脅迫都可引起CDPKCDPK基因表達(dá)基因表達(dá)。 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，被現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，被CDPKsCDPKs磷酸化的靶蛋白有質(zhì)膜磷酸化的靶蛋白有質(zhì)膜ATPATP酶、離子通道、細(xì)胞骨架成分等。酶、離子通道、細(xì)胞骨架成分等。 本身抑制域本身抑制域 N C 蛋白激酶催化域蛋白激酶催化域 鈣調(diào)素樣構(gòu)鈣調(diào)素樣構(gòu)造域造域 (共共508個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸)CDPKCD