高级植物生理学课件第二章植物细胞的信号传导.ppt

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1、第二章 植物细胞信号转导,生长和发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因的表达同时受到内外环境的调控。植物细胞信号转导(signal transduction)：是植物感受、传导环境分子的刺激及其在发育过程中调控基因的表达和生理生化反应，包括信号、受体、信号转导网络和反应等环节。,第一节 Over view of signal transduction,1 The stream of signals is continuous and complex,2 Signal transduction network within cells,among Cells and through

2、the plant,3Finally modified gene expression,Different signal effects Different transduction networks in different way and different place But finally change the gene expression pattern,4 Plant cells containing two information system genetic and epigenetic 4.1DNA RNA-Protein(phenotype)4.2 many phenot

3、ype are strongly modified by environmental factor and gene respond environmental stimulates are epigenes have pleiotropic function,5 two major signal transduction pathway in plant,Cytosolic Calcium Protein kinase/phosphorylase,环境刺激,胞间信号,受体,G蛋白,效应器,细胞外,细胞膜,细胞质,酪氨酸蛋白激 酶,初级信使,膜上信号转换系统,第二信使,cAMP,Ca2+,IP

4、3,DAG,Ca2+调节蛋白,PKA,PKCa2+CaM,PKCa2+,PKC,酶蛋白磷酸化修饰,细胞反应,CaM,胞间信号传递,膜上信号转换,胞内信号转导,蛋白质可逆磷酸化,6 Signal perceiving,To initiate transduction,the signal must beSenesced by receptor or changing membrane potential Regulate receptor concentration can change the sensitivities of cell to signal Many receptors whe

5、n bind its ligand(signal)active protein kinase and protein phosphatase activities Intracellular receptors can act as ion channel,接受信号主要通过蛋白受体或改变膜电位,受体位置,光反应红光受体,光敏色素组成一个蛋白质家族，各有不同生理功能,光形态建成中信号传导效应的复杂性,第二节 植物细胞跨膜信号转导,受体(receptor)：,是在效应器官细胞表面或亚细胞组分中可特异地识别并结合信号分子配体(ligand),或物理信号（光温信号）大分子物质，多为为蛋白质。具有特异性

6、、高亲和力、可逆性等特点。,受体位置,An example of intracellular receptor,The receptor for glucocorticoid hormone(cortisol糖皮质激素)differs from the others in that it is located in the cytosol,anchored in an inactive state to a cytosolic protein.Binding of the hormone causes the release of the receptor from its cytosolic

7、 anchor,and the receptorhormone complex then migrates into the nucleus,where it binds to the enhancer and stimulates transcription(Figure),Glucocorticoid steroid receptors,Glucocorticoid steroid receptors are transcription factors.Glucocorticoid hormone is lipophilic and diffuses readily through the

8、 membrane to the cytosol.Once in the cytosol,the hormone binds to its cytosolic receptor,causing the release of an inhibitory protein from the receptor.The activated receptor then diffuses into the nucleus.In the nucleus,the receptorhormone complex binds to the enhancer regions of steroid-regulated

9、genes.Transcription of the genes is stimulated.(From Becker et al.1996.),蜕皮激素,2 受体种类：细胞内受体，是指存在于亚细胞组分中的受体；细胞表面受体(cell surface receptor)，可分三类：离子通道偶联受体(ion-channel-linked receptor)G蛋白偶联受体 酶偶联受体,既有信号结合位点，又是离子通道，跨膜信号转导无需中间步骤，又称配体门控离子通道，分布有组织特异性。,动物细胞中三种受体,IP3的受体,另两种受体（细菌，乙烯受体）：双分子系统和杂合酶系统,光反应红光受体,光敏色素组成

