第一章 细胞-.ppt

1、第一章植物细胞的结构与功能,*细胞概述1.细胞壁的结构与功能2.原生质的性质3.生物膜的结构与功能4.植物细胞的亚微结构与功能,本章介绍植物细胞的化学组成,细胞原生质的性质,植物细胞的结构特征,生物膜的结构与功能，细胞的亚显微结构与功能本章重点是生物膜的结构模型及功能;本章难点是植物细胞亚显微结构与功能。,第一节植物细胞的结构与组成,一、细胞的概述细胞是生物体结构和功能的基本单位。（一）原核细胞和真核细胞根据细胞的进化程度，可将其分为两大类型：原核细胞和真核细胞。,纤毛,细胞壁,拟核,鞭毛,核糖体,质膜,内含物,细菌结构模式图,植物细胞结构图解,植物细胞结构图,种子植物各种形状的细胞,(二)高

2、等植物细胞特点,原生质体：除细胞壁以内的细胞部分。包括细胞核，细胞器，细胞质基质以及其外围的细胞质膜。胞间连丝：穿越细胞壁，连接相邻细胞原生质（体）的管状通道。功能：细胞与细胞间可以进行物质与信息的交换。,微丝,叶绿体,线粒体,质膜,液泡,细胞核,内质网,微管,细胞壁,高尔基体,植物细胞模式图,动物细胞模式图,微丝,微管,质膜,线粒体,中心体,细胞核,溶酶体,内质网,高尔基体,（二）植物细胞特有的结构,细胞壁、叶绿体、大液泡、胞间连丝,（一）原生质的成分原生质为构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。,原生质,水分（85%),有机物（13.5%),无机物（1.5%),蛋白质（10%),核

3、酸（1.1%),其它（0.4%),脂类（2%),二、原生质的性质,1、水水在植物细胞中的存在有两种状态，即自由水和束缚水自由水：未与细胞组分结合而能自由活动的水，它是参与代谢过程的有效水分，它的含量直接影响各种生理、生化的活性。束缚水：通过水偶极引力松散地连接在蛋白质分子上的半固定水*自由水/束缚水之比，影响着细胞生理。比值大，生理代谢的活动强；比值小，则代谢活性弱，但抗逆性强。,2、蛋白质其生理功能可以简述为以下几方面：A.作为有机体新陈代谢的催化剂酶B.是植物细胞的结构成分C.有一类蛋白质作为贮藏蛋白D.膜负责运输物质通过膜的透过酶E.与非蛋白质结合形成复合蛋白，具有特殊的生理功能,3、核

4、酸核酸是由核苷酸单体组成的，共有两大类：核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。起着贮存、复制和传递遗传信息的生物功能。4、脂类主要有真脂、磷酯、糖脂。真脂是细胞中贮藏物质，磷酯和糖脂则是形成原生质中各种膜结构的主要成分。,5、糖类这些构成原生质的物质除水外，都可通过单体数量增减、性质的更换，序列的重排以及空间构象的变化，蕴藏多种生物信息,(一)原生质的物理特性1.张力由于原生质含有大量的水分，使它具有液体的某些性质，如有很大的表面张力，即液体表面有自动收缩到最小的趋势，因而裸露的原生质体呈球形。2.粘性和弹性原生质粘性高、弹性大的植物，抗逆性强。,3.流动性最简单的运动方式是细胞质沿质膜

5、的环流。原生质的流动速度一般不超过0.1mms-1原生质的流动在一定温度范围内随温度的升高而加速，且与呼吸作用有密切的联系。,(二)原生质的胶体特性1.带电性与亲水性原生质胶体主要由蛋白质组成，蛋白质表面的氨基与羧基发生电离时可使蛋白质分子表面形成一层带电荷的吸附层。在吸附层外又有一层带电量相等而符号相反的松弛的扩散层。这样就在原生质胶体颗粒外面形成一个双电层。,双电层对维持胶体的稳定性起了重要作用。对疏水胶体尤为重要。对于亲水胶体，有很厚的水合层的保护，更加稳定。区别疏水胶体与亲水胶体疏水胶体：处于等电点或者其他电解质剥去胶粒周围电荷时，胶体即沉淀。亲水胶体：既剥电荷又去水层时，胶体才会沉淀

6、。,2.扩大界面原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但它们的分散度很高，比表面积(表面积与体积之比)很大。随表面积增大，表面能也相应增加。由于表面能的作用，它可以吸引很多分子聚集在界面上，这就是吸附作用。,.凝胶作用溶胶是胶粒完全分散在介质中，胶体是一种液化的半流动状态，胶粒保持着一定的布朗运动。凝胶是胶粒彼此连接形成网状结构，介质被固定在网眼中，胶体失去流动性，成为有一定结构和弹性的半固体状态的胶体。溶胶和凝胶是胶体存在的两种状态。,溶胶和凝胶在一定条件下通过凝胶作用或溶胶作用可以相互转化。（温度是引起这种转变的主要因素）,4吸胀作用,(三)原生质的液晶性质,液晶态是物质介于固态与液态之

