第六章线粒体和叶绿体ppt课件
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叶绿体与线粒体ppt课件
旺盛
_的细胞
D.功 能：★★★细胞进行 有 氧 呼 吸 所。细胞生命活动所需的能量， 95% 粒体
的主要场 来自线
★★叶绿体和线粒体的共同点
1. 叶绿体和线粒体基质中都含有DNA、RNA和核糖 体，能够合成自身所需的某些蛋白质。
2. 在细胞生命活动过程中，叶绿体和线粒体都能够通 过分裂实现数量的增加。
叶绿体与线粒体
植物细胞
动物细胞
、叶绿体 能 合 成 有机 物 、储 存 能 量
寻找证据 观察
观 察细胞 中的 叶 绿体源自目的要求 :1.熟 练制作植物叶 片 临时装片 。
2.观 察植 物细胞中 叶 绿体 的形 态 、数量 和 分布。 3.举 例说 明叶绿体 的 形态、分 布与 光合 作用 相 适应的观 点 。
根据 观察获得的信 息 ，思考 下 列问 题 ： 1.藓类小 叶细胞中叶绿 体的形 态是 怎样 的? 叶绿 体 在细胞中如何 分布 ?细
胞中约有 多少个叶绿体 ?
2.水绵细 3.天竺葵
胞中的叶绿体 叶片中被碘液
数 量 、形态有什么特 点? 染成蓝 色的细胞结构是什
么?
该 结果说明 了
什么?
根据观察获得的信息，思考下列问题： 1.藓类小叶细胞中叶绿体的形态是怎样的?叶绿体在细胞中如何分布? 细胞中约有多少个叶绿体?
2.如图所示 为某真核细胞内三种具有双层膜 的结构(部分 示意 图 ) , 有关分析错误 的是( C)
外月莫 内膜
外膜 为膜
外奖 内膜
基质
些质
孔道
图a
图b
图c
A.图a 表示线粒体， [H]与氧结合形成水发生 在有折叠的 膜上
B.图b 表示叶 绿体 ,其具有自身的DNA和蛋 白质合成体系
第六章细胞的能量转换：线粒体和叶绿体(共83张PPT)
电子在经呼吸链进行传递时，高能电子中所含能量逐步释放，最后储存 在ATP的高能磷酸键中，即将ADP转变成ATP，该过程称为磷酸化。而 电子传递链将生物氧化和磷酸化串联在一起的过程并称为氧化磷酸化。
1、电子载体
电子载体:与电子结合并将其传递下去的物质。 (1) NAD：烟酰胺嘌呤二核苷酸，脱氢酶的辅酶，连接TCA循环
(二)呼吸链与电子传递
每个细胞含几百个线粒体，每个线粒体又含多个mtDNA，但mtDNA的总量不到核基因组的1%. 胰脏分泌细胞中的线粒体可长达10-20μm，称巨线粒体，人成纤维细胞线粒体则更长，达40μm。 1．日本的吉田（Massasuke Yoshida）等人将α3β3γ固定在玻片上，在γ亚基的顶端连接荧光标记的肌动蛋白纤维，在含有ATP的溶液中温育时，
线粒体大小和数量反映了细胞能量需求
线粒体位于心肌细胞和精子尾部需能多的部位
（二）线粒体的结构
线粒体由内外两层单位膜封闭形成，包括外膜、内膜、膜间隙和基质4个部分 。
线粒体结构模型
1、外膜 (outer membrane)
全封闭的单位膜，脂和蛋白含量近相等; 具孔蛋白(porin)构成的亲水通道，通透性较高，分子量<5KD分子可通
第一节 线粒体与氧化磷酸化
线粒体被称为细胞内的能量工厂。人体内的细胞每天要合成几千克 的ATP，95%是由线粒体中的呼吸链所产生。
一、线粒体的形态结构
（一）形态和分布 1.形态：因种类和生理状态而异，一般呈粒状或杆状，也有
环形，哑铃形、线状、分杈状。
活细胞中线粒体形态高度可变
2.大小：直径，长。
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。 1．日本的吉田（Massasuke Yoshida）等人将α3β3γ固定在玻片上，在γ亚基的顶端连接荧光标记的肌动蛋白纤维，在含有ATP的溶液中温育时， 在显微镜下可观察到γ亚基带动肌动蛋白纤维旋转。 δ与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构。 1979年Boyer提出构象耦联假说，主要观点是： 标志酶为腺苷酸激酶，催化ATP分子的末端磷酸基团转移到AMP 1) 在胞质中，糖经糖酵解氧化生成丙酮酸； ATP synthase: 2 F0 sub 如NAD+和NADH，两者间有电位差，即氧还电位 一是被复合体Ⅰ还原，二是被复合体Ⅱ还原，三是被cyt b562还原。 质子载体：2，4-二硝基酚(DNP)，羰基-氰-对-三氟甲氧基苯肼(FCCP)。 1979年Boyer提出构象耦联假说，主要观点是： ②抑制Cyt b→Cyt c1电子传递:抗霉素A 辅酶Q溶于内膜，细胞色素C位于内膜的膜间隙侧(C侧)，属膜外周蛋白。 F0: 1a：2b：12c
线粒体和叶绿体
本章概要（二）
叶绿体的主要功能是进行光合作用。光合作用由类囊体膜上进行的 “光反应”和叶绿体基质中进行的“固碳反应”两部分组成。光反应 的产物是ATP和NADPH；固碳反应则利用光反应产生的ATP和 NADPH中的化学能使CO2还原合成糖。光合作用的电子传递是在光 系统Ⅰ和光系统Ⅱ中进行。这两个光系统互相配合，利用吸收的光能 把1对电子从H2O传递给NADP＋。按照电子传递的方式光合磷酸化 可分为非循环和循环两种类型。高等植物碳同化有卡尔文循环、C4途 径和景天酸代谢3条途径。其中卡尔文循环是碳同化最重要和最基本 的途径。 化学渗透假说认为：电子在传递过程中所释放的能量转换成了跨膜的 质子浓度势能，驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应合成ATP。 线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。它们的基质中存在DNA和蛋白 质合成的必要酶类。但线粒体和叶绿体自身合成的蛋白质十分有限。 绝大多数功能蛋白质依赖细胞核编码并在细胞质核糖体上合成，最后 转移至线粒体和叶绿体。 线粒体和叶绿体被普遍认为起源于内共生的呼吸细菌和蓝细菌。
ARC：叶绿体积聚与 复制蛋白 PDV：质体分裂蛋白 Z环：在叶绿体分裂的 早期，FtsZ蛋白先于 叶绿体膜的缢陷汇集 于叶绿体的内膜下， 组装成一个FtsZ环。
电子显微镜下观察到的叶绿体（图6-17）
