植物G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

關(guān)于植物G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

生物體在生長發(fā)育過程中不斷地與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，因此，負(fù)責(zé)識別、轉(zhuǎn)導(dǎo)、感知環(huán)境信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)途（signalingtransductionpathway）成為人們感興趣的研究對象，尤其是比原核生物更完善、更精細(xì)的真核生物的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。從已經(jīng)研究過的動物細(xì)胞胞內(nèi)信號系統(tǒng)來看，胞內(nèi)信號是通過位于細(xì)胞膜上的，與膜結(jié)合的中介蛋白質(zhì)將信息轉(zhuǎn)導(dǎo)到胞內(nèi)的，這種中介蛋白質(zhì)是一種鳥苷酸結(jié)合蛋白質(zhì)，稱為G蛋白。G蛋白主要有兩類：一類是與膜受體偶聯(lián)的異三聚體G蛋白(HeterotrimericGTPbindingproteins)；另一類是非膜蛋白，稱為小G蛋白（SmallGTPbindingprotein）。第2頁,共46頁，2024年2月25日，星期天G蛋白的種類已多達(dá)40余種，大多數(shù)存在于細(xì)胞膜上，由α、β、γ三個亞基構(gòu)成，總分子量為100kDa左右。其中β亞單位在多數(shù)G蛋白中都非常類似，分子量36kDa左右。γ亞單位分子量在8-11kDa之間。根據(jù)βγ兩個亞基的不同可以將G蛋白分為Gs、Gi、Go、Gq、G?及Gt等六類。這些不同類型的G蛋白在信號傳遞過程各種發(fā)揮不同的作用。第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（1）Gs：細(xì)胞表面受體與Gs（stimulatingadenylatecyclasegprotein,Gs）偶聯(lián)激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP第二信使，繼而激活cAMP依賴的蛋白激酶。（2）Gi：細(xì)胞表面受體同Gi（inhibitoryadenylatecyclasegprotein,Gi）偶聯(lián)則產(chǎn)生與Gs相反的生物學(xué)效應(yīng)。（3）Gt：可以激活cGMP磷酸二酯酶，同視覺有關(guān)。（4）Go：可以產(chǎn)生百日咳桿菌毒不導(dǎo)致的一系列效應(yīng)。（5）Gq：同PLC偶聯(lián)，在磷脂酰肌醇代謝途徑信號傳遞過程中發(fā)揮重要作用。第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1

G蛋白的基本結(jié)構(gòu)和種類G蛋白(Gprotein/GTPbindingprotein)是能與鳥嘌呤核苷酸結(jié)合，具有水解GTP生成GDP，即具有GTP酶(GTPase)活性的蛋白。G蛋白是一個超級家族(GTP-bindingproteinssuperfamily)，包括膜受偶聯(lián)的異源三聚體G蛋白(HeterotrimericGTPbindingprotein).異源三聚體G蛋白，分子量大(100kD左右)，是受鳥嘌呤核苷酸調(diào)控的超級家族的信號傳導(dǎo)分子；而小G蛋白，分子量小(20-30kD)，為單體，可能號傳導(dǎo)無直接聯(lián)系。第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天一、G蛋白的概念和分類G蛋白是利用GDP（二磷酸鳥苷）（圖中紫色的部分）來控制信息的傳遞的分子開關(guān)。結(jié)合著GDP的G蛋白是不活躍的。當(dāng)GDP的被GTP（三磷酸鳥苷）取代后，G蛋白就可以傳遞信息了。G蛋白形式多樣，大部分傳遞信息。這里展示的是在術(shù)語上稱為heterotrimericG蛋白的分子，因?yàn)樗鼈冇扇龡l分子鏈構(gòu)成：α鏈(茶色)、β鏈（藍(lán)色）和γ鏈（綠色）。這從中紅色的部分是在α鏈/亞基表面的對信號傳遞起重要作用的部分。第6頁,共46頁，2024年2月25日，星期天G蛋白在細(xì)胞膜內(nèi)傳遞信息。當(dāng)一個特定的荷爾蒙或神經(jīng)遞質(zhì)（比如腎上腺素）結(jié)合到受體上后，受體被激活。受體的分子形狀改變了，它得以結(jié)合到G蛋白上。這導(dǎo)致了G蛋白釋放GDP并和GTP結(jié)合。GTP（圖上顯示為紅色）引發(fā)了一系列變形反應(yīng)，G蛋白因此分裂成兩部分。α亞基成為自由亞基，和結(jié)合在它上面的GTP一起沿著細(xì)胞膜移動并最終和腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，苷酸環(huán)化酶被激活?；钴S的苷酸環(huán)化酶生產(chǎn)出大量可以在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的環(huán)腺苷酸（cAMP）。同時結(jié)合在α亞基上的GTP將變成GDP，G蛋白將回到不活躍狀態(tài)。第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天異三聚體G蛋白

