植物细胞对矿质元素的吸收.ppt

植物与植物生理学（高职高专）网络课程 第四章 植物的矿质营养,第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,生物膜的结构与化学成分 细胞吸收溶质的方式和机理 被动吸收 离子扩散 离子通道运输 载体运输 主动吸收（离子泵运输） 胞饮作用,一、生 物 膜,概念：是构成细胞的所有膜的总称 化学组成: 蛋白质、脂类、糖、无机离子等 结构：流动镶嵌模型,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,一、生 物 膜,流动镶嵌模型,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,一、生 物 膜,磷脂的构造（X是碱基化合物）,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,一、生 物 膜,膜的相转变,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,一、生 物 膜,概念 化学组成 结构：流动镶嵌模型特点： 蛋白质分子镶嵌在类脂双分子层上，具有流动性和不对称性的特点。,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,一、生 物 膜,概念 化学组成 结构 功能： 分室作用；代谢反应的场所； 物质交换；识别功能,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,溶质的跨膜运动,二、细胞吸收溶质的方式和机理,基本概念： 泵(pump)：是由化学能（ATP）或光能驱动的， 在植物和真菌细胞中，最典型的是质子泵（bump pump）。 载体（carrier）：是指存在于细胞膜中的能选择性携带离子通过膜的活性物质。人们认为载体是膜上结合的蛋白质，亦称透过酶或运输酶。由膜两侧的电化学势梯度驱动。,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,基本概念 通道（channel）：由膜两侧的电化学势梯度驱动。 电化学势梯度（electrochemical gradient）：是 浓度梯度与电势梯度的合成。 沿此梯度进行溶质运转不消耗ATP，属被动转运。,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,载体开口于高浓度一侧，溶质与载体结合,载体催化溶质顺着电化学势梯度跨膜运输,单向运输载体模型,二、细胞吸收溶质的方式和机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,载体蛋白的单向运输与协同运输模型,二、细胞吸收溶质的方式和机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,武维华 P73 图4-10 电压门控K+通道运输模型示意图 (Taiz & Zeiger 1998),胞外,胞内,质膜,K+,二、细胞吸收溶质的方式和机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,电 化 学 势 梯 度,H+泵将H+泵出,K+(或其他阳离子）经通道蛋白进入,阴离子与H+经过载体蛋白同向运输进入,质子泵作用的机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,比较：,胞饮作用,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,物质吸附到质膜上，通过膜的内折转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。 是非选择性吸收。,示意图,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,（一）离 子 通 道 运 输 (ion channel transport),第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,细胞质膜上有内在蛋白构成圆形孔道，横跨膜的两侧，离子通道可由化学方式激活，控制离子顺着浓度梯度和膜电位差，即电化学势梯度，被动地和单方向的运输。 即：是一种不需要代谢来提供能量的顺浓度梯度吸收矿质的简单扩散过程，是一种被动运输。,（二）主动吸收,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,主动吸收亦称主动运输，是指细胞消耗能量作功吸收矿物质的过程，可逆着浓度差进行，又称代谢性吸收。 许多事实表明，主动吸收与呼吸作用 密切相关（表2-2）。,表 胡萝卜和朝鲜蓟（Cirsium sp.）的圆盘在不同氧气影响下从KBr中吸收K和Br-的情况,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,表 豌豆根组织内和培养液的各种离子浓度的比较,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,物质逆着浓度差而进入细胞或组织的过程，称为累积，具有选择性。,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,载体(carrier):是指存在于细胞膜中的能选择性携带离子通过膜的活性物质。人们认为载体是膜上结合的蛋白质，亦称透过酶或运输酶。 载体具备如下特征： 对一定离子有专一结合位点，有很强的识别离子能力； 具疏水性，在膜内能够移动； 在膜外侧与相应离子结合，到达膜内侧又能释放离子； 对相应离子的亲和力需ATP活化。 载体可反复利用，即少量载体可转运大量离子。,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,、载体学说,要点是： 未活化的载体在磷酸激酶作用下被ATP活化； 已活化载体在膜外侧通过识别作用与相应离子结合，形成载体-离子复合物； 复合体运转至膜内侧，在磷酸酯酶作用下释放出的磷酸基，使载体失去对离子的亲和力，从而将离子释放到膜内。无亲和力的载体可重新被ATP活化，再次运转相应的离子。,二、细胞吸收溶质的方式和机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,A. ATP和底物靠近变构酶 B. ATP和底物与变构酶结合 C. 由于ATP效应物的作用，构象转换，变构酶由状态1转变为状态2，底物就被运送到膜另一侧 D. ATP转变为ADP E. ADP不适于变构部位，脱离变构酶，底物也释放出来，变构酶就恢复为状态1 图4-6 底物通过变构转换从外运到膜内示意图,二、细胞吸收溶质的方式和机理,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,如何证明载体学说的正确性？ 如何用实验证明植物根系吸收矿质元素存在着主动吸收和被动吸收？,吸收溶质的量,正常条件,抑制代谢（如缺氧或低温）,时间（h）,0,植物组织对溶质的吸收,1,2,第四章 植物的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,二、细胞吸收溶质的方式和机理,载体参与主动吸收可从两方面得到支持： 饱和效应 离子竞争,另外，有人提出变构方式，认为载体是变构酶，横跨膜内外，通过变构作用，把膜外的分子或离子送到细胞中去。ATP是效应物，当效应物与酶结合时，能诱导变构酶的构象变化而与底物结合。变构酶有两种状态，都有两个结合点。 图2-6示通过变构酶的变构转换如何把外边的底物