A：拟南芥幼 叶能量吸收、传递与转 换图解（图6-18）
拟南芥RNA编辑障碍导致的白化苗（图624B）
不同真核生物线粒体基因组（DNA）大小 及其表达产物（表6-1）
本章概要（一）
线粒体和叶绿体是真核细胞内两种重要的能量转换细胞器，线粒体广 泛存在于各类真核细胞中，而叶绿体仅存在于植物细胞中。 线粒体和叶绿体都是高度动态的细胞器。除了细胞内的分布接受动态 的调控以外，线粒体通过频繁的融合和分裂实现遗传信息的互补；而 叶绿体则通过基质小管达到个体之间的互相联系。 线粒体和叶绿体都具有封闭的两层单位膜结构。外膜通透性高；内膜 通透性低且向内折叠，构成多酶体系的空间分布框架。线粒体和叶绿 体的基质中包含一些酶、DNA、RNA和核糖体等生命活动的基本物质。 线粒体是细胞中糖类、蛋白质、脂质等物质最终彻底氧化代谢的场所， 通过三羧酸循环和经氧化磷酸化合成ATP。线粒体承担的能量转换实 质上就是把H+跨膜电位差和质子浓度梯度（pH差）形成的质子驱动 力转换为ATP分子中的高能磷酸键。 催化ATP生成的ATP合酶由F1头部和F0基部构成。F1头部含有催化 位点，F0基部形成一个质子通道。ATP生成的结合变构假说认为质子 有控制地通过ATP合酶的F0部分，引起F0 c亚基环并带动与其相连的 γ亚基的旋转。γ亚基的旋转引发F1催化位点的构象改变，从而驱动 ATP的生成。
第六章线粒体和叶绿体(共80张PPT)
复合物IV：细胞色素c氧化酶
• 组成：为二聚体，每个单体含至少13条肽链，分为三个亚单位。
• 作用：将从细胞色素c接受的电子传给氧形成水，每转移一对电子，在基
质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。（2 H+泵出， 2 H+ 参与 形成水）
• cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2
Transport of electrons from NADH
Transport of electrons from FADH2
在电子传递过程中，有几点需要说明
• 四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、铁硫蛋白、辅酶 Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。
• 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子(能量转化) ， 终止于O2形成水。
• 4还原态cyt c + 8 H+M + O2→4氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O
两条主要的呼吸链
• ①由复合物I、III、IV组成，催化NADH的脱氢氧化。
• ②由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。
• 对应于每个复合物Ⅰ，大约需要3个复合物Ⅲ，7个复合物Ⅳ，任 何两个复合物之间没有稳定的连接结构，而是由辅酶Q和细胞色 素c这样的可扩散性分子连接。
（二） 线粒体的超微结构（两膜两室）
基质
膜间隙
外膜
嵴
内膜
A three-dimensional diagram of a mitochondrion cut longitudinally
•线粒体的超微结构
◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。外膜的 标志酶是单胺氧化酶。 ◆内膜（inner membrane）：富含心磷脂，高度不通透性，向内折叠
第六章 线粒体和叶绿体
1) 内膜结构
单层膜，比外膜厚； 通透性较外膜小； 向内折叠成嵴，表面积极大增加，代谢效率 极大提高;
嵴的形状与数量和细胞种类与生理状况有关
2) 线粒体分类（根据嵴的形态结构）
（a）板层形 （b）管形 （a）,（b）为基本形 （c）羽冠形 （d）网膜形 （e）绒毛形 （f）平行形 （g）同心圆形
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第二节 叶绿体与光合作用
●一.叶绿体(Chloroplast)的形态结构
二.叶绿体的结构与化学组成
●三.叶绿体的功能—光合作用
(photosynthesis)
一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构
●叶绿体与线粒体形态结构比较
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，还有类囊体； 捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体 膜上。 ●叶绿体超微结构
1964年由Paul Boyer最先提出来的。此学
说认为电子沿电子传递链传递使线粒体 内膜蛋白质组分发生了构象变化，形成 一种高能形式。这种高能形式通过ATP 的合成而恢复其原来的构象。未能找到 有力的证据。
（３）化学渗透学说 1961 由英国生物化学家Peter Mitchell最先提出来
的。此学说认为电子传递释放出的自由能和ATP合成
＋
个H 泵出内膜。
ｃ 内膜对H+不能自由通过，泵出
膜外侧的H+不能自由返回膜内侧，
因而造成H+浓度的跨膜浓度梯度。
此梯度包含的能量可驱使ADP和Pi 生成ATP。
ｄ.氢通过ATP合成酶上 的特殊的途径，返回基 质。H+浓度梯度所释放
的自由能，偶联ADP和
第六章 细胞的能量转换—线粒体和叶绿体 南开大学细胞生物学课件
2. 电子载体排列顺序
1. 电子载体
电子传递链是由一系列特殊的电子载体构成的。 在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递 下去的化合物称为电子载体（electron carrier）。
电子载体有五种： 黄素蛋白（flavoprotein） 细胞色素(cytochrome) 泛醌(ubiquinone, UQ) 铁硫蛋白(iron-sulfur protein) 铜原子(copper atom)