異三聚體G蛋白（簡稱G蛋白）是指能與鳥嘌呤核苷酸結(jié)合，具有GTP水解酶活性，廣泛存在于真核生物中的一類蛋白。異三聚體G蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是真核生物細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制中最為保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制之一，它將胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，并傳遞給胞內(nèi)效應(yīng)蛋白（effectors）進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和發(fā)育等過程。典型的G蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑如圖1所示。G蛋白由三種不同的亞基組成，即α亞基（Gα）、β亞基（Gβ）和γ亞基(Gγ)其信號系統(tǒng)是由G蛋白偶聯(lián)受體（Gprotein-coupledreceptor,GPCR）、G蛋白和效應(yīng)器三部分組成。當(dāng)特異性的配體與膜上的GPCR結(jié)合后，引起GPCR構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而激活下游的G蛋白，催化G蛋白α亞基結(jié)合的鳥苷二磷酸（GDP）替換為鳥苷三磷酸（GTP），從而使α亞基構(gòu)象改變，降低α亞基和βγ亞基的親和力，使異三聚體為解離為Gα（GTP）和Gβγ二聚體。解離的Gα（GTP）和Gβγ分別調(diào)控下游各自的效應(yīng)器，產(chǎn)生第二信使，通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程最終引發(fā)胞內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞的生理生化反應(yīng)。當(dāng)Gα亞基利用自身的GTP水解酶活性催化GTP水解為GDP，使Gα（GDP）與效應(yīng)物解離，并重新結(jié)合Gβγ，形成非活性的異三聚體G蛋白，從而使信號終止。G蛋白在此過程中充當(dāng)分子開關(guān)的角色。因此，Gα亞基處于GTP結(jié)合狀態(tài)的壽命控制著信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑持續(xù)時間的長短。第8頁,共46頁，2024年2月25日，星期天G蛋白的基本結(jié)構(gòu)：100kD左右，由α、β、γ三種亞基組成，在天然電泳中β與γ仍緊密結(jié)合在一起。α亞基分子量在39-46kD之間，差別最大，被用作G蛋白的分類依據(jù)。其共同的特點(diǎn)是，具有一個GTP結(jié)合位點(diǎn)，本身具有GTP酶的活性，即可以把GTP水解成GDP和無機(jī)磷酸；在某些G蛋白的α亞基上，有些特殊的氨基酸（Arg或Cys）殘基可被特定的細(xì)胞毒素所修飾，從而調(diào)節(jié)其生理功能。在一級結(jié)構(gòu)中有幾個高度保守的結(jié)構(gòu)域，即P區(qū)域、G'區(qū)域和G區(qū)域。P與G'區(qū)域都與GTP結(jié)合及GTP酶活力有關(guān)；G區(qū)域則與GTP結(jié)合，并與腺苷酸環(huán)化酶相互作用有關(guān)。另外，與受體接觸的是Gα的C端的α螺旋等。第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天β亞基分子量為36kD左右，各種G蛋白的β亞基在肽圖和免疫化學(xué)特性及氨基酸序列方面很相似，γ亞基分子量在7-8kD之間，各種G蛋白之間γ亞基也比較相似但個別的也有些區(qū)別；它與β亞基非共價緊密結(jié)合。第10頁,共46頁，2024年2月25日，星期天小G蛋白G蛋白在結(jié)構(gòu)上沒有跨膜蛋白的特點(diǎn)，它們能夠固定于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，主要是通過對起亞基上氨基酸殘基的脂化修飾作用，這些修飾作用把G蛋白錨定在細(xì)胞膜上。能夠激活腺苷酸環(huán)化酶的G蛋白稱為Gs,對該酶有抑制作用的稱為Gi。當(dāng)Gs處于非活化態(tài)時，為異三聚體，α亞基上結(jié)合著GDP，此時受體及環(huán)化酶亦無活性；激素配體與受體結(jié)合后導(dǎo)致受體構(gòu)象改變，其上與Gs結(jié)合位點(diǎn)暴露，受體與Gs在膜上擴(kuò)散導(dǎo)致兩者結(jié)合，形成受體-Gs復(fù)合體后，Gsα亞基構(gòu)象改變，排斥GDP，結(jié)合了GTP而活化，α亞基從而與βγ亞基解離，同時暴露出與環(huán)化酶結(jié)合位點(diǎn)；α亞基與環(huán)化酶結(jié)合而使后者活化，利用ATP生成cAMP；一段時間后，α亞基上的GTP酶活性使結(jié)合的GTP水解為GDP,亞基恢復(fù)最初構(gòu)象，從而與環(huán)化酶分離，環(huán)化酶活化終止，α亞基從新與βγ亞基復(fù)合體結(jié)合。重復(fù)此過程。第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（四）小G蛋白

