植物细胞及组分

,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,*,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,*,*,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,1.1 细胞与生物分子,1.2 细胞壁与生物膜,1.3 植物细胞的亚微结构,第,1,章 植物细胞及其组分,细胞的发现,1665年英国人胡克（Robert Hooke)从树皮切了一片软木薄片，并放到自己发明的显微镜（放大40倍140倍）观察。他观察到了植物细胞(已死亡)，并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间，所以他使用单人房间并将其定名为“细胞(Cell) ”。,与此同时，荷兰的一位生物业余爱好者，列文虎克(AVLeeuwenhook)也先后用自制的显微镜，观察了池塘中的原生动物和单细胞藻类、牙垢上的细菌、鱼的红细胞、精子等，这是人类第一次观察到完整的活细胞。,细胞学说的建立,1838年德国植物学家施莱登提出所有植物体都,是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家,施旺（1839年）在动物中证实。,由此提出“细胞学说”。,细胞学说可以概括为：,1、任何一个细胞都是从其他细胞中产生出来的；,2、细胞是构成有机体的基本单位；,3、植物和动物的细胞大致是相似的。,1.1,细胞与生物分子,1.1.1 植物生命的分子基础,基本物质：水、糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素、激素和无机盐等。,2,氢原子,和1,氧原子,共价结合；,两个HO键的夹角为104.5；,正负电荷中心不重合，故为极性分子；,相邻水,分子之间,：,H,(),和,O,(,),以氢键结合,。,1.1.2.1,水的分子结构特点,1.1.2,生命的介质水,1.1.2.2,水与植物生命活动有关的理化性质,H,2,O,与其它分子的物理性质比较,比热容,是指单位质量的物质温度升高1所需的热量。由于这一特性，使水对气温、地温及植物体温有巨大的缓冲调节作用，从而有利于植物适应冷热多变的环境。,（,1,）水的比热容高,在一定的温度下，将单位质量的物质由液态转变为气态所需的热量即为汽化热。,水的汽化热大：,使植物可以通过蒸腾作用降低体温，避免高温伤害。,（,2,）水的汽化热大,（,3,）水的内聚力、附着力和表面张力大,同类分子间具有的分子间引力称作,内聚力,。由于水中存在的大量的氢键，水的内聚力很大。,液相与固相间的相互引力称作,附着力,。,处于界面的水分子均受着垂直向内的拉力，这种作用于单位长度表面上的力，称为,表面张力,。,由于水的内聚力、附着力和表面张力均大，所以植物体内导管中形成的,上升水柱不易被拉断,。,（,4,）水的不可压缩性,水的不可压缩性指水在外加压强作用下体积不会缩小（当然一般的液体和固体都是如此）。,水的不可压缩性使细胞吸水后产生的静水压维持其紧张度，与植物,气孔开闭、叶片运动、保持植株固有的姿态,等方面均有密切关系。,（,5,）水是很好的溶剂,由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、蛋白质和氨基酸等强有力的溶剂。,水分子还可结合在带电荷的离子的周围，使其成为高度可溶的水化离子。,Cl和Na离子周围的水分子的定向排列形成的水化层，减少了离子重新结合形成晶体的可能性，促进溶解。,（,6,）水是透明无色的液体,水无色，透光，利于色素对光的吸收。,1.1.3,高等植物细胞的特点,1.2,细胞壁、细胞质、细胞核、胞间连丝与生物膜,1.2.1,细胞壁,1.2.1.1 细胞壁的结构,细胞壁分为3层，即胞间层（中层）、初生壁和次生壁。,1.2.1.2 细胞壁的化学组成,多糖（,90%,左右）,：主要包括纤维素、半纤维素、果胶。,蛋白质（,10%,左右）,：伸展蛋白（初生壁广泛存在的结构成分）。,1.2.1.3 细胞壁的功能,维持细胞形状，控制细胞生长。,物质运输与信息传递：细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通过，而将大分子或微生物等阻于其外。,防御与抗性：细胞壁中的寡糖素能诱导植物抗毒素的形成；壁中的伸展蛋白除了作为结构成分外，还有防御和抗病抗逆的功能。