10、一个蛋白质家族，各有不同生理功能,1植物G蛋白,GTP,ATP cAMP+PPi,C,C,A,B,C,GDP,GDP,GTP,腺苷酸环化酶,C,G 蛋白,R,R,R,（1）植物G蛋白种类及结构,A.异三聚体G蛋白 动物G蛋白由、和三个亚基组成。天然的 G 蛋白中与亚基总是紧密联系在一起，亚基分子是在39-46KD之间。亚基的差别较大，是G蛋白的分类依据，具有一共同的GTP结合位点，和有GTP酶的活性，即可以把GTP水解成GDP和无机磷酸。亚基上有些特殊的氨基酸（Arg或Cys）残基可被特定的细胞毒素所修饰，从而调节细胞生理功能。已经克隆的G蛋白的cDNA，发现G 蛋白的一级结构中高度保守的结构

11、区域，即P区域，G区域和G区域，P与G区域都与GTP结合及与GTP酶活力有关；G区域则与GTP结合，并与腺苷酸环化酶相互作用有关。亚基的分子量为36KD左右。但植物上至今尚未发现有亚基存在，不过人们依据已克隆到的基因序列分析，推测植物中有亚基存在。,Mechanism of G protein,G蛋白在结构上没有跨膜蛋白的特点，它们能够固定在细胞膜内侧，主要是通过对其亚基上氨基酸残基的脂化修饰发生作用。B小G蛋白的（small GTP-binding protein）为单体，仅20-30KD。微管蛋白亚基也是一种小G蛋白。,（2）G蛋白基因的克隆,A.异三聚体G蛋白的基因克隆,（2）检测G蛋白

12、的生化方法,A）GTP结合实验（GTPbinding assays），G蛋白可以结合GTP。标记GTP可以检测G蛋白。将G蛋白的样品与带放射性标记的非水解的GTP类似物一起保温进行标记，以放射性强度高低来说明G蛋白活性的大小。,B.将G蛋白的样品用SDSPAGE分离后转膜，再与带放射性标记的非水解的GTP类似物或标记位磷酸的GTP（32p）GTP 保温放射自显影。但异三聚体G蛋白的小G蛋白及其他GTP结合蛋白都与GTP结合，故这种GTP标记还不能区别G蛋白属于哪一类，但可在样品的制备时进行预处理，如利用超滤Centricone 可以鉴别异三聚体G蛋白和小G蛋白。,B）GTPase活性实验（GT

13、Pase assay），G蛋白除了能与GTP结合外，还具有内在的GTPase活性。通常在待测样品中加入位磷酸标记GTP（32p）GTP，测定液相中32P放射性强度来表示GTPase活性的大小。同样不能分辨出G蛋白属于哪一类。,C）细菌毒素诱导的核糖基化实验（ADPribosylation assay）一些细菌毒素可以使异三聚体Gcys 残基ADP-核糖基化。如将ADP-核糖基用放射性标记，则G蛋白上就带上该放射性标记。一般方法先用32P 标记NAD+（作为ADP-核糖基的供体），再把细菌毒素和蛋白样品一起保温一定时间后，取回蛋白用SDSPAGE分离后放射后显影。如百日咳毒素（pertussis

14、 toxin,PTX）和霍乱毒素（cholera toxin,CTX）。PTX能使所有位于异三聚体G C末端的Cys的残基ADP-核糖基（ADP-adenosine diphosphate 腺苷二磷酸）化，且专一性强，不受样品中其他蛋白或ADP核糖基因子（ARFs）的影响。,D）免疫转移电泳实验（Western blot assay）利用抗原抗体结合原理，先用SDS-PAGE分离样品，转移到NC膜（nitrate cellulose）上，然后先用一抗体温育，再用125I标记的蛋白A或酶标二抗温育，最后用放射自显影或酶底物显色，指示G蛋白的存在。目前用动物的G蛋白抗体来检测植物G蛋白，但不是所有

