第七章线粒体与叶绿体2

1、第七章第七章 细胞的能量转换细胞的能量转换 线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体 两种产能的细胞器: 叶绿体(植物): 太阳光能化学能 线粒体: 有机物直接能源ATP 相似性: 结构: 双层单位膜 半自主性细胞器, 有环状DNA, 可转录RNA, 合成蛋白质一、一、 线粒体线粒体 的形态结构的形态结构（一）线粒体的形态、大小、数目和分布（一）线粒体的形态、大小、数目和分布1形态与大小形态与大小2数目数目红细胞无，正常细胞红细胞无，正常细胞10002000个个 精子精子25个，与细胞类型、生理功能及功能个，与细胞类型、生理功能及功能状态有关状态有关3分布分布蛋白质合成旺盛细胞、肠上皮细胞、肾小蛋白质合成

2、旺盛细胞、肠上皮细胞、肾小 管细胞、精子细胞管细胞、精子细胞第一节 线粒体线粒体形态结构线粒体形态结构 上皮细上皮细胞颗粒胞颗粒状线粒状线粒体体 图中箭图中箭头所示头所示颗粒状颗粒状线粒体线粒体（二）线粒体的超微结构（二）线粒体的超微结构由外膜、内膜、膜间隙和基质组成由外膜、内膜、膜间隙和基质组成1外膜外膜运输蛋白、运输蛋白、2-3 nm小孔、小孔、10000以内物质通过以内物质通过2内膜内膜 通透性小，通透性小，150以上物质不能通过，载体蛋白以上物质不能通过，载体蛋白控制内外腔间的物质交换控制内外腔间的物质交换嵴与基粒嵴与基粒增加膜表面积，线粒体嵴的数量与形状增加膜表面积，线粒体嵴的数量与

3、形状与细胞类型及功能有关。基粒（与细胞类型及功能有关。基粒（ATP酶复合体）酶复合体） 膜间腔膜间腔（外室）含可溶性酶、底物及辅助因子（外室）含可溶性酶、底物及辅助因子基质基质 含脂类和蛋白质，有三羧酸循环、脂肪酸氧化、含脂类和蛋白质，有三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成及核酸合成酶系，线粒体氨基酸分解、蛋白质合成及核酸合成酶系，线粒体DNA、mRNA、tRNA、核糖体、基质颗粒等、核糖体、基质颗粒等线粒体的超微结构（一）线粒体的超微结构（一） 外膜外膜（outer outer membrane)membrane) 内膜（内膜（inner inner membrane)membra

4、ne) 嵴（嵴（cristaecristae) )与基粒与基粒（elementary elementary particle)particle) 基质基质（matrix)matrix)二二 线粒体线粒体 的化学组成和酶的分布的化学组成和酶的分布(一一)线粒体的化学组成线粒体的化学组成1蛋白质蛋白质65-70%，可溶（基质中的酶及膜外周蛋，可溶（基质中的酶及膜外周蛋白），不溶（镶嵌蛋白、结构蛋白及酶蛋白），电泳，白），不溶（镶嵌蛋白、结构蛋白及酶蛋白），电泳，内膜含内膜含14种，外膜含种，外膜含21种。种。2脂类脂类 2530，磷脂，磷脂酰胆碱、磷脂酰乙磷脂，磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺醇胺心磷脂心

5、磷脂相对高，胆固醇极少，相对高，胆固醇极少，内膜比外膜蛋白内膜比外膜蛋白质多，脂类少，质多，脂类少，内膜主要含心磷脂内膜主要含心磷脂（二）（二） 线粒体酶的定位线粒体酶的定位外膜外膜单胺氧化酶单胺氧化酶膜间腔膜间腔腺苷酸激酶腺苷酸激酶内膜内膜复杂的酶系复杂的酶系:呼吸链及脱氢酶、腺苷三磷酸呼吸链及脱氢酶、腺苷三磷酸酶复合体酶复合体(能量转换系统能量转换系统)特征酶为琥珀酸脱氢酶特征酶为琥珀酸脱氢酶基质基质酶种类最多，有三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨酶种类最多，有三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成及核酸合成酶系，基酸分解、蛋白质合成及核酸合成酶系，DNA和和RNA聚合酶及线粒体核糖体等与