7、间的一种状态，它既有固体结构的规则性，又有液体的流动性；在光学性质上像晶体，在力学性质上像液体。从微观来看，液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态。液晶态与生命活动息息相关。比如膜的流动性是生物膜具液晶态的重要特性。,液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态，需具备以下条件：A、分子必须是具有刚性的物质，在溶液中，往往呈棒状，近似棒状或扁平状的构相。B、分子链上必须具有苯环和能形成氢键的极性基团。C、分子中具有不对称的碳原子，分子本身具有较大的各向异性。,磷脂（作为生物膜“骨架”）、蛋白质、核酸、叶绿素、类胡萝卜素与多糖等在一定温度条件下都具有液晶性质膜的液晶性质发生改变：低

8、温高温固化液晶态液态,第二节、细胞壁的结构与功能,细胞壁是植物细胞外围的一层壁，具一定弹性和硬度，界定细胞形状和大小。（一）细胞壁的结构（二）细胞壁的化学组成（三）细胞壁的形成（四）细胞壁的功能,（一）、细胞壁的结构,典型的细胞壁是由胞间层、初生壁、次生壁（有的细胞）组成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。,细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，次生细胞壁中还有大量木质素。胞间层(中胶层）：果胶质初生壁：纤维素

9、，半纤维素，果胶质，蛋白质次生壁：纤维素，半纤维素，木质素，果胶质,（二）细胞壁的化学组成,细胞壁的结构图解1.细胞壁的一部分2.大纤丝3.扫描电镜下的微纤丝4.微纤丝的结构5.纤维素分子构成的长链及其晶格,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,1.纤维素纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由100010000个-D-葡萄糖残基以-1,4-糖苷键相连的无分支的长链。分子量在50000400000之间。,存在于细胞壁中的纤维素是自然界中最丰富的多糖。,由100010000个-D-葡萄糖分子以-1,4-糖苷键相连的无分支的长链微团微纤丝大纤丝

10、因而纤维素的这种结构非常牢固，使细胞壁具有高强度和抗化学降解的能力。,2.半纤维素半纤维素是指除纤维素和果胶物质以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称。不同来源的半纤维素，它们的成分也各不相同。有的由一种单糖缩合而成，如聚甘露糖和聚半乳糖。有的由几种单糖缩合而成，如木聚糖、阿拉伯糖、半乳聚糖等。半纤维素覆盖在微纤丝之外并通过氢键将微纤丝交联成复杂的网格，形成细胞壁内的高层次上的结构。,3.果胶类果胶物质是由半乳糖醛酸组成的多聚体。根据其结合情况及理化性质，可分为三类：即果胶酸、果胶和原果胶。胞间层基本上是由果胶物质组成的，使相邻的细胞粘合在一起。,4.木质素木质素不是多糖，是由苯基丙烷衍生物的单体

11、所构成的聚合物，在木本植物成熟的木质部中，其含量达18%38%，主要分布于纤维、导管和管胞中。木质素可以增加细胞壁的抗压强度，正是细胞壁木质化的导管和管胞构成了木本植物坚硬的茎干，并作为水和无机盐运输的输导组织。,5.蛋白质与酶细胞壁中最早被发现的蛋白质是伸展蛋白，它是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白，大约由300个氨基酸残基组成，这类蛋白质中羟脯氨酸(Hyp)含量特别高，一般为蛋白质的30%40%。,其它含量较高的氨基酸是丝氨酸(Ser)、缬氨酸、苏氨酸、组氨酸和酪氨酸等。伸展蛋白中的氨基酸顺序有特征性的结构单位为：Ser-Hyp-Hyp-(x)-Hyp-Hyp（X为0或数个其他氨基酸）,迄今已在细

12、胞壁中发现数十种酶，大部分是水解酶类，其余则多属于氧化还原酶类。比如果胶甲酯酶、酸性磷酸酯酶、过氧化物酶、多聚半乳糖醛酸酶等。,6.矿质细胞壁的矿质元素中最重要的是钙.据研究,壁中Ca2+浓度远远大于胞内,估计为10-510-4molL-1。所以细胞壁为植物细胞最大的钙库。,(三)细胞壁形成,与细胞壁形成有关的细胞器是:内质网、高尔基体、微管,（四）细胞壁的功能,1.支持作用2运输通道3保护作用4参与各种代谢活动,1.支持作用细胞壁可增加植物的机械强度，充当植物的骨架。维持细胞形状，控制细胞生长2.运输通道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