Fis1和Mdv1 2. 参与作用
endophilin B1 Mff(mitochondrial fission factor) GDAP1(ganglioside-induced
fifferentiation associated protein 1)
2. 线粒体融合与分裂的细胞生物学基础
二、线粒体的超微结构
复合物Ⅱ
复合物Ⅲ
复合Ⅳ
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆ 五种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、铜原子、辅酶Q。前四种与蛋白质结合，辅 酶Q为脂溶性醌。
◆ 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高 能电子(能量转化)， 终止于O2形成水。
◆ 电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递 (NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)
叶肉细胞
维管束 维管束鞘细胞
第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源
线粒体和叶绿体的功能主要受细胞核 基因组调控，但同时又受到自身基因组的 调控，被称为半自主性细胞器。
线粒体和叶绿体以非孟德尔方式遗传。
一、线粒体和叶绿体的半自主性 二、线粒体和叶绿体的起源
一、线粒体和叶绿体的半自主性
（一）线粒体和叶绿体DNA （二）线粒体和叶绿体中的蛋白质 （三）线粒体和叶绿体基因组与细胞核
1. 电子载体
电子传递链是由一系列特殊的电子载体构成的。 在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递 下去的化合物称为电子载体（electron carrier）。
电子载体有五种： 黄素蛋白（flavoprotein） 细胞色素(cytochrome) 泛醌(ubiquinone, UQ) 铁硫蛋白(iron-sulfur protein) 铜原子(copper atom)
Fis1和Mdv1 2. 参与作用
endophilin B1 Mff(mitochondrial fission factor) GDAP1(ganglioside-induced
fifferentiation associated protein 1)
2. 线粒体融合与分裂的细胞生物学基础
二、线粒体的超微结构
复合物Ⅱ
复合物Ⅲ
复合Ⅳ
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆ 五种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、铜原子、辅酶Q。前四种与蛋白质结合，辅 酶Q为脂溶性醌。
◆ 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高 能电子(能量转化)， 终止于O2形成水。
◆ 电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递 (NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)
叶肉细胞
维管束 维管束鞘细胞
第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源
线粒体和叶绿体的功能主要受细胞核 基因组调控，但同时又受到自身基因组的 调控，被称为半自主性细胞器。
线粒体和叶绿体以非孟德尔方式遗传。
一、线粒体和叶绿体的半自主性 二、线粒体和叶绿体的起源
一、线粒体和叶绿体的半自主性
（一）线粒体和叶绿体DNA （二）线粒体和叶绿体中的蛋白质 （三）线粒体和叶绿体基因组与细胞核
6-线粒体和叶绿体PPT课件
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2）类囊体膜的化学组成
主要成分：蛋白质和脂质(比例约60：40)。 • 1.脂质
主要是磷脂和糖脂及色素、醌化合物等 不饱和的亚麻酸约87%，流动性大 • 2.蛋白质 （1）外在蛋白：CF1 、与光反应有关的酶 （2）内在蛋白：20余种多肽
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3.叶绿体基质(stroma)
• 1）核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RuBPase • 2）环状DNA • 3）RNA：rRNA、tRNA、mRNA • 4）核糖体（蛋白质合成体系） • 5）脂滴(Lipiddroplet)或称嗜锇滴 • 6）植物铁蛋白、淀粉粒等
形成“转子”； 2）嵌入膜中的F0（基
部），组成“定子”；
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F1:3:3:1:1:1
具3个ATP合成的催 化位点
F0: 1a：2b：12c
环形结构，具质 子通道
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❖ F1因子具有ATP酶活性
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b）ATP合成酶性质：是一种具有双向作用的装置
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c）ATP合成酶的作用机制
Step 1: Proton gradient is built up as a result of NADH (produced from oxidation reactions) feeding electrons into electron transport system.
