第一章细胞膜的结构与功能

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1、第一章 植物细胞的结构与功能Chapter 1 Structure and functions of plant cells植物生理学的细胞学基础本章的学习重点(1)了解细胞的基本结构和高等植物细胞的结构特点。(2)了解细胞各亚显微构造的组成、结构和功能（细胞璧、细胞膜系统、细胞骨架、胞间连丝）。(3)了解细胞信号转导途径。(4)了解细胞信号转导系统的各个组分（胞间信号、跨膜信号转导、胞内信号转导（钙信号系统、磷酸 肌醇信号系统、环核苷酸信号系统）。主要内容第一节 植物细胞的基本结构 第二节 细胞膜的结构和功能 第三节 植物细胞膜的膜系统细胞器的结构和 功能 第四节 细胞壁的结构和功能 第五节

2、 细胞骨架 第六节 胞间连丝 本章复习思考题 第二章预习题第一节 植物细胞的基本结构一、构成生物基本单位的细胞的结构共性1. 具有脂类与蛋白构成的细胞膜。2. 以DNA作为遗传信息携带和复制的载体，DNA以染色 体形式存在。位于细胞核（真核）或拟核体（原核）中。3. 以RNA作为遗传信息转录的载体。4. 都有合成蛋白质细胞器核糖体5. 增殖方式都是一分为二。真核细胞以有丝分裂为主。6. 都含有有膜的、执行特殊功能的细胞器。（原核细胞 没有，只有拟核体和核糖体）第一节 植物细胞的基本结构二、植物细胞的结构第一节 植物细胞的基本结构三、植物细胞的结构特点与动物细胞相比有细胞壁含有液泡含有叶绿体植物

3、细胞与动物细胞 的差异赋予它什么特 殊的功能？第二节 细胞膜的结构与功能 细胞膜也称为生物膜，是细胞中所有膜的 总称。 细胞膜分为质膜和内膜。 质膜是包围原生质外围的膜。 内膜是指质膜以内各种细胞器膜，内膜也 称为内膜系统。一、细胞膜的研究历史1. 细胞膜的发现 1855 年Carl Nagelli 发现 色素进入完整细胞和受损伤 细胞的速度不同，进入完整 细胞的速度慢于受伤细胞。 可以推测：在细胞的外围存在一个 阻碍色素进入的边界，他把 这个边界称为膜。以后细胞 的质壁分离现象的发现证实 了Nageli的观点。色素色素难色素色素容易完整细胞受伤细胞2. 细胞膜组分的确定 1895年，Over

4、ton首 先发现脂类物质最容 易进入细胞膜。可以 推测： 1898年他提出细胞膜 由脂类物质组成的假 说。因为只有当细胞 膜由脂类物质组成时 ，脂类物质才容易通 过。极性 物质难脂类 物质容易细胞 1931年，Harvey和 Cole研究细胞表面张力 时发现，它的张力为 0.210-5 牛顿/cm，比油 水界面（ 3510-5 牛顿/ cm)小，可以推测：细胞膜表面吸附有亲 水物质，而且这种物质 类似与球蛋白。3. 细胞膜结构的发现1917年，Langmuir等人发现，脂类物质在水 和空气的界面上可以排列成单分子层。为什么？因为脂类物质是两性分子，例如磷脂，它的脂 肪酸链是疏水的，而它的磷酸基

5、团及醇类物质是 亲水的。在水与空气的界面上，脂类亲水的基团 与水结合，疏水基团指向空气，就形成单分子层 。Gorter和Grendel的实验 1925年，Gorter和 Grendel在研究红 细胞时发现，如果 提取红细胞的物质 ，分散成单分子层 ，面积正好等于红 细胞质膜面积的2倍 。推测：细胞膜是由脂类 双分子层构成的。脂类物质水 根据以上结果推测细胞膜结构： 1935年，Danielli 和 Davson 提出细胞膜的脂类双分 子层结构模型：细胞膜有三层结构，中间是脂类双分 子层，两侧分别吸附着球形蛋白，整个结构类似三明 治。蛋白质蛋白质脂类双 分子层第一个细胞结构模型的提出二、细胞膜的

