植物细胞生理

1、( (一一) )植物细胞概述植物细胞概述1665年英国学者胡克(Hooke)首次描述植物细胞1838年和1839年德国植物学家(Schleiden)和动物学家(Schwann)创立细胞学说(cell theory) (19世纪自然科学三大发现之一） 。胡克胡克胡克使用胡克使用的显微镜的显微镜 生物膜，即细胞膜； DNA和RNA-遗传信息载体，遗传物质能复制加倍； 核糖体-蛋白质生命体大液泡、质体 (叶绿体)和细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征。( (二二) )植物细胞的亚显微结构与功能植物细胞的亚显微结构与功能2011年考研题细胞壁果胶质水解的产物主要是（ ）A. 半乳糖醛酸 B.

2、葡萄糖 C. 核糖 D. 果糖2012年考研题 构成植物细胞初生壁的干物质中，含量最高的是 A.蛋白质 B.矿质 C.木质素 D.多糖 2008年考研题 下列蛋白质中,属于植物细胞壁结构蛋白的是( ) A.钙调蛋白;B.伸展蛋白;C.G蛋白;D.扩张蛋白2014年考研题植物细胞壁中含量最高的矿质元素是A.镁B. 锌C. 钙 D.铁胞间层胞间层-果胶质(果胶酸、果胶和原果胶）；初生壁初生壁-纤维素、半纤维素、果胶质。次生壁次生壁纤维素、木质素很多细胞只有初生壁，如分生组织细胞、胚乳细胞等。 1.1.维持细胞形状，控制细胞生长维持细胞形状，控制细胞生长 图图 正在发育的细胞的细胞壁能形成各种形状正

3、在发育的细胞的细胞壁能形成各种形状（A）鱼尾菊叶片海绵组织通过减小细胞间的接触和增大表面积来实现气体交换。（B）鱼尾草花瓣通过表皮细胞的特殊形状反射光从而形成丰富的颜色。（C）管胞的次生加厚阻止了细胞壁由蒸腾拉力引起的破裂。（D）拟南芥毛状体是精巧分支的表皮细胞。2.2.物质运输与信息传递物质运输与信息传递 细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通过，而将大分子或微生物等阻于其外。3.3.防御与抗性防御与抗性 细胞壁中一些寡糖片段能诱导植保素植保素的形成。防病抗逆的功能。寡糖素寡糖素庚葡萄糖苷庚葡萄糖苷 由7个葡萄糖单元组成的链，它与许多无活性的细胞壁庚葡萄糖苷不同之处仅在于2个侧链(

4、各为单个葡糖单元)与骨架连接的位置，骨架是以糖苷键连接的5个葡萄糖单元的链。2.2.植物细胞膜系统植物细胞膜系统蛋白质：60%65%，体积大，数目少脂类：25%40%，体积小，数目多,有硫脂、糖脂、磷脂(含量最多，磷酸基的复合脂,如甘油磷脂:卵磷脂和脑磷脂)糖：5%膜蛋白含量越高膜蛋白含量越高,膜的功能越复杂。膜的功能越复杂。Flow mosaic model (流动镶嵌模型流动镶嵌模型, 强调) 磷脂有极性磷脂有极性“头部头部”和由二条长脂肪酸链组成的非极性和由二条长脂肪酸链组成的非极性“尾巴尾巴”v分室作用分室作用 v代谢反应的场所代谢反应的场所 v能量转换场所能量转换场所 v控制物质交换

5、控制物质交换v识别功能识别功能 花粉粒外壁的糖蛋白与柱头细胞质花粉粒外壁的糖蛋白与柱头细胞质膜的蛋白质之间膜的蛋白质之间微管、微丝和中间纤微管、微丝和中间纤维等都是由丝状维等都是由丝状蛋白质多蛋白质多聚体聚体构成，没有构成，没有膜膜的结构。的结构。细胞骨架的主要功能（G. Karp 2002） 作用：稳定细胞的结构；引导生物大分子、大分子复合作用：稳定细胞的结构；引导生物大分子、大分子复合体和细胞器的定向移动；促进胞内物质和信息的交换。体和细胞器的定向移动；促进胞内物质和信息的交换。2013年考研题 细胞骨架的组成成分主要是（细胞骨架的组成成分主要是（ ） A，纤维素，纤维素 B，半乳糖醛酸，

