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1、第一章第一章 植物细胞的生理基础植物细胞的生理基础本章提要本章提要细胞是植物体结构和功能的基本单位。植细胞是植物体结构和功能的基本单位。植物的各种代谢活动和生长发育都是以细胞物的各种代谢活动和生长发育都是以细胞为基础的。本章从为基础的。本章从原生质的化学组成及胶原生质的化学组成及胶体的特性体的特性、生物膜的机构及功能生物膜的机构及功能、酶的化酶的化学组成及作用特性学组成及作用特性等方面阐述细胞与植物等方面阐述细胞与植物体内各种代谢活动的关系。体内各种代谢活动的关系。第一节第一节 原生质的化学组成和原生质的化学组成和胶体特性胶体特性复习与回顾复习与回顾植物细胞植物细胞（细胞壁和原生质体）（细胞壁
2、和原生质体）原生质体原生质体（质膜、细胞核、细胞质、细胞质机质、（质膜、细胞核、细胞质、细胞质机质、各种细胞器）各种细胞器）单层膜细胞器单层膜细胞器：液泡、微体、内质网、高尔基体：液泡、微体、内质网、高尔基体双层膜细胞器双层膜细胞器：线粒体、各种质体：线粒体、各种质体(叶绿体、有色叶绿体、有色体、白色体体、白色体)无膜细胞器无膜细胞器：核糖体、微丝、微管、中间纤维：核糖体、微丝、微管、中间纤维一、原生质的化学组成及其功能一、原生质的化学组成及其功能（一）碳水化合物（一）碳水化合物占细胞干重的占细胞干重的60%-90%60%-90%，光合作用的主要产物，植物，光合作用的主要产物，植物体的主要成分
3、之一，植物体骨架的主要物质，也是植体的主要成分之一，植物体骨架的主要物质，也是植物体内新陈代谢和能量储存的基本物质。存在形式：物体内新陈代谢和能量储存的基本物质。存在形式：单糖单糖（三碳糖（三碳糖七碳糖）、七碳糖）、寡糖寡糖（蔗糖、麦芽糖）、（蔗糖、麦芽糖）、多糖多糖（淀粉、纤维素、果胶）（淀粉、纤维素、果胶）（二）蛋白质（二）蛋白质是生活细胞的最重要成分，直接参与细胞内活跃的代是生活细胞的最重要成分，直接参与细胞内活跃的代谢活性活动。蛋白质是生命的体现者，没有蛋白质就谢活性活动。蛋白质是生命的体现者，没有蛋白质就没有生命。没有生命。依其功能分为：依其功能分为：酶蛋白酶蛋白(数量最多数量最多)
4、、结构蛋白结构蛋白、贮藏蛋贮藏蛋白白。（三）核酸（三）核酸 是生物遗传的基本物质，依其组成可分为：是生物遗传的基本物质，依其组成可分为：核糖核酸核糖核酸 RNA(mRNA tRNA rRNA)RNA(mRNA tRNA rRNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 DNA(DNA(双螺旋结构，遗传信息的携双螺旋结构，遗传信息的携带者带者)（四）脂类（四）脂类凡是水解后能产生脂肪酸的化合物都属于脂类。按凡是水解后能产生脂肪酸的化合物都属于脂类。按功能可分为：功能可分为：1.1.真脂真脂 是贮藏脂（代谢上处于惰性，是贮藏脂（代谢上处于惰性，不溶于水）不溶于水）2.2.磷脂和糖脂磷脂和糖脂 是复合脂（带疏水的
5、脂肪是复合脂（带疏水的脂肪酸长链酸长链+亲水基团）双分子层结构（亲水头部外层，亲水基团）双分子层结构（亲水头部外层，疏水尾部内层，成为生物膜的骨架物质）疏水尾部内层，成为生物膜的骨架物质）二原生质的胶体特性二原生质的胶体特性胶体：胶体：是物质的一种分散状态，凡能以是物质的一种分散状态，凡能以1-100nm1-100nm颗颗粒分散于另一种物质之中时，就可形成胶体。粒分散于另一种物质之中时，就可形成胶体。在原生质中，大分子有机物与无机离子以聚合状态在原生质中，大分子有机物与无机离子以聚合状态存在，形成的颗粒直径与胶体颗粒的直径相似，因存在，形成的颗粒直径与胶体颗粒的直径相似，因此可以把原生质看成是
6、一种胶体。此可以把原生质看成是一种胶体。胶体性质：胶体性质：由于胞基质主要成分是可溶性的蛋白质由于胞基质主要成分是可溶性的蛋白质或酶，其分子直径恰在胶体颗粒范围（或酶，其分子直径恰在胶体颗粒范围（1 1100nm100nm）之内，因此，细胞溶胶就是一种亲水胶体系统，并之内，因此，细胞溶胶就是一种亲水胶体系统，并具有胶体性质，如亲水性、带电性、比表面积（表具有胶体性质，如亲水性、带电性、比表面积（表面积与体积之比）大、表面能高、吸附作用和吸胀面积与体积之比）大、表面能高、吸附作用和吸胀作用强以及溶胶化与凝胶化等性质。作用强以及溶胶化与凝胶化等性质。（一）亲水性（一）亲水性原生质的大分子有机物上带