6、化学组成1脂类物质：占细胞膜干重 的25%40%，构成细胞膜的脂类主要标志是磷脂、糖脂和 硫脂。构成质膜和内质网的脂 类主要是磷脂酰胆碱，线粒体 膜主要标志是磷脂酰丝氨酸， 叶绿体类体膜主要是糖脂（半 乳糖脂）、磷脂酰肌醇、磷脂 酰甘油和硫脂。磷脂的结构示意图 2蛋白质：占膜干重的6075%，蛋白质 包括简单蛋白质和结合蛋白，如糖蛋白、 脂蛋白，色素蛋白，主要作用有物质运输 、识别、信息传递、电子传递、催化。细 胞约有2025%的蛋白是与膜结合在一起的 。3糖类： 约占膜干重的5%，多以糖脂、 糖蛋白形式存在，主要作用是识别反应。4水：约占膜鲜重的30%以上，主要作用 是稳定膜的结构。5金属离

7、子：主要是钙离子。细胞膜结构模型目前细胞膜结构主要用Singer 和 Nicolson于1972年提出的流动镶嵌模型解释，下面我们以流动镶嵌模型为基础， 总结细胞膜的结构的主要特征：1. 脂类物质，主要是磷脂 构成生物膜的骨架，在膜中，磷脂以双分子层的形式存 在，在双分子层中，磷脂的疏水基团（脂 肪酸链），疏水基团向外。2生物膜中含有蛋白质，蛋白质有两种存在方式，一种吸附在脂类双层两侧，称 为外在蛋白或周边蛋白，另一种镶嵌在脂 类双层中，称为内在蛋白或整合蛋白，内 在蛋白有的部分嵌入膜脂双层中，有的贯 穿脂类双层。三、细胞膜的基本结构膜中各种组分在膜上的分布是不 对称的，具体表现在：(1) 膜

8、脂分布的不对称性，脂质双层 组成的不对称性。脂类双层的外层往 往含有较多的磷脂酰胆碱（也称为卵 磷脂），内层含磷脂酰乙醇胺（脑磷 脂）和磷脂酰丝氨酸较多。在脂类双层的不同区域所含有的 脂类种类不完全相同，脂类两个单分 子层中所含有的脂类的数量也不相同 。(2) 膜蛋白发布的不对称性：(3) 膜糖分布的不对称性，在质膜上主 要分布在膜的外侧。膜的流动性，在正常生理状态下，生物膜处于液晶状态，即半液 体和半固体状态。液晶态既具有固体的一定形状，又具有液体的流动 性，膜上的脂类和蛋白都可以移动。(1) 膜蛋白的移动，膜蛋白可在膜上侧向移动，由于分子量较大，移动 很慢，又由于膜蛋白受膜外在蛋白和细胞质

9、的细胞骨架的影响，运动 的区域有限。(2) 膜脂的流动，大多数膜脂可在膜上自由的移动，而且移动速度很快 ，但与蛋白接触的界面脂不能自由移动。(3) 板块运动（板块模型），具有特定功能的蛋白聚集在一个区域，运 动时与周围所吸附的脂类物质一起运动。 膜的流动性受很多因素的影响 脂肪酸种类的影响，含不饱和脂肪酸（亚油酸 ，亚麻酸）较多，流动性大，含饱和脂肪酸（软 脂酸，硬脂酸）较多，流动性变小。 蛋白质含量大流动性变小 胆固醇含量高，流动性变小。 缺少a2+，流动性变大 外界的温度温度降低 温度升高固态 液晶态 液态流动性变小 流动性变大 细胞膜流动性对功能的影响：影响膜的通 透性。膜的流动性变大，

10、通透性也变大， 但膜的流动性过大时，膜就会失去正常的 通透性，不能保持内含物质，破坏细胞内 部环境。5. 膜中含有a2+ ，人为去除a2+膜通透 性就会增大。6. 膜两侧吸附剂大量水分子，厚度约为mm，占膜鲜重 的30%，它的重要作用是稳定膜的结构，如果把含水量降 到20%以下，膜脂结构的就会改变，从双层结构的转变为 六角型。加水失水六角形 双分子层脱 水细胞膜结构模型三、细胞膜的功能 细胞膜有6大功能:1. 分室作用把细胞内部与外界环境隔 离开，保持细胞内部环境的相 对稳定，如、电位、离子 强度、物质种类及含量等。把细胞内部分成许多微小 的区域，形成具有特殊内部环 境和功能的细胞器，细胞的生

11、 命活动才能按室分工，有条不 紊的进行。四、细胞膜的功能2生化反应和能量转换的场所细胞膜具有巨大的表面积，为细胞的生化反应和能量转换提供了场 所。细胞内许多生化反应都在膜上进行的，如膜酶的催化反应、光合 作用的能量吸收和转换，呼吸作用的电子传递反应等。3. 吸收与分泌功能 即物质的转运功能，细胞膜上含有各种运输蛋白，如离子通道 载体，离子泵等，可有选择的从外界吸收 物质。4. 识别与信息传递作用 细胞膜对外界物质可进行识别，识别是细胞吸收某些物质和细胞之间进行融合的前提条件 ，也是对外界刺激进行反应的重要前提条件。执行识别功 能的是膜外侧的糖类物质。细胞对外界信号进行识别后， 可转换为胞内信号

