第7章植物细胞信号转导

第七章细胞信号转导一. 名词解释细胞信号转导(siginal transduction)：指细胞偶联各种刺激信号与其引起的特定生理效应之间的一些列分子反应机制。

信号(signal)：对植物来讲，环境就是刺激，就是信号。

配体(ligand)：激素、病原因子等化学信号，称为配体。

受体(receptor)：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。

细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞表面的受体。

细胞内受体(intracellular receptor)：位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡膜上的受体。

跨膜信号转换(transmembrance transduction)：信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号传递进入细胞内的过程。

受体激酶：位于细胞表面的一类具有激酶性质的受体。

第二信使(second messengers)：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使。

级联反应(cascade)：在连锁的酶促反应中，前一反应的产物是后一反应的催化剂，每进行一次修饰反应，就使调节信号产生一次放大作用。

蛋白激酶(protein kinase,PK)：一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。

第一信使(first messenger)：能引起胞内信号的胞间信号和环境刺激，亦称为初级信使。

蛋白质磷酸化作用(protein phosphorylation)：是指由蛋白激酶催化把磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基的过程。

双信使系统(double messenger system)：胞外刺激使PIP2转化为IP3和DAG两个第二信使，引发IP3/Ca2+和DAG/PKC两条信号转导途径，在细胞内沿两个方向传递，这样的信号系统称之为双信使系统。

二. 缩写符号HK：组氨酸激酶RR：应答调控蛋白RLK：类受体蛋白激酶CaM：钙调蛋白CDPK：钙依赖型蛋白激酶PIP2：4,5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP：4-二磷酸磷脂酰肌醇PLC：磷脂酶C IP3：三磷酸肌醇DAG：二酰甘油PKC：蛋白激酶C PK：蛋白激酶PP：蛋白磷酸酶三. 简答题1. 细胞接收胞外信号进行信号转导的步骤。

第七章植物细胞信号转导植物体的新陈代谢和生长发育主要受遗传及环境变化信息的调节控制。

一方面遗传信息决定着植物体代谢和生长发育的基本模式，另一方面这些基因的表达及其所控制的生命代谢活动的实现，在很大程度上受控于其所生活的外界环境。

植物体生活在多变的环境中，生活环境对其的影响贯穿在植物体的整个生命过程。

因此，植物细胞如何综合外界和内部的因素控制基因表达，植物体如何感受其生存的环境刺激，环境刺激如何调控和决定植物生理、生长发育和形态建成，成为植物生物学研究中人们普遍关注的问题。

人们将这些复杂的过程称之为细胞信号转导（signal transduction），包括细胞感受、转导各种环境刺激、引起相应生理反应的过程。

细胞信号转导是生物结构间交流信息的一种最基本、最原始和最重要的方式。

目前，信号转导的研究对植物科学所有方面做出了重要贡献，将许多领域的研究组成一个系统的信号转导途径，并由这些信号途径通向揭示浩繁生命奥秘的细胞过程。

第一节植物细胞信号转导概述一、细胞信号转导的基本概念(一)信号信号（signal）简单说来就是细胞外界刺激，又称为第一信使（first messenger）或初级信使（primary messenger），包括胞外环境信号和胞间信号（intercellular signal）。

胞外环境信号是指机械刺激、磁场、辐射、温度、风、光、CO2、O2、土壤性质、重力、病原因子、水分、营养元素、伤害等影响植物生长发育的重要外界环境因子（图7-1）。

胞间信号是指植物体自身合成的、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，通常包括植物激素、气体信号分子NO以及多肽、糖类、细胞代谢物、甾体、细胞壁片段等。

