全國統(tǒng)一考試教案-校外-二、植物細胞生理

二細胞生理(一)植物細胞概述1665年英國學者胡克(Hooke)首次描述植物細胞1838年和1839年德國植物學家施萊登(Schleiden)和動物學家施旺(Schwann)創(chuàng)立細胞學說(celltheory)(19世紀自然科學三大發(fā)現(xiàn)之一）

。胡克胡克使用的顯微鏡1、細胞的共性生物膜，即細胞膜；DNA和RNA-遺傳信息載體，遺傳物質(zhì)能復制加倍；核糖體-蛋白質(zhì)；原核細胞：結(jié)構(gòu)簡單，無成形的細胞核,無細胞器，如細菌和藍藻真核細胞：大部分大液泡、質(zhì)體(葉綠體)和細胞壁是植物細胞區(qū)別于動物細胞的三大結(jié)構(gòu)特征。2.高等植物細胞的特點:(二)植物細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)與功能1.植物細胞壁的組成、結(jié)構(gòu)與生理功能

(1)細胞壁的化學組成90%左右是多糖(纖維素、半纖維素和果膠類—半乳糖醛酸組成的多聚體)，10%左右是蛋白質(zhì)(最早發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)蛋白是伸展蛋白,初生壁中)、木質(zhì)素和礦質(zhì)等。細胞壁：植物細胞最大的鈣庫2011年考研題細胞壁果膠質(zhì)水解的產(chǎn)物主要是（）A.半乳糖醛酸B.葡萄糖C.核糖D.果糖2008年考研題下列蛋白質(zhì)中,屬于植物細胞壁結(jié)構(gòu)蛋白的是()A.鈣調(diào)蛋白;B.伸展蛋白;C.G蛋白;D.擴張蛋白調(diào)節(jié)蛋白(2)細胞壁的結(jié)構(gòu)特點胞間層--果膠質(zhì)(果膠酸、果膠和原果膠）；初生壁--纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)。次生壁—纖維素、木質(zhì)素很多細胞只有初生壁，如分生組織細胞、胚乳細胞等。(3)細胞壁的生理功能

1.維持細胞形狀，控制細胞生長圖正在發(fā)育的細胞的細胞壁能形成各種形狀（A）魚尾菊葉片海綿組織通過減小細胞間的接觸和增大表面積來實現(xiàn)氣體交換。（B）魚尾草花瓣通過表皮細胞的特殊形狀反射光從而形成豐富的顏色。（C）管胞的次生加厚阻止了細胞壁由蒸騰拉力引起的破裂。（D）擬南芥毛狀體是精巧分支的表皮細胞。2.物質(zhì)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的蛋白質(zhì)通過，而將大分子或微生物等阻于其外。3.防御與抗性

細胞壁中一些寡糖片段能誘導植保素的形成。防病抗逆的功能。寡糖素——庚葡萄糖苷

由7個葡萄糖單元組成的鏈，它與許多無活性的細胞壁庚葡萄糖苷不同之處僅在于2個側(cè)鏈(各為單個葡糖單元)與骨架連接的位置，骨架是以β糖苷鍵連接的5個葡萄糖單元的鏈。生物膜：構(gòu)成細胞的所有膜的總稱；質(zhì)膜（原生質(zhì)膜）：處于細胞質(zhì)外面的一層膜；內(nèi)膜：處于細胞質(zhì)中構(gòu)成各種細胞器的膜2.植物細胞膜系統(tǒng)蛋白質(zhì)：60%－65%，體積大，數(shù)目少脂類：25%－40%，體積小，數(shù)目多,有硫脂、糖脂、磷脂(含量最多，磷酸基的復合脂,如甘油磷脂:卵磷脂和腦磷脂)糖：5%膜蛋白含量越高,膜的功能越復雜。2009年考研題:植物細胞質(zhì)膜中,含量最高的脂類物質(zhì)是:A硫脂;B糖脂;C磷脂;D膽固醇（1）化學組成Flowmosaicmodel(流動鑲嵌模型,強調(diào)不對稱性和流動性)磷脂有極性“頭部”和由二條長脂肪酸鏈組成的非極性“尾巴”（2）膜的結(jié)構(gòu)（3）生物膜的功能分室作用代謝反應的場所能量轉(zhuǎn)換場所控制物質(zhì)交換識別功能花粉粒外壁的糖蛋白與柱頭細胞質(zhì)膜的蛋白質(zhì)之間3、細胞骨架(微梁系統(tǒng))微管、微絲和中間纖維等都是由絲狀蛋白質(zhì)多聚體構(gòu)成，沒有膜的結(jié)構(gòu)。細胞骨架的主要功能（G.Karp2002）

