植物細胞及組分專家講座

1.1細胞與生物分子1.2細胞壁與生物膜1.3植物細胞亞微結構第1章植物細胞及其組分

1植物細胞及組分專家講座第1頁細胞發(fā)覺1665年英國人胡克（RobertHooke)從樹皮切了一片軟木薄片，并放到自己創(chuàng)造顯微鏡（放大40倍～140倍）觀察。他觀察到了植物細胞(已死亡)，而且以為他們形狀類似教士們所住單人房間，所以他使用單人房間并將其定名為“細胞(Cell)”。植物細胞及組分專家講座第2頁與此同時，荷蘭一位生物業(yè)余興趣者，列文虎克(A．V．Leeuwenhook)也先后用自制顯微鏡，觀察了池塘中原生動物和單細胞藻類、牙垢上細菌、魚紅細胞、精子等，這是人類第一次觀察到完整活細胞。3植物細胞及組分專家講座第3頁細胞學說建立1838年德國植物學家施萊登提出全部植物體都是由細胞組合而成，這一結果被德國動物學家施旺（1839年）在動物中證實。由此提出“細胞學說”。細胞學說能夠概括為：1、任何一個細胞都是從其它細胞中產(chǎn)生出來；2、細胞是組成有機體基本單位；3、植物和動物細胞大致是相同。植物細胞及組分專家講座第4頁1.1細胞與生物分子1.1.1植物生命分子基礎基本物質：水、糖類、脂類、蛋白質、核酸、維生素、激素和無機鹽等。植物細胞及組分專家講座第5頁2氫原子和1氧原子共價結合；兩個H－O鍵夾角為104.5°；正負電荷中心不重合，故為極性分子；相鄰水分子之間：H(＋)和O(－)以氫鍵結合。1.1.2.1水分子結構特點1.1.2生命介質水植物細胞及組分專家講座第6頁1.1.2.2水與植物生命活動相關理化性質H2O與其它分子物理性質比較比熱(J/g/?C)汽化熱(J/g)沸點(?C)H2O4.22452100NH35.01334-33CO2-301-78Methane-556-164Ethane-523-88Methanol2.6122665Ethanol2.4878787植物細胞及組分專家講座第7頁

比熱容是指單位質量物質溫度升高1℃所需熱量。因為這一特征，使水對氣溫、地溫及植物體溫有巨大緩沖調整作用，從而有利于植物適應冷熱多變環(huán)境。（1）水比熱容高8植物細胞及組分專家講座第8頁在一定溫度下，將單位質量物質由液態(tài)轉變?yōu)闅鈶B(tài)所需熱量即為汽化熱。水汽化熱大：使植物能夠經(jīng)過蒸騰作用降低體溫，防止高溫傷害。（2）水汽化熱大植物細胞及組分專家講座第9頁（3）水內聚力、附著力和表面張力大同類分子間含有分子間引力稱作內聚力。因為水中存在大量氫鍵，水內聚力很大。液相與固相間相互引力稱作附著力。處于界面水分子均受著垂直向內拉力，這種作用于單位長度表面上力，稱為表面張力。因為水內聚力、附著力和表面張力均大，所以植物體內導管中形成上升水柱不易被拉斷。植物細胞及組分專家講座第10頁（4）水不可壓縮性水不可壓縮性指水在外加壓強作用下體積不會縮?。ó斎黄胀ㄒ后w和固體都是如此）。水不可壓縮性使細胞吸水后產(chǎn)生靜水壓維持其擔心度，與植物氣孔開閉、葉片運動、保持植株固有姿態(tài)等方面都有親密關系。植物細胞及組分專家講座第11頁（5）水是很好溶劑因為水分子極性，它是電解質和極性分子如糖、蛋白質和氨基酸等強有力溶劑。水分子還可結合在帶電荷離子周圍，使其成為高度可溶水化離子。Cl和Na離子周圍水分子定向排列形成水化層，降低了離子重新結合形成晶體可能性，促進溶解。植物細胞及組分專家講座第12頁（6）水是透明無色液體水無色，透光，利于色素對光吸收。植物細胞及組分專家講座第13頁1.1.3高等植物細胞特點植物細胞及組分專家講座第14頁1.2細胞壁、細胞質、細胞核、胞間連絲與生物膜

1.2.1細胞壁1.2.1.1細胞壁結構細胞壁分為3層，即胞間層（中層）、初生壁和次生壁。

15植物細胞及組分專家講座第15頁1.2.1.2細胞壁化學組成多糖（90%左右）：主要包含纖維素、半纖維素、果膠。蛋白質（10%左右）：伸展蛋白（初生壁廣泛存在結組成份）。植物細胞及組分專家講座第16頁1.2.1.3細胞壁功效維持細胞形狀，控制細胞生長。物質運輸與信息傳遞：細胞壁允許離子、多糖等小分子和低分子量蛋白質經(jīng)過，而將大分子或微生物等阻于其外。防御與抗性：細胞壁中寡糖素能誘導植物抗毒素形成；壁中伸展蛋白除了作為結組成份外，還有防御和抗病抗逆功效。其它：如對其它生理過程有調整作用。