15、在的植物G蛋白都可用动物的G蛋白的抗体能检测出来。,2检测到的G蛋白,Plant materials for Signal transduction“植物中的果蝇”。,拟南芥（Arabidopsis thaliana）十字花科。二年生草本，高740厘米。基生叶有柄呈莲座状，叶片倒卵形或匙形；茎生叶无柄，披针形或线形。总状花序顶生，花瓣4片，白色，匙形。长角果线形，长11.5厘米。花期35月。我国内蒙、新疆、陕西、甘肃、西藏、山东、江苏、安徽、湖北、四川、云南等省区均有发现。拟南芥的优点是植株小（1平方厘米可种植好几棵）、每代时间短（从发芽到开花不超过6周）、结子多（每棵植物可产很多粒种子）、生

16、活力强（用普通培养基就可作人工培养）。拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。每个单倍染色体组（n=5）的总长只有7000万个碱基对，即只有小麦染色体组长的1/80，这就使克隆它的有关基因相对说来比较容易。拟南芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。例如用含杀草剂的培养基来筛选，一般获得抗杀草剂的突变率是1/100000,为什么拟南芥被用作双子叶植物的模式植物?,生命周期短,40天左右;产生的种子量大,有利于进行遗传分析,即繁殖系数大;基因组较小,容易得到突变体;有大量的诱变突变体可供应用,且已商品化;物理距离与遗传距离之间的比值是小.,小G

17、蛋白基因的克隆1989年Matsui等从拟南芥中克隆了第一个植物小G蛋白基因ara，随后人们已克隆了几十种小G蛋白的基因，如豌豆13个，拟南芥12个。但还未发现植物细胞中有类似动物中的ras小G蛋白，这可能说明植物与动物对环境信号有不同的感知反应，因而动植物参与信号转导的蛋白（G蛋白）在分子结构上与动物有所差异。,(3)G蛋白在植物细胞信号转导中的作用,G蛋白在植物细胞信号转导中的作用,(1)光信号转导 经红光或远红光处理后，浮萍蛋白提取物对GTP的结合活性降低20%，而照射蓝光却没有结果。暗示一种或几种G蛋白可能参与了红光信号的转导。,(2)离子通道 武维华等人1994年利用膜片钳（Patc

18、h-clamp）技术，研究G蛋白调节剂对蚕豆保卫细胞原生质体质膜上单离子K+通道的影响，发现GTPS，CTX和PTX均抑制K+内流，而GDPS促进K+内流。这是证明G蛋白可以调节植物中离子通道的直接证据。,(3)植物激素信号转导 Zaina 1990年发现IAA可以促进GTPS与水稻胚芽鞘膜泡组分的结合以及膜泡组分中GTPase活性的增加。Borachov等1994年发现经GTPS和CTX处理以后,蝴蝶兰花对乙烯的敏感性增强,乙烯处理后凋谢时间明显缩短,花受粉以后,随乙烯生成量的增加,花瓣质膜组分对35SGTP S的结合活性也明显增加,但GDPS处理不影响花对乙烯的敏感性.,4.病原信号转导

19、Bolwell等1991年发现PTX和CTX可以增强菜豆悬浮培养细胞对真菌病原激发子（fungal elicitor）的反应能力。Kawakita等1994年发现真菌病原激发子能促进马铃薯块茎微粒体结合GTPS的活性，并引起该微粒体GTPase活性增加。暗示G蛋白可能参与植物病原信号转导。,(5)其他生理过程1)GP1在活跃增殖的细胞以及开始进行分化的细胞中水平较高，而在已经分化成熟的细胞中水平较低；在已分化的组织，维管束组织、心皮壁及长角果壁中水平较高，而这些组织均与营养物质的运输有关。GP1可能具有以下功能：调节细胞分裂与分化；调节细胞对营养物质的吸收。,2)植物叶绿体的蛋白组分有些是由核

