细胞生物学教程 第七章 线粒体与叶绿体2.ppt

1、Chloroplast,双层膜组成，膜间为1020nm的间隙。 外膜的渗透性大。 内膜对通过物质的选择性很强，CO2、O2、Pi、H2O、等可以透过内膜，ADP、ATP、 NADP+、葡萄糖等及焦磷酸不能透过内膜，需要特殊的转运体（translator）才能通过内膜。,（一）叶绿体外被,是膜围成的扁平囊。主要成分是蛋白质和脂类（60：40），不饱含脂肪酸含量高（约87%），膜流动性高。 基粒：扁平小囊堆叠而成，每个叶绿体含4060个。 基质类囊体：连接基粒的没有堆叠的类囊体。 膜的内在蛋白主要有：细胞色素b6f复合体、集光复合体（LHC）、质体醌（PQ）、质体蓝素（PC）、铁氧化还原蛋白（FD

2、）、黄素蛋白、光系统I、II复合物等。,（二） 类囊体,是内膜与类囊体之间的空间。 主要成分包括： 碳同化相关的酶类：如RuBP羧化酶占基质可溶性蛋白总量的60%。 叶绿体DNA、蛋白质合成体系：如，ctDNA、各类RNA、核糖体等。 一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。,（三）基质,二、光合磷酸化作用机理,首先光能转化成电能，经电子传递产生ATP以及NADPH形式的不稳定化学能，最终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中。 分为光反应和暗反应，前者需要光，涉及水的光解和光合磷酸化。后者不需要光，涉及CO2的固定，分为C3和C4两类。,（一）光合色素和电子传递链组分,1光合色素 包括

3、：叶绿素、类胡萝卜素，比例约为3:1。 叶绿素分为a、b，比例约为3:1。 全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，与蛋白质以非共价键结合。,-CHO in chl b,2集光复合体（LHC） 由大约200个叶绿素分子和一些肽链构成。 全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。,3光系统（PS）：P680 至少包括12条多肽链。位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体、一个反应中心和一个含锰原子的放氧复合体（oxygen evolving complex）。 4细胞色素b6/f复合体(cyt b6/f complex) 可能以二聚体形成存在，每个单体含有四个不同的亚

4、基。5光系统（PSI）：P700 包含多条肽链，位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中。由集光复合体I和作用中心构成。,非循环式光合磷酸化,循环式光合磷酸化,两个光系统的协调作用,（二）光合磷酸化,一对电子从P680经P700传至NADP+，在类囊体腔中增加4个H+。2个来源于H2O光解，2个由PQ从基质转移而来，在基质中一个H+又被用于还原NADP+，所以类囊体腔内有较高的H+（pH5，基质pH8），形成质子动力势。 H+经ATP合酶，渗入基质、推动ADP和Pi结合形成ATP。 ATP合酶，即CF1-F0偶联因子，结构类似于线粒体ATP合酶。,Electron transport in the

5、 thylakoid membrane,线粒体与叶绿体的相似性： 均由两层膜包被，内外膜的性质、结构有显著的差异。 均为半自主性细胞器，具有自身的DNA及转译体系。因此绿色植物细胞内存在3个遗传系统。 叶绿体的ctDNA不足以编码叶绿体所需的全部蛋白质，因此必须依靠于核基因来编码其余的蛋白质。通过定向转运进入叶绿体的各部分。,三、叶绿体的半自主性,四、叶绿体的增殖,在个体发育中叶绿体由原质体发育而来。 在有光条件下原质体的小泡数目增加并融合形成片层，发育为基粒，形成叶绿体。 在黑暗生长时，原质体小泡融合速度减慢，并转变为排列成网格的三维晶格结构，称为原片层，这种质体称为黄色体。在有光下仍可发育

6、为叶绿体。 幼小叶绿体能靠分裂而增殖。 成熟叶绿体一般不再分裂或很少分裂。,第三节 线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运,一、线粒体蛋白质的转运,线粒体具有1000多种蛋白质，其自身合成的仅十余种，因此大量蛋白质是在细胞质中合成的。 利用标记氨基酸培养细胞，用氯霉素和放线菌酮分别抑制线粒体和细胞质蛋白质合成，发现人的线粒体DNA编码的多肽为细胞色素c氧化酶的3个亚基，F0的2个亚基，NADH脱氢酶的7个亚基和细胞色素b等13条多肽。,线粒体前体蛋白质在在运输以前，以未折叠的形式存在，N端有一段信号序列称为导肽或引肽，完成转运后被信号肽酶（signal peptidase）切除，就成为成熟蛋白，这种现

7、象就叫做后转译（posttranslation）。信号肽的特点是： 多位于肽链的N端，由大约20个氨基酸构成； 形成一个两性螺旋，带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧； 对所牵引的蛋白质没有特异性要求。,Mitochondrialer Import,蛋白质的转运涉及转位因子（translocator）等多种蛋白。 TOM复合体：负责通过外膜，进入膜间隙。 TIM复合体：TIM23负责将蛋白质转运到基质，或安装在内膜上；TIM22负责将某些转运器蛋白质插入内膜。 OXA复合体：负责将线粒体合成的蛋白和某些进入基质的蛋白插到内膜上。 线粒体内、外膜之间存在着接触点，信号

8、肽牵引蛋白质前体运送时，可通过内外膜的接触点，一步进入基质。,mitochondrial protein import machinery.,Contact Sites of Mitochondria,Protein Transport into Inner Membrane and Intermembrane Space Requires Two Signal Sequences,蛋白质的输入是一个耗能过程。 在线粒体外解除与前体蛋白质结合的分子伴娘，需要通过水解ATP获得能量。 在通过TIM复合体时利用质子动力势作为动力。 前体蛋白进入线粒体基质后，线粒体hsp70一个接一个的结合在蛋白质线性分子上，像齿轮一样将蛋白质“铰进（hand over hand）”基质，这一过程也需要消耗ATP。然后线粒体hsp70将蛋白质交给hsp60，完成折叠。,二、叶绿体的蛋白质转运,叶绿体蛋白转运运输机理与线粒体的相似。 如： 都发生后转译； 每一种膜上有特定的转位因子； 具有接触点（contact site）； 需要能量，同样利用ATP和质子动力势； 前体蛋白N端有信号序列，使用后被信号肽酶切除。 但两者的蛋白质转运体系中除了某些hsp分子相同外，转位因子复合体是不同的。,Pathway for plastid entry. The general i