植物细胞的结构和功能.ppt

第一章植物细胞的结构和功能,第一节植物细胞的结构与组成,第一节植物细胞的结构与组成,一、细胞的概述几乎所有的生物都是由细胞所构成，细胞是生物体结构和功能的基本单位。(一)原核细胞和真核细胞区别根据细胞的进化程度，可将其分为两大类型：原核细胞(prokaryoticcell),真核细胞(eukaryoticcell)。,第一节植物细胞的结构与组成,原核细胞和真核细胞比较,第一节植物细胞的结构与组成,(二)高等植物细胞特点1植物细胞和动物细胞区别,植物细胞和动物细胞比较,第一节植物细胞的结构与组成,2植物细胞的结构,第一节植物细胞的结构与组成,二、原生质的性质(一)原生质及其组成原生质(protoplasm)为构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。水(85%)蛋白质(10%)核糖(1.1%)有机物(13.5%)碳水化合物(0.4%)脂类(2%)无机物（1.5%）,原生质,第一节植物细胞的结构与组成,(二)原生质的物理特性1.有很大的表面张力(surfacetension)，致使裸露的原生质体和原生质的特化部分一般呈球形。2.具有粘性和弹性。原生质粘性高、弹性大的植物，抗逆性强（对干旱、低温的抗性强）。3.具有流动性。原生质的流动在一定温度范围内随温度的升高而加速，且与呼吸作用有密切的联系。一般不超过0.1mms-1。,第一节植物细胞的结构与组成,(二)原生质的胶体特性胶体(colloid)是物质的一种分散状态。凡能以1100nm大小的颗粒分散于另一种物质之中时，就可形成胶体。构成原生质的生物大分子直径符合胶体范围，其水溶液必然具有胶体的性质。原生质胶体的主要特性有：1.带电性2亲水性3.扩大界面4.凝胶作用,第一节植物细胞的结构与组成,1.带电性原生质胶体主要由蛋白质组成，蛋白质分子表面可形成一层带电荷的吸附层。在吸附层外又有一层带电荷的数量相等而符号相反的较松驰的扩散层。这样就在胶粒外面形成一个双电层。,第一节植物细胞的结构与组成,2亲水性蛋白质是亲水化合物，在其表面可以吸附一层很厚的水合膜，由于水合膜的存在，使原生质胶体系统更加稳定。蛋白质是两性电解质，在两性离子状态下，原生质具有缓冲能力，这对细胞内代谢有重要作用。,第一节植物细胞的结构与组成,3.扩大界面原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但它们的分散度很高，比表面积很大。有利于代谢过程中，对各种分子和离子的吸附和富集，同时扩大了各种生化反应活动场所。,第一节植物细胞的结构与组成,4.凝胶作用溶胶(sol)是液化的半流动状态，近似流体的性质。凝胶(gel)有一定结构和弹性的半固体状态的胶体。溶胶和凝胶是胶体存在的两种状态。,第一节植物细胞的结构与组成,溶胶和凝胶在一定条件下可通过凝胶作用或溶胶作用以相互转化。,溶胶,凝胶,凝胶作用,溶胶作用,第一节植物细胞的结构与组成,(三)原生质的液晶性质液晶态(liquidcrystallinestate)是物质介于固态与液态之间的一种状态，它既有固体结构的规则性，又有液体的流动性；在光学性质上象晶体，在力学性质上象液体。从微观来看，液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态。液晶态与生命活动息息相关。比如膜的流动性是生物膜具液晶态的重要特性。,第二节细胞壁的结构与功能,第二节细胞壁的结构与功能,细胞壁(cellwall)是植物细胞所特有的，具一定弹性和硬度，在细胞质膜之外并界定细胞形状的复杂结构。,第二节细胞壁的结构与功能,一、细胞壁的结构和化学组成(一)细胞壁的结构特点典型的细胞壁是由胞间层(intercellularlayer)，初生壁(primarywall)、有的细胞还具有次生壁(secondarywall)所组成。,第二节细胞壁的结构与功能,初生壁次生壁胞间层,第二节细胞壁的结构与功能,(二)细胞壁化学组成构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。次生细胞壁中还有大量木质素。胞间层(中胶层）：果胶质初生壁：纤维素，半纤维素，果胶质，蛋白质次生壁：纤维素，半纤维素，木质素，果胶质,第二节细胞壁的结构与功能,1.纤维素(cellulose)是细胞壁的主要成分，它是由100010000个-D-葡萄糖分子以-1,4-糖苷键相连的无分支的长链。