20、基因编码的,这些蛋白质在胞质中合成后需跨叶绿体膜运输到叶绿体内部定位组装.已知这些蛋白先以前体形式合成,前部有一段导肽,导肽与叶绿体外膜表面或类囊体外面的蛋白识别后进入叶绿体内部,但有关这些蛋白跨膜运输的机制还不清楚,.Schnell等1994从叶绿体外膜上分离得到了定位于外膜上的与前体蛋白运输有关的4种蛋白质,其中1种鉴定为热激蛋白HSP70,1种可能是通道蛋白,另2种蛋白与其它G蛋白有同源的结合GTP的保守区域,它们的功能可能是以结合并水解GTP的方式直接与前体的导肽相互作用,或以调节肽与其它转运介导结合蛋白之间相互作用的方式,来调节蛋白前体跨膜向叶绿体内部运输.,4 在体内研究植物G蛋白

21、功能的分子生物学方法,（以上的结果均是体外实验研究获得）1.转基因植物功能分析（functional analysis of transgenic plant）,一般方法是在植物中导入某种G蛋白的反义RNA、或使蛋白超表达或异位(ectopic)表达后，检测这种处理对植物生长发育的影响。Kanada等1992年将水稻rgp1基因（一种小G蛋白基因）按反义顺序转入烟草细胞中，发现顶端优势减弱，出现矮化表型，花的外形也不正常。由于已知顶端优势是由细胞分裂和生长素二者的平衡决定的，花的正常发育也需要各种激素的平衡，表明rgp1基因产物可能参与了激素控制的顶端优势及花的分化。,酵母突变体功能互补 利用

22、功能缺失互补。研究小G蛋白较有效，因其较保守。但研究异三聚体G蛋白是不适宜的。,功能互补的研究思路,已知一酵母株系是缺乏与所要证实的植物某一蛋白功能同源的蛋白的突变体,将已克隆的该植物蛋白cDNA导入该酵母寄主细胞中,检测导入后是否能互补(恢复)该突变体酵母的功能.其先决条件是:要求该植物蛋白与酵母对应蛋白有较高的同源性,即寄主植物的蛋白要能够在酵母中得到表达,且该酵母基因突变而自身已不再能够表达该蛋白.,2 植物细胞中具有受体功能的类蛋白激酶（RLK）,受体蛋白激酶（receptor protein kinase，RPKs）:为一种跨膜受体。胞外部分与配基(ligand)相识别，胞内部分具内

23、源的蛋白激酶活性，并依赖其内源的蛋白激酶活性转导胞外信号。RPKs有两种类型如下：1.酪氨酸蛋白激酶类：以酪氨酸为靶氨基酸；2.丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类：以丝或(和)苏氨酸为靶氨基酸；kinomics 激酶组学,植物中还没有证实动物细胞RPKs同源的植物基因产物具有受体功能，也未发现这类蛋白的天然配基，故称这类蛋白为类受体蛋白激酶（receptor-like protein kinase,RLKs）。,RLKs的种类和结构,RKLs的结构,胞外结构域(extracellular domain);跨膜螺旋区(membrane spanning helix);胞内蛋白激酶催化结构域(intrace

24、llular protein kinase catalytic domain).,胞内蛋白激酶催化结构域（intracellular protein kinase catalytic domain），有40%氨基酸同源。依胞外结构域可分为3大类:,1.具S-结构域（S-domain）的RLKs 玉米、油菜、拟南芥和水稻中均有发现。其胞外结构域一部分较保守，同源性大约为2025。特定位置是保守的10个半胱氨酸其余差异较大，这可能是不同配基结合的特异性不同的原因。,2.富含亮氨酸（Leucine-rich repeat,LRR）的RLKs 特点是在胞外结构域中是有重复出现的氨基酸，保守结构与一般为

25、Leu-x-x-Leu-x-x-Asn-x-Leu。此外，不同的RLKs的一级结构差异很大。这一结构有利于蛋白质之间的相互作用。,3.类表皮生长因子（Epidermal growth factor-like）RLKs具有类似动物细胞表皮生长因子的结构。拟南芥细胞中分离到一种该类RLKs，称为Pro25。该蛋白与植物叶绿素a,b结合蛋白氨基末端的氨基酸序列有较高的同源性，并缺乏氨基末端的信号肽。,RLKs基因表达,多数RLKs的功能不太清楚。有些基因在多种细胞中表达，有的在特定组织中表达。如:,RLKs的生物学功能,植物细胞中RLKs具有自磷酸化的活性，其中有些RLKs的磷酸化位点主要为丝氨酸，

