植物细胞(I).ppt
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1、第一章 植物细胞(Plant cell),1.细胞概述 2.细胞壁的结构与功能 3.细胞的膜系统 4.细胞骨架 5.胞间连丝,1. 细胞概述 1.1 细胞的共性,所有细胞都具有基本相同的化学组成,如蛋白质、核酸、脂类和糖类等; 所有细胞都具有磷脂双分子层和镶嵌蛋白组成的生物膜; 所有细胞都以核酸分子DNA和RNA作为遗传和转录载体; 所有细胞都具有蛋白质的合成机器核糖体; 所有的细胞都有一分为二的增殖方式。,1.2 原核细胞(procaryotic cell)和真核细 胞(eucaryotic cell),原核细胞构成原核生物(Prokaryote), 都是单细胞生物。 真核细胞构成真核生物(
2、Eukaryote): 包括多细胞生物和单细胞生物。,表1-2 原核细胞和真核细胞遗传结构装置与基因表达的比较,Structure of plant cell mesophyll leaf cell,1.3 高等植物的细胞,Cell: cell wall:primary wall secondary wall middle lamella plasmodesma protoplast: plasma membrane nucleus cytoplasma: cytosol cell organelle: mitochondrion plastid(chloroplast),Endoplasmi
3、c neticulum Golgi body microbody(peroxisome) central vacuole lysosome (plasmodesma) microtubule microfilment intermediate filament ribosome, Cell Wall plastid(chloroplast), photosynthesis Central vacuole indeterminate growth. Totipotency,高等植物细胞的特点:,1.4 原生质(protoplasma)的性质 原生质的主要成分:蛋白质(10%) 脂类 (2%) 核
4、酸 (1%) 其它有机物(0.4%) 无机物 (1.5%) 水(85%) 因此原生质具有液体的性质: 张力 粘性和弹性 流动性,构成原生质的大分子直径一般在0.1-0.5m, 这样大小的颗粒分散于水相中, 正好形成了胶体溶液,其中大分子或其复合物为分散相,水溶液为连续相。 因此原生质是一个亲水胶体系统。,因此原生质具有胶体的性质:,原生质的胶体特性及与植物生命活动的关系,带电性与亲水性:保证了原生胶体的稳定,使生命活动 得以正常进行。 扩大界面:为各种生化反应提供了场所。随表面积增大, 表面能增加可以吸引很多分子聚集在表面上,这 就是吸附作用,吸附作用在细胞生理活动中其重 要作用,如对离子的吸
5、收等。,溶胶和凝胶都是植物正常生命活动所必需的。溶胶和凝胶的互变对植物适应逆境有重要意义。溶胶状态时,代谢旺盛,生长快,但抗性较差。凝胶状态时,代谢降低,生长慢,抗性强,有利于度过不良环境。原生质胶体特性赋予了原生质随机应变的适应性。原生质胶体结构既具有溶液那样的易变形,又具有固体那样的稳定性。,吸胀作用(imbibition) :凝胶具有强大的吸水能力, 凝胶吸水膨胀的现象称为吸胀作用. 种子吸水就是通过吸胀作用进行的.,2. 细胞壁(cell wall)的结构与功能,2.1 细胞壁的组成 2.1.1 细胞壁中的多糖物质 纤维素(cellulose)约占初生壁的20%-30%。,Struct
6、ural model of a cellulose microfibril.,组成、结构与特性,(Hemicellulose),D-glucose 通过(14)糖苷键形成长链纤维素分子。纤维素分子通过氢键形成维纤丝(microfibril)。 60-70个纤维素分子 4-10nm 沿纤维素维纤丝分布着结晶区和非定形区(amorphous)。 具有高的张力强度、水不溶性,不易被化学物质和酶破坏。,纤维素在质膜纤维素合成复合体上进行合成的可能分子模型,生物合成:,合成位点:质膜上的蛋白复合体-终端复合体(terminal complex)。 它是由多个纤维素合酶(cellulose synthas