,其它：如对其它生理过程有调节作用。,1.2.2,细胞质,细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。,细胞质基质：细胞质内呈液态的部分。,含有的物质：水、无机盐离子、脂质、糖类氨基酸和核苷酸等，还有多种酶。,主要功能：是活细胞进行新陈代谢的主要场所。,1.2.3,细胞核,系统的控制中心,1.,细胞核：存在于绝大多数的真核生物中，其中包括核孔、核膜、核仁、染色质。,功能：细胞核控制着细胞的代谢和遗传。,2.,核膜：双层膜，把核内物质与细胞质分开。,3.,核孔：实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。,4.,染色质：主要由,DNA,和蛋白质组成，,DNA,是遗传信息的载体。,5.,核仁：与某种,RNA,的合成以及核糖体的形成有关。,1.2.4,胞间连丝,1.2.4.1,胞间连丝的结构,胞间连丝，是贯穿细胞壁沟通相邻细胞的细胞质连线。为细胞间物质运输与信息传递的重要通道，通道中有一连接两细胞内质网的连丝微管。,1.2.4.2,胞间连丝的功能,物质交换,相邻细胞的原生质可通过胞间连丝进行交换，使可溶性物质（如电解质和小分子有机物）、生物大分子物质（如蛋白质、核酸）发生胞间运输。,信号传递,通过胞间连丝可进行体内信息传递，物理信号、化学信号都可通过胞间连丝在共质体中传递。,1.2.5,生物膜,1.2.5.1,生物膜结构,生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。,镶嵌有蛋白质和糖类（统称糖蛋白）的磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用。,1959,年，罗伯特森利用电镜，获得了清晰的细胞膜照片，显示暗,明,暗的三层结构。,“,蛋白质,脂质,蛋白质”三明治模型,磷脂分子,1972,年，,桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型,。,支架：,磷脂双分子层构成基本支架。,流动：,磷脂分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。,镶嵌：,蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面；有的部分、全部嵌入磷脂双分子层中；有的横跨整个磷脂双分子层。,1.2.5.1,生物膜的功能,（1）分室作用,不仅把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内部的空间分隔，即形成多种细胞器，从而使细胞的生命活动分室进行。,（2）代谢反应场所,如光合作用的光能吸收和呼吸作用的电子传递分别发生在叶绿体的光合膜和线粒体内膜上进行。,（3）能量转换场所,如光合电子传递，呼吸电子传递以及与之偶联的光合磷酸化和氧化磷酸化都发生在膜上。,（4）物质交换,生物膜是选择透过性膜，能控制膜内外的物质交换。,（5）识别与信息转导,膜糖的残基分布在膜的外表面，好似“触角”，能够识别外界的某种物质，并将外界的某种刺激转换为胞内信使，诱导细胞反应。,1.3,植物细胞的亚微结构,1.3.1 微膜系统,细胞膜,内膜系统,1.3.1.1,质体和叶绿体,（1）质体的结构和功能,质体：,是植物细胞中由双层膜包裹的一类细胞器的总称，存在于真核植物细胞内。它是绿色植物细胞特有的细胞器。,分类：,根据所含色素和功能的不同，质体可分为,白色体,（无色素）、,有色体,（有色素，分为杂色体和叶绿体）。,（2）质体间的相互转化,前质体是其他质体的前身，可分化发育成多种质体。各种质体之间也可相互转化。如某些根经光照后可以转绿，这就是白色体或杂色体向叶绿体转化的。,1.3.1.2,线粒体,定义：,线粒体是一种存在于大多数真核细胞中的由两层膜包被的细胞器，直径在0.5-10微米左右。,分布：,普遍存在于植物细胞和动物细胞中。,作用：,线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间”。细胞生命活动所需的能量，大约95%来自线粒体。,线粒体结构组成,线粒体,外膜,是位于线粒体最外围的一层单位膜，厚度约为6-7nm。,线粒体,内膜,是位于线粒体外膜内侧、包裹着线粒体基质的单位膜。