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第七章植物细胞的信号转导2009s.ppt

花匠小妙招
2024-11-24 16:30

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1、第三篇第三篇信号转导信号转导第七章第七章植物细胞植物细胞的信号转导的信号转导第七章第七章植物细胞的信号转导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小结第一节第一节植物细胞信号转导概述植物细胞信号转导概述信号信号生物在生长发育过程中细胞所受到的各种刺激。承载信息。性质性质物理信号、化学信号和生物信号。来源来源胞外信号和胞内信号。一、信号的概念和类型一、信号的概念和类型1.胞外信号第一信使第一信使或初级信使初级信使。胞外环境信号:影响植物生长发育的外界环境因子。胞间信号:由植物体自身合成的、能从产生之处运到别处，并对其

2、他细胞产生刺激的细胞间通讯分子。植物激素、多肽、糖类-胞间化学信号，电波和水压力-胞间物理信号。2.2.胞内信号胞内信号CaCaCaCa2+2+2+2+、肌醇、肌醇、肌醇、肌醇-1 1 1 1，4 4 4 4，5-5-5-5-三磷酸三磷酸三磷酸三磷酸(IP3)(IP3)(IP3)(IP3)、二酯酰、二酯酰、二酯酰、二酯酰甘油甘油甘油甘油(DAG)(DAG)(DAG)(DAG)、环、环、环、环腺苷酸腺苷酸腺苷酸腺苷酸(cAMP)(cAMP)(cAMP)(cAMP)、环鸟苷酸环鸟苷酸环鸟苷酸环鸟苷酸(cGMP)(cGMP)(cGMP)(cGMP)图图7-2 7-2 植物细胞内几种主要的第植物细胞内

3、几种主要的第二信使分子结构二信使分子结构第二信使第二信使由细胞感受胞外信号后产生的对细胞代谢起调控作用的胞内信号分子。二、受体的概念和类型二、受体的概念和类型1.受体的概念受体受体细胞表面或细胞内能感受信号或与信号分子特异结合，并能引起特定生理生化反应的生物大分子。与受体特异结合的化学信号分子称配基配基。(一一)受体的概念和特征受体的概念和特征(二二)类型类型存在于细胞质膜上，也称膜受体。通常是跨膜蛋白质。细胞表面受体细胞表面受体细胞内受体细胞内受体1.细胞表面受体(1)(1)酶联受体酶联受体(2)G(2)G蛋白偶联受体蛋白偶联受体(3)(3)离子通道连接受体离子通道连接受体细胞表面受体

4、(A)G蛋白偶联受体：与G蛋白偶联的受体伸向胞外，当受体与特异的信号分子结合后将信号传递至与GTP结合的G蛋白。然后G蛋白的亚基/GTP复合体与/亚基分离进入胞质并激活其它酶。(B)酶联受体：通常是蛋白激酶。其胞外结构域与配基结合而被激活，通过胞内侧激酶反应将胞外信号传至胞内。(C)离子通道连接受体：分子内存在与信号分子结合的结构域外，本身又是膜上的离子通道。当受体与信号分子结合被活化时，通道打开，离子进入胞内。2.细胞内受体图图7-47-4是以类固醇激素及其受体为是以类固醇激素及其受体为例的细胞内受体作用机理的示意图。例的细胞内受体作用机理的示意图。存在于细胞质中或亚细胞组分上的受体。光信号

5、、激素、生长因子光信号、激素、生长因子光信号、激素、生长因子光信号、激素、生长因子光敏色素和隐花色素是细胞内的光受体：色素蛋白复合体18.4 18.4 蓝光和红光蓝光和红光对对植物发育的交植物发育的交互互作用作用 DET(去黄化)和COP(光形态发生组分)两类蛋白维持暗中黄化过程三、植物细胞信号转导的概念和特性三、植物细胞信号转导的概念和特性(一一)细胞信号转导的概念细胞信号转导的概念当受体细胞通过细胞表面受体和细胞内受体接收胞外信号，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，就能控制相关基因表达和引起特定的生理应答或响应这种从细胞受体感受胞外信号，到引起特定生理反应

6、的一系列信号转换过程和反应机制称为信号转导信号转导。生理现象生理现象生理现象生理现象信信信信号号号号受体或感受部位受体或感受部位受体或感受部位受体或感受部位相应的生理生化反应相应的生理生化反应相应的生理生化反应相应的生理生化反应植物向光性反应植物向光性反应植物向光性反应植物向光性反应蓝光蓝光蓝光蓝光向光素向光素向光素向光素茎受光侧生长素浓度比背光侧低，受光侧生长茎受光侧生长素浓度比背光侧低，受光侧生长茎受光侧生长素浓度比背光侧低，受光侧生长茎受光侧生长素浓度比背光侧低，受光侧生长速率低于背光侧速率低于背光侧速率低于背光侧速率低于背光侧光诱导的种子萌发光诱导的种子萌发光诱导的种子萌发光诱导的种