作用：穩(wěn)定細胞的結(jié)構(gòu)；引導生物大分子、大分子復合體和細胞器的定向移動；促進胞內(nèi)物質(zhì)和信息的交換。(1)微管微管是由球狀的微管蛋白組裝成的中空管狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)成分是由α-微管蛋白與β-微管蛋白構(gòu)成的異二聚體。1.微管的結(jié)構(gòu)圖1-16微管與微絲(A)微管。每個微管由α-微管蛋白與β-微管蛋白構(gòu)成的異二聚體螺旋盤繞而成(B)微絲。示兩股G－肌動蛋白亞基(1)控制細胞分裂和細胞壁的形成

2.微管的功能紡綞體和染色體運動(2)保持細胞形狀因為微管控制細胞壁的形成。(3)參與細胞運動

纖毛運動、鞭毛運動

(二)微絲1.微絲的結(jié)構(gòu)

微絲比微管細而長。也稱為肌動蛋白纖維，是由肌動蛋白構(gòu)成的多聚體，呈絲狀。還與肌球蛋白、原肌球蛋白等構(gòu)成復合物質(zhì)。2009年考研題植物細胞中，組成微絲的蛋白質(zhì)是()A力蛋白；B動蛋白；C角蛋白；E肌動蛋白

2.微絲的功能

主要生理功能是為胞質(zhì)運動提供動力(1)參與胞質(zhì)運動(2)參與物質(zhì)運輸和細胞感應1.中間纖維的結(jié)構(gòu)

中間纖維是一類柔韌性很強的蛋白質(zhì)絲，其成分比微絲和微管復雜，由絲狀亞基組成。(3)中間纖維中間纖維組裝模型

A.兩條中間纖維多肽形成二聚體B.兩個二聚體反向平行交疊構(gòu)成四聚體C.四聚體首尾相連形成原纖維D.8根原纖維構(gòu)成圓柱狀的10nm纖維(1)支架作用中間纖維可以從核骨架向細胞膜延伸，形成一個細胞質(zhì)纖維網(wǎng)，起支架作用。(2)參與細胞發(fā)育與分化中間纖維與細胞發(fā)育、分化、mRNA等的運輸有關(guān)。2.中間纖維的功能1.胞間連絲：穿越細胞壁，連接相鄰細胞原生質(zhì)（體）的管狀通道。它可由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)片段和部分原生質(zhì)絲構(gòu)成的。主要的生理功能包括物質(zhì)交換和信號傳遞。胞間連絲的超微結(jié)構(gòu)A.兩個相鄰細胞的胞壁電子顯微圖，顯示胞間連絲B.具有兩種不同形狀胞間連絲的細胞壁示意圖4.胞間連絲

2.共質(zhì)體：由胞間連絲把原生質(zhì)體連成一體的體系；

阻力大，速度慢；

3.質(zhì)外體：細胞壁、質(zhì)膜與細胞壁間隙及細胞間隙等空間；

阻力小，速度快。

（三）植物細胞信號轉(zhuǎn)導1.細胞信號轉(zhuǎn)導概述信號生物在生長發(fā)育過程中細胞所受到的各種刺激。主要作用是承載信息。性質(zhì):物理信號、化學信號和生物信號。信號的來源:胞外(間)信號和胞內(nèi)信號。第一信使或初級信使。胞外環(huán)境信號和胞間信號。胞外環(huán)境信號:影響植物生長發(fā)育的外界環(huán)境因子。Ca2+、肌醇-1，4，5-三磷酸(IP3)、二酯酰甘油(DAG)、環(huán)腺苷酸(cAMP)、環(huán)鳥苷酸(cGMP)植物細胞內(nèi)幾種主要的第二信使分子結(jié)構(gòu)第二信使由細胞感受胞外信號后產(chǎn)生的對細胞代謝起調(diào)控作用的胞內(nèi)信號分子。2.植物細胞信號轉(zhuǎn)導途徑（過程）信號的感知和跨膜轉(zhuǎn)換胞內(nèi)信號的傳導細胞的生理生化反應信號轉(zhuǎn)導過程3.胞間信號胞間信號是指由植物體自身合成的、能從產(chǎn)生之處運到別處，并對其他細胞產(chǎn)生刺激的細胞間通訊分子。植物激素、多肽、糖類等是主要的胞間化學信號，而電波和水壓力等是植物體中的胞間物理信號。（1）由離子通道連接受體跨膜轉(zhuǎn)換信號能識別特異配基并與之結(jié)合的受體功能。當這類受體和配基結(jié)合接收信號后，可以引起跨膜的離子流動，使胞內(nèi)離子濃度發(fā)生變化，這一離子濃度變化便是第二信使。離子通道連接受體結(jié)構(gòu)示意圖4.跨膜信號轉(zhuǎn)導（2）由酶聯(lián)受體直接跨膜轉(zhuǎn)換信號受體的胞外結(jié)構(gòu)域可與配基特異結(jié)合，激活胞內(nèi)側(cè)蛋白激酶結(jié)構(gòu)域，使胞內(nèi)某些蛋白質(zhì)的氨基酸殘基磷酸化，從而將胞外信號傳至胞內(nèi)。擬南芥乙烯信號轉(zhuǎn)導模式（3）由G蛋白偶聯(lián)受體跨膜轉(zhuǎn)換信號