小G蛋白（SmallGProtein）因分子量只有20~30KD而得名，同樣具有GTP酶活性，在多種細(xì)胞反應(yīng)中具有開關(guān)作用。第一個被發(fā)現(xiàn)的小G蛋白是Ras，它是ras基因[5]的產(chǎn)物。其它的還有Rho，SEC4，YPT1等，微管蛋白β亞基也是一種小G蛋白。小G蛋白的共同特點(diǎn)是，當(dāng)結(jié)合了GTP時即成為活化形式，這時可作用于下游分子使之活化，而當(dāng)GTP水解成為GDP時（自身為GTP酶）則回復(fù)到非活化狀態(tài)。這一點(diǎn)與Gα類似，但是小G蛋白的分子量明顯低于Gα。在細(xì)胞中存在著一些專門控制小G蛋白活性的小G蛋白調(diào)節(jié)因子，有的可以增強(qiáng)小G蛋白的活性，如鳥苷酸交換因子（guaninenucleotideexchangefactor,GEF）和鳥苷酸解離抑制因子（GuaninenucleotidedissociationInhibitor,GDI），有的可以降低小G蛋白活性，如GTP酶活化蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天YangZ(2002)SmallGTPase:versatilesignalingswitchesinplants.ThePlantCell,14:S375-S388第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天小G蛋白是單體鳥苷酸結(jié)合蛋白，由一條多肽鏈構(gòu)成,分子量較小,一般為20～30kDa。根據(jù)在細(xì)胞中功能不同,小G蛋白可分為5個亞家族,包括Ras、Rho、Rad、Arf和Ran。Ras家族在酵母和哺乳動物中調(diào)節(jié)細(xì)胞分化過程,Rho家族調(diào)控肌動蛋白重組過程和參與MAP激酶的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo),Rad和Arf家族在膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起著不同的重要作用,而Ran家族在核孔位置調(diào)節(jié)著蛋白和RNA分子的運(yùn)輸過程。第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天在細(xì)胞內(nèi)還存在另一類G蛋白，這類G蛋白具有鳥核苷酸的結(jié)合位點(diǎn)，有GTP酶活性，其功能也受鳥核苷酸調(diào)節(jié)，但與跨膜信息傳遞似科無直接相關(guān)。在結(jié)構(gòu)上不同于前述的G蛋白，分子量較小，在20-30kDa之間，不是以α、β、γ三聚體方式存在，而是單體分子，因此被稱為小G蛋白（smallGproteins）。如ras表達(dá)產(chǎn)物為一種小G蛋白。小G蛋白同ras蛋白具有同源性，同屬于ras超家族（rassuperfamily）。哺乳動物G蛋白中屬ras超家族約有50多個成員，根據(jù)它們序列同源性相近程度又可以分為Ras、Rho和Rab三個主要的亞家族。第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天小的功能小G蛋白：近年來研究發(fā)現(xiàn)小G蛋白，特別是一些原癌基因表達(dá)產(chǎn)物有著廣泛的調(diào)節(jié)功能。Ras蛋白主要參與細(xì)胞增殖和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；Rho蛋白對細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成發(fā)揮調(diào)節(jié)作用；Rab蛋白則參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)膜交通（membranetraffic）。此外，Rho和Rab亞家庭可能分別參與淋巴細(xì)胞極化（polarization）和抗原的提呈。某些信號蛋白通過SH-3功能區(qū)將酪氨酸激酶途徑同一些由小G蛋白所控制的途徑連接起來，如Rho（與Ras有30%同源性）調(diào)節(jié)胞漿中微絲上肌動蛋白的聚合或解離，從而影響細(xì)胞形態(tài)。這一事實(shí)解釋了某些含有SH-3的蛋白同細(xì)胞骨架某些成份相關(guān)聯(lián)或調(diào)節(jié)它們的功能第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天巨大G蛋白