线粒体内膜的某些部分会向线粒体基质折叠形成线粒体,嵴,。,线粒体,膜间隙,是线粒体外膜与线粒体内膜之间的空隙，宽约6-8nm，其中充满无定形液体，其组成与细胞质基质十分接近。,1.3.1.3,内质网,内质网,为由生物膜构成的互相通连的片层隙状或小管状系统，膜片间的隙状空间称为池，通常与细胞外隙和细胞浆基质之间不直接相通。,这种细胞内的膜性管道系统一方面构成细胞内物质运输的通路，另一方面为细胞内各种各样的酶反应提供广阔的反应面积。内质网与高尔基体及核膜相连续。,分类：内质网分两类，一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网，另一类是膜上光滑的，没有核糖体附在上面，叫光滑型内质网,。,功能：是细胞内蛋白质合成与加工，以及脂质合成的“车间”。,内质网的类型和功能,分布：,普遍存在于动、植物的细胞中。,形态结构：,由一些排列较为整齐的扁平的单层膜堆积在一起。,功能:,对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”。,1.3.1.4,高尔基体,1.3.1.5,溶酶体,定义：,真核细胞中的一种细胞器，为单层膜包被的囊状结构。,功能：,溶酶体是“消化车间”，内部含有各种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒和病菌，被溶酶体分解后的产物，如果是对细胞有用的物质，细胞可以再利用，废物则被排出体外。,电镜下细胞结构：箭头指溶酶体,溶酶体中的酶都属酸性水解酶，其最适pH为5左右，pH7左右时酶失活。溶酶体膜上具有H,+,-ATP酶，可将胞质中的H,+,泵入溶酶体。,一、溶酶体的形态结构与酶,1.3.1.6,液泡,分布：存在于高等植物细胞中。,内含细胞液:含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质。,功能：可以调节细胞内的环境。,1.3.1.7,微体,微体,为椭圆形、圆形或哑铃状小体，直径约0.21.7微米，外包一层单位膜，内含无定形颗粒基质，分过氧化物酶体和乙醛酸循环体两种主要类型。,植物细胞中，既有过氧化物酶体，又有乙醛酸循环体，植物细胞中的过氧化物酶体和乙醛酸循环体是同一细胞器在不同发育阶段的不同表现形式。,过氧化物酶体的主要功能是利用氧化酶和过氧化氢酶将有害物质氧化，具有解毒的作用和对细胞起保护作用。植物细胞内的乙醛酸循环体参与乙醛酸循环。,1.3.2,微梁系统（细胞骨架）,发现较晚，主要是因为一般电镜制样采用低温（,0-4,）固定，而细胞骨架会在低温下解聚。,直到,20,世纪,60,年代后，采用戊二醛常温固定，才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。,细胞骨架在,维持细胞形态，承受外力、保持细胞内部结构的有序性,方面起重要作用。,还参与许多重要的生命活动，如：在细胞分裂中细胞骨架,牵引染色体分离,，在细胞物质运输中，各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架,定向转运,；在肌肉细胞中，细胞骨架和它的结合蛋白组成,动力系统,；在,白细胞的迁移、精子的游动、神经细胞轴突和树突的伸展,等方面都与细胞骨架有关。,另外，在植物细胞中细胞骨架指导,细胞壁的合成,。,功能,细胞骨架由,微丝、微管、和中间纤维,构成。,细胞骨架的组成,细胞骨架的分布,微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散。,微丝主要分布在细胞质膜的内侧。,中间纤维则分布在整个细胞中。,1.3.2.1,微管,（,Microtubules,）,（1）微管的结构,微管的形态结构：微管是细胞中由蛋白质组成的外形笔直、中空且有一定刚性和弹性的管状结构。,10-15nm,20-30 nm,主要成分为微管蛋白（tubulin），分为两种：微管蛋白和微管蛋白，二者组成异二聚体。异二聚体是构成微管的基本亚单位。,微管结构与组成,微 管 的 成 分,微管蛋白二聚体由结构相似的,和,-,微管蛋白构成，两种亚基均可结合,GTP,（,三磷酸鸟苷）,，,-,微管蛋白结合的,GTP,从不发生水解或交换，是,-,微管蛋白的固有组成部分；而,-,微管蛋白可水解结合的,GTP,，结合的,GDP,可交换为,GTP,。,微管三种存在形式,单管,：由,13,根原纤维组成，是细胞质中,常见的形式,，其结构不稳定，易受环境因素而降解。