6、转录和翻译有关的聚合酶及线粒体核糖体等与转录和翻译有关的分子，特征酶为苹果酸脱氢酶分子，特征酶为苹果酸脱氢酶三三 、线粒体、线粒体 的功能的功能进行氧化磷酸化, 合成生命活动所需的直接能量ATP.糖的有氧氧化糖的有氧氧化 糖氧化成糖氧化成丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脱羧生成丙酮酸脱羧生成乙酰乙酰CoACoA。 乙酰乙酰CoACoA进入三羧酸循环彻底氧化产生进入三羧酸循环彻底氧化产生4 4对氢原子对氢原子和和2 2个分子的个分子的COCO2 2（排出）（排出） 脱下的脱下的4 4对氢中对氢中3 3对以对以NADNAD（尼克酰胺腺嘌（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）为受体（呤二核苷酸）为受体（NADHNADH），

7、另），另1 1对以对以FADFAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）为氢受体（黄素腺嘌呤二核苷酸）为氢受体（FADHFADH），两者位于基质内，下一步进），两者位于基质内，下一步进入线粒体内膜电子传递链进行电子传递入线粒体内膜电子传递链进行电子传递及氧化磷酸化，形成及氧化磷酸化，形成ATPATP线粒体内的代谢反应线粒体内的代谢反应糖酵解发酵缺氧丙酮酸有氧葡萄糖 呼吸链与电子传递呼吸链与电子传递线粒体能量转转换策?三羧酸循环中的能量转转 NAD+ NADH（高能化合物） FAD+FADH2 （高能化合物）NADH和FADH2必须被氧化才能维持三羧酸循环 NADH + 1/2 O2NAD+ + 能量 FADH

8、2+ 1/2 O2FAD+ + 能量呼吸链呼吸链(respiratory chain)又称又称电子传递链电子传递链,是四种复合物组成的复是四种复合物组成的复合体合体功能是参与对还原型辅酶的氧化功能是参与对还原型辅酶的氧化 H+的传递的传递 电子传递电子传递线粒体呼吸链线粒体呼吸链线粒体与疾病线粒体与疾病线粒体为敏感多变的细胞器，作为病症诊线粒体为敏感多变的细胞器，作为病症诊断和测定环境因素的指标断和测定环境因素的指标一一 线粒体病与心肌线粒体病线粒体病与心肌线粒体病肌细胞线粒体异常，克山病肌细胞线粒体异常，克山病二二 线粒体细胞凋亡线粒体细胞凋亡第二节第二节 叶绿体与光合作用叶绿体与光合作用注

9、意与线粒体的结构、功能比较注意与线粒体的结构、功能比较 1.结构结构: 2.功能功能:光合作用光合作用 光反应光反应:光能光能电能电能化学能化学能 暗反应暗反应: 活跃的化学能活跃的化学能稳定的化学能稳定的化学能 3.完成功能的换策（机制）完成功能的换策（机制）一、叶绿体一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构的形态结构叶绿体与线粒体叶绿体与线粒体形态结构比较形态结构比较叶绿体内膜并不向内折叠成嵴；内膜叶绿体内膜并不向内折叠成嵴；内膜不含电子传递链；除了膜间隙、基质外，不含电子传递链；除了膜间隙、基质外，还有还有类囊体类囊体；捕光系统、电子传递链和；捕光系统、电子传递链和ATPATP合成

10、酶都位于类囊体膜上。合成酶都位于类囊体膜上。 叶绿体超微结构叶绿体超微结构类囊类囊体体结构 基粒：基粒类囊体 基质类囊体 光系统：捕光复合物：叶绿素分子、类胡萝卜素 光反应中心复合物：叶绿素a、多肽、与 脂相连的蛋白质光系统、光系统、细胞色素bf、CF0-CF1ATP酶叶绿体被膜：内膜与外膜，是植物细胞脂合成的主要场所。外膜比内膜通透性大二、叶绿体的功能二、叶绿体的功能光合作用光合作用 (photosynthesis)光合作用光合作用:(1)光合电子传递反应光合电子传递反应光反应光反应(Light (Light Reaction)Reaction) (2)碳固定反应碳固定反应暗反应暗反应(Da