胞外信号的概念并不是绝对的，随着研究的深入，人们发现有些重要的胞外信号如光、电等也可以在生物体内组织、细胞之间或其内部起信号分子的作用。

不论是胞外信号还是胞间信号，均含有一定的信息（information）。

第七章细胞信号转导一. 名词解释细胞信号转导(siginal transduction)：指细胞偶联各种刺激信号与其引起的特定生理效应之间的一些列分子反应机制。

信号(signal)：对植物来讲，环境就是刺激，就是信号。

配体(ligand)：激素、病原因子等化学信号，称为配体。

受体(receptor)：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。

细胞表面受体(cell surface receptor)：位于细胞表面的受体。

细胞内受体(intracellular receptor)：位于亚细胞组分如细胞核、内质网以及液泡膜上的受体。

跨膜信号转换(transmembrance transduction)：信号与细胞表面的受体结合后，通过受体将信号传递进入细胞内的过程。

受体激酶：位于细胞表面的一类具有激酶性质的受体。

第二信使(second messengers)：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使。

级联反应(cascade)：在连锁的酶促反应中，前一反应的产物是后一反应的催化剂，每进行一次修饰反应，就使调节信号产生一次放大作用。

蛋白激酶(protein kinase,PK)：一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。

第一信使(first messenger)：能引起胞内信号的胞间信号和环境刺激，亦称为初级信使。

蛋白质磷酸化作用(protein phosphorylation)：是指由蛋白激酶催化把磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基的过程。

双信使系统(double messenger system)：胞外刺激使PIP2转化为IP3和DAG两个第二信使，引发IP3/Ca2+和DAG/PKC两条信号转导途径，在细胞内沿两个方向传递，这样的信号系统称之为双信使系统。

二. 缩写符号HK：组氨酸激酶RR：应答调控蛋白RLK：类受体蛋白激酶CaM：钙调蛋白CDPK：钙依赖型蛋白激酶PIP2：4,5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP：4-二磷酸磷脂酰肌醇PLC：磷脂酶C IP3：三磷酸肌醇DAG：二酰甘油PKC：蛋白激酶C PK：蛋白激酶PP：蛋白磷酸酶三. 简答题1. 细胞接收胞外信号进行信号转导的步骤。

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。

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。

第七章植物体内的细胞信号转导生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因的表达则受周围环境的调控。

动物通过神经和内分泌系统调节自身，适应环境，而植物没有这两个系统，它是通过精确、完善的信号转导系统来调节8身，适应环境。

植物细胞信号转导（signal transduction）主要研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及其在植物发育过程中调控基因的表达和生理生化反应。

信号传导包括信号、受体、信号转导网络和反应等环节。

图7－l是细胞信号转导的主要分子途径模式图。

各种各样的信号通过受体输入之后，细胞内的各种转导途径如同电脑的集成块那样，纵横交错，复杂而有序，经过分析、整理，最终输出命令，调节细胞的生理生化反应。

当然，有生命的活体细胞的信号转导系统远比电脑系统复杂得多。

第一节环境刺激和胞外信号一信号信号（Signal 信息的物质体现形式和物理过程。

简单地说，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。

植物在生长和发育过程中，时刻处于大量外界环境信号，如机械刺激、温度、光照、气体、重力、触摸、病原因子、伤害、水分等的刺激之下，同时还面对体内其他细胞传来的信号，如生长调节剂、多肽、糖、代谢物、甾体、细胞壁片段、与膨压有关的细胞壁二、胞间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。

胞间信号包括物理信号(电信号)和化学信号(激素、寡聚糖等)。

在研究胞间物理信号方面，娄成后认为，植物受到外界刺激时可产生电波，通过维管束、共质体和外质体快速传递信息。

研究表明，细胞动作电位的产生与质膜上的离子流动有关。

土壤干旱时，植物根尖合成脱落酸(ABA)，通过导管向上运到叶片保卫细胞，引起保卫细胞内的胞质Ca2+等一系列信号转导，产生生理、生化反应，最后使气孔关闭。

详细信号转导过程见第八章。

在上述生理反应中，土壤干旱(胞外刺激)是信号转导过程中的初级信使(primary messenger)，ABA是胞间的化学信号，保卫细胞内的胞质Ca2+等传递胞外信号的一系列信号分子就是第二信使(second messenger)。