• 3由）1Fa、0偶1联b、因1子0-1：2c是亚内基膜组上成的，疏多水个蛋c亚白基复形合成体多，（形1成2）跨聚膜体质，子成通一道。 环 合状于结c亚构基，环和状转结子构结的合外。侧a，、并b亚通基过及δ亚F1的基δ和亚头基部形相成结“合定。子”，结
线粒体和叶绿体ppt课件
— （四）ATP形成机制 氧化磷酸化
基质 膜间隙
羧酸循环
丙酮酸
ATP合成器
1、ATP合酶的结构与组成
F1：突出于膜外，由α3、β3、γ、 δ、ε9个亚基组成， α3β3组成 “橘瓣”状结构，β 亚基有催 化ATP合成或水解的活性，γε 亚基一起形成“转子”，位于 α3β3中央，共同旋转以调节3个 β亚基催化位点的开放与关闭。
类囊体膜：PSI、PSII、细胞色素bf、CF0-CF1ATP酶分布 类囊体腔:膜囊与基质隔开的区室，建立电化学梯度和ATP合成有关。
➢基质（stroma）：叶绿体内膜与类囊体之间的区室。RuBPase、DNA、RNA、 核糖体、脂滴、淀粉粒
二、叶绿体的功能—光合作用 (photosynthesis)
F0：嵌于膜内，由ab2c10～12组 成，a、b、δ亚基组成“定子”
线粒体ATP合酶的结构
ATP合成及其水解示意图
2、能量耦联与ATP合酶的作用机制
◆化学渗透假说（英国，Mitchell,1961～1978诺 贝尔化学奖）：
电子传递链各组分在线粒体内膜中呈不对称 分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将 H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度（质子动 力势）。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回 到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量 储存到ATP高能磷酸键。
➢日本的吉田（Massasuke Yoshida）等人将α3β3γ 固定在玻片上，在γ亚基 的顶端连接荧光标记的肌 动蛋白纤维，在含有ATP的 溶液中温育时，在显微镜 下可观察到γ亚基带动肌 动蛋白纤维旋转。
F0和旋转的实验验证
1994年，Walker 发表的牛心线粒 体F1-ATP酶晶体 结构
第六章 细胞的能量转换--线粒体和叶绿体
2) ATP合成酶的作用机理
ATP合成酶据认为是通过结合变化和旋转催化的机制来合成ATP的。 F1中的β亚基有三种构型： ① 紧密结合态（T态）：可与ADP和Pi的结合很紧，能生成ATP,并能与 ATP牢牢结合。 ② 松散结合态（L态）：同ADP和Pi的结合较强。
③ 空置状态（O态）： 几乎不与ATP、ADP和Pi结合。
（二）线粒体和叶绿体的起源
1 内共生起源学说 2 非共生起源学说
（二）线粒体的化学组成及酶的定位
外膜主要是卵磷脂， 内膜主要是心磷脂。 线粒体不同部位标志酶： 1 外 膜－标志酶：单胺氧化酶。 2 内 膜－标志酶：细胞色素氧化酶。 3 膜间隙－标志酶：腺苷酸激酶。 4 基 质－标志酶：苹果酸脱氢酶。
（三）氧化磷酸化
1 线粒体的主要功能－－氧化磷酸化。 2 有机物氧化、呼吸链（电子传递链）与ATP产生之间的关系。
光能→使叶绿体色素分子激发释放电子→电子传递和光合磷 酸化→产生ATP和NADPH2→通过卡尔文循环CO2和H2O被 ATP和NADPH2还原为糖类物质。 1 光反应－包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。 2 暗反应－即碳同化。
1 原初反应
原初反应是指叶绿素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为 止的过程。包括光能的吸收、传递与转换，即光能被捕光色素分 子吸收，并传至反应中心，在反应中心发生最初的光化学反应， 使电荷分离从而将光能转换为电能的过程。 （1）捕光色素：包括大部分叶绿素a，叶绿素b，胡萝卜素和叶黄 素等。叶绿素吸收的光主要是蓝色和红色而不是 绿色光。 （2）反应中心色素：由一种特殊状态的叶绿素a分子组成，可分为 P700(PⅠ的中心色素)和P680（PⅡ的中心色素). （3）反应中心：由一个中心色素分子和一个原初电子供体D及一个 原初电子受体A组成。 （4）光合作用单位：由捕光色素和反应中心构成。
第六章 线粒体与叶绿体
●ATP水解酶的活性
●ATP合成酶的活性
故 F0-F1 颗 粒 又 称 为 ATP 合 酶 (ATP synthase )。
Structure of ATP synthase
◆结构
● Head section: 即 F1, 由 5 种多肽组成九聚 体 , 含有 3 个催化 ATP 合成的位点 , 每个β亚 基一个。 ● Stalk section: 由 F1 的γ亚基和ε亚基构 成,γ亚基穿过头部作为头部旋转的轴。 ● Membrane section: 即 F0, 由 3 种不同的亚 基组成的十五聚体(1a∶2b∶12c)。
一、线粒体和叶绿体的DNA
●mtDNA /ctDNA形状、数量、大小
●mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制
●mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，
DNA 先复制，随后线粒体分裂。 ctDNA 复制的时
间在G1期。 复制仍受核控制
mtDNA /ctDNA形状、数量、大小
◆双链环状(除绿藻mtDNA，草履虫mtDNA) ◆mtDNA 大小在动物中变化不大，但在植物中变化 较大高等植物，120kbp~200kbp； ◆ 人 mtDNA ： 16,569bp ， 37 个 基 因 ( 编 码 12S,16S rRNA ； 22 种 tRNA ； 13 种多肽： NADH 脱氢酶 7 个
性等特点. 线粒体的形状多种多样,但以线状和粒状最常见.
线粒体在不同类型细胞中,其数目相差很大，但在同一类型细胞中的数目
是相对比较 稳定的.
●线粒体的超微结构 ◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)， 通透性较高。标志酶是
单胺氧化酶
◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折 叠形成嵴。 含有与能量转换相关的蛋白.标志酶是细胞色素氧化酶.