26、苏氨酸，丝氨酸/苏氨酸，从而暗示不同的RLK具有不同的功能。,1.调控花粉的自交不亲和,自交不亲和与柱头细胞中的S-糖蛋白（S-locus glycoprotein，SLG），S-受体激酶（S-locus receptor kinase,SRKs）有关。据研究，花粉不亲和可能与柱头细胞的S-糖蛋白和S受体激酶二者之间的相互作用有关。SLG和SRK识别形成一个异聚体的受体复合物，后者接受花粉粒上的信号，并诱导花粉粒中游离的Ca2+浓度变化及一系列事件，引起花粉萌发，如SLG和SRK不能识别，就不能形成受体复合体，不能接受花粉粒信号，花粉也就不能萌发。,Protein structure ofcl

27、oned resistance genes,抗番茄叶霉病基因Cf-9编码一个跨膜蛋白，该蛋白胞外结构域具有28个LRR结构，并含有一个短的胞内尾肽结构。这种结构与RLKs胞外结构域同源，暗示它们可能具有RLKs的功能。番茄细胞中与抗细菌病原有关的基因Pto 编码一种丝苏氨酸蛋白激酶，后者可能与质膜相连。,2.感受植物病原信号,宋文元等在1995年克隆Xa21，由该基因cDNA推知的蛋白质共由1025个氨基酸组成，其中由81至634号氨基酸构成的多肽链含有23个由24个氨基酸构成的LRR结构来构成胞外结构域，由651675号氨基酸构成的多肽链为疏水性肽段，构成跨膜螺旋，而由7081025号氨基酸

28、构成的胞内结构具有典型的丝苏氨酸蛋白激酶催化结构域，并且该基因产物与已知的植物细胞RLK和RLK相关蛋白有很高的同源性，这一结果也证实植物细胞可以通过位于质膜表面的RLKs接收和传递外界病原信号。,RLKs的信号转导,RLKs是一种跨膜蛋白，又具有受体蛋白激酶活性，所以对外界信号的接收，跨膜转导及向膜内的原初传递均可由RLKs独立完成。目前仅知激酶结合蛋白磷酸酶可能是RLKs信号转导途径中的组分。KAPP（kinase-associated protein phosphatase）分子由三部分组成，氨基末端为定位于膜上的结构，中间结构域可与蛋白激酶发生相互作用，羧基末端与磷酯酶C催化结构同源。

29、KAPP在体外活化的RLKs及酶结构相结合，但这种结合依赖于RLKs的磷酸化状态。如果RLKs蛋白脱磷酸化，KAPP就不能与RLKs结合。由于RLKs自磷酸化的位点为丝氨酸和苏氨酸，因而，KAPP可能识别RLKs上被磷酸化的丝氨酸或苏氨酸二者之一或全部并与之结合。,还有许多问题有待解决：植物细胞中RLKs的天然配基、靶蛋白以及RLKs在植物细胞中的生物学功能是什么？配基能否诱导RLKs二聚体化？LRKs信号传递途径的组成。虽然已知KAPP可能是RLKs信号途径的组分，但对其作用机制并不清楚。参与这一途径的其他组分也不清楚。不了解RLKs信号传递链的组成就很难对RLKs的功能和作用机制有明确的认

30、识。,Signal transduction pathways often involve the generation of second messengers,transient secondary signals inside the cell that greatly amplify the original signal.For example,a single hormone molecule might lead to the activation of an enzyme that produces hundreds of molecules of a second messe