这些纤维素分子链都具有相同的极性，排列成立体晶格状，可称为分子团，又叫微团(micella)。微团组合成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(macrofibril)，因而纤维素的这种结构非常牢固，使细胞壁具高强度和抗化学降解的能力。,第二节细胞壁的结构与功能,第二节细胞壁的结构与功能,2.半纤维素(hemicellulose)是指除纤维素和果胶物质以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称。它在化学结构上与纤维素没有关系。半纤维素的结构比较复杂。不同来源的半纤维素，它们的成分也各不相同。有的由一种单糖缩合而成，如聚甘露糖和聚半乳糖。有的由几种单糖缩合而成，如木聚糖、阿拉伯糖、半乳聚糖等。半纤维素在纤维素微纤丝的表面及它们之间，彼此紧密而非共价健的连接在一起。因此，它们覆盖在微纤丝之外并通过氢键将微纤丝交联成复杂的网格，形成细胞壁内的高层次上的结构。,第二节细胞壁的结构与功能,3.果胶物质(pecticsubstances)也是细胞壁的组成成分。胞间层基本上是由果胶物质组成的，使相邻的细胞粘合在一起。果胶物质是半乳糖醛酸组成的多聚体。,第二节细胞壁的结构与功能,果胶物质根据其结合情况及理化性质，可分为三类：果胶酸(pecticacid)是由约100个半乳糖醛酸通过-1，4键连接而成的直链。果胶酸是水溶性的，易与钙起作用生成果胶酸钙的凝胶。果胶(pectin)是半乳糖醛酸酯及少量半乳糖醛酸通过-1，4-糖苷键连接而成的长链高分化合物原果胶果胶分子量在2500050000之间，每条链含200个以上的半乳糖醛酸残基。果胶能溶于水，存在于中胶层和初生壁中，甚至存在于细胞质或液泡中,第二节细胞壁的结构与功能,4.木质素(lignin)不是多糖，是由苯基丙烷衍生物的单体所构成的聚合物，在木本植物成熟的木质部中，其含量达18%38%，主要分布于纤维、导管和管胞中。,5.蛋白质与酶细胞壁中最早被发现的蛋白质是伸展蛋白(extensin)，它是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白(hydroxyprolinerichglycoprotein,HRGP)，大约由300个氨基酸残基组成，这类蛋白质中羟脯氨酸(Hyp)含量特别高，一般为蛋白质的30%40%。其它含量较高的氨基酸是丝氨酸(Ser)、缬氨酸、苏氨酸、组氨酸和酪氨酸等。伸展蛋白中的氨基酸顺序有特征性的结构单位为：Ser-Hyp-Hyp-(x)-Hyp-Hyp,迄今已在细胞壁中发现数十种酶，大部分是水解酶类，其余则多属于氧化还原酶类。比如果胶甲酯酶、酸性磷酸酯酶、过氧化物酶、多聚半乳糖醛酸酶等。6.矿质细胞壁的矿质元素中最重要的是钙.据研究,壁中Ca2+浓度远远大于胞内,估计为10-510-4molL-1，所以细胞壁为植物细胞最大的钙库。钙调素(calmodulin,CaM)在细胞壁中也被发现，如在小麦细胞壁中已检测出水溶性及盐溶性两种钙调素。,第二节细胞壁的结构与功能,(四)细胞壁形成,第二节细胞壁的结构与功能,(四)细胞壁形成与细胞壁形成有关的细胞器是:内质网高尔基体微管,（三）细胞壁的形成细胞壁的形成是多种细胞器配合作用的结果。新细胞壁的形成开始于细胞分裂的晚后期或早期。细胞分裂时，在两组染色体之间，也就是在母细胞的赤道板面上，有许多大小不一的分泌囊泡(secretoryvesicles)不规则地汇聚在一块，这些小囊泡是由高尔基体和内质网分泌而形成的，其中富含组成细胞壁的各种糖类，它们借助与细胞赤道板垂直方向上存在的微管的运动，逐渐整齐地排列成片，组成成膜体(phragmoplast)。成膜体中的囊泡膜相互融合与连接形成细胞的质膜，其中的内含物连成一体构成细胞板，这是雏形的中层结构。,第二节细胞壁的结构与功能,二、细胞壁的功能1.支持作用：2运输通道：3保护作用：4参与各种代谢活动：,第二节细胞壁的结构与功能,二、细胞壁的功能1.支持作用：细胞壁可增加植物的机械强度，充当植物的骨架。,第二节细胞壁的结构与功能,二、细胞壁的功能2运输通道：细胞壁允许离子、低分子量的蛋白质和多糖等小分子通行无阻，而大分子或微生物等被屏蔽于其外。故细胞壁对细胞间物质的运输具有调节作用。,第二节细胞壁的结构与功能,二、细胞壁的功能3保护作用：初生细胞壁中的寡糖素能诱导植物抗毒素(phytolaxin)的形成，还对其它生理过程有调节作用。在植物抵抗病虫害中起作用。