植物中還有另外一類G蛋白，稱為“超大G蛋白”(extralargeGprotein，XLGs)[[12]LeeYR，et.PlantMolBiol，1999，[13]AssmanAM.HeterotrimericandunconventionalGTPbindingproteinsinplantcellsignaling.PlantCell,2002]。在擬南芥中鑒定到3個、在水稻中鑒定出4個XLG基因。這些XLG基因編碼的蛋白是通常多細(xì)胞生物G蛋白的兩倍大，其C端與植物G蛋白GPA1的同源性約50%，其N端富含色氨酸，且含有核定位位點(diǎn)。生化分析表明,擬南芥XLG1是一種GTP結(jié)合蛋白。然而目前尚未有關(guān)于XLG能和常規(guī)Gβγ發(fā)生相互作用的證據(jù)，因此，對植物XLGs的功能研究有待深入。第17頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、調(diào)節(jié)異三元G蛋白信號途徑的因子1、G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）2、G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)子（RGS）3、鳥苷酸解離抑制因子（GDI）4、蛋白下游的效應(yīng)分子第18頁,共46頁，2024年2月25日，星期天G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）與G蛋白偶聯(lián)的多種受體具有共同的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)：分子量40-50kDa左右，由350-500氨基酸組組成，形成7個由疏水氨基酸組成的α螺旋區(qū)段，反復(fù)7次穿越細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層。肽鏈的N末端在胞膜外，C末端在細(xì)胞內(nèi)。N末端上常有許多糖基修飾。從功能上看，受體的識別區(qū)域并不象一般想象的那樣在胞膜的外部，實(shí)際上是由7個跨膜區(qū)段間通過特定氨基酸殘基之間的相互作用形成復(fù)雜的空間構(gòu)象。配體結(jié)合于識別區(qū)域之后，即導(dǎo)致整個受體構(gòu)象的變化。受體肽鏈的C末端和連接第5和第6個跨膜區(qū)段的第三個胞內(nèi)環(huán)是G蛋白結(jié)合部位。由G蛋白耦聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路主要包括：cAMP信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。第19頁,共46頁，2024年2月25日，星期天圖：G蛋白耦聯(lián)型受體為7次跨膜蛋白第20頁,共46頁，2024年2月25日，星期天G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）G蛋白偶聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑由四部分組成：a細(xì)胞膜受體bG蛋白c第二信使d效應(yīng)物