叶绿体与线粒体功能(共10张PPT)
能
线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化。氧化磷 酸化是在内膜上进行的一个形成ATP的过程。 它是在电子从NADH或FADH2经过电子传递链 传递给氧的过程中发生的。每一个NADH被氧 化产生3个ATP分子，而每一个FADH2被氧化 产生2个ATP分子，电子最终被O2接受而生成 H2O。
氧电化子磷 在酸电化子是传在递内链膜传上递进过行程的中一所个释形放成的能AT量P的转过换程成。了跨越内膜的H＋浓度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应，合成ATP。
分为3大步骤：1、原初反应；2、电子传递和 线粒体和的叶主绿要体功的能化是学进成行分氧主化要磷是酸蛋化白。质和脂质。
叶线绿粒体于和线叶粒绿体的结化构学比成较分主要是蛋白质和脂质。 线他粒们体 的的形主状要、功大能小是、进数行目氧和化分磷布酸常化因。细胞种类、生理功能及生理状况不同而有较大差别。
第4页，共10页。
叶绿体和线粒体的组成
其过程可分为3大步骤：1、原初反应； 其过程可分为3大步骤：1、原初反应；
线粒体和叶绿体的化学成分主要是蛋白质和脂 电子在电子传递链传递过程中所释放的能量转换成了跨越内膜的H＋浓度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应，合成ATP。
线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化。
第9页，共10页。
谢谢
第10页，共10页。
光合磷酸化；3、碳同化。前两步属于光反应， 线前粒两体 步和属叶于绿光体反的应化，学后成一分步主属要于是暗蛋反白应质。和脂质。
线粒体和叶绿体的化学成分主要是蛋白质和脂质。
后一步属于暗反应。 线粒体和的叶主绿要体功是能细是胞进内行较氧大化的磷细酸胞化器。，在光学显微镜下即可看见。
其线过粒程 体可和分叶为绿体3大是步细骤胞：内1较、大原的初细反胞应器；，在光学显微镜下即可看见。 每在一他个 们N的A基D质H被中氧含化有产许生多3酶个、AT核P糖分体子、，D而N每A、一R个NFAA及DH无2机被离氧子化等产。生2个ATP分子，电子最终被O2接受而生成H2O。 线2、粒电体子广传泛递存和在光于合各磷类酸真化核；细胞中，而叶绿体仅存在于职务细胞中。 叶其绿过体 程的可主分要为功3大能步是骤进：行1光、合原作初用反。应； 线叶粒绿体和于叶线绿粒体的化结学构成比分较主要是蛋白质和脂质。 电子在电子传递链传递过程中所释放的能量转换成了跨越内膜的H＋浓度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应，合成ATP。
线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化。氧化磷 酸化是在内膜上进行的一个形成ATP的过程。 它是在电子从NADH或FADH2经过电子传递链 传递给氧的过程中发生的。每一个NADH被氧 化产生3个ATP分子，而每一个FADH2被氧化 产生2个ATP分子，电子最终被O2接受而生成 H2O。
氧电化子磷 在酸电化子是传在递内链膜传上递进过行程的中一所个释形放成的能AT量P的转过换程成。了跨越内膜的H＋浓度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应，合成ATP。
分为3大步骤：1、原初反应；2、电子传递和 线粒体和的叶主绿要体功的能化是学进成行分氧主化要磷是酸蛋化白。质和脂质。
叶线绿粒体于和线叶粒绿体的结化构学比成较分主要是蛋白质和脂质。 线他粒们体 的的形主状要、功大能小是、进数行目氧和化分磷布酸常化因。细胞种类、生理功能及生理状况不同而有较大差别。
第4页，共10页。
叶绿体和线粒体的组成
其过程可分为3大步骤：1、原初反应； 其过程可分为3大步骤：1、原初反应；
线粒体和叶绿体的化学成分主要是蛋白质和脂 电子在电子传递链传递过程中所释放的能量转换成了跨越内膜的H＋浓度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应，合成ATP。
线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化。
第9页，共10页。
谢谢
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光合磷酸化；3、碳同化。前两步属于光反应， 线前粒两体 步和属叶于绿光体反的应化，学后成一分步主属要于是暗蛋反白应质。和脂质。
线粒体和叶绿体的化学成分主要是蛋白质和脂质。
后一步属于暗反应。 线粒体和的叶主绿要体功是能细是胞进内行较氧大化的磷细酸胞化器。，在光学显微镜下即可看见。
