植物的矿质营养医学知识培训课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,植物的矿质营养医学知识,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,植物的矿质营养医学知识,植物的矿质营养医学知识,植物的矿质营养医学知识,图,1.9,膜的流动镶嵌模型的现代模型，描述了完整的、外围的和脂类固定的膜蛋白质。未按标尺绘制。,植物的矿质营养医学知识,2,图1.9 膜的流动镶嵌模型的现代模型，描述了完整的、外围的和,（一）膜的特性和化学成分,在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%80%。,生物膜由蛋白质、脂类、糖和无机离子等组成。,蛋白质约占60%65%，脂类占25%40%，糖占5%。,脂类与蛋白质的比例，因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大。功能复杂的膜，其蛋白质含量可达80%，而有的只占20%左右。,由于脂类分子的体积比蛋白质分子的小得多，因此生物膜中的脂类分子的数目总是远多于蛋白质分子的数目。,图,1-7,细胞膜的结构,植物的矿质营养医学知识,3,（一）膜的特性和化学成分在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重,图,膜各个断面的名称,ES,，质膜的细胞外表面（,extrocytopasmic surface,）；,PS,，质膜的原生质表面（,protoplasmic surface,）；,EF,（,extrocytopasmic face,），质膜的细胞外小页断裂面；,PF,（,protoplasmic face,），原生质小页断裂面。,样品经冰冻断裂处理后，细胞膜往往从脂双层中央断开，为了便于研究，各部分都有固定的名称,植物的矿质营养医学知识,4,图 膜各个断面的名称 样品经冰冻断裂处理后，细胞膜往往从脂双,(二)膜的结构,由辛格尔(S.J.Singer)和尼柯尔森(G.Nicolson)在1972年提出，认为液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质。,细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。,流动镶嵌模型,(fluid mosaic model),植物的矿质营养医学知识,5,(二)膜的结构 由辛格尔(S.J.Singer)和,模型,强调膜的不对称性和流动性,。,膜的不对称性,主要是由脂类和蛋白质分布的不对称造成的。,蛋白质在膜中有的半埋于内分子层，有的半埋于外分子层，即使贯穿全膜的蛋白质也是不对称的。,另外，寡糖链的分布也是不对称的，它们大多分布于外分子层。,膜的流动性,其一是脂类分子是液晶态可动的，脂类分子随温度改变经常处于液晶态和液态的动态平衡之中，两相中脂类分子排列不同，流动性大小也不同。,其二是分布于膜脂双分子层的蛋白质也是流动的，它们可以在脂分子层中侧向扩散，但不能翻转扩散。,这说明了少量膜脂与膜蛋白有相对专一的作用，这种作用是膜蛋白行使功能所必须的。,脂类双分子层中磷脂分子的流动性,磷脂转位分子的活动机制,植物的矿质营养医学知识,6,模型强调膜的不对称性和流动性。脂类双分子层中磷脂分子的流动,(三)生物膜的功能,在生命起源的最初阶段，正是有了脂性的膜，才使生命物质蛋白质与核酸获得与周围介质隔离的屏障而保持聚集和相对稳定的状态，继而才有细胞的发展。,1.,分室作用,细胞的膜系统把细胞内的空间分隔，使细胞内部的区域化，即形成各种细胞器，从而使细胞的代谢活动“按室进行”。各区域内均具特定的pH、电位、离子强度和酶系等。同时，由于内膜系统的存在，又将各个细胞器联系起来共同完成各种连续的生理生化反应。,植物叶肉细胞的图示，描述了植物细胞的主要的膜系统和细胞壁区域。,植物的矿质营养医学知识,7,(三)生物膜的功能在生命起源的最初阶段，正是有了脂性的膜，,2.代谢反应的场所,细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。