31、nger.,第三节 细胞内的第二信使,Among the most common second messengers are 3,5-cyclic AMP(cAMP);3,5-cyclic GMP(cGMP);nitric oxide(NO);cyclic ADP-ribose(cADPR);1,2-diacylglycerol(DAG);inositol 1,4,5-trisphosphate(IP3);and Ca2+(Figure).,第三节 细胞内的第二信使,植物细胞胞内第二信使主要有：Ca2+cAMP IP3(三磷酸肌醇)DAG(二酯酰甘油),一、钙离子和钙结合蛋白,1 植物细胞的钙

32、离子 胞外钙库：细胞壁；胞内钙库：液泡、内质网、线粒体 钙离子跨膜运转,In plant cells,most of the calcium of the cell accumulates in the vacuole.The proton electrochemical gradient across the vacuolar membrane that is generated by tonoplast proton pumps drives calcium uptake via Ca2+H+antiporters,钙作用的实验,Calcium serves as a second mes

33、senger for a wide variety of cell signaling events.This role of calcium is well established in animal cells,and circumstantial evidence suggests a role for calcium in signal transduction in plants as well.,钙作用受体,钙结合蛋白主要有2种：钙调素 和 钙依赖型蛋白激酶,钙调素(calmodulin,CaM)耐热球状酸性蛋白，是具有148个氨基酸的单链多肽,每个CaM有4个Ca2+结合位点,C

34、aM的作用方式有两种：直接与靶酶结合，诱导、调节靶酶活性；与Ca2+结合，形成Ca2+CaM复合体，再与靶酶结合并激活。靶酶：Ca2+-ATP酶、Ca2+通道、NAD激酶、多种蛋白激酶等。,Studies with Ca2+-sensitive fluorescent indicators,such as fura-2 and aequorin(发光蛋白),have shown that the calcium signal often originates in a localized region of the cell and propagates as a wave throughou

35、t the cytosol.Repeated waves called calcium oscillations can follow the original signal,each lasting from a few seconds to several minutes.,Calcium oscillation,Calcium oscillation,The biological significance of calcium oscillation,The biological significance of calcium oscillation is still unclear,a

36、lthough it has been suggested that it is a mechanism for avoiding the toxicity that might result from a sustained elevation in cytosolic levels of free calcium.Such wavelike oscillations have recently been detected in plant stomatal guard cells(McAinsh et al.1995).,二、I P3 和 DAG,IP3和DAG是由位于质膜内侧的PIP2在

37、PLC(phosplolipase C)催化下水解产生的。PIP2 IP3+DAGIP3/Ca2+信号传递途径：水溶性的IP3可从质膜扩散到胞质，再与液泡膜或内质网膜上的IP3-Ca2+通道结合，使其打开。Ca2+顺浓度梯度由液泡释放到胞质，胞质Ca2+升高，引起生理反应。DAG/PKC信号传递途径：质膜上的DAG与蛋白激酶C（PKC）结合并激活之，PKC又使其它激酶磷酸化，引起生理反应。,胞外,质膜,细胞质,P,P,P,IP3,PIP2,PLC,DAG,PKC,Ca2+,液泡或内质网,Ca2+,结合态IP3,IP3敏感的Ca2+通道,非活蛋白,蛋白质 P,细胞反应,胞外刺激使PIP2转化成I

38、P3和DAG，引发“双信使系统”,G蛋白,R,GDP,GTP,inositol trisphosphate,IP3 Opens Calcium Channels on the ER and on the TonoplastThe IP3 generated by the activated phospholipase C is water soluble and diffuses through the cytosol until it encounters IP3-binding sites on the ER and(in plants)on the tonoplast.,These bi

39、nding sites are IP3-gated Ca2+channels that open when they bind IP3(Figure 14.18).Since these organelles maintain internal Ca2+concentrations in the millimolar range,calcium diffuses rapidly into the cytosol down a steep concentration gradient.The response is terminated when IP3 is broken down by sp