第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第二信使細(xì)胞內(nèi)信使一般具有以下三個特點(diǎn)：(1)多為小分子，且不位于能量代謝途徑的中心；(2)在細(xì)胞中的濃度或分布可以迅速地改變；(3)作為變構(gòu)效應(yīng)劑可作用于相應(yīng)的靶分子，已知的靶分子主要為各種蛋白激酶。第22頁,共46頁，2024年2月25日，星期天cAMP（環(huán)磷酸腺苷）（1）cAMP（環(huán)磷酸腺苷）生成：腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成cAMP;代謝：cAMP磷酸二酯酶水解cAMP產(chǎn)生5'-AMP功能：a激活蛋白激酶Ab抑制蛋白磷酸酯酶cAMP產(chǎn)生后，主要通過蛋白脂磷酸化作用繼續(xù)傳遞信息，這是由細(xì)胞內(nèi)一種專一酶--依賴cAMP的蛋白激酶（PKA），將代謝途徑中的一些靶蛋白中的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，將其激活或鈍化。這些被共價修飾的靶蛋白往往是一些關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶或重要功能蛋白，因而可以介導(dǎo)胞外信號，調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)。當(dāng)cAMP信號終止后，靶蛋白的活性則在蛋白質(zhì)脫磷酸化作用下恢復(fù)原狀。第23頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（2）cGMP(環(huán)磷酸鳥苷)（2）cGMP(環(huán)磷酸鳥苷)

生成酶：鳥苷酸環(huán)化酶

代謝酶：cGMP磷酸二酯酶

功能：

a激活蛋白激酶G

b調(diào)控細(xì)胞膜離子通道

第24頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）（3）三磷酸肌醇（inositoltriphosphate,IP3）和甘油二酯（diacyglycerol,DAG）

G-蛋白偶聯(lián)受體激活磷脂酶C，生成IP3及DAG

功能：

aIP3：開放胞內(nèi)鈣庫，激活Ca2+途徑。

bDAD：在Ca2+和磷脂酰絲氨酸存在下，激活蛋白激酶C。

以肌醇磷脂代謝為基礎(chǔ)的細(xì)胞信號系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)是胞外信號被膜受體接受后，同時產(chǎn)生兩個胞內(nèi)信使，分別激動兩個信號傳遞途徑即IP3/Ca2+和DG/PKC途徑。IP3通過作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上特異的受體使其內(nèi)部Ca2+釋放，引起胞內(nèi)Ca2+水平的增加，從而啟動胞內(nèi)Ca2+信號系統(tǒng)，即通過依賴Ca2+、鈣結(jié)合蛋白的酶類活性變化來調(diào)節(jié)和控制一系列的生理過程。DG通過激活PKC，以磷酸化的形式對許多蛋白質(zhì)和酶類進(jìn)行修飾，從而調(diào)節(jié)和控制另外一系列的生理過程。兩條途徑相輔相成，又互相約束。同時兩條通路信號的強(qiáng)弱又可根據(jù)原始信號的不同特征在細(xì)胞內(nèi)加以調(diào)節(jié)，而使細(xì)胞對這些外界信號作出不同的反應(yīng)。第25頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共46頁，2024年2月25日，星期天與G蛋白偶聯(lián)后產(chǎn)生胞內(nèi)信使如cAMP,cGMP,DG,IP3,等，將信號傳導(dǎo)至胞內(nèi)第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天G蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天RGS與G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)節(jié)Dohlman(1996)等最初發(fā)現(xiàn),啤酒酵母RGS蛋白是G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)調(diào)節(jié)子。隨著哺乳動物RGS蛋白與Gαi3相互作用的證實(shí),RGS迅速引起了人們的重視。到目前為止,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)20種哺乳動物基因編碼具有RGS核心區(qū)域的蛋白。通常情況下,這種120氨基酸的核心兩端具有高度可變的臂,三者共同構(gòu)成一個25kD的蛋白質(zhì)分子[3]。RGS4和Gαi1-GDP·ALF-4晶體結(jié)構(gòu)中[3],只有RGS的核心區(qū)域是可見的,已經(jīng)證實(shí)該區(qū)域含有RGS4作用的所有元件[4],RGS4核心區(qū)包含一個典型的右手性反平行4-螺旋束,它與Gαi1的“開關(guān)”區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相互作用。G蛋白的“開關(guān)”Ⅰ和Ⅱ區(qū)域殘基與GTP的結(jié)合和水解密切相關(guān),RGS4不提供與GDP或ALF-4直接作用的任何殘基。但RGS4的保守天冬酰胺(Asn128)殘基可以在基礎(chǔ)狀態(tài)與水解的水分子或Gαi1的谷氨酰胺(Gln204)殘基側(cè)鏈相互作用,該殘基確定方向并使過渡狀態(tài)中催化反應(yīng)的水極化,提示RGS4通過穩(wěn)定過渡狀態(tài)Gα蛋白結(jié)構(gòu)中的“開關(guān)”區(qū)起GAP作用,降低激活的能量障礙;Asn128可能通過與水或Gln204相互作用進(jìn)一步促進(jìn)水解。Coleman[5]等發(fā)現(xiàn),在Gαi1·GppNHp的活性部位,一個水分子分別與Glu43側(cè)鏈和γ磷酸基的氧原子形成氫鍵。催化殘基Gln204側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)與GTP-和GDP·ALF-4復(fù)合物中的結(jié)構(gòu)明顯不同。氫結(jié)合和空間作用決定了Gln204的位置,它與親核的水分子相互作用,呈現(xiàn)一種“自我抑制”狀態(tài),RGS可能部分是通過在Gln204占據(jù)的位置插入氨基酸側(cè)鏈釋放Gln204,破壞Gα的“自我抑制”狀態(tài)而啟動其GTPase活性。第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天RGS蛋白的作用方式第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三、酵母中異三元G蛋白的信號轉(zhuǎn)到途徑1、交配信息素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑2、糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑第32頁,共46頁，2024年2月25日，星期天交配信息素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