11、rk Reaction)光合作用光反应发生在类囊体膜上暗反应发生在叶绿体的基质中光光 反反 应应 在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，水光解，并将光能转等光合色素分子吸收、传递光能，水光解，并将光能转转为电能（生成高能电子），进而通过电子传递与光合转为电能（生成高能电子），进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转转为活跃化学能，磷酸化将电能转转为活跃化学能， 形成形成ATP和和NADPH并放出并放出 O2 的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。酸化。原初反应原初反应（pri

12、mary reaction)primary reaction)光能的吸收、传递光能的吸收、传递与转转，形成高能电子与转转，形成高能电子 (由光系统复合物完成，光合作用单位的概念由光系统复合物完成，光合作用单位的概念)电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化光反应 原初反应原初反应：光能的吸收、传递光能的吸收、传递 光系统光系统 由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等组成的单位称为组成的单位称为光系统光系统。 色素类型：色素类型：捕光色素捕光色素（天线色素）：吸收聚集、传递光能（天线色素）：吸收聚集、传递光能 反应中心色素反应中心

13、色素：将光能转换成电能：将光能转换成电能 光系统光系统I I（PSIPSI）含有被称为）含有被称为“P700”P700”的高度特化的叶绿素的高度特化的叶绿素a a分分子子 光系统光系统IIII（PSIIPSII）含有另一种被称为）含有另一种被称为“P680P680”高度特化的叶绿高度特化的叶绿素素a a分子分子 叶绿素叶绿素b b、大部分叶绿素、大部分叶绿素a a、胡萝卜素等天线色素复合物吸收或、胡萝卜素等天线色素复合物吸收或捕获太阳能捕获太阳能 传递给传递给P700P700和和P680P680 反应中心叶绿素分子被激发反应中心叶绿素分子被激发 放出高能电子放出高能电子天线色素与反应中心叶绿素

14、间的关系反应中心叶绿素天线色素能量转移电子受体将光能 电能光反应系统 与光反应系统光系统对光能的获取与转转光系统对光能的获取与转转反应中心的起始过程从低能电子到形成高能电子过程从低能电子到形成高能电子过程光系统II的反应中心P680分子受光激发 电子传递链 原初电子受体质体醌、细胞色素b6-f复合物和质体蓝素到P700 在光系统II中被激发后失去电子的P680分子如何再生？水裂解 填补空穴 氧气释放 提供氢质子用以形成NADPH光系统I中 P700被光能激发 原初电子受体 传给铁氧还蛋白 最终电子受体NADP+ 一个氢质子被结合形成还原型的NADPH 电子传递时，能量逐渐下降，形成跨膜的质子梯

15、度，致ATP的形成 光能传递和电子传递链电子电子 电子电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化需说明以下几点电子传递与光合磷酸化需说明以下几点： 最初电子供体最初电子供体是是H2O，最终电子受体是，最终电子受体是NADP+。 电子传递链中唯一的电子传递链中唯一的H+泵是细胞色素泵是细胞色素bf复合物复合物 。类。类囊体腔的质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的囊体腔的质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的原因归于：原因归于： H2O光解、细胞色素光解、细胞色素bf、NADPH的形成。的形成。ATP、NADPH在叶绿体基质中形成。在叶绿体基质中形成。 电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和光合磷酸化和循环式光合磷酸化循环式光合磷酸化两条通路。循两条通路。循环式传递的高能电子在环式传递的高能电子在PS被光能激发后经被光能激发后经cytb6f复合物回到复合物回到PS。结果是不裂解。结果是不裂解H2O、产生产生O2，不形成，不形成NADPH，只产生，只产生H+跨膜梯度，跨膜梯度，合成合成ATP 。非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化循环式光合磷酸化（当植物缺乏NADP+时发生) 环路 高能电子 原初电子受体、铁氧还蛋白、细胞色素、质体蓝素 氧化型的P700分子 基态 电子的能量逐渐降低