13、物等阻于其外。故细胞壁对细胞间物质的运输具有调节作用。,3.保护作用防御与抗性：初生细胞壁中的寡糖素能诱导植物凝集素的形成，*可使植物产生过敏性死亡，使得病原物不能进一步扩散。*有防御和抗病抗逆的功能。,4.其他功能：细胞壁中的酶类参与细胞壁高分子合成，转移及水解；参与细胞外物质输送到细胞内以及防御作用等。参与了植物与根瘤菌共生固氮的相互识别以及共同完成侵染作用；细胞壁中的多聚半乳糖醛酸酶可能参与了砧木和接穗之间嫁接过程中的识别反应。,二.胞间连丝胞间连丝是穿越细胞壁，连接相邻细胞原生质（体）的管状通道，其通道可由质膜或内质网膜或连丝微管所构成。,由胞间连丝把原生质体构成一体的体系称为共质体将

14、原生质体之外的空间，包括细胞壁与质膜间的空隙、细胞壁、细胞间隙等空间称为质外体,胞间连丝可表现为三种状态：（1）正常态内部具有固定的结构，允许1000KD之下的小分子通过；（2）开放态连丝内部结构解体，扩大为开放的通道，可以让高分子物质通过；（3）封闭态连丝通道被粘液体等临时封闭，或永久堵塞，控制细胞内物质外运，并造成细胞间的生理隔离。,(二)胞间连丝的功能1.物质交换2.信号传递纹孔：细胞壁上的水分运输通道。,图1-6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,细胞质,胞间连丝,液泡,细胞壁,细胞间隙,第三节生物膜的结构与功能,

15、生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。主要由脂类和蛋白质组成，具有一定结构和功能的膜状组分。按所处位置分为：质膜（原生质膜）内膜（内膜系统）是指真核细胞内由膜分隔而形成的具有连续功能的系统。,一、生物膜的化学组成膜脂(约占25%-40%,构成脂双分子层)膜蛋白(约占60%-65%,与脂类镶嵌成膜)膜糖(约占5%,与蛋白质和脂类结合),特点：不对称性流动性相变性,不同的膜成分的比列不同,特别是蛋白质和脂类的比列不同,细胞类型蛋白质/脂类肝细胞的细胞膜:1.0-1.4红血细胞的细胞膜:1.5-4.0内质网膜:0.7-1.5线粒体内膜:3.6线粒体外膜:1.2叶绿体片层膜:0.8,(一)膜蛋白外在蛋白内

16、在蛋白跨膜蛋白、埋藏蛋白等*膜脂蛋白膜蛋白执行着生物膜的主要功能,(二)膜脂在植物细胞中，构成生物膜的脂类主要是复合脂类，包括磷脂、糖脂、硫脂等。,磷脂分子结构既有疏水基团，又有亲水基团。,磷脂植物细胞膜中重要的磷脂属甘油磷脂，即含有甘油、磷酸、脂肪酸和含氮碱磷脂的特点:脂溶性的疏水基团（脂肪酸侧链）亲水性基团，（被含氮碱所酯化的磷酸根）亲水性基团疏水基团,*低温下，膜脂易固化膜脂肪酸链越长，固化温度越高；相同碳链不饱和键数越多，固化温度越低膜脂中不饱和脂肪酸含量较高，不饱和程度越高，则利于持膜在低温下的流动性，植物耐寒性较强*高温下，膜脂易液化饱和脂肪酸含量越高，越有利于保持膜在高温下的稳定

17、性，植物抗热性较强。,膜脂上的脂肪酸的饱和程度与植物的抗逆性关系,(三)膜糖主要分布于原生质膜的外单分子层。不超过15个单糖残基所连接成的具分支的低聚糖链（寡糖链）。功能：细胞之间进行相互识别和交换信息。,二、生物膜的结构关于生物膜的分子结构有许多假说与模型，二种最有代表性的模型：流动镶嵌模型板块镶嵌模型,(一)流动镶嵌模型（1972年由Singer和Nicolson提出）该学说认为：生物膜是由脂质双分子层构成，蛋白质插入或覆盖于脂质之上特点：膜具有不对称性；膜具有流动性局限性忽视了蛋白质对脂类分子流动性的控制和膜各部分流动性不均匀性等问题。,细胞膜的构造,生物膜结构模型,膜糖,磷脂,蛋白质,

