全国统一考试教案-校外-二、植物细胞生理

二细胞生理(一)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年德国植物学家施莱登(Schleiden)和动物学家施旺(Schwann)创立细胞学说(celltheory)(19世纪自然科学三大发现之一）

。胡克胡克使用的显微镜1、细胞的共性生物膜，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；原核细胞：结构简单，无成形的细胞核,无细胞器，如细菌和蓝藻真核细胞：大部分大液泡、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。2.高等植物细胞的特点:(二)植物细胞的亚显微结构与功能1.植物细胞壁的组成、结构与生理功能

(1)细胞壁的化学组成90%左右是多糖(纤维素、半纤维素和果胶类—半乳糖醛酸组成的多聚体)，10%左右是蛋白质(最早发现的结构蛋白是伸展蛋白,初生壁中)、木质素和矿质等。细胞壁：植物细胞最大的钙库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.葡萄糖C.核糖D.果糖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.扩张蛋白调节蛋白(2)细胞壁的结构特点胞间层--果胶质(果胶酸、果胶和原果胶）；初生壁--纤维素、半纤维素、果胶质。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。(3)细胞壁的生理功能

1.维持细胞形状，控制细胞生长图正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.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.防御与抗性

细胞壁中一些寡糖片段能诱导植保素的形成。防病抗逆的功能。寡糖素——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(各为单个葡糖单元)与骨架连接的位置，骨架是以β糖苷键连接的5个葡萄糖单元的链。生物膜：构成细胞的所有膜的总称；质膜（原生质膜）：处于细胞质外面的一层膜；内膜：处于细胞质中构成各种细胞器的膜2.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,膜的功能越复杂。2009年考研题:植物细胞质膜中,含量最高的脂类物质是:A硫脂;B糖脂;C磷脂;D胆固醇（1）化学组成Flowmosaicmodel(流动镶嵌模型,强调不对称性和流动性)磷脂有极性“头部”和由二条长脂肪酸链组成的非极性“尾巴”（2）膜的结构（3）生物膜的功能分室作用代谢反应的场所能量转换场所控制物质交换识别功能花粉粒外壁的糖蛋白与柱头细胞质膜的蛋白质之间3、细胞骨架(微梁系统)微管、微丝和中间纤维等都是由丝状蛋白质多聚体构成，没有膜的结构。细胞骨架的主要功能（G.Karp2002）

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。(1)微管微管是由球状的微管蛋白组装成的中空管状结构。结构成分是由α-微管蛋白与β-微管蛋白构成的异二聚体。1.微管的结构图1-16微管与微丝(A)微管。每个微管由α-微管蛋白与β-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(1)控制细胞分裂和细胞壁的形成

2.微管的功能纺缍体和染色体运动(2)保持细胞形状因为微管控制细胞壁的形成。(3)参与细胞运动

纤毛运动、鞭毛运动

(二)微丝1.微丝的结构

微丝比微管细而长。也称为肌动蛋白纤维，是由肌动蛋白构成的多聚体，呈丝状。还与肌球蛋白、原肌球蛋白等构成复合物质。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；E肌动蛋白

2.微丝的功能

主要生理功能是为胞质运动提供动力(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很强的蛋白质丝，其成分比微丝和微管复杂，由丝状亚基组成。(3)中间纤维中间纤维组装模型

A.两条中间纤维多肽形成二聚体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、分化、mRNA等的运输有关。2.中间纤维的功能1.胞间连丝：穿越细胞壁，连接相邻细胞原生质（体）的管状通道。它可由内质网片段和部分原生质丝构成的。主要的生理功能包括物质交换和信号传递。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4.胞间连丝

2.共质体：由胞间连丝把原生质体连成一体的体系；

阻力大，速度慢；

3.质外体：细胞壁、质膜与细胞壁间隙及细胞间隙等空间；

阻力小，速度快。

（三）植物细胞信号转导1.细胞信号转导概述信号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。第一信使或初级信使。胞外环境信号和胞间信号。胞外环境信号:影响植物生长发育的外界环境因子。Ca2+、肌醇-1，4，5-三磷酸(IP3)、二酯酰甘油(DAG)、环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP)植物细胞内几种主要的第二信使分子结构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.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3.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、糖类等是主要的胞间化学信号，而电波和水压力等是植物体中的胞间物理信号。（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4.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结合蛋白）由3种不同亚基(α、β、γ)构成，α亚基含有与GTP结合的活性位点，并具有GTP酶活性；β和γ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。G蛋白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.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。(1)胞内第二信使系统DAG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应。1.钙信使系统CaM钙调素(CaM)是最重要的多功能Ca2+信号受体。当外界信号刺激引起胞内Ca2+浓度上升到一定阈值后(一般≥10-６mol),Ca2+与CaM结合，引起CaM构象改变。活化的CaM又与靶酶结合，使靶酶活化而引起生理反应。钙受体蛋白:钙调素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：环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP)环核苷酸介导的信号转导胞外信号激活G蛋白。激活α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G蛋白，活化的G蛋白α亚基激活位于其下游的磷脂酶C(PLC)。膜上的PIP2在PLC的作用下被水解成IP3和DAG。IP3通过激活细胞内钙库上的IP3敏感的钙通道，促使Ca2+从钙库中释放出来，引起胞内游离的Ca2+浓度升高，进而通过胞内的Ca2+信使系统调节和控制相应的生理反应。DAG激活蛋白激酶C(PKC)，对某些底物蛋白或酶进行磷酸化，实现信号的下游传递。IP3/DAG双信号转导系统3.肌醇磷脂信号系统

生理现象信号受体或感受部位相应的生理生化反应植物向光性反应蓝光向光素茎受光侧生长素浓度比背光侧低，受光侧生长速率低于背光侧光诱导的种子萌发红光/远红光光敏色素红光促进种子萌发/远红光抑制萌发光诱导的气孔运动蓝光/绿光蓝光受体/玉米黄素蓝光促进气孔开放/绿光抑制开放干旱诱导的气孔运动干旱细胞壁和/或细胞膜ABA合成与气孔关闭根的向地性生长重力根冠柱细胞中淀粉体根向地侧生长素浓度比背地侧高，向地侧生长速率低于背地侧含羞草感震运动机械刺激、电波感受细胞的膜离子的跨膜运输，叶枕细胞的膨压变化，小叶运动光周期诱导植物开