如光合作用的光能吸收、电子传递和光合磷酸化、呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体的光合膜和线粒体内膜上进行的。,植物的矿质营养医学知识,8,2.代谢反应的场所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行,3.物质交换,质膜对物质的透过具有选择性，控制膜内外进行物质交换。如质膜可通过扩散、离子通道、主动运输及内吞外排等方式来控制物质进出细胞。各种细胞器上的膜也通过类似方式控制其小区域与胞质进行物质交换。,植物的矿质营养医学知识,9,3.物质交换 植物的矿质营养医学知识9,4.识别功能,质膜上的多糖链分布于其外表面，似“触角”一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种刺激或信号，使细胞作出相应的反应。例如，花粉粒外壁的糖蛋白与柱头细胞质膜的蛋白质可进行识别反应。膜上还存在着各种各样的受体(receptor)，能感应刺激，传导信息，调控代谢。,植物的矿质营养医学知识,10,4.识别功能 植物的矿质营养医学知识10,二、植物细胞对溶质的吸收,当植物根从外部吸收溶质时,首先有一个溶质迅速进入的阶段，称为第一阶段,然后吸收速度变慢且较平稳，这称为第二阶段。,在第一阶段溶质进入质外体,在第二阶段溶质进入原生质及液泡,。,图,植物组织对溶质的吸收,将实验材料从溶液转入水中,原来进入质外体的那些溶质会泄漏出来。,用无O,、低温或用抑制剂来抑制呼吸作用,则第一阶段的吸收基本上不受影响,而第二阶段被抑制。,这表明,溶质进入质外体与其跨膜进入细胞质和液泡的机制不同，前者,以被动吸收,为主;后者,以主动吸收,为主。,植物的矿质营养医学知识,11,二、植物细胞对溶质的吸收当植物根从外部吸收溶质时,首先有一,三种膜运输蛋白：通道、载体、和泵。通道蛋白和载体蛋白可以调节溶质顺电化学势梯度穿膜的被动运输（通过,简单扩散,和,协助扩散,）,植物的矿质营养医学知识,12,三种膜运输蛋白：通道、载体、和泵。通道蛋白和载体蛋白可以调节,一、被动吸收,(passive absorption),1、扩散,指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。,不带电的中性分子和粒子的扩散取决于其化学势梯度或浓度梯度。,带电粒子的扩散除了其化学势梯度或浓度梯度以外，还受体系间电势高低的影响，亦即取决于其电化学势的梯度。,在压力、重力等因素忽略不计的情况下，某一体系中某种离子的电化学势可定量描述为：,=,0,+RTlna+ZFE,式中：为该离子的电化学势；,0,为标准状态下离子的电化学势；R为气体常数；T为热力学温度；a为离子的相对活度；Z为带电荷数（带正电为正数，带负电为负数）；F为法拉第常数；E为离子所处体系的电势。,植物的矿质营养医学知识,13,一、被动吸收(passive absorption)植物,2、,离子通道(ion channel),离子通道,由细胞膜上内在蛋白构成的,允许离子通过膜,的孔道,。,离子通道有多种类型，如根据它转运溶质的选择性有K,+,、Cl,-,、Ca,2+,、NO,3,-,通道，也可能存在着供有机离子通过的通道。,从保卫细胞中已鉴定出两种K,+,通道,一种是允许K,+,外流的外向通道，另一种则K,+,的内向通道。一个表面积为4000,m,2,的保卫细胞膜约有250个K,+,通道。,离子通道开闭的机制有两类:一类可对跨膜电势梯度发生反应,另一类则对外界刺激(如光照、激素等)发生反应.离子通道的构像会随环境条件的改变而发生变化,处于某些构像时,它的中间会形成孔,允许溶质通过。,物质经,膜转运蛋白,顺电化学梯度跨膜的转运,。它不需要细胞直接提供能量。,膜转运蛋白可分为两类:,通道蛋白,和,载体蛋白（部分）,。,植物的矿质营养医学知识,14,2、离子通道(ion channel)离子通道,3.载体（,ion carrier,）,载体是一类能携带离子通过膜的内在蛋白。,由载体转运的物质首先与载体蛋白的结合部位结合,结合后载体蛋白产生构象变化,将被转运物质暴露于膜的另一侧,并释放出去。