酵母配對反應(yīng)由G蛋白和MAPK級聯(lián)放大反應(yīng)介導(dǎo)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)交配信息素與受體結(jié)合時，相關(guān)G蛋白被激活引起Gα與Gβγ亞基解離，Gβγ對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起正性調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致基因活化，細(xì)胞周期G1期阻滯和產(chǎn)生配對突起，最后細(xì)胞融合產(chǎn)生雙倍體細(xì)胞。然而酵母中交配信息素應(yīng)答G蛋白的α亞單位，即Gpa1，結(jié)合GDP與受體偶聯(lián)形成Gpal-βγ-受體復(fù)合物，抑制配對反應(yīng)。遺傳學(xué)也證據(jù)表明，Gpal-GTP通過拮抗Fus3的功能和激活一種未知蛋白與Gβγ作用而下調(diào)配對反應(yīng)。

（LebererE，etal，Pheromonesignalinganpolarizedmorphogenesisinyeast[J].CurrOpinGenetDev1997,7(1):59-66.）第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天四、植物G蛋白的生理功能1、G蛋白與植物對光的反應(yīng)2、G蛋白與植物對激素的反應(yīng)3、G蛋白與植物氣孔運(yùn)動4、G蛋白與植物的抗逆性5、G蛋白與植物糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第34頁,共46頁，2024年2月25日，星期天511參與光刺激的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)511參與光刺激的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)早在1987年,Hasunuma等人的研究發(fā)現(xiàn)紅光或遠(yuǎn)紅光能抑制植物GTP結(jié)合活性,推測G蛋白參與了光信號轉(zhuǎn)導(dǎo).1991年Romero等人研究發(fā)現(xiàn)CTX可以促進(jìn)Cab基因表達(dá),抑制Phy基因表達(dá),Cab和Phy都是受光敏色素調(diào)控的基因,后來他們用光自養(yǎng)的大豆懸浮細(xì)胞為材料,用PTX和CTX暗中誘導(dǎo)了Cab的表達(dá),而PTX和CTX都不能誘導(dǎo)不受光敏色素調(diào)節(jié)的基因Hsp75的表達(dá).CTX和PTX這些細(xì)菌毒素是G蛋白專一性結(jié)合的GTP活化劑和抑制劑;Neuhaus等用顯微注射技術(shù),以番茄為材料證實(shí)了CTX、GTPγs這些G蛋白活化劑對Cab的表達(dá)起誘導(dǎo)作用,而PTX、GDPβs這些G蛋白抑制劑對Cab的表達(dá)起抑制作用.以上實(shí)驗(yàn)證實(shí)G蛋白參與了光敏色素調(diào)控的某些過程,在植物紅光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起一定作用.但紅光活化G蛋白的作用方式還不清楚.1991年,Warpeha等人的研究又證明G蛋白可能也參與藍(lán)光的信號轉(zhuǎn)導(dǎo).他們用藍(lán)光照射黃花豌豆,可使豌豆頂芽質(zhì)膜GTPase活性增加10倍之多,使GTPγs活性增加5倍之多.第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天參與調(diào)控K+通道