植物細胞及組分專家講座第17頁1.2.2細胞質細胞質主要包含細胞質基質和細胞器。細胞質基質：細胞質內呈液態(tài)部分。含有物質：水、無機鹽離子、脂質、糖類氨基酸和核苷酸等，還有各種酶。主要功效：是活細胞進行新陳代謝主要場所。植物細胞及組分專家講座第18頁1.2.3細胞核——系統(tǒng)控制中心1.細胞核：存在于絕大多數(shù)真核生物中，其中包含核孔、核膜、核仁、染色質。功效：細胞核控制著細胞代謝和遺傳。2.核膜：雙層膜，把核內物質與細胞質分開。3.核孔：實現(xiàn)核質之間頻繁物質交換和信息交流。4.染色質：主要由DNA和蛋白質組成，DNA是遺傳信息載體。5.核仁：與某種RNA合成以及核糖體形成相關。植物細胞及組分專家講座第19頁1.2.4胞間連絲1.2.4.1胞間連絲結構胞間連絲，是貫通細胞壁溝通相鄰細胞細胞質連線。為細胞間物質運輸與信息傳遞主要通道，通道中有一連接兩細胞內質網(wǎng)連絲微管。植物細胞及組分專家講座第20頁1.2.4.2胞間連絲功效物質交換相鄰細胞原生質可經(jīng)過胞間連絲進行交換，使可溶性物質（如電解質和小分子有機物）、生物大分子物質（如蛋白質、核酸）發(fā)生胞間運輸。信號傳遞經(jīng)過胞間連絲可進行體內信息傳遞，物理信號、化學信號都可經(jīng)過胞間連絲在共質體中傳遞。植物細胞及組分專家講座第21頁1.2.5生物膜

1.2.5.1生物膜結構生物膜是指組成細胞全部膜總稱。鑲嵌有蛋白質和糖類（統(tǒng)稱糖蛋白）磷脂雙分子層，起著劃分和分隔細胞和細胞器作用。植物細胞及組分專家講座第22頁1959年，羅伯特森利用電鏡，取得了清楚細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結構。植物細胞及組分專家講座第23頁“蛋白質—脂質—蛋白質”三明治模型磷脂分子植物細胞及組分專家講座第24頁1972年，桑格和尼克森在新觀察和試驗證據(jù)基礎上，提出了流動鑲嵌模型。支架：磷脂雙分子層組成基本支架。流動：磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子是能夠運動。鑲嵌：蛋白質分子有鑲在磷脂雙分子層表面；有部分、全部嵌入磷脂雙分子層中；有橫跨整個磷脂雙分子層。植物細胞及組分專家講座第25頁1.2.5.1生物膜功效（1）分室作用不但把細胞與外界環(huán)境隔開，而且把細胞內部空間分隔，即形成各種細胞器，從而使細胞生命活動分室進行。（2）代謝反應場所如光合作用光能吸收和呼吸作用電子傳遞分別發(fā)生在葉綠體光合膜和線粒體內膜上進行。植物細胞及組分專家講座第26頁（3）能量轉換場所如光合電子傳遞，呼吸電子傳遞以及與之偶聯(lián)光合磷酸化和氧化磷酸化都發(fā)生在膜上。（4）物質交換生物膜是選擇透過性膜，能控制膜內外物質交換。植物細胞及組分專家講座第27頁（5）識別與信息轉導膜糖殘基分布在膜外表面，好似“觸角”，能夠識別外界某種物質，并將外界某種刺激轉換為胞內信使，誘導細胞反應。植物細胞及組分專家講座第28頁1.3植物細胞亞微結構1.3.1微膜系統(tǒng)細胞膜內膜系統(tǒng)植物細胞及組分專家講座第29頁1.3.1.1質體和葉綠體（1）質體結構和功效質體：是植物細胞中由雙層膜包裹一類細胞器總稱，存在于真核植物細胞內。它是綠色植物細胞特有細胞器。分類：依據(jù)所含色素和功效不一樣，質體可分為白色體（無色素）、有色體（有色素，分為雜色體和葉綠體）。植物細胞及組分專家講座第30頁類型色素形狀功效葉綠體