,载体蛋白对被转运物质的结合及释放,与酶促反应中酶与底物的结合及对产物的释放情况相似。,图,协助扩散简化模型,通过载体进行被动转运的示意图。,植物的矿质营养医学知识,15,3.载体（ion carrier）载体是一类能携带离子通过膜,溶质是经通道蛋白还是经载体蛋白转运,二者区别：,通道蛋白,载体蛋白,没有饱和现象,有饱和现象,（结合部位有限）,顺电化学势梯度转运,顺电化学势梯度,也可逆电化学梯度转运,被动吸收,被动吸收或主动吸收,转运载体结合位点的饱和，使呈现速率达饱和状态（,Vmax,），在理论上，通过通道的扩散速率是与运转溶质或离子的浓度成正比的，跨膜的电化学势梯度差成正比。,植物的矿质营养医学知识,16,溶质是经通道蛋白还是经载体蛋白转运,二者区别：通道蛋白载体蛋,经通道的转运是一种简单的扩散过程,没有饱和现象,经载体的转运,结合部位数量有限,有饱和现象,。,经通道转运溶质是,被动吸收，,由载体进行的转运可以是,被动,吸收(顺电化学势梯度)，也可以是,主动,吸收,图 经通道或载体转运的动力学分析,细胞液和液泡中的离子浓度可以通过主动运输（实箭头）和被动运输（虚线箭头）进行控制。,利用呼吸释放的能量，逆电化学势梯度吸收矿质，这种过程称为,主动吸收。,植物的矿质营养医学知识,17,经通道的转运是一种简单的扩散过程,没有饱和现象,经载体的转,二、,主动吸收,(active absorption-质子泵）,ATP酶,能催化ATP水解生成ADP和Pi，,是参与能量代谢的关键酶。,根细胞膜上的ATP酶，是膜上的插入蛋白，体积大，横跨整个膜，,也是一种特殊的离子载体,。质膜ATP酶催化反应如下:,ATP+H,2,O,ATP酶,ADP+Pi,32kJmol,-1,1molATP水解释放32kJ能量，释放的能量用于转运离子。即把细胞质内的阳离子（H,+,、K,+,、Na,+,、Ca,2+,）向膜外“泵”出。,H,+,是最主要的通过这种方式转运的离子，所以将转运H,+,的ATP酶称为,H,+,-ATPase,或,H,+,泵、质子泵,。,由于ATPase这种逆电化学势梯度主动转运阳离子造成了膜内外正、负电荷的不一致,形成了跨膜的电位差,故这种现象称为,致电,ATP酶称为,致电泵,或,生电质子泵,(electrogenic pump)。,跨膜的H,+,梯度和膜电位具有的能量合称为H,+,电化学势差H,+,也是其它离子或分子越膜进入细胞的驱动力。,植物的矿质营养医学知识,18,二、主动吸收(active absorption-质子泵）植,被动吸收,不需要代谢来直接提供能量的、顺电化学势梯度吸收矿质的过程,主动吸收,要利用呼吸释放的能量才能逆电化学势梯度吸收矿质的过程,扩散作用,是指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象,质膜,H,+,-,ATP酶,细胞质膜上的一种蛋白复合体能催化ATP水解释放能量并用于转运离子,协助扩散,物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运,离子通道,细胞膜中一类内在蛋白构成的孔道,可为化学或电学方式激活，允许离子顺电化学势通过细胞膜,质膜Ca,+,-ATPase,Ca,+,是另一种通过ATP酶转运的离子。,Ca,+,-ATPase逆电化势梯度将Ca,+,从细胞质转运到胞壁或液泡中。,载体蛋白,是一类能携带离子通过膜的内在蛋白(也可主动运输),植物细胞吸收矿质元素的主要方式,植物的矿质营养医学知识,19,被动吸收 不需要代谢来直接提供能量的、顺电化学势梯度吸收矿质,三、,胞饮作用,1.胞饮作用,（pinocytosis）：,物质吸附在质膜上，通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。,2.特点：,非选择性，可吸收大分子。,3.胞饮过程,：,物质吸附质膜内陷（物质进入）质膜内折小囊泡,两种去向,：,（1）囊泡溶解，物质留在细胞质内；,（2）交给液泡。,番茄和南瓜的花粉母细胞、蓖麻和松的根尖细胞中都有胞饮现象。,图7 细胞吸收溶质演示,植物的矿质营养医学知识,20,三、胞饮作用1.胞饮作用（pinocytosis）：图7,要点提示,植物细