6、半乳糖醛酸 C， 木质素木质素 D， 蛋白质蛋白质微管是由球状的微管是由球状的微管蛋白组装成的中空管状组装成的中空管状结构。结构。结构成分是由结构成分是由构构成的异二聚体。成的异二聚体。1.1.微管的结构微管的结构图图1-16 1-16 微管与微丝微管与微丝(A)微管。每个微管由-微管蛋白与-微管蛋白构成的异二聚体螺旋盘绕而成 (B)微丝。示两股G肌动蛋白亚基 2.2.微管的功能微管的功能纺缍体和染色体运动纺缍体和染色体运动因为微管控制细胞壁的形成。因为微管控制细胞壁的形成。 纤毛运动、鞭毛运动纤毛运动、鞭毛运动 微丝微丝比微管细而长。比微管细而长。也称为也称为肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维，是由，

7、是由肌动蛋白构成的肌动蛋白构成的多聚体，呈丝多聚体，呈丝状。还与状。还与肌球蛋白、原肌球蛋白肌球蛋白、原肌球蛋白等构成复合物质。等构成复合物质。2009年考研题 植物细胞中，组成微丝的蛋白质是( ) A力蛋白；B 动蛋白；C 角蛋白；D 肌动蛋白 2.微丝的功能 主要生理功能是为胞质运动提主要生理功能是为胞质运动提供动力供动力(1)参与胞质运动 (2)参与物质运输和细胞感应 1.中间纤维的结构 中间纤维 是一类柔韧性是一类柔韧性很强的蛋白质丝，其成分比微很强的蛋白质丝，其成分比微丝和微管复杂，由丝状亚基组丝和微管复杂，由丝状亚基组成。成。中间纤维组装模型中间纤维组装模型 A.两条中间纤维多肽形

8、成二聚体 B.两个二聚体反向平行交叠构成四聚体C.四聚体首尾相连形成原纤维D.8根原纤维构成圆柱状的10nm纤维(1)支架作用 中间纤维可以从核骨架向细胞膜中间纤维可以从核骨架向细胞膜延伸，形成一个细胞质纤维网，起支架作用。延伸，形成一个细胞质纤维网，起支架作用。(2)参与细胞发育与分化 中间纤维与细胞发育、中间纤维与细胞发育、分化、分化、mRNAmRNA等的运输有关。等的运输有关。2.2.中间纤维的功能中间纤维的功能胞间连丝的超微结构胞间连丝的超微结构A.两个相邻细胞的胞壁电子显微图，显示胞间连丝 B.具有两种不同形状胞间连丝的细胞壁示意图 1. 1.细胞信号转导概述细胞信号转导概述信号信号

9、 生物在生长发育过程中细胞所受到的各种刺激。主要作用是承载信息。性质:物理信号、化学信号和生物信号。信号的来源:胞外(间)信号和胞内信号。 第一信使第一信使或初级信使初级信使。胞外环境信号和胞间信号胞间信号。胞外环境信号:影响植物生长发育的外界环境因子。1 18 8. .2 2 各各 种种 内内 部部 信信 号号 影影 响响 植植 物物 细细 胞胞 的的 代代 谢谢 、 生生 长长 和和 发发 育育生 长 调 节 剂未 知 发 育 信 号温 度病 原 体 (真 菌 、细 菌 、 病 毒 )激 素膨 压电 信 号多 肽糖 、 氨 基 酸壁 断 片壁 的 机 械 压 力矿 质光转 播放 大发 散

10、到 多 个 目 标改 变 离子 流细 胞 骨架 改 变改 变 细 胞 生 长 和 代 谢调 节 代谢 途 径基 因 表达 调 节伤 害 植物细胞内几种主要的第二信使分子结构植物细胞内几种主要的第二信使分子结构第二信使第二信使 由细胞感受胞外信号后产生的对细胞代谢起调控作用的胞内信号分子。2.2.植物细胞信号转导途径（过程）植物细胞信号转导途径（过程）信号的感知和跨膜转换胞内信号的传导细胞的生理生化反应信号转导过程信号转导过程3.3.胞间信号胞间信号胞间信号是指由植物体自身合成的、能从产生之处运到别处，并对其他细胞产生刺激的细胞间通讯分子。植物激素、多肽、糖植物激素、多肽、糖类类等是主要的胞间化