其线过粒程 体可和分叶为绿体3大是步细骤胞：内1较、大原的初细反胞应器；，在光学显微镜下即可看见。 每在一他个 们N的A基D质H被中氧含化有产许生多3酶个、AT核P糖分体子、，D而N每A、一R个NFAA及DH无2机被离氧子化等产。生2个ATP分子，电子最终被O2接受而生成H2O。 线2、粒电体子广传泛递存和在光于合各磷类酸真化核；细胞中，而叶绿体仅存在于职务细胞中。 叶其绿过体 程的可主分要为功3大能步是骤进：行1光、合原作初用反。应； 线叶粒绿体和于叶线绿粒体的化结学构成比分较主要是蛋白质和脂质。 电子在电子传递链传递过程中所释放的能量转换成了跨越内膜的H＋浓度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化和光合磷酸化反应，合成ATP。
细胞生物学第六章-线粒体和叶绿体PPT课件
▪ 辅酶Q的氧化还原： 辅酶Q 半醌 全醌。
辅酶Q的氧化和还原形式
2021
■ 氧化还原电位与载体排列顺序
2021
▪ ● 呼吸链电子载体 的排列顺序：
▪ 电子从一个载体传 向另一个载体，直 至最终的受体被还 原为止，在该呼吸 链中的最终的受体 是O2，接收电子后 生成水。
电子传递链中几种电子载体及电子传递
2021
■ 偶联因子1(coupling factor 1)
ATP偶联因子电镜照片（负染）
2021
■ ATP合酶(ATP synthase)的结构和功能
图 ATP合酶的形态 (a) 电镜照片; (b)根据电镜照片绘制的模式图和各部分的大小。
2021
● F1颗粒组成
2021
● 定子（stator）和转子（rotor）
叶绿体内膜中苹果酸延胡索酸穿梭转运蛋白50叶绿体内膜中的其他转运载体表载体功能adpatp交换载体进行细胞质和叶绿体基质间的adpatp交换二羧酸交换载体进行细胞质和叶绿体基质间二羧酸的交换葡萄糖载体将叶绿体基质中的葡萄糖运输到胞质溶胶乙醇酸载体将叶绿体基质中的乙醇酸运输到胞质溶胶磷酸交换载体将细胞质中的无机磷与叶绿体基质中的三碳糖进行交换512类囊体thylakoid类囊体由内膜发展而来的呈扁平小囊是光合作用的光反应场所
2021
F1和γ旋转的实验证明
2021
氧化磷酸化抑制剂
▪ 1．电子传递抑制剂： ▪ 抑制NADH→CoQ的电子传递。阿米妥、鱼藤酮。 ▪ 抑制复合物III。抗霉素A 。 ▪ 抑制复合物IV。如：CO、CN、H2S。 ▪ 电子传递抑制剂可用来研究呼吸链各组分的排列顺序，当
呼吸链某一特定部位被抑制后，底物一侧均为还原状态， 氧一侧均为氧化态，可用分光光度计检测。
辅酶Q的氧化和还原形式
2021
■ 氧化还原电位与载体排列顺序
2021
▪ ● 呼吸链电子载体 的排列顺序：
▪ 电子从一个载体传 向另一个载体，直 至最终的受体被还 原为止，在该呼吸 链中的最终的受体 是O2，接收电子后 生成水。
电子传递链中几种电子载体及电子传递
2021
■ 偶联因子1(coupling factor 1)
ATP偶联因子电镜照片（负染）
2021
■ ATP合酶(ATP synthase)的结构和功能
图 ATP合酶的形态 (a) 电镜照片; (b)根据电镜照片绘制的模式图和各部分的大小。
2021
● F1颗粒组成
2021
● 定子（stator）和转子（rotor）
叶绿体内膜中苹果酸延胡索酸穿梭转运蛋白50叶绿体内膜中的其他转运载体表载体功能adpatp交换载体进行细胞质和叶绿体基质间的adpatp交换二羧酸交换载体进行细胞质和叶绿体基质间二羧酸的交换葡萄糖载体将叶绿体基质中的葡萄糖运输到胞质溶胶乙醇酸载体将叶绿体基质中的乙醇酸运输到胞质溶胶磷酸交换载体将细胞质中的无机磷与叶绿体基质中的三碳糖进行交换512类囊体thylakoid类囊体由内膜发展而来的呈扁平小囊是光合作用的光反应场所
2021
F1和γ旋转的实验证明
2021
氧化磷酸化抑制剂
▪ 1．电子传递抑制剂： ▪ 抑制NADH→CoQ的电子传递。阿米妥、鱼藤酮。 ▪ 抑制复合物III。抗霉素A 。 ▪ 抑制复合物IV。如：CO、CN、H2S。 ▪ 电子传递抑制剂可用来研究呼吸链各组分的排列顺序，当
呼吸链某一特定部位被抑制后，底物一侧均为还原状态， 氧一侧均为氧化态，可用分光光度计检测。
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• 大小：直径0.5~1um，长为2~3um。 • 数目：动物细胞多于植物细胞；代谢旺盛的细胞中
较多；人成熟的红细胞中无线粒体。 • 分布：集中在细胞功能旺盛区域；迁移时以微管为
运动轨道、由马达蛋白提供动力。
4
6.1.2 线粒体结构与化学组成
5
外膜
◆平整光滑。 ◆含有较多的通道蛋白---孔蛋白，因此，通透
性很高，小分子物质可通过小孔进出膜间隙。 ◆含有一些特殊的酶类，分别催化肾上腺素氧化、
色氨酸降解、脂肪酸降解、脂肪酸链延长、脂 肪酸链去饱和、磷脂合成等。 ◆标志酶:单胺氧化酶。
6
线粒体基质（内室）