Garley-Grenot和Assmann用完整的豌豆保衛(wèi)細(xì)胞原生體為材料證明GTPγs、CTX、PTX均抑制了K+內(nèi)流,而GDPβs促進(jìn)了K+內(nèi)流.武維華的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn).在以上實(shí)驗(yàn)中PTX和CTX的作用多次表現(xiàn)一致,其機(jī)理還不清楚,推測可能與其在動物細(xì)胞中的作用方式不同有關(guān).（周曉陽等）用群眾楊葉片下表皮經(jīng)過不同濃度的G蛋白激活劑霍亂毒素(CTX)處理后,在掃描電鏡下觀察了氣孔開度的變化,并用透射電鏡結(jié)合X-射線能譜顯微分析技術(shù),對保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的K+、Cl-含量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:CTX能促進(jìn)氣孔關(guān)閉,作用強(qiáng)度隨CTX濃度的增加而增強(qiáng)。伴隨著氣孔關(guān)閉,保衛(wèi)細(xì)胞液泡和細(xì)胞質(zhì)中的K+、Cl-含量都明顯下降,而細(xì)胞壁中的K+、Cl-含量增加。這提示G蛋白可能通過對保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)K+、Cl-的調(diào)節(jié)作用而參與了氣孔運(yùn)動過程。由于保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的K+、Cl-濃度是調(diào)控植物氣孔運(yùn)動的重要因素之一,因此G蛋白對液泡和細(xì)胞質(zhì)中的K+、Cl-移動的調(diào)節(jié),對K+、Cl-在細(xì)胞不同間隔(compartment)的移動與分配的調(diào)節(jié)作用,說明G蛋白參與了氣孔運(yùn)動的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,G蛋白對K+、Cl-的跨膜運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)很可能是其調(diào)控氣孔運(yùn)動的生理機(jī)制之一。第36頁,共46頁，2024年2月25日，星期天513參與植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)G蛋白在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用知之甚少,一些實(shí)驗(yàn)只是證明G蛋白參與了植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo),但沒有一個明確的結(jié)論,如1990年Zaina發(fā)現(xiàn)IAA能促進(jìn)水稻胚芽鞘膜泡組分對GTPγS的結(jié)合活性和GTPase活性;Bossen也報道了GDPβS可抑制GA誘導(dǎo)的黃花小麥原生體膨大,Jonse于1998年也證實(shí)了G蛋白活化劑可促進(jìn)大麥糊粉層α淀粉酶基因的表達(dá).Hooley等也認(rèn)為異三聚體G蛋白與赤霉素和生長素的轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[12

HooleyR,etal.planthormoneperceptionandaction:aroleforGproteinsignaltransductionMolecularbasisofsignaltransduc2tioninplantsproceedingsofadiscussionmeetingheld18～19February1998,London,UK.PhilosophicaltransactionsoftheroyalsocietyofLondonSeriesB[J].BiologicalScience,1998,353(1374):1426-1438.].第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天514參與病原信號轉(zhuǎn)導(dǎo)這方面的實(shí)驗(yàn)不太多,能提供直接證據(jù)的是1995年Beffa等人的實(shí)驗(yàn)[13BeffaR,etal.Choleratoxinelevatespathogenresistanceandinducespathogenesis-relatedgeneexpressionintobacco[J].EM2BOJ,1995,14:5754-5760.].Beffa等利用受光調(diào)節(jié)的Cab基因啟動子與CTX結(jié)構(gòu)基因構(gòu)成嵌合基因?qū)霟煵葜?發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草對病原的抗性增強(qiáng),并引發(fā)一些病原相關(guān)基因的表達(dá)和內(nèi)源水揚(yáng)酸的積累,從而證明了G蛋白參與病原信號的轉(zhuǎn)導(dǎo).Vera-Estrella等研究發(fā)現(xiàn)在活化番茄對真菌病原物防御反應(yīng)機(jī)制的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中,GTP