葉綠素等扁圓形光合作用雜色體

胡蘿卜素、葉黃素針形、圓形、桿狀、多角形等光合作用催化劑;利于昆蟲傳粉；與淀粉、脂肪積累相關白色體

無圓形、橢圓形、紡錘形合成淀粉（造粉體），脂肪（造油體），蛋白質（蛋白質體）植物細胞及組分專家講座第31頁（2）質體間相互轉化前質體是其它質體前身，可分化發(fā)育成各種質體。各種質體之間也可相互轉化。如一些根經(jīng)光照后能夠轉綠，這就是白色體或雜色體向葉綠體轉化。植物細胞及組分專家講座第32頁1.3.1.2線粒體定義：線粒體是一個存在于大多數(shù)真核細胞中由兩層膜包被細胞器，直徑在0.5-10微米左右。分布：普遍存在于植物細胞和動物細胞中。作用：線粒體是細胞進行有氧呼吸主要場所，是細胞“動力車間”。細胞生命活動所需能量，大約95%來自線粒體。植物細胞及組分專家講座第33頁線粒體結構組成線粒體外膜是位于線粒體最外圍一層單位膜，厚度約為6-7nm。線粒體內膜是位于線粒體外膜內側、包裹著線粒體基質單位膜。線粒體內膜一些部分會向線粒體基質折疊形成線粒體嵴。線粒體膜間隙是線粒體外膜與線粒體內膜之間空隙，寬約6-8nm，其中充滿無定形液體，其組成與細胞質基質十分靠近。植物細胞及組分專家講座第34頁1.3.1.3內質網(wǎng)內質網(wǎng)為由生物膜組成相互通連片層隙狀或小管狀系統(tǒng)，膜片間隙狀空間稱為池，通常與細胞外隙和細胞漿基質之間不直接相通。這種細胞內膜性管道系統(tǒng)首先組成細胞內物質運輸通路，另首先為細胞內各種各樣酶反應提供遼闊反應面積。內質網(wǎng)與高爾基體及核膜相連續(xù)。植物細胞及組分專家講座第35頁分類：內質網(wǎng)分兩類，一類是膜上附著核糖體顆粒叫粗糙型內質網(wǎng)，另一類是膜上光滑，沒有核糖體附在上面，叫光滑型內質網(wǎng)。功效：是細胞內蛋白質合成與加工，以及脂質合成“車間”。內質網(wǎng)類型和功效植物細胞及組分專家講座第36頁分布：普遍存在于動、植物細胞中。形態(tài)結構：由一些排列較為整齊扁平單層膜堆積在一起。功效:對來自內質網(wǎng)蛋白質進行加工、分類和包裝“車間”及“發(fā)送站”。1.3.1.4高爾基體37植物細胞及組分專家講座第37頁1.3.1.5溶酶體定義：真核細胞中一個細胞器，為單層膜包被囊狀結構。功效：溶酶體是“消化車間”，內部含有各種水解酶，能分解衰老、損傷細胞器，吞噬并殺死侵入細胞病毒和病菌，被溶酶體分解后產(chǎn)物，假如是對細胞有用物質，細胞能夠再利用，廢物則被排出體外。植物細胞及組分專家講座第38頁電鏡下細胞結構：箭頭指溶酶體