可使植物产生过敏性死亡，使得病原物不能进一步扩散。还有防御和抗病抗逆的功能。,第二节细胞壁的结构与功能,二、细胞壁的功能4参与各种代谢活动：细胞壁中的酶类参与细胞壁高分子合成，转移及水解，细胞外物质输送到细胞内以及防御作用等。,第二节细胞壁的结构与功能,二、细胞壁的功能另外:细胞壁参与了植物与根瘤菌共生固氮的相互识别以及共同完成侵染作用；细胞壁中的多聚半乳糖醛酸酶可能参与了砧木和接穗之间嫁接过程中的识别反应。总之，高等植物细胞壁积极参与各种代谢活动包括细胞的生长、分化、细胞识别及抗病抗逆机制等方面。,第二节细胞壁的结构与功能,三、胞间连丝当细胞板尚未完全形成时，有局部的原生质丝(约400nm)存留在未完全合并的小囊泡之间，随后便成为两个子细胞的管状联络孔道称胞间连丝(plasmodesma)，胞间连丝可以看作是两个细胞原生质膜的突出而连成的一个管状结构。胞间连丝可使相邻细胞的原生质及其内溶物相互交换，也可进行信息传递。,第二节细胞壁的结构与功能,三、胞间连丝,第三节生物膜的结构与功能,第三节生物膜的结构与功能,一、生物膜的概念：生物膜(biomembrane)是指构成细胞的所有膜的总称。按所处位置分为：质膜（原生质膜）：指细胞质外面的一层膜。内膜（内膜系统)是指真核细胞内由膜分隔而形成的具有连续功能的系统，主要指核膜、内质网、高尔基体及细胞质中各种囊泡，而质膜、液泡膜以及溶酶体膜等则是内膜系统活动的产物。,第三节生物膜的结构与功能,二、生物膜的化学组成与特点膜脂(约占25%-40%,构成脂双分子层)膜蛋白(约占60%-75%,与脂类镶嵌成膜)膜糖(约占5%,与蛋白质和脂类结合)无机离子,第三节生物膜的结构与功能,二、生物膜的化学组成与特点不同的膜成分的比列不同，特别是蛋白质和脂类的比列不同:肝细胞的细胞膜:蛋白质/脂类=1.0-1.4红血细胞的细胞膜:1.5-4.0内质网膜:0.7-1.5线粒体内膜:3.6线粒体外膜:1.2叶绿体片层膜:0.8功能越复杂的膜，其蛋白质含量越高，需说明的是，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。如在一个含50%蛋白质的膜中,大概脂类分子与蛋白质分子的比为501。这一比例关系反映到生物膜结构上，就是脂类以双分子层构成生物膜的基本结构，而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。,第三节生物膜的结构与功能,(一)膜蛋白生物膜中的蛋白质约占细胞蛋白总量的20%30%，它们或是单纯的蛋白质,或是与糖、脂结合形成的结合蛋白。根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位，可以大体地将膜蛋白分为两类：外在蛋白与内在蛋白。外周蛋白内部蛋白嵌入蛋白埋藏蛋白,第三节生物膜的结构与功能,(二)膜脂构成生物膜的脂类主要是复合脂类(complexlipids)，都具有极性的“头部”和非极性的“尾部”，是两性分子。磷脂(phospholipid)糖脂(glycolipid)硫脂(sulpholipid),第三节生物膜的结构与功能,(三)膜糖生物膜中的糖类主要分布于原生质膜的外单分子层。这些糖是不超过15个单糖残基所连接成的具分支的低聚糖链(寡糖链)，它们大多数与膜蛋白共价结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂。,第三节生物膜的结构与功能,三、生物膜的结构模型关于生物膜的分子结构有许多假说与模型，下面介绍三种最有代表性的模型。单位膜模型流动镶嵌模型板块镶嵌模型,第三节生物膜的结构与功能,(一)单位膜模型(unitmembranemodel)认为膜具有由蛋白质脂质蛋白质构成的三层结构。即两排脂层分子层尾尾相对组成的一个膜单位层。,电子光密度大,电子光密度小,脂类,蛋白质,第三节生物膜的结构与功能,(二)流动镶嵌模型（1972年由Singer和Nicolson提出），其要点:1.生物膜的母体是类脂双分子层.2.膜蛋白是球蛋白,是嵌合在膜中的.3.膜具有不对称性.4.膜具液晶态结构,有流动性.5.膜是经常处于不断更新之中的.,(二)流动镶嵌模型,图1-7细胞膜的构造,第三节生物膜的结构与功能,(三)板块镶嵌模型：板块镶嵌模型(platemosaicmodel)由贾因(M.K.Gain)和怀特(White)在1977年提出。,第三节生物膜的结构与功能,三、生物膜的主要功能1.按室分工2.反应场所3.吸收功能4.