7、子萌发红光红光红光红光/远红光远红光远红光远红光光敏色素光敏色素光敏色素光敏色素红光促进种子萌发红光促进种子萌发红光促进种子萌发红光促进种子萌发/远红光抑制萌发远红光抑制萌发远红光抑制萌发远红光抑制萌发光诱导的气孔运动光诱导的气孔运动光诱导的气孔运动光诱导的气孔运动蓝光蓝光蓝光蓝光/绿光绿光绿光绿光蓝光受体蓝光受体蓝光受体蓝光受体/玉米黄素玉米黄素玉米黄素玉米黄素蓝光促进气孔开放蓝光促进气孔开放蓝光促进气孔开放蓝光促进气孔开放/绿光抑制开放绿光抑制开放绿光抑制开放绿光抑制开放干旱诱导的气孔运干旱诱导的气孔运干旱诱导的气孔运干旱诱导的气孔运动动动动干旱干旱干旱干旱细胞壁和细胞壁和细胞壁和细胞壁和

8、/或细胞膜或细胞膜或细胞膜或细胞膜ABAABAABAABA合成与气孔关闭合成与气孔关闭合成与气孔关闭合成与气孔关闭根的向地性生长根的向地性生长根的向地性生长根的向地性生长重力重力重力重力根冠柱细胞中淀粉体根冠柱细胞中淀粉体根冠柱细胞中淀粉体根冠柱细胞中淀粉体根向地侧生长素浓度比背地侧高，向地侧生长根向地侧生长素浓度比背地侧高，向地侧生长根向地侧生长素浓度比背地侧高，向地侧生长根向地侧生长素浓度比背地侧高，向地侧生长速率低于背地侧速率低于背地侧速率低于背地侧速率低于背地侧含羞草感震运动含羞草感震运动含羞草感震运动含羞草感震运动机械刺激、电机械刺激、电机械刺激、电机械刺激、电波波波波感受细胞的膜感

9、受细胞的膜感受细胞的膜感受细胞的膜离子的跨膜运输，叶枕细胞的膨压变化，小叶离子的跨膜运输，叶枕细胞的膨压变化，小叶离子的跨膜运输，叶枕细胞的膨压变化，小叶离子的跨膜运输，叶枕细胞的膨压变化，小叶运动运动运动运动光周期诱导植物开光周期诱导植物开光周期诱导植物开光周期诱导植物开花花花花光周期光周期光周期光周期光敏色素和隐花色素光敏色素和隐花色素光敏色素和隐花色素光敏色素和隐花色素相关开花基因表达，花芽分化相关开花基因表达，花芽分化相关开花基因表达，花芽分化相关开花基因表达，花芽分化低温诱导植物开花低温诱导植物开花低温诱导植物开花低温诱导植物开花低温低温低温低温茎尖分生组织茎尖分生组织茎尖分生组织茎

10、尖分生组织相关开花基因表达，花芽分化相关开花基因表达，花芽分化相关开花基因表达，花芽分化相关开花基因表达，花芽分化乙烯诱导果实成熟乙烯诱导果实成熟乙烯诱导果实成熟乙烯诱导果实成熟乙烯乙烯乙烯乙烯乙烯受体乙烯受体乙烯受体乙烯受体纤维素酶、果胶酶等编码基因表达纤维素酶、果胶酶等编码基因表达纤维素酶、果胶酶等编码基因表达纤维素酶、果胶酶等编码基因表达,膜透性增膜透性增膜透性增膜透性增加，贮藏物质的转化、果实软化加，贮藏物质的转化、果实软化加，贮藏物质的转化、果实软化加，贮藏物质的转化、果实软化根通气组织的形成根通气组织的形成根通气组织的形成根通气组织的形成乙烯、缺氧乙烯、缺氧乙烯、缺氧乙烯、缺氧中皮

11、层细胞中皮层细胞中皮层细胞中皮层细胞根皮层细胞根皮层细胞根皮层细胞根皮层细胞PCDPCDPCDPCD植物抗病反应植物抗病反应植物抗病反应植物抗病反应病原体产生的病原体产生的病原体产生的病原体产生的激发子激发子激发子激发子激发子受体激发子受体激发子受体激发子受体抗病物质抗病物质抗病物质抗病物质(植保素、病原相关蛋白等植保素、病原相关蛋白等植保素、病原相关蛋白等植保素、病原相关蛋白等)合成合成合成合成豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤根瘤菌产生结根瘤菌产生结根瘤菌产生结根瘤菌产生结瘤因子瘤因子瘤因子瘤因子凝集素凝集素凝集素凝集素根皮层细胞大量分裂导致根瘤形成根皮层细胞大量分裂