◆内膜所包围的嵴外空间，含有DNA、RNA、 核糖体、上百种酶类及其它成分。 ◆标志酶:苹果酸脱氢酶
细胞质中合成的叶绿体前体蛋白N末端也含 有一段类似线粒体蛋白导肽的序列,称为转运肽。
31
定位于叶绿体基质蛋白的运送
如RuBP羧化酶8个小亚基, 它们的运输过 程大致分为两步:
第一步转运肽与叶绿体的外膜受体结 合；第二步以类似于线粒体蛋白运输的机 制跨过叶绿体的膜进入基质，转运肽被特 异的蛋白酶水解掉。
14
二、叶绿体结构 由叶绿体膜或外被、类囊体和基质组成。 含有3种不同的膜(外膜、内膜和类囊体膜) 含有3种彼此分隔的间隙(膜间隙、叶绿体
基质和类囊体腔)。
15
基基粒粒
基质类囊体
基粒类囊体 类囊体腔
基质
16
（一） 叶绿体膜
• 外膜通透性大，内膜对物质透过具强选择性； • 组成叶绿体膜的脂质以磷脂和糖脂最多； • 膜中分布很多种酶类。
32
定位于类囊体膜和类囊体腔中的蛋白的运输
大致分为三个过程: 第一步是前体连接到 叶绿体膜的特定的受体上,第二步是前体进入叶 绿体基质、经特异的蛋白酶加工后插入到类囊体 膜或进入类囊体腔,第三步在类囊体腔中经特异 的蛋白酶加工后再装配成成熟的蛋白质。
33
34
第六章重点
一、比较线粒体和叶绿体结构的异同？ 二、线粒体蛋白质合成完成时都含有导肽，有人 认为这些蛋白的导向信息可能存在于蛋白质分子内的 特定氨基酸序列中。
26
九九 年诺 贝尔 医学 奖得 主-布 洛贝 尔 27
6.4.2 线粒体蛋白的运送
含导肽的前体蛋白的跨膜运送
●需要消耗能量; ●需要线粒体外膜上的相应受体蛋白 ●需要线粒体外膜上的GIP蛋白
◆ 导肽的功能
• 能识别线粒体（导肽序列中含有识别线粒体的 信息）
• 能牵引蛋白质通过线粒体膜进行运送 • 导肽决定蛋白质运送方向，对其后所牵引的被
运送的蛋白质无特异性要求
25
◆导肽中的导向信息
• 蛋白质进入线粒体的部位是由其导肽所含的导向信息 决定的
• 不同的导肽所含的信息不同，同一导肽中的不同片断 中含有的信息也不同，因而可使不同的线粒体蛋白运 送到基质中，或定位于内膜或膜间隙。
9
6.1.3 线粒体的功能
进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活 动提供能量；
与细胞中氧自由基的生成、细胞程序性死亡、 细胞信号转导、细胞内多种离子的跨膜运输 及电解质稳态平衡的调控等有关。
10
6.1.4 线粒体与疾病
线粒体最易受损伤，可显示细胞受损伤的程度 线粒体与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关 线粒体异常会影响细胞的正常功能，导致疾病发生
基组成？各由何基因组编码？ 三、何谓导肽？结构特点如何？ 思考题：9、11
35
---线粒体病（MD） 线粒体病的原发机制是mtDNA异常引起的遗传性疾
病
11
6.2 叶绿体
12
6.2.1 叶绿体的形态结构
13
一、叶绿体的形状、大小和数量
• 叶绿体的形状、大小和数量因植物种类不同 而差别很大。
• 叶绿体是一种不稳定的细胞器。 • 形状：高等植物多呈凸透镜状或香蕉状。 • 大小：长5~10um，宽2~4um.
21
6.3 线粒体和叶绿体的半自主性·
6.3.1 线粒体和叶绿体的DNA 6.3.2 线粒体和叶绿体的蛋白质合成
组成线粒体和叶绿体中的蛋白质，仅有少数是 由两种细胞器内的核糖体所合成的。绝大多数 都是由核DNA编码并在细胞质中合成后，再 通过导肽或转运肽运输到各自特定的功能位点 上的。
22
线粒体DNA所编码的RNA和多肽种类： 叶绿体DNA所编码的RNA和多肽种类： 在各种植物的叶绿体中已被确定的基因：
体结构。P226 图7-11
18
类囊体的结构
19
类囊体膜蛋白的不对称分布
• 类囊体膜的外周蛋白在类囊体膜上朝向叶绿体基质面的较 多，内在蛋白镶嵌在脂双层中。
20
（三） 叶绿体基质
物质组成： RuBP羧化酶结构组成：
6.2.2 叶绿体的功能
进行光合作用，通过光合磷酸化将光能转换 成化学能供细胞利用。
第六章 线粒体和叶绿体
1
要点综述 • 掌握线粒体和叶绿体的结构与功能，线
粒体和叶绿体的遗传自主性问题和蛋白 质合成及其转运的知识。
2
6.1 线粒体
6.1.1 线粒体的形态与分布
3
★ 线粒体是一种动态细胞器，其形态、数量和分布 随细胞种类和生理状态变化而变化。
• 外形：具多形性，有线状、粒状、哑铃状、环形、 圆柱形等，但以线状和粒状最常见。
23
6.4 线粒体和叶绿体蛋白质的 运送与装配
• 由核基因编码的向线粒体和叶绿体运送的 蛋白质，先在细胞质基质中合成前体形式， 然后通过后转移方式运输到线粒体和叶绿 体内。
• 前体蛋白由成熟形式的蛋白和N端的一段 称为导肽或转运肽的氨基酸序列共同组成。
24
6.4.1 导 肽
◆ 何谓导肽？
◆ 导肽的结构特征
●需要分子伴侣 (P204)
●需要内膜两侧膜电位启动
28
◆定位于线粒体基质中的蛋白跨膜转运
29
外膜蛋白的定位
