1植物细胞生理.

第1章植物细胞生理ThePlantCell,Monthly,ISSN:1040-4651,USAPlantPhysiology,Monthly,ISSN:1532-2548,USA第1节植物细胞概述第2节植物细胞的亚显微结构与功能第3节植物细胞信号转导一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找。Wilson1925第1节植物细胞概述1.1细胞的共性•组成细胞的基本元素是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）、钙（Ca）、钾（K）、铁（Fe）、钠（Na）、氯（Cl）与镁（Mg）等。•生物小分子：核苷酸、氨基酸、脂肪酸与单糖。•生物大分子：核酸、蛋白质、脂类与多糖类等。•这些生物大分子一般以复合分子的形式，如核蛋白、脂蛋白、糖蛋白与糖脂等组成细胞的基本结构体系。1.所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌在其中的蛋白质构成的生物膜，即细胞膜2.所有的细胞都有两种核酸（DNA和RNA）作为遗传信息复制与转录的载体3.核糖体，存在于一切细胞内4.所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂1.2原核细胞和真核细胞的区别原核细胞真核细胞大小小（1-10μm）大（10-100μm）壁有壁有壁核无核膜、核仁，有裸露的环状DNA分子构成的拟核，不与RNA蛋白质结合。有核仁、核膜，几条染色体，DNA与RNA蛋白质连在一起。内膜系统简单，无内质网、高尔基体复杂，有核膜、内质网和高尔基体细胞器有核糖体，无其它细胞器有线粒体、叶绿体、溶酶体细胞骨架无有微丝、微管分裂方式二分体分裂，没有有丝分裂进行有丝分裂光合呼吸在质膜上进行光合在叶绿体，呼吸在线粒体核糖体70S80S遗传信息转录在细胞质转录在核，翻译在细胞质1.3高等植物细胞特点植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征1.具有明显的细胞壁细胞壁的主要成分是纤维素，还有果胶质、半纤维素与木质素等。细胞壁的某些部位有间隙，原生质可以由此沟通，形成胞间连丝。2.中央具有一个大液泡液泡是植物细胞的代谢库，起调节细胞内环境的作用。液泡的另一功能可能具有渗压计（osmometer）的作用，使细胞保持膨胀状态。3.具有光合作用的细胞器—叶绿体，以及其它质体第2节植物细胞的亚显微结构与功能2.1植物细胞壁的结构、组成和生理功能•初生壁(primarywall)原生质向外分泌纤维素，纤维素定向交织成网状，随后分泌的半纤维素、果胶质及结构蛋白填充在网眼之中形成•次生壁(secondarywall)在初生壁内侧沉积纤维素、木质素等次生壁物质，且层与层之间经纬交错1.植物细胞壁的结构半纤维素纤维素纤维糖蛋白果胶质2.植物细胞壁的组成•纤维素(cellulose)•半纤维素(hemi-cellulose)•果胶质(pectin)•木质素(lignin)•细胞壁蛋白质(protein)植物细胞壁的合成纤维素合酶“花环”微管3.植物细胞壁在细胞生命活动中的作用•增加植物的机械强度，对抗细胞的膨压•参与植物体内的物质运输•涉及植物细胞生长的调控•参与植物的防御反应诱导植物抗毒素（phytoalexins）的合成；细胞壁中产生抑制物，抑制病原体释放的酶等。•参与细胞间的信号传递和识别反应1.生物膜的化学组成蛋白质60-65%脂类25-40%糖5%2.2植物细胞膜与内膜系统流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）Singer和Nicolson（1972）2.生物膜的结构3.生物膜的功能•把细胞与外界环境隔开，将胞内空间形成区域化•具有高度的选择透性，可控制膜内外的物质交换•形成庞大的表面积，利于代谢加速进行•对外界剌激发生反应•具有能量转换，信息传递，免疫，胞饮、排泄、吞噬等其它功能4.细胞内膜系统（endomembranesystem）•内膜系统指处在细胞质中，在结构上连续，功能上相关的，由膜组成的细胞器的总称。主要指核膜、内质网、高尔基体以及液泡等。•细胞骨架是指真核细胞中由多种不同的蛋白质组成的粗细、长短、排列和分布不同的纤维网架体系•狭义的细胞骨架是指细胞质骨架，包括微丝、微管、中间纤维三种类型•广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质2.3细胞骨架（cytoskeleton）1.微管（Microtubule）2.微丝（Microfilament）3.中间纤维（Intermediatefilament）2.4胞间连丝（plasmodesma）•胞间连丝存在于所有高等植物活细胞之间，是植物细胞间所特有的通讯连结结构•胞间连丝介导的细胞间的物质运输是有选择性的，而且也是可以调节的•是可溶性物质、信号分子和生物大分子发生胞间运输的通路连丝小管•叶绿体通过光合作用把光能转换为化学能，并储存于糖、脂肪和蛋白质等大分子有机物中•线粒体是高效地将有机物转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器2.5产能细胞器线粒体的结构叶绿体的结构1.核糖体（ribosomes）2.6其它植物细胞器核糖体2.微体线粒体微体晶体3.油体（oleosomes）油体微体•在真核细胞的质膜以内，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，称为细胞质基质（cytoplasmicmatrix）•当原生质处于溶胶状态时，粘性小，代谢活跃，生长旺盛，但抗逆性较弱；当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，对不良环境抵抗力高，有利于植物度过逆境2.7细胞质基质第3节植物细胞信号转导3.1细胞信号转导概述•细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这是细胞信号系统的主线，这种反应系列称之为细胞信号通路（signalingpathway）。•信号转导(signaltransduction)强调信号的接收与接收后信号转换的方式(途径)和结果,包括配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等,即信号的识别、转移与转换。3.2植物细胞信号转导途径•信号传递至细胞膜，胞间信号通过受体转换为胞内信号，从而激活或启动一系列胞内生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应•目前已经鉴定出光敏色素、隐花色素和向光色素等三种光受体，经典的五大类激素受体在近几年也相继得以鉴定3.3跨膜信号转导1.受体（receptor）•受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质。•受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列胞内生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应，使得胞外信号转换为胞内信号。•至少包括两个功能区域，与配基结合的区域及产生效应的区域，分别具有结合特异性和效应特异性•特点：①特异性；②饱和性；③高亲和力2.G蛋白及其介导的跨膜信号•G蛋白是一类与GTP或GDP结合、具有GTP酶活性的位于细胞膜胞质面的膜蛋白•当与GTP结合时，G蛋白具有活性；与GDP结合时不具活性。在研究信号转导时G蛋白特指与膜受体偶联的异三聚体GTP－结合蛋白，由α、β、γ三个亚基组成cAMP信号通路PIP2信号通路PLCPKCCa2+第二信使•细胞质中：浓度非常低，小于10-7mol/L；•胞外、ER：浓度高于细胞质10,000倍；3.4胞内信号转导Calciumwave