18、（二）板块镶嵌模型,（1977年由M.K.Gain和White提出）该学说认为：整个生物膜是由不同组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性的可移动的模块所组成；不同流动性的区域可同时存在，各膜块能随生理状态和环境条件的改变而改变此模型是对流动镶嵌模型的补充和发展有利于说明膜功能的多样性及调节机制的复杂性,三、生物膜的主要功能1.分室作用2.反应场所3.制约物质的吸收与运转4.识别功能,1分室作用把细胞与外界环境隔开细胞内的空间分隔成许多微小的区域（即形成各种细胞器-使细胞的生命活动“按室进行”由于内膜系统的存在，各个细胞器联系起来同时完成各种连续的生理生化反应,2反应场所细胞内的生化反应具有特

19、异性、高效性和连续性。细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。,3制约物质的吸收与运转质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性，它控制着细胞及各种细胞器的物质吸收与转移。,4识别功能质膜上的多糖链分布于其外表面，如似“触角一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种剌激或信号，使细胞作出相应的反应。,典型的植物细胞：细胞壁微膜系统原生质体微梁系统微球系统,三.植物细胞的亚微结构与功能,一.微膜系统1.内质网2.高尔基体3.溶酶体4.液泡5.微体6.圆球体,微丝,叶绿体,线粒体,质膜,液泡,细胞核,内质网,微管,细胞壁,高尔基体,植物细胞模式图,二.微梁系统1.微管2.微丝3.中间纤维,（一）微

20、膜系统：包括质膜和内膜1、细胞核结构:核一般呈圆球状（分生组织细胞）或呈扁平状（有大液泡的细胞）核膜染色质基质核仁,细胞核的化学组成细胞核主要由核酸和蛋白质组成，并含少量的脂类及无机离子等，其中蛋白质含量最高。在核酸中，DNA含量常高于RNA。,核的结构和功能,1.核膜由两层单位膜组成。外膜与内质网相连，在朝向胞质的外表面上有核糖体。核膜把核与胞质分隔开，其上有核孔。核孔是由蛋白质构成的复杂结构，叫核孔复合体，它是核质进行物质、信息交换的主要通道。,2.染色体是细胞核中能被碱性染料着色的物质，是真核细胞在间期核中的DNA、碱性蛋白、酸性蛋白及少量RNA共同组成的线状复合体。,3.核基质是间期细

21、胞核内，除去染色质和核仁之外的非染色或染色很浅的基质。其中除核仁、染色质及核糖体外，含有多种酶。当基质呈凝胶态时称核质，呈液态时称核液。核基质可为核内的代谢提供一个稳定的、良好的环境，为核内物质的运输和可溶性代谢产物提供必要的介质。,功能：1）是细胞遗传信息合成和复制的场所。2）是代谢的调控中心。,植物细胞特点之一就是具有双层膜的质体。质体是由前质体分化发育而成的。主要有淀粉体、叶绿体和杂色体等。淀粉体能合成和分解淀粉，内含有一个到几十个淀粉粒，可膨胀得很大。叶绿体含有叶绿素等色素，是光合作用的细胞器，,二、质体和叶绿体,叶绿体结构：呈椭圆形被膜（双层：内膜、外膜）类囊体（间质类囊体、基粒类囊

22、体）基质,结构：,功能：光合作用的场所,三、线粒体结构：呈圆形棒状结构。外膜（选择性小）被膜内膜（选择性大，有ATP酶）基质,结构,功能：呼吸作用的场所,四、内质网结构：是膜的网状系统，由双层单位膜平行排列组成的层状膜体。粗糙内质网光滑内质网,结构：,功能：1）是合成蛋白质的场所2）是合成脂性物质的场所3）是细胞间通讯与传递系统4）是物质运输的通道5）分隔作用,植物内质网功能区模型图,五、高尔基体结构：是碟形体，由几层扁平的泡囊或束隔组成。,高尔基体透射电镜图,高尔基体的亚显微结构及功能图解A.高尔基体的结构B.高尔基体的分泌活动高尔基体的扁囊2.高尔基体小泡3.内质网4.质膜,功能：1）物质

23、集运2）生物大分子组装3）参与细胞壁的形成4）分泌物质,经由高尔基体的物质集运A.木糖葡萄糖的集运B.果胶多糖的集运,6、溶酶体结构：单层包被的球形体，由被膜和基质组成。功能：1）消化作用2）吞噬作用3）自溶作用-细胞的“自杀性武器”,七、液泡结构：单层包被的球形体，由被膜和基质组成。功能：1）转运物质2）吞噬和消化作用3）调节细胞水势4）吸收和积累物质5）赋予细胞不同颜色,植物细胞的液泡及其发育A-E.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,八、微体结构：单层膜包被的球形体，直径0.2-1.5m；内含基质。功能：1）过氧化物体：乙醇酸氧化的场所，与线粒体、叶绿体共同完成光呼吸的过程