胞外信號被細胞表面的受體識別后，通過膜上的G蛋白轉(zhuǎn)換到膜內(nèi)側(cè)的效應酶上，再通過效應酶產(chǎn)生多種第二信使，從而把胞外的信號轉(zhuǎn)換到胞內(nèi)。異三聚體G蛋白（GTP結(jié)合蛋白）由3種不同亞基(α、β、γ)構(gòu)成，α亞基含有與GTP結(jié)合的活性位點，并具有GTP酶活性；β和γ亞基一般以穩(wěn)定的復合狀態(tài)存在，對G蛋白有調(diào)節(jié)和修飾功能。G蛋白2011年考研題1.G-蛋白是一類具有重要生理調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì)，它在細胞信號轉(zhuǎn)導中的作用是()A.作為細胞質(zhì)膜上的受體感受胞外信號;B.經(jīng)胞受體激活后完成信號的跨膜轉(zhuǎn)換;C.作為第二信號;D.作為蛋白激酶磷酸化靶蛋白。5.胞內(nèi)信號傳導鈣信使系統(tǒng)環(huán)核苷酸信使系統(tǒng)肌醇磷脂信使系統(tǒng)。(1)胞內(nèi)第二信使系統(tǒng)DAG植物細胞受到胞外信號刺激，胞內(nèi)游離的鈣離子濃度會發(fā)生變化，并可以顯著影響細胞的生理生化反應。1.鈣信使系統(tǒng)CaM鈣調(diào)素(CaM)是最重要的多功能Ca2+信號受體。當外界信號刺激引起胞內(nèi)Ca2+濃度上升到一定閾值后(一般≥10-６mol),Ca2+與CaM結(jié)合，引起CaM構(gòu)象改變?；罨腃aM又與靶酶結(jié)合，使靶酶活化而引起生理反應。鈣受體蛋白:鈣調(diào)素2.環(huán)核苷酸信使系統(tǒng)環(huán)核苷酸是在活細胞內(nèi)最早發(fā)現(xiàn)的第二信使：環(huán)腺苷酸(cAMP)、環(huán)鳥苷酸(cGMP)環(huán)核苷酸介導的信號轉(zhuǎn)導胞外信號激活G蛋白。激活α亞基作用于與腺苷酸環(huán)化酶，cAMP被合成。cAMP激活蛋白激酶A，催化亞基(C)和調(diào)控亞基(R)相互分離。C亞基進入細胞核，催化cAMP應答元件結(jié)合蛋白的磷酸化，磷酸化后的CREB與核染色體DNA上的cAMP應答元件結(jié)合，調(diào)控基因的表達。催化亞基(C)在細胞質(zhì)中引發(fā)細胞反應胞外信號與受體結(jié)合，激活與受體偶聯(lián)的G蛋白，活化的G蛋白α亞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通過激活細胞內(nèi)鈣庫上的IP3敏感的鈣通道，促使Ca2+從鈣庫中釋放出來，引起胞內(nèi)游離的Ca2+濃度升高，進而通過胞內(nèi)的Ca2+信使系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制相應的生理反應。DAG激活蛋白激酶C(PKC)，對某些底物蛋白或酶進行磷酸化，實現(xiàn)信號的下游傳遞。IP3/DAG雙信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)3.肌醇磷脂信號系統(tǒng)

生理現(xiàn)象信號受體或感受部位相應的生理生化反應植物向光性反應藍光向光素莖受光側(cè)生長素濃度比背光側(cè)低，受光側(cè)生長速率低于背光側(cè)光誘導的種子萌發(fā)紅光/遠紅光光敏色素紅光促進種子萌發(fā)/遠紅光抑制萌發(fā)光誘導的氣孔運動藍光/綠光藍光受體/玉米黃素藍光促進氣孔開放/綠光抑制開放干旱誘導的氣孔運動干旱細胞壁和/或細胞膜ABA合成與氣孔關(guān)閉根的向地性生長重力根冠柱細胞中淀粉體根向地側(cè)生長素濃度比背地側(cè)高，向地側(cè)生長速率低于背地側(cè)含羞草感震運動機械刺激、電波感受細胞的膜離子的跨膜運輸，葉枕細胞的膨壓變化，小葉運動光周期誘導植物開