植物細胞及組分專家講座第39頁溶酶體中酶都屬酸性水解酶，其最適pH為5左右，pH7左右時酶失活。溶酶體膜上含有H+-ATP酶，可將胞質中H+泵入溶酶體。一、溶酶體形態(tài)結構與酶植物細胞及組分專家講座第40頁1.3.1.6液泡分布：存在于高等植物細胞中。內含細胞液:含糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質。功效：能夠調整細胞內環(huán)境。植物細胞及組分專家講座第41頁1.3.1.7微體微體為橢圓形、圓形或啞鈴狀小體，直徑約0.2～1.7微米，外包一層單位膜，內含無定形顆?；|，分過氧化物酶體和乙醛酸循環(huán)體兩種主要類型。植物細胞中，現(xiàn)有過氧化物酶體，又有乙醛酸循環(huán)體，植物細胞中過氧化物酶體和乙醛酸循環(huán)體是同一細胞器在不一樣發(fā)育階段不一樣表現(xiàn)形式。過氧化物酶體主要功效是利用氧化酶和過氧化氫酶將有害物質氧化，含有解毒作用和對細胞起保護作用。植物細胞內乙醛酸循環(huán)體參加乙醛酸循環(huán)。植物細胞及組分專家講座第42頁1.3.2微梁系統(tǒng)（細胞骨架）發(fā)覺較晚，主要是因為普通電鏡制樣采取低溫（0-4℃）固定，而細胞骨架會在低溫下解聚。直到20世紀60年代后，采取戊二醛常溫固定，才逐步認識到細胞骨架客觀存在。植物細胞及組分專家講座第43頁細胞骨架在維持細胞形態(tài)，承受外力、保持細胞內部結構有序性方面起主要作用。還參加許多主要生命活動，如：在細胞分裂中細胞骨架牽引染色體分離，在細胞物質運輸中，各類小泡和細胞器可沿著細胞骨架定向轉運；在肌肉細胞中，細胞骨架和它結合蛋白組成動力系統(tǒng)；在白細胞遷移、精子游動、神經(jīng)細胞軸突和樹突伸展等方面都與細胞骨架相關。另外，在植物細胞中細胞骨架指導細胞壁合成。功效植物細胞及組分專家講座第44頁細胞骨架由微絲、微管、和中間纖維構成。細胞骨架組成植物細胞及組分專家講座第45頁細胞骨架分布微管主要分布在核周圍,并呈放射狀向胞質四面擴散。微絲主要分布在細胞質膜內側。中間纖維則分布在整個細胞中。植物細胞及組分專家講座第46頁1.3.2.1微管（Microtubules）（1）微管結構微管形態(tài)結構：微管是細胞中由蛋白質組成外形筆直、中空且有一定剛性和彈性管狀結構。10-15nm20--30nm植物細胞及組分專家講座第47頁主要成份為微管蛋白（tubulin），分為兩種：α微管蛋白和β微管蛋白，二者組成異二聚體。異二聚體是組成微管基本亞單位。微管結構與組成植物細胞及組分專家講座第48頁微管成分微管蛋白二聚體由結構相同α和β-微管蛋白組成，兩種亞基均可結合GTP（三磷酸鳥苷），α-微管蛋白結合GTP從不發(fā)生水解或交換，是α-微管蛋白固有組成部分；而β-微管蛋白可水解結合GTP，結合GDP可交換為GTP。植物細胞及組分專家講座第49頁微管三種存在形式單管：由13根原纖維組成，是細胞質中常見形式，其結構不穩(wěn)定，易受環(huán)境原因而降解。二聯(lián)管：由A，B兩根單管組成，A管由13根原纖維，B管有10根原纖維，與A管共用3根原纖維，主要分布于纖毛、鞭毛內。三聯(lián)管：由A，B，C三根單管組成，A管有13根原纖維，B、C各有10根原纖維，主要分布于中心粒及鞭毛和纖毛基體中。植物細胞及組分專家講座第50頁微管裝配α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚體,αβ二聚體先形成環(huán)狀關鍵，經(jīng)過側面增加二聚體而擴展為螺旋帶，αβ二聚體平行于長軸重復排列形成原纖維。當螺旋帶加寬至13根原纖維時,即合攏形成一段微管。全部微管都有確定極性；微管裝配是一個動態(tài)過程。植物細胞及組分專家講座第51頁微管裝配過程植物細胞及組分專家講座第52頁微管組織中心(MTOC)概念：微管在生理狀態(tài)或試驗處了解聚后重新裝配發(fā)生處稱為微管組織中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)。常見微管組織中心間期細胞MTOC：中心體(動態(tài)微管)分裂細胞MTOC：有絲分裂紡錘體極(動態(tài)微管)鞭毛纖毛細胞MTOC：基體(永久性結構，位于鞭毛和纖毛根部類似結構稱為基體)植物細胞及組分專家講座第53頁影響微管穩(wěn)定性一些條件植物細胞及組分專家講座第54頁影響微管穩(wěn)定性藥品

秋水仙素:(圖中紅色所表示）與二聚體結合而抑制微管聚合。紫杉酚：能和微管緊密結合預防微管蛋白亞基解聚。因為新微管蛋白仍可加上去結果微管只增加不縮短。為行使正常微管功效，微管出于動態(tài)裝配和解聚狀態(tài)是主要。植物細胞及組分專家講座第55頁以下促進微管聚合藥品是(

)。a.長春新堿b.細胞松弛素Bc.鬼筆環(huán)肽d.紫杉酚

√植物細胞及組分專家講座第56頁微管功效維持細胞形態(tài)用秋水仙素處理細胞破壞微管,造成細胞變圓,說明微管對維持細胞不對稱形狀是主要。對于細胞突起部分,如纖毛、鞭毛、軸突形成和維持,微管亦起關鍵作用。引導胞內運輸以及胞內膜性細胞器定位鞭毛運動和運動紡錘體與染色體運動植物細胞及組分專家講座第57頁1.3.2.2微絲（microfilament，MF）微絲:由肌動蛋白組成直徑4-6nm骨架纖維，又稱肌動蛋白纖維。成份：肌動蛋白(actin)是微絲結組成份，外觀呈啞鈴狀,這種actin又叫G-actin，將G-actin形成微絲又稱為F-actin。是由兩條線性排列肌動蛋白鏈形成螺旋、直徑約為7nm骨架纖維。植物細胞及組分專家講座第58頁單體G-肌動蛋白纖維狀F-肌動蛋白植