植物生理学教案第一章细胞信号转导.docVIP

第一章 细胞信号转导（signal transdution） 教学时数：4学时左右。 教学目的与要求：使学生了解细胞信号转导的定义和内容；掌握受体和和跨膜信号转换的过程，植物细胞第二信使的种类及重要作用。 教学重点：细胞信号转导的定义、研究内容；受体和跨膜信号转换；细胞内的第二信使系统。 教学难点：细胞受体和跨膜信号转换。 本章主要阅读文献资料： 1.翟中和编：《细胞生物学》，高等教育出版社。 2.王镜岩主编：《生物化学》（第三版），高等教育出版社。 3.宋叔文、汤章城主编：《植物生理与分子生物学》（第二版），科学出版社。 4.王宝山主编：《植物生理学》(2004年版)，科学出版社。 本章讲授内容： 在生命活动的各个阶段都受到周围环境中各种因素的影响，例如温度、湿度、光、重力、病原微生物等等。植物细胞信号转导（signal transdution）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，即细胞耦联各种（内部或外源）刺激信号与其引起的特定的细胞生理效应之间的一系列反应机制。 植物细胞信号转导的模式 生物体在不同的生长发育阶段，自身也不断产生各种信号，以调节其本身的生命进程，如激素、营养物质等。生物在受到各种信号刺激后产生一系列的生理生化变化。从信号刺激到生理生化变化是一个非常复杂的过程，它包括信号 → 被细胞各种受体（receptor）接受 → 转化为细胞内的特定的信息 → 传导至细胞内不同的效应子（effecor）。生物的信息传导是生物学研究的一个重要领域，一直受到人们的普遍重视。 一、环境刺激和胞外信号 植物一生时刻处于大量的环境信号（刺激）中，例如，机械刺激、温度变化、光照、气体、重力、触摸、病原微生物等致病因子、污染物伤害、水分过多或不足等。当这些环境刺激作用于植物体的不同部位时，会发生胞间的信号传递。胞间信号包括物理的（电）信号和化学信号（生长物质等）。人们认为环境刺激是植物细胞信号转导过程中的初级信使（primary messenger），它可以通过诱发胞间信号（配体）的产生 → 再经细胞受体和跨膜信号转换等→ 将胞间信号在胞内（通过第二信使）进行放大和传递。  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。如果伤害后立即除去受害叶，则其它叶片不会产生PIs。但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。 物理信号（physical signal） 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。 电信号传递是植物体内长距离传递信息的一种重要方式，是植物体对外部刺激的最初反应。植物的电波研究较多的为动作电波（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。植物中动作电波的传递仅用短暂的冲击（如机械震击、电脉冲或局部温度的升降）就可以激发出来，而且受刺激的植物没有伤害，不久便恢复原状。一些敏感植物或组织（如含羞草的茎叶、攀缘植物的卷须等），当受到外界刺激，发生运动反应(如小叶闭合下垂、卷须弯曲等见录像)时伴有电波的传递。 植物细胞对水力学信号(压力势的变化)很敏感。玉米叶片木质部压力的微小变化就能迅速影响叶片气孔的开度，即压力势降低时气孔开放，反之亦然。 二、受体和跨膜信号转换 （一）细胞受体 细胞受体是指存在于细胞膜、细胞内部或细胞器膜及内部的某些天然的化学物质。至今发现的受体绝大多数是蛋白质。它可特异识别信号并与其结合，然后将信号在细胞内放大、传递 → 启动一系列细胞内的生化反应 → 最终导致植物的形态变化。细胞受体具有特异性、高亲和性和可逆性等特征。 由于受体与信号物质的结合是细胞感应胞外信号，并将此信号转换为胞内信号的第一步，所以受体是将胞外信号转换为胞内信号的关键。 受体可特异识别信号并与其结合，然后将信号在细胞内放大，传递 → 启动一系列细胞内的生化变化 → 最终导致植物的形态变化。 一般来说，胞间信号（配体）分子首先与细胞膜上的受体结合 → 经跨膜信号转换 →将胞外信号在在胞内通过第二信使放大并传递 → 然后引起细胞内的生理生化变化。也有一些信号可以进入细胞，与细胞内部的受体结合进一步调节基因转录等过程。 （二）跨膜信号转换 跨膜信号转换通过细胞膜上的受体与配体结合来实现。G蛋白是连接受体发生跨膜信号转换的重要物质之一。GTP结合蛋白（简称G蛋白）是生物信息传导中的一个重要成员。G蛋白是一个庞大的家族，几乎所有的真核生物都有G蛋白，根据其亚基组分以及相对分子