,二联管,：由,A,，,B,两根单管组成，,A,管由,13,根原纤维，,B,管有,10,根原纤维，与,A,管共用,3,根原纤维，,主要分布于纤毛、鞭毛内。,三联管,：由,A,，,B,，,C,三根单管组成，,A,管有,13,根原纤维，,B,、,C,各有,10,根原纤维，主要分布于中心粒及鞭毛和纤毛的基体中。,微管的装配,-,微管蛋白和,-,微管蛋白形成,二聚体,二聚体先形成环状核心，经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带，,二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。当螺旋带加宽至,13,根原纤维时,即合拢形成一段微管。,所有的微管都有确定的极性；微管装配是一个动态过程。,微管的装配过程,微管组织中心,(MTOC),概念：,微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC)。,常见微管组织中心,间期细胞MTOC： 中心体(动态微管),分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体极(动态微管),鞭毛纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构，位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体),影响微管稳定性的某些条件,影响微管稳定性的药物,秋水仙素: (图中红色所示）与二聚体结合而抑制微管的聚合。,紫杉酚：能和微管紧密结合防止微管蛋白亚基的解聚。由于新的微管蛋白仍可加上去结果微管只增长不缩短,。,为行使正常的微管功能，微管出于动态的装配和解聚状态是重要的。,以下促进微管聚合的药物是,(,),。,a. 长春新碱,b. 细胞松弛素B,c. 鬼笔环肽,d. 紫杉酚,微管功能,维持细胞形态,用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持, 微管亦起关键作用。,引导胞内运输以及胞内膜性细胞器的定位,鞭毛运动和运动,纺锤体与染色体运动,1.3.2.2,微丝,（,microfilament,，,MF,）,微丝,:,由,肌动蛋,白,组,成的,直径,4-6nm,的骨架纤维，又称肌动蛋白纤,维。,成分：,肌动蛋白,(,actin,),是微丝的结构成分，外观呈哑铃状,这种,actin,又叫,G-,actin,，将,G-,actin,形成的微丝又称为,F-,actin,。,是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋、直径,约,为,7nm,的骨架纤维。,单体,G-,肌动蛋白,纤维状,F-,肌动蛋白,肌动蛋白单体由单个肽链折叠而成，相对分子量为43,10,3,，外观呈碟状结构，中央有一个裂口，裂口内部有ATP结合位点和Mg,2+,结合位点。,ATP,结合槽,负极,正极,C,N,微丝纤维的电镜照片,微丝纤维结构模型,微丝分布,微绒毛,细胞质中的,张力纤维,运动细胞伪足,微丝束,细胞分裂时的,胞质分裂环,成核,延伸,稳定状态（平衡状态）,微丝的装配过程,条件：,ATP,、适宜温度、,K,+,和,Mg,2+,。,过程：,2-3,个,actin,聚集成核心（成核或核化）；,ATP-,actin,分子向核心两端加合（延伸）。,具有极性，,ATP-,actin,加到,+,极的速度快于,-,极,5-10,倍，临界状态,下，可,在,+,端添加，而在,-,端分离，组装和去组装达到平衡状态，称,“,踏车,”,现象（稳定、平衡状态）。,微丝的装配,G肌动蛋白的浓度、ATP及离子浓度,。溶液中含有适当浓度的Ca,2+,，而Na,+,、K,+,的浓度很低时，微丝趋向于解聚成G-actin；而当溶液中含有ATP、Mg,2+,以及较高浓度的Na,+,、K,+,时，溶液中的G-actin趋向于组装成F-actin。,特异性药物,细胞松弛素B,与微丝结合后可将微丝切断，并结合在微丝末端阻碍肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝的解聚没有明显影响。,鬼笔环肽,与微丝表面有强亲和力，但不与肌动蛋白单体结合，,对微丝的解聚有抑制作用,，可使肌动蛋白丝保持稳定状态，阻止细胞运动。,影响微丝组装和去组装的因素,