细胞生理

第一章植物细胞的亚显微结构与功能1.1细胞壁1.2液泡1.3植物细胞器1.4胞间连丝1.5植物细胞全能性及其基因的表达调控细胞（cell）：生物体（病毒和噬菌体除外）结构和功能的基本单位，也是遗传的基本单位。植物细胞的两大类型：原核细胞（prokaryoticcell）：细菌，蓝藻真核细胞（eukaryoticcell）：其余的低等植物和高等植物与动物细胞相比，植物细胞特有的细胞结构和细胞器包括：细胞壁、液泡、叶绿体和其它质体。1.1.1细胞壁的化学组成90%是多糖，包括：纤维素，半纤维素、果胶物质；此外，还包括结构蛋白、酶类、木质素以及矿物质等。（1）纤维素：植物中最广泛的骨架多糖，植物细胞壁和木材约一半是由纤维素组成的。（2）半纤维素：包括木葡聚糖（双子叶植物）、混合键葡聚糖（禾本科植物）、阿拉伯木聚糖等。1.1细胞壁（3）果胶物质：胞间层和初生壁的主要成分，是一类由半乳糖醛酸组成的杂聚糖。可分为三类：A.果胶酸：水溶性的，可与钙、镁结合生成果胶酸盐，大量存在于胞间层中；B.果胶：水溶性的，存在于胞间层和初生壁中；C.原果胶：不溶于水，主要存在于初生壁中。在稀酸和原果胶酶的作用下可转变为果胶，再加糖加酸使之成为冻胶而制成果酱、果膏等。（4）结构蛋白：包括富含羟脯氨酸的糖蛋白（HRGP）；富含苏氨酸和羟脯氨酸的糖蛋白（THRGP）；富含组氨酸和羟脯氨酸的糖蛋白（HHRGP）等。最早发现的结构蛋白是一类HRGP，称为伸展蛋白。（5）细胞壁中主要的酶类：大多为水解酶类，少数为氧化还原酶类。纤维素酶β-木糖苷酶多聚半乳糖醛酸酶淀粉酶酸性磷酸酶果胶甲基酯酶β-葡糖苷酶海藻糖酶β-甘露糖苷酶过氧化物酶阿拉伯糖苷酶苹果酸脱氢酶等（6）植物凝集素（lectins）是一类存在于细胞壁中能与多糖结合或使细胞凝集的蛋白，多为糖蛋白。参与细胞壁的识别反应。（7）细胞壁中的矿质元素（minerals）主要是钙（10-4～10-3mol•L-1），使细胞壁成为植物细胞中最大的钙库。（8）木质素：由苯基丙烷衍生物的单体构成的聚合物。一般针叶树的木质素主要是松柏基丙烷的衍生物；阔叶树的木质素主要是松柏基丙烷和丁香丙烷的聚合物；稻类和竹类的木质素主要是松柏基丙烷、丁香丙烷和对-甲香豆丙烷的聚合物。木质素是植物细胞壁的一种结构成分，可以增加细胞壁的抗压强度及对病原物的抵抗能力。1.1.2细胞壁的亚显微结构典型的高等植物细胞壁可分为三层：胞间层（intercellularlayer）初生壁（primarywall）次生壁（secondarywall）细胞壁是在细胞分裂过程中形成的，先在分裂细胞之间形成胞间层，主要成分是果胶质，再在胞间层的两侧形成有弹性的初生壁，有些细胞还形成坚硬的次生壁。细胞壁的亚显微结构图解S1次生壁外层；S2次生壁中层；S3次生壁内层；CW1初生壁；ML胞间层细胞壁主要大分子多聚物的组建：“经纬模型”假说，其中，纤维素微纤丝是“经”，平行于壁平面排列，而伸展蛋白是“纬”，垂直于壁平面排列。1.1.3细胞壁的功能（1）稳定细胞形态和保护作用（2）控制细胞生长扩大（3）参与胞内外信息的传递：Ca2+，寡糖素等（4）防御功能：A.结构屏障；B.参与防御反应：水解酶；产生抑制物等。（5）识别作用：如花粉内壁蛋白与柱头柱头表面蛋白的识别。（6）参与物质运输：如质外体运输、向胞外分泌等。1.2液泡（vacuole）具单层膜的囊泡，是植物细胞的特征结构。其中充满细胞液（cellsap），可占据成熟细胞体积的90%，含有大量水分、无机离子、有机酸、糖类、可溶性蛋白、酶和次生代谢物质、花青素、生物碱等。植物细胞的液泡及其发育幼期细胞到成熟的细胞，随细胞的生长，细胞中的小液泡变大，合并，最终形成一个大的中央液泡液泡的功能：（1）调节功能液泡借单层的液泡膜与细胞质相联系。植物细胞利用其液泡转运营养物、代谢物和废物，调节细胞水势。大多数植物细胞在生长时主要靠液泡大量地积累水分，并借助膨压导致细胞壁扩张。中央液泡的出现使细胞与外界环境之间构成一个渗透系统，从而可调节细胞的吸水机能，维持细胞的挺度。（2）类似溶酶体作用液泡含有多种水解酶，通过吞噬作用，消化分解细胞质中的外来物或衰老的细胞器，起到清洁和再利用作用。（3）代谢库的功能液泡可以有选择性地吸收和积累各种溶质，如无机盐、有机酸、氨基酸、糖等。（4）赋予细胞不同颜色1.3植物细胞器1.3.1质体1.3.2线粒体1.3.3微体1.3.4圆球体1.3.1质体（plastid）1.