7、有能吸附水分子的极性原生质的大分子有机物上带有能吸附水分子的极性基团（基团（-NH-NH2 2 -OH COOH-OH COOH）所以，原生质胶粒为）所以，原生质胶粒为亲水胶粒。亲水胶粒。根据水分在原生质胶粒周围的存在状况，可分为：根据水分在原生质胶粒周围的存在状况，可分为：束缚水束缚水（低温不易结冰，高温不易蒸发，抗逆性强）（低温不易结冰，高温不易蒸发，抗逆性强）自由水自由水（可自由流动，随温度易结冰、蒸发，可参（可自由流动，随温度易结冰、蒸发，可参与生化反应和生理过程）与生化反应和生理过程）自由水自由水/束缚水比值束缚水比值代谢活跃，生长快，抗逆性差；代谢活跃，生长快，抗逆性差；比值低代谢
8、弱，生长慢，抗逆性强比值低代谢弱，生长慢，抗逆性强（二）溶胶和凝胶（二）溶胶和凝胶溶胶和凝胶是胶体的两种状态。溶胶是液化的半流溶胶和凝胶是胶体的两种状态。溶胶是液化的半流动状态，近似流体的性质。在一定状态下，溶胶可动状态，近似流体的性质。在一定状态下，溶胶可以转变成有一定结构和弹性的半固体状态的凝胶，以转变成有一定结构和弹性的半固体状态的凝胶，这个过程就是胶凝作用。凝胶也可以转化成溶胶，这个过程就是胶凝作用。凝胶也可以转化成溶胶，这个过程就是胶溶作用。这个过程就是胶溶作用。溶胶溶胶=凝胶凝胶（分散（分散 流动）流动）（近似固体，不流动）（近似固体，不流动）温度较低，胶体动能减小，胶粒之间形成网
9、状温度较低，胶体动能减小，胶粒之间形成网状 =温度升高，分子运动加快，胶粒联系消失，网结构不存在温度升高，分子运动加快，胶粒联系消失，网结构不存在1.1.原生质以哪种状态出现，取决于原生质中自由水的多少。原生质以哪种状态出现，取决于原生质中自由水的多少。当原生质处于溶胶状态时，生长旺盛，但抗逆性较弱；当原当原生质处于溶胶状态时，生长旺盛，但抗逆性较弱；当原生质处于凝胶状态时，细胞生理活性降低，但对低温、干旱生质处于凝胶状态时，细胞生理活性降低，但对低温、干旱等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境。等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境。2.2.当细胞的代谢活动趋于旺盛时，凝胶可以通
10、胶溶作用变为当细胞的代谢活动趋于旺盛时，凝胶可以通胶溶作用变为溶胶，使各种代谢活动顺利进行；当细胞的代谢活动减弱时，溶胶，使各种代谢活动顺利进行；当细胞的代谢活动减弱时，溶胶可以通过胶凝作用变为凝胶，是植物对不良环境的抵抗溶胶可以通过胶凝作用变为凝胶，是植物对不良环境的抵抗力提高。力提高。第二节第二节 生物膜生物膜由脂类和蛋白质组成的具有一定结构和生理由脂类和蛋白质组成的具有一定结构和生理功能的细胞内所有被膜的总称。功能的细胞内所有被膜的总称。在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%-80%70%-80%，主要由主要由蛋白质、脂类、糖和无机离子蛋白质、脂类
11、、糖和无机离子等组成。蛋白等组成。蛋白质约占质约占60%-65%60%-65%，脂类占，脂类占25%-40%25%-40%，糖占，糖占5%5%，这些，这些组分，尤其是蛋白质和脂类的比例，因不同细胞、组分，尤其是蛋白质和脂类的比例，因不同细胞、细胞器而相差很大。细胞器而相差很大。质膜质膜 （细胞膜）（细胞膜）包围在原生质的外膜。包围在原生质的外膜。内膜内膜 包围细胞器或直接组成细胞器的膜包围细胞器或直接组成细胞器的膜。关于生物膜的结构有许多假说与模型，下面介绍较关于生物膜的结构有许多假说与模型，下面介绍较为合理的模型：为合理的模型：流动镶嵌模型流动镶嵌模型 1972 1972 辛格（辛格（S.J