7、e) 单元构成莲座结构,又称particle rosette. 前体物质是UDPG. 与膜相连的蔗糖合酶直接为纤维素合酶提供底物。,直到目前还没有纯化出活性的纤维素合酶。,Terminal complex associated with cellulose microfibril biosynthesis by freeze-fracture and rotary-shadowing.,纤维素合酶基因(CesA) 的克隆 基于产生纤维素的细菌和农杆菌的纤维素合酶的研究工作基础,通过筛选cDNA文库方法,首先从棉花中克隆到两个纤维素合酶的基因。编码约110kD的蛋白,有8个跨膜区,具有高度保守的
8、UDPG结合和催化区, 另外含有两个植物特有的区域。 遗传分析表明该基因能补偿拟南芥纤维素合成缺陷突变的表型。但在体外还不能大规模合成纤维素。 在拟南芥基因组中已找到几个CesA同源类似物,及另外一些具有UDPG结合区的序列,为研究其它多糖合成提供了线索。,Cellulose synthases from Acetobacter xylinum, Agrobacterium tumefaciens, and Gossypium hirsutum,组织与定向,The relationship between terminal complexes with microtubule,微管可能参与纤维
9、素微纤丝的定向。,维纤丝合成后释放到细胞壁内层,在细胞壁其它多糖参与下组装为细胞壁。,半纤维素 (hemicellulose),又称纤维素连接多聚糖(cellulose-linking glycan) 不同种类的糖聚合而成的异质多聚糖,是除纤维素和果胶以外的溶于碱的细胞壁物质的总称.,常见的半纤维素: 木葡聚糖(xyloglucan, XG), 葡糖醛酸阿拉伯木聚糖(Glucuronoarabinxoylans, GAX),混合键葡聚糖mixed-linkage-(1,3),(1,4)-glucan, MLG,葡甘露聚糖(Glucomannan), 木聚糖(xylan), 阿拉伯木聚糖(Ara
10、bino xylan), 胼胝质 (callose, 1,3 D glucan)等。,Xyloglucans 存在于所有双子叶植物及差不多一半的单子叶植物中。,GAX(葡糖糖醛酸阿拉伯木聚糖):主要存在于鸭跖草类单子叶植物。在其它植物中少量存在。,MLG 混合键葡聚糖 (1 3)(1 4) -D-glucan 主要存在于单子叶谷类和草类植物中。,半纤维素的功能: 连接纤维素维纤丝使其形成网状结构;控制细胞生长 半纤维素水解产生的寡聚糖具有信号分子作用。,Gal xyl xyl xyl xyl Glc- Glc- Glc-Glc Glc- Glc- Glc-Glc xyl xyl,Fuc Gal
11、 xyl xyl Glc- Glc- Glc-Glc xyl,Three oligosaccharins from xyloglucan,XG9 具有很强的抗生长素活性,果胶质是中胶层的主要成分。 是细胞壁中可溶性最强的多糖, 可用钙螯合机剂如EDTAEGTA或热水提取。 由一大类异质的分枝的多糖构成:含有半乳糖醛酸(galacturonic acid)、鼠李糖(rhamnose)、半乳糖(galactose),阿拉伯糖(arabinose)等。其化学结构和组成在不同植物中和不同组织中有所不同。,果胶类物质 (Pectic substance),果糖类分子的主要特征是由a-(14)连接的D半乳
12、糖醛酸组成的线状链。 植物细胞壁存在的果胶主要有: 同型半乳糖醛酸聚糖(galacturonan)和鼠李半乳醛酸聚糖I(rhamnogalacturonan, RGI).,(A) Homogalacturonan -GalA-(1 4)- - GalA-(1 4)- - GalA-(1 4)- - GalA-,RGII 含有多种单糖而且具有非常复杂的连接, 且结构在被子植物中高度保守,可能具有重要功能。RGII可以形成二聚体。,(B) RhamnogalacturonanI(RGI): 是(1 2)-L- Rha和(1 2) -D- GalA重复形成主链。其它中性糖如阿拉伯聚糖、半乳聚糖,分支
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