11、学信号，而电波和水压力电波和水压力等是植物体中的胞间物理信号。1 18 8. .2 2 各各 种种 内内 部部 信信 号号 影影 响响 植植 物物 细细 胞胞 的的 代代 谢谢 、 生生 长长 和和 发发 育育生 长 调 节 剂未 知 发 育 信 号温 度病 原 体 (真 菌 、细 菌 、 病 毒 )激 素膨 压电 信 号多 肽糖 、 氨 基 酸壁 断 片壁 的 机 械 压 力矿 质光转 播放 大发 散 到 多 个 目 标改 变 离子 流细 胞 骨架 改 变改 变 细 胞 生 长 和 代 谢调 节 代谢 途 径基 因 表达 调 节伤 害 （1）由离子通道连接受体跨膜转换信号能识别特异配基并与之

12、结合的受体功能。当这类受体和配基结合接收信号后，可以引起跨膜的离子流动，使胞内离子浓度发生变化，这一离子浓度变化便是第二信使。离子通道连接受体结构示意图离子通道连接受体结构示意图4.4.跨膜信号转导跨膜信号转导（2）由酶联受体直接跨膜转换信号受体的胞外结构域可与配基特异结合，激活胞内侧蛋白激酶结构域，使胞内某些蛋白质的氨基酸残基磷酸化，从而将胞外信号传至胞内。拟南芥乙烯信拟南芥乙烯信号转导模式号转导模式（3）由G蛋白偶联受体跨膜转换信号 胞外信号被细胞表面的受体识别后，通过膜上的G蛋白转换到膜内侧的效应酶上，再通过效应酶产生多种第二信使，从而把胞外的信号转换到胞内。异三聚体G蛋白（GTP结合蛋

13、白）由3种不同亚基(、)构成，亚基含有与GTP结合的活性位点，并具有GTP酶活性；和亚基一般以稳定的复合状态存在，对G蛋白有调节和修饰功能。2011年考研题1. G-蛋白是一类具有重要生理调节功能的蛋白蛋白是一类具有重要生理调节功能的蛋白质，它在细胞信号转导中的作用是质，它在细胞信号转导中的作用是( )A. 作为细胞质膜上的受体感受胞外信号;B. 经胞受体激活后完成信号的跨膜转换;C. 作为第二信号;D. 作为蛋白激酶磷酸化靶蛋白。5.5.胞内信号传导胞内信号传导钙信使系统环核苷酸信使系统肌醇磷脂信使系统。植物细胞受到胞外信号刺激，胞内游离的钙离子浓度会发生变化，并可以显著影响细胞的生理生化反

14、应。1.钙信使系统CaM钙调素钙调素(CaM)是最重要的多功能Ca2+信号受体。当外界信号刺激外界信号刺激引起胞内CaCa2+2+浓度上升浓度上升到一定阈值后(一般10-mol), CaCa2+2+与与CaMCaM结合结合，引起CaMCaM构象改变构象改变。活化的活化的CaMCaM又与靶酶结合又与靶酶结合，使靶酶活化靶酶活化而引起生理反应引起生理反应。2.环核苷酸信使系统环核苷酸是在活细胞内最早发现的第二信使：胞外信号激活G蛋白。激活亚基作用于与腺苷酸环化酶，cAMP被合成。cAMP激活蛋白激酶A，催化亚基(C)和调控亚基(R)相互分离。C亚基进入细胞核，催化cAMP应答元件结合蛋白的磷酸化，磷酸化后的CREB与核染色体DNA上的cAMP应答元件结合，调控基因的表达。催化亚基(C)在细胞质中引发细胞反应胞外信号与受体结合，激活与受体偶联的胞外信号与受体结合，激活与受体偶联的G蛋白，活化的蛋白，活化的G蛋白蛋白亚基激活位于其下游亚基激活位于其下游的磷脂酶的磷脂酶C(PLC)。膜上的。膜上的PIP2在在PLC的作用下被水解成的作用下被水解成IP3和和DAG。IP3通过激活细通过激活细胞内钙库上的胞内钙库上的IP3敏