12、导致根瘤形成根皮层细胞大量分裂导致根瘤形成根皮层细胞大量分裂导致根瘤形成表表7-1 一些常见的植物信号转导的事例一些常见的植物信号转导的事例第七章第七章植物细胞的信号转导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小结第二节第二节植物细胞信号转导过程植物细胞信号转导过程信号的感知和跨膜转换胞内信号的传导细胞的生理生化反应信号转导过程信号转导过程一、信号感知和跨膜转换一、信号感知和跨膜转换1.化学信号的传递乙烯和茉莉酸甲酯：气腔网络扩散，环境扩散；IAA、蔗糖、水杨酸：韧皮部随集流传递；ABA和细胞分裂素：木质部蒸腾流进入叶片。

13、2.物理信号的传递外界光线：细胞质膜和细胞内的光受体；植物电波信号：短距离传递：共质体和质外体，长距离传递：维管束；水力学信号：由木质部导管水连续体系来传递的。(一一)胞外信号的传递胞外信号的传递(二二)细胞表面受体对信号的感知和转换细胞表面受体对信号的感知和转换细胞对信号感知和跨膜转换主要依靠细胞表面受体来完成的。1.由离子通道连接受体跨膜转换信号当这类受体和配基结合接收信号后，可以引起跨膜的离子流动，使胞内离子浓度发生变化，这一离子浓度变化便是第二信使。图图7-6 离子通道连接受体结构示意图离子通道连接受体结构示意图2.由酶联受体直接跨膜转换信号受体的胞外结构域可与配基特异结合，激活胞内

14、侧蛋白激酶结构域，使胞内某些蛋白质的氨基酸残基磷酸化，从而将胞外信号传至胞内。图图8-28 拟南拟南芥乙烯信号芥乙烯信号转导模式转导模式3.由G蛋白偶联受体跨膜转换信号胞外信号被细胞表面的受体识别后，通过膜上的G蛋白转换到膜内侧的效应酶上，再通过效应酶产生多种第二信使，从而把胞外的信号转换到胞内。二、胞内信号的传导二、胞内信号的传导-自学自学通过细胞内信使系统级联放大信号，调节相应酶或基因的活性：细胞内第二信使的产生、蛋白质的可逆磷酸化以及信号的级联放大。钙信使系统环核苷酸信使系统肌醇磷脂信使系统。(一一)胞内第二信使系统胞内第二信使系统1.钙信使系统质膜与细胞器上的Ca2+泵和Ca2+通道

15、，控制细胞内Ca2+的分布和浓度；质膜上Ca2+泵将膜内的钙泵出细胞，质膜上Ca2+通道控制Ca2+内流，细胞器膜的Ca2+泵将胞质中Ca2+的积累在细胞器(胞内钙库)中，Ca2+通道则控制Ca2+外流。细胞质中开放的细胞质中开放的Ca2+通道附近通道附近Ca2+的分布的分布颜色区表示Ca+2浓度，红的最高，蓝的最低植物细胞受到胞外信号刺激，胞内游离的钙离子浓度会发生变化，并可以显著影响细胞的生理生化反应。钙钙调调素素(CaM)是最重要的多功能Ca2+信号受体。当外外界界信信号号刺刺激激引起胞内CaCa2+2+浓浓度度上上升升到一定阈值后(一般10-mol),CaCa2+2+与与CaMCaM结

16、结合合，引起CaMCaM构构象象改改变变。而活活化化的的CaMCaM又又与与靶靶酶酶结结合合，使靶靶酶酶活活化化而引起生理反应引起生理反应。钙受体蛋白钙受体蛋白钙调素和钙依赖型蛋白激酶钙调素和钙依赖型蛋白激酶钙调素和钙依赖型蛋白激酶钙调素和钙依赖型蛋白激酶2.环核苷酸信使系统在活细胞内最早发现的第二信使：环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP)环核苷酸介导的信号转导环核苷酸介导的信号转导胞外信号激活G蛋白。激活亚基作用于与腺苷酸环化酶，cAMP被合成。cAMP激活蛋白激酶A，催化亚基(C)和调控亚基(R)相互分离。C亚基进入细胞核，催化cAMP应答元件结合蛋白的磷酸化，磷酸化后的CREB与核染色体DNA上的cAMP应答元件结合，调控基因的表达。催化亚基(C)在细胞质中引发细胞反应3.肌醇磷脂信号系统一类由磷脂酸与肌醇结合的脂质化合物PIPIPIPPIPPIPPIP2 2由于产生的IP3和DAG可以分别通过IP3-Ca2+、DAG-PKC两个信号途径进一步传递信号-双信使系统双信使系统双信使系统双信使系统肌醇磷脂肌醇磷脂信使系统信使系统作用模式作用模式胞外信号与受体结合，激活与受体偶