拟南芥g—蛋白分子结构及其在 - 扬州大学.doc

拟南芥G—蛋白分子结构及其 在植物细胞信号转导中的研究进展 Molecular Structure of Arabidopsis G-Protein and Its Research Progress in Plant signaling 姓名：张圆 学号：03240 导师：梁建生 （ 扬州大学农学院 江苏扬州 225009 ） 摘要：G蛋白是广泛存在于真核生物中具有重要生理调节功能的蛋白质。异源三聚体G蛋白由α、β、γ三个亚基构成，它们通过复杂的三维结构交联在一起并在真核生物的细胞信号转导过程中发挥着十分重要的作用。拟南芥中同样存在着G蛋白,其蛋白结构与哺乳动物类似,研究表明：植物中的G蛋白参与了激素、光和植物防御等多种信号的转导过程。 关键词：拟南芥 G-蛋白 G-蛋白偶联受体 G-蛋白效应物 G—蛋白即鸟苷三磷酸结合蛋白（GTP—binding protein），是广泛存在于真核生物中具有重要生理调节功能的一类蛋白质。20世纪80年代初，Rodbell等人首先在动物体中证实了G-蛋白的存在，其研究进展十分迅速。植物体中的G-蛋白研究相对滞后，直到20世纪90年代初方见相关报道。本文主要介绍了拟南芥G—蛋白的分子结构以及近年来拟南芥中G－蛋白参与植物信号转导方面的研究进展。 拟南芥G—蛋白的分子结构 1.1 拟南芥生物学特性 拟南芥（Arahidopsis thaliana）属十字花科（Crucifer）拟南芥属（Arahidopsis thaliana category），二年生草本植物，没有任何经济价值。但因其具有形态个体小、生长周期快、种子多、形态特征简单、基因组小等生物学特点，自20世纪80年代以来迅速成为植物遗传学、发育生物学和分子生物学的模式植物（Model plant），被誉为植物界的“果蝇（fruit fly）”。 1.2 G—蛋白概述 G-蛋白是指能与鸟嘌呤核苷酸结合，具有GTP水解酶活性，广泛存在于真核生物中的一类蛋白。G蛋白是一个超级家族，在细胞信号转导中起着重要作用的G-蛋白主要有两类：一类是与膜受体偶联的异源三聚体G蛋白(Heterotrimeric GTP binding protein)；另一类存在于细胞的不同部位，被称为“小G蛋白”（Small GTP binding protein）。G—蛋白在真核细胞膜信号的分选和扩大、蛋白质的合成与运输、细胞骨架的形成、囊泡在细胞内的运输以及细胞增殖及分化等方面起着重要的调节作用（Bourne H R et 2000） 异三聚体G蛋白信号传导系统由G蛋白偶联受体(GPCR)、G蛋白和效应器三部分组成。当特异性的配体与膜上的GPCR结合后，活化的GPCR通过跨膜构象的变化，激活相应的G蛋白，催化G蛋白α亚基结合的鸟苷二磷酸(GDP)替换为鸟苷三磷酸(GTP)，从而导致α亚基构象改变，降低α亚基和((亚基的亲和力，使三聚体解离为G( (GTP)和G((。解离的 G( (GTP)和G((分别调控信号转导下游各自的效应器，产生第二信使，使得信号得到级联放大并最终诱导细胞产生生理反应；当G(亚基利用自身的GTP水解酶活性催化GTP水解为GDP，导致G( (GDP)与效应物离解，并重新结合G((，形成非活化状态的三聚体G-蛋白，终止了信号的转导。已有的研究表明，哺乳动物中G-蛋白参与了光、气体、激素等多种信号转导过程，其信号转导的下游效应器包括腺苷酸环化酶(Adenylyl cyclase)、Ca2+、K+通道、磷脂酶C(Phospholipase,C)、以及β上腺素受体激酶等。GPCR、G蛋白和效应器的不断发现，已成为近二十年来的研究热点(Bourne 1990; Hall A 1990)。 1.3 拟南芥G蛋白 美国北卡罗莱纳州大学的John Sondek’s研究组利用晶体学技术，对哺乳动物和拟南芥G－蛋白的分子结构进行了计算机模拟，构建了拟南芥G蛋白的分子模型，拟南芥的G－蛋白结构与哺乳动物的G－蛋白结构非常相似，其重要的分子结构特点有： Figure 1: Simulant structure of Mammalian and Arabidopsis G-protein G(亚基有两个单独区域组成：一个区域（GTPase区）含有GTP结合单元，这个区域参与GTPase结合，此外，还存在着磷酸结合区、Mg2＋结合区和鸟苷环结合区等共同序列。另一个区域即完整的α螺旋区域是由一个长的中心螺旋和5个短的螺旋组成，该区域是识别效应物的区段（Clapham,1993，Alfredoulloa，1997）。G(亚基的N-末端，特别是前60个氨基残基可能是与Gβγ二聚体互作的位点之一。G(亚基与Gβγ二聚体相互作用的另一个位点在开关区（Switch