白色体（leucoplast）：根据贮藏物质不同分为造粉体（淀粉体，amyloplast）、蛋白体（proteoplast）和造油体（elaioplast）2.有色体（chromoplast）：黄色或橙色常存在于成熟的果肉细胞中或黄红色的花瓣里、胡萝卜根及老叶中，呈棱形或圆形的小颗粒，其颜色有助于异花授粉和种子传播。3.叶绿体（chloroplast）：绿色，细胞能量转换细胞器，光合作用的场所。A.叶绿体膜（chloroplastmembrane）：双层单位膜外膜为非选择性膜；内膜为选择透性膜，NADP+和H+不能自由通过，但CO2，O2，H2O可自由通过。（一）叶绿体的成分叶绿体的化学成分：75%的水、蛋白质、脂类、色素和无机盐。（二）叶绿体的形态结构被膜、类囊体（光合膜）、基质B.类囊体（thylakoid）：由单层膜构成的圆形扁囊状结构，分为：基粒类囊体/基粒片层基质类囊体/基质片层光合色素及光合链电子传递体系统定位于类囊体膜上类囊体垛叠的生理意义：1.使捕光机构密集，提高捕光能力，加速光反应。2.膜上的酶密集排列，便于光合作用高效进行。C.基质（stroma）：叶绿体膜以内的可流动的基础物质。含有固定还原CO2与合成淀粉的全部酶系，是光合碳同化的场所。还含有DNA、核糖体等，所以是半自主性细胞器。基质是淀粉和脂类等物质的贮藏库。淀粉粒是淀粉的贮藏库，将照光的叶片研磨成匀浆离心，沉淀在离心管底部的白色颗粒就是叶绿体中的淀粉粒。质体小球又称脂质球或嗜锇颗粒，是脂类的贮藏库，光下合成片层结构需要脂类时，质体小球变小，在叶片衰老时或膜系统解体时，质体小球增多变大。叶绿体的结构：1.3.2线粒体线粒体（mitochondria）--细胞能量的加工场外膜：平滑；膜间空间（intermembranespace）内膜：向内皱褶突起形成嵴（cristae）基质(matrix)：三羧酸循环的场所，还含有环状DNA分子和核糖体。所以，线粒体是半自主性细胞器。在内膜内侧表面分布有许多带柄的球状小体，即ATP合酶复合体，该酶的功能是催化ATP合成。电子传递和氧化磷酸化就发生在内膜上。1.3.3微体微体（microbody）：由单层膜包被的球状细胞器。过氧化物酶体（peroxisome）：参与光呼吸等乙醛酸体（glyoxysome）：参与脂肪酸氧化、乙醛酸循环及葡萄糖异生途径等1.3.4圆球体：又称油体（oilbody），由一层（或半层）单位膜包被的球状细胞器。含有丰富的三酰甘油（甘油三酯）或蜡质，也含有含多种水解酶，主要分布在油料种子中，萌发时参与油脂的分解代谢。1.4胞间连丝1.4.1胞间连丝的亚显微结构胞间连丝（plasmodesma）：指贯穿细胞壁、胞间层、连接相邻细胞原生质体的管状通道。植物细胞的特征结构。胞间连丝显微结构质外体细胞壁细胞间隙细胞质胞间连丝共质体共质体（symplast）：活细胞的原生质体通过胞间连丝形成了连续的整体。质外体（apoplast）：质膜以外的胞间层、细胞壁及胞间隙所形成的连续整体。1.4.2胞间连丝的功能（1）物质运输：胞间连丝是共质体运输的咽喉所在；（2）信息传递：如细胞壁形成的信息以及光周期现象中的信号传递都与胞间连丝有关。1.5植物细胞全能性及其基因的表达调控1.5.1植物细胞全能性植物细胞全能性（totipotency）:指每一个活细胞都具有产生一个完整个体的全套基因，在适宜的条件下，细胞具有发育成完整植株的潜在能力。细胞全能性是细胞分化和组织培养技术的理论基础；组织培养的成功则是细胞全能性的体现。1.5.2植物细胞全能性及其基因的表达调控1.5.2.1植物细胞基因的表达（1）时空专一性表达的基因：植物的不同发育阶段以及植物的不同部位基因的表达；（2）受环境因素诱导而表达的基因：不同环境因素对基因表达的影响。1.5.2.2植物细胞基因的表达调控（1）转录调控（transcriptionalregulation）（2）转录后调控（posttranscriptionalregulation）（3）翻译调控（translationalregulation）（4）翻译后调控（posttranslationalregulation）（5）蛋白质活性的调控（regulationofproteinactivity）本章重点与难点1.植物细胞的主要结构特点及其与动物细胞结构的主要区别2.植物细胞结构与功能的统一