12、 S.J SingerSinger）和尼柯尔森）和尼柯尔森(G.Nicolson)(G.Nicolson)提出。提出。(见后图见后图)流动镶嵌模型认为：膜的流动镶嵌模型认为：膜的“骨架骨架”由膜脂双分子层由膜脂双分子层构成，疏水的尾部向内，亲水的头部向外，一般为构成，疏水的尾部向内，亲水的头部向外，一般为液晶状态。膜蛋白也不是均匀的分布在膜脂的两侧，液晶状态。膜蛋白也不是均匀的分布在膜脂的两侧，一般外在蛋白位于膜双分子层的内、外表面，与膜一般外在蛋白位于膜双分子层的内、外表面，与膜脂亲水的头部相连接；内在蛋白则镶嵌在膜脂双分脂亲水的头部相连接；内在蛋白则镶嵌在膜脂双分子层之中，甚至贯穿膜的内外
13、表面，或者漂浮再膜子层之中，甚至贯穿膜的内外表面，或者漂浮再膜脂之中，具有动态性质。脂之中，具有动态性质。流动镶嵌模型特点：流动镶嵌模型特点：流动性、不对称性流动性、不对称性 1.1.膜的流动性：膜的流动性：膜脂中的磷脂层可作旋转运动、侧向运动、膜脂中的磷脂层可作旋转运动、侧向运动、翻转运动、左右摆动等，而且磷脂分子中翻转运动、左右摆动等，而且磷脂分子中脂肪酸链的不饱和程度越高，膜脂的流动脂肪酸链的不饱和程度越高，膜脂的流动性就越大。性就越大。2.2.膜的不对称性：膜的不对称性：主要表现在膜脂和膜蛋白分布的不对称性。主要表现在膜脂和膜蛋白分布的不对称性。1.1.生物膜是细胞中各个细胞器分室分工
14、的条生物膜是细胞中各个细胞器分室分工的条件件生物膜不仅把细胞与外界环境隔离开，而且也把细生物膜不仅把细胞与外界环境隔离开，而且也把细胞内部的空间分隔成许多小室，即形成各种胞内部的空间分隔成许多小室，即形成各种细胞器细胞器。同时，由于内膜系统的存在，又将各个细胞器联系同时，由于内膜系统的存在，又将各个细胞器联系起来，共同完成各种协调、连续的生理生化反应。起来，共同完成各种协调、连续的生理生化反应。比如光呼吸过程就是由叶绿体、过氧化物体和线粒比如光呼吸过程就是由叶绿体、过氧化物体和线粒体三者协同完成的。体三者协同完成的。2.2.生物膜对细胞器的通过具有选择性生物膜对细胞器的通过具有选择性在生物膜上
15、，有些内在蛋白可以再膜质的双分子层中水在生物膜上，有些内在蛋白可以再膜质的双分子层中水平移动，或做平移动，或做180180度的旋转。他们在膜上的作用实际上度的旋转。他们在膜上的作用实际上是起着运输酶（载体）的作用，可以在细胞与环境之间、是起着运输酶（载体）的作用，可以在细胞与环境之间、细胞与细胞之间、细胞器与细胞器之间的物质交换中起细胞与细胞之间、细胞器与细胞器之间的物质交换中起调控作用。由于不同细胞或不同细胞器执行的功能不同，调控作用。由于不同细胞或不同细胞器执行的功能不同，膜上的运输酶都有很强的专一性，因此，各个细胞或细膜上的运输酶都有很强的专一性，因此，各个细胞或细胞器就能根据自身生理活
16、动的需要有选择的吸收或排除胞器就能根据自身生理活动的需要有选择的吸收或排除某些物质。某些物质。3.3.生物膜为生物化学反应提供了场所生物膜为生物化学反应提供了场所生物膜再细胞和细胞器中形成了空间的支持系统，生物膜再细胞和细胞器中形成了空间的支持系统，增加了细胞的内表面，同时也为各种酶和物质在膜增加了细胞的内表面，同时也为各种酶和物质在膜上有顺序的排列和定位提供了场所，使各种反应能上有顺序的排列和定位提供了场所，使各种反应能提高效率、有条不紊的进行。提高效率、有条不紊的进行。此外，还是代谢反应的场所和物质交换的场所。此外，还是代谢反应的场所和物质交换的场所。细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。如光细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。如光合作用的光能吸收、电子传递和光合磷酸化、呼吸合作用的光能吸收、电子传递和光合磷酸化、呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体的光合膜和线粒体内膜上进行的。的光合膜和线粒体内膜上进行的。习题练习习题练习1.1.生物膜结构假说有哪些生物膜结构假说有哪些?并加以评价。并加以评价。关于生物膜结构的假说和模