40、ecific phosphatases or when the released calcium is pumped out of the cytoplasm by Ca2+-ATPases.,三、cAMP介导的信号传递,Nearly all the effects of cAMP in animal cells are mediated by the enzyme protein kinase A(PKA).In unstimulated cells,PKA is in the inactive state because of the presence of a pair of inhib

41、itory subunits.Cyclic AMP binds to these inhibitory subunits,causing them to dissociate from the two catalytic subunits,thereby activating the catalytic subunits.,In cells in which cAMP regulates gene expression,PKA phosphorylates a transcription factor called CREB(cyclic AMP response elementbinding

42、 protein).Upon activation by PKA,CREB binds to the cAMP response element(CRE),which is located in the promoter regions of genes that are regulated by cAMP.In addition to activating PKA,cAMP can interact with specific cAMP-gated cation channels.For example,in olfactory receptor neurons,cAMP binds to

43、and opens Na+channels on the plasma membrane,resulting in Na+influx and membrane depolarization.,The activated catalytic subunits then are able to phosphorylate specific serine or threonine residues of selected proteins,which may also be protein kinases.An example of an enzyme that is phosphorylated

44、 by PKA is glycogen phosphorylase kinase.When phosphorylated by PKA,glycogen phosphorylase kinase phosphorylates(activates)glycogen phosphorylase,the enzyme that breaks down glycogen in muscle cells to glucose-1-phosphate.,cAMP in plant signal transduction,Because of the extremely low levels of cycl

45、ic AMP that have been detected in plant tissue extracts,the role of cAMP in plant signal transduction has been highly controversial(Assmann 1995).,Nevertheless,various lines of evidence supporting a role of cAMP in plant cells have accumulated.For example,genes that encode homologs of CREB have been

46、 identified in plants(Kategiri et al.1989).Pollen tube growth in lily has been shown to be stimulated by concentrations of cAMP as low as 10 nM(Tezuka et al.1993).,cAMP in plant signal transduction,Li and colleagues(1994)showed that cAMP activates K+channels in the plasma membrane of fava bean(Vicia

47、 faba蚕豆)mesophyll cells.Ichikawa and coworkers(1997)recently identified possible genes for adenylyl cyclase in tobacco(Nicotiana tabacum)and Arabidopsis.Thus,despite years of doubt,the role of cAMP as a universal signaling agent in living organisms,including plants,seems likely.,cAMP in plant signal

48、 transduction,adenylyl cyclase,In vertebrates,adenylyl cyclase is an integral membrane protein that contains two clusters of six membrane-spanning domains separating two catalytic domains that extend into the cytoplasm.Activation of adenylyl cyclase by heterotrimeric G proteins raises the concentrat

49、ion of cAMP in the cell,which is normally maintained at a low level by the action of cyclic AMP phosphodiesterase,which hydrolyzes cAMP to 5-AMP.,腺苷酸环化酶分子结构与功能,功能：1.气孔关闭2.k通道3.花粉管生长,第四节 蛋白质的可逆磷酸化,细胞内的第二信使通过调节多种蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，从而传递信号。蛋白激酶种类繁多、存在广泛、许多是传递特异信号的。蛋白质 蛋白质-Pi,ATPGTP,ADPGDP,蛋白激酶,H2O,Pi,蛋白磷酸酶,蛋

50、白质的磷酸化和脱磷酸化，在细胞信号转导中,具有级联放大信号的作用。,一、蛋 白 激 酶,蛋白激酶是一类催化蛋白质产生理磷酸化反应的酶，可对底物特定的氨基酸残基进行磷酸化修饰。按磷酸化的氨基酸残基种类不同,可分3类：Ser(丝)/Thr(苏)激酶类 Tyr(酪)激酶类 His(组)激酶类,钙依赖型蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase,CDPK),激酶活性域 抑制域 类CaM的结构域,N端,C端,被CDPK磷酸化的靶蛋白有：质膜ATP酶、离子通道、细胞骨架成分,CDPKs,CDPKs are widespread in plants and are encod