识别功能,第三节生物膜的结构与功能,1按室分工，细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内的空间分隔成许多微小的区域，即形成各种细胞器，从而使细胞的生命活动有了适当的分工，并有条不紊地进行。,第三节生物膜的结构与功能,2反应场所，细胞内的生化反应具有特异性、高效性和连续性。某些生理生化过程在膜上进行，保证了整个代谢途径的高效而有序。如光合作用的光能吸收和电子传递、呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程。,第三节生物膜的结构与功能,3吸收功能，生物膜具有选择透性，即有选择地进行物质交换。它控制着细胞及各种细胞器的物质吸收与转移。,第三节生物膜的结构与功能,4识别功能，质膜上的多糖链分布于其外表面，如似“触角”一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种剌激或信号，使细胞作出相应的反应。,第四节植物细胞亚微结构与功能,一、细胞核1.结构:核一般呈圆球状（分生组织细胞）或呈扁平状（有大液泡的细胞）。核膜染色质基质核仁,第四节植物细胞亚微结构与功能,一、细胞核,第四节植物细胞亚微结构与功能,一、细胞核2.功能：1）是细胞遗传信息合成和复制的场所。2）是代谢的调控中心。,第四节植物细胞亚微结构与功能,二、叶绿体1.结构：呈椭圆形被膜（双层：内膜、外膜）类囊体（间质类囊体、基粒类囊体）基质,第四节植物细胞亚微结构与功能,二、叶绿体1.结构：,第四节植物细胞亚微结构与功能,二、叶绿体2.功能：光合作用的场所。,第四节植物细胞亚微结构与功能,三、线粒体1.结构：呈圆形棒状结构。外膜（选择性小）被膜内膜（选择性大，有ATP酶）基质,第四节植物细胞亚微结构与功能,三、线粒体1.结构：,第四节植物细胞亚微结构与功能,三、线粒体2.功能：呼吸作用的场所。,第四节植物细胞亚微结构与功能,四、内质网1.结构：是膜的网状系统，由双层单位膜平行排列组成的层状膜体。粗糙内质网光滑内质网内质网(endoplasmicreticulum,ER)是交织分布于细胞质中的膜层系统，通常可占细胞膜系统的一半左右。内质网大部分呈膜片状，由两层平行排列的单位膜组成，膜厚约5nm，也有的内质网呈管状，此外，在两层膜空间较宽的地方内质网则呈囊泡状。,第四节植物细胞亚微结构与功能,四、内质网1.结构：,第四节植物细胞亚微结构与功能,四、内质网2.功能：1）合成场所。粗糙内质网上的核糖体是蛋白质合成的场所，而光滑内质网参与糖蛋白的寡糖链和脂类的合成。2）是细胞间通讯与传递系统。3）是物质运输的通道。内质网形成了一个细胞内的运输和贮藏系统。它还可通过胞间连丝，成为细胞之间物质与信息的传递系统。另外，由内质网合成的造壁物质参与了细胞壁的形成。4）分隔作用。内质网布满了整个细胞质，将细胞质分隔成许多室，使各种细胞器均处于相对稳定的环境中，有序地进行各自的代谢活动。,第四节植物细胞亚微结构与功能,五、高尔基体1.结构：是碟形体，由几层扁平的泡囊或束隔组成。,第四节植物细胞亚微结构与功能,五、高尔基体2.功能：1）物质集运2）生物大分子组装3）参与细胞壁的形成4）分泌物质,2.高尔基体的功能,(1)物质集运蛋白质合成后输送到高尔基体暂时贮存、浓缩，然后再送到相关部位。运输的过程可能是：内质网高尔基体高尔基体小泡液泡(分泌液泡)。,图1-15经由高尔基体的物质集运A.木糖葡萄糖的集运B.果胶多糖的集运,(2)生物大分子的装配高尔基体也参与某些物质的合成或生物大分子的装配。它利用单糖和含硫单糖合成多糖和含硫多糖，是许多多糖生物合成的地点。在合成糖蛋白或糖脂类的碳水化合物侧链时，高尔基体也起一定的作用，很可能糖蛋白中的蛋白质先在核糖体上合成，然后再在高尔基体中把多糖侧链加上去。,(3)参与细胞壁的形成在植物细胞中，高尔基体的一个重要作用是参与细胞板和细胞壁的形成。例如，组成细胞壁的糖蛋白就是经高尔基体加工，由高尔基体小泡运输到细胞质膜，然后小泡与质膜融合，把内含物释放出来，沉积于细胞壁后形成的。(4)分泌物质高尔基体除分泌细胞壁物质外，还分泌多种其它物质。,第四节植物细胞亚微结构与功能,六、溶酶体1.结构：单层包被的球形体，由被膜和基质组成。内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。溶酶体内含有酸性磷酸酶、核糖核酸酶、糖苷酶、蛋白酶和酯酶等几十种酶。2.功能：1）消化作用；溶