运送到外膜的蛋白质没有导 肽, 它的氨基酸末端延伸部分就 有识别受体的功能,直接插入到外 膜。
30
6.4.3 叶绿体蛋白的运送
运输机理
与线粒体有许多类同之处,但由于叶绿体结构 复杂，使得细胞质中合成的蛋白运送到叶绿体的 特定部位比线粒体更复杂、更困难。
17
（二） 类囊体
形态结构： 叶绿体的基粒结构： 基粒类囊体： 基质类囊体： 类囊体膜上的物质组成：
• 集中了光合作用能量转换的全部组分，分别装配在 光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、细胞色素bf、 CFO-CF1ATP合 成酶等主要的膜蛋白复合物中。
• CFO-CF1ATP合成酶是类囊体膜上伸向基质的带柄小球
较多；人成熟的红细胞中无线粒体。 • 分布：集中在细胞功能旺盛区域；迁移时以微管为
运动轨道、由马达蛋白提供动力。
4
6.1.2 线粒体结构与化学组成
5
外膜
◆平整光滑。 ◆含有较多的通道蛋白---孔蛋白，因此，通透
性很高，小分子物质可通过小孔进出膜间隙。 ◆含有一些特殊的酶类，分别催化肾上腺素氧化、
色氨酸降解、脂肪酸降解、脂肪酸链延长、脂 肪酸链去饱和、磷脂合成等。 ◆标志酶:单胺氧化酶。
6
线粒体基质（内室）
◆内膜所包围的嵴外空间，含有DNA、RNA、 核糖体、上百种酶类及其它成分。 ◆标志酶:苹果酸脱氢酶
细胞质中合成的叶绿体前体蛋白N末端也含 有一段类似线粒体蛋白导肽的序列,称为转运肽。
31
定位于叶绿体基质蛋白的运送
如RuBP羧化酶8个小亚基, 它们的运输过 程大致分为两步:
第一步转运肽与叶绿体的外膜受体结 合；第二步以类似于线粒体蛋白运输的机 制跨过叶绿体的膜进入基质，转运肽被特 异的蛋白酶水解掉。
14
二、叶绿体结构 由叶绿体膜或外被、类囊体和基质组成。 含有3种不同的膜(外膜、内膜和类囊体膜) 含有3种彼此分隔的间隙(膜间隙、叶绿体
基质和类囊体腔)。
15
基基粒粒
基质类囊体
基粒类囊体 类囊体腔
基质
16
（一） 叶绿体膜
• 外膜通透性大，内膜对物质透过具强选择性； • 组成叶绿体膜的脂质以磷脂和糖脂最多； • 膜中分布很多种酶类。
32
定位于类囊体膜和类囊体腔中的蛋白的运输
大致分为三个过程: 第一步是前体连接到 叶绿体膜的特定的受体上,第二步是前体进入叶 绿体基质、经特异的蛋白酶加工后插入到类囊体 膜或进入类囊体腔,第三步在类囊体腔中经特异 的蛋白酶加工后再装配成成熟的蛋白质。
33
34
第六章重点
一、比较线粒体和叶绿体结构的异同？ 二、线粒体蛋白质合成完成时都含有导肽，有人 认为这些蛋白的导向信息可能存在于蛋白质分子内的 特定氨基酸序列中。
26
九九 年诺 贝尔 医学 奖得 主-布 洛贝 尔 27
6.4.2 线粒体蛋白的运送
含导肽的前体蛋白的跨膜运送
●需要消耗能量; ●需要线粒体外膜上的相应受体蛋白 ●需要线粒体外膜上的GIP蛋白
◆ 导肽的功能
• 能识别线粒体（导肽序列中含有识别线粒体的 信息）
• 能牵引蛋白质通过线粒体膜进行运送 • 导肽决定蛋白质运送方向，对其后所牵引的被
运送的蛋白质无特异性要求
25
◆导肽中的导向信息
• 蛋白质进入线粒体的部位是由其导肽所含的导向信息 决定的
• 不同的导肽所含的信息不同，同一导肽中的不同片断 中含有的信息也不同，因而可使不同的线粒体蛋白运 送到基质中，或定位于内膜或膜间隙。
9
6.1.3 线粒体的功能
进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活 动提供能量；
与细胞中氧自由基的生成、细胞程序性死亡、 细胞信号转导、细胞内多种离子的跨膜运输 及电解质稳态平衡的调控等有关。
10
6.1.4 线粒体与疾病
线粒体最易受损伤，可显示细胞受损伤的程度 线粒体与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关 线粒体异常会影响细胞的正常功能，导致疾病发生
基组成？各由何基因组编码？ 三、何谓导肽？结构特点如何？ 思考题：9、11
35
---线粒体病（MD） 线粒体病的原发机制是mtDNA异常引起的遗传性疾
病
11
6.2 叶绿体
12
6.2.1 叶绿体的形态结构
13
一、叶绿体的形状、大小和数量
• 叶绿体的形状、大小和数量因植物种类不同 而差别很大。
• 叶绿体是一种不稳定的细胞器。 • 形状：高等植物多呈凸透镜状或香蕉状。 • 大小：长5~10um，宽2~4um.
21
6.3 线粒体和叶绿体的半自主性·
6.3.1 线粒体和叶绿体的DNA 6.3.2 线粒体和叶绿体的蛋白质合成
组成线粒体和叶绿体中的蛋白质，仅有少数是 由两种细胞器内的核糖体所合成的。绝大多数 都是由核DNA编码并在细胞质中合成后，再 通过导肽或转运肽运输到各自特定的功能位点 上的。
22
线粒体DNA所编码的RNA和多肽种类： 叶绿体DNA所编码的RNA和多肽种类： 在各种植物的叶绿体中已被确定的基因：
体结构。P226 图7-11