12、，引起细胞的生理生化反应。5. 形成细胞之间的运输通道（胞 间连丝），把生 物细胞连接成共 质体。6. 参与细胞膜外特化结构的形成 ，如细胞壁。第三节 植物细胞的膜系统细胞 器的结构和功能 细胞膜系统的构成 ：(1) 外膜：质膜(2) 内膜：由内质网 连接起来的所有细 胞器膜。一、液泡1. 液泡的结构 植物细胞特有的，由单 层膜（tonoplast）包裹的 囊泡，起源于内质网或高 尔基体的小泡。在分生组 织细胞中液泡较小且分散 ，随着细胞的生长，这些 小液泡融合、增大，最后 可形成大的液泡，有的中 央液泡（central vacuole ）的体积往往占细胞体积 的90%左右。 2. 液泡的功能

13、（1）吸收和贮存有选择性地吸收和积累各种溶质，如无机盐、有机酸、氨基酸、糖等。如甜菜根内 的蔗糖主要贮存于液泡内；景天科酸代谢植物的叶肉细胞在夜间形成的苹果酸也暂时 存于液泡内。 隔离有毒物质 液泡内还贮藏一些“代谢废物”或者次生代谢物质，如单宁、色素、生 物碱等。（2）吞噬和消化作用液泡含有多种水解酶，通过吞噬作用，消化分解细胞质中的外来物 或衰老的细胞器，起到清洁和再利用作用。 (3)调节功能调节细胞水势和维持细胞膨压 大多数植物细胞在生长时主要 靠液泡大量地积累水分。中央液泡的出现使细胞与外界环境之间 构成一个渗透系统，从而可调节细胞的吸水机能，维持细胞的挺 度。调节细胞的pH和离子稳态

14、 液泡膜上存在的离子泵（proton pump,如H+-ATPase）可调节细胞内的pH和离子浓度，以维持细 胞的正常代谢。（4）赋予细胞不同颜色（4）赋予细胞不同颜色 花瓣和果实所呈 现的红色或蓝色等，常是花青素所显示的 颜色。花青素的颜色随着液泡中细胞液（ cell sap）的酸碱性不同而变化，酸性时 呈红色，碱性时呈蓝色。在实践中可用花 青素的颜色变化作为形态和生理指标。此 外，在细胞生长代谢的特定时期，液泡还 能形成多种结晶状物。二、内质网1.内质网的结构和类型 内质网（endoplasmic reticulum， ER）由单层膜平行排列而构成的囊状、 管状或泡状的网膜系统，交织分布于

15、整个 细胞浆中。相互连通成网状结构，内与细 胞核外被膜相连，外与质膜相连，并且还 可通过胞间连丝与邻近细胞的内质网相连 。 膜厚约5 nm。可占细胞膜系统的50% 。内质网的形态及数量随细胞类型、代谢 活性或发育阶段而异。一般细胞静止期， 内质网少，细胞分裂期，内质网增多。内质网分为两种，即粗糙型内质网（ rough endoplasmic reticulum，RER） 和光滑型内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER），前者有核糖体附着 ，后者没有。粗糙型内质网大多为扁平囊状，靠近细 胞核部位。2.内质网的功能(1) 物质合成 粗糙内质网上的核糖体是蛋白质合成

16、的场所，而光滑内质网参与 糖蛋白的（糖链和脂类的合成）。(2)分隔作用 内质网布满了整个细胞质，将细胞质分隔成许多相对独立的室， 使各种细胞器均处于相对稳定的环境中 ，有序地进行各自的代谢活动。(3) 运输作用 内质网是细胞内的一个贮藏系统。(4)运输和通讯作用 内质网形成了一个细胞内的运输系统。它还可通过胞间连 丝，成为细胞之间物质与信息的传递系 统。另外，由内质网合成的造壁物质参 与了细胞壁的形成。三、高尔基体1. 高尔基体的结构高尔基体（Golgi body ）是1898年由Golgi发现 的，由单层膜包围的液囊 垛叠而成。液囊呈扁平盘 状，囊的两边稍变曲，中 央为平板状。通常1个高 尔基体由312个液囊平 叠而成。囊的边缘可分离 出许多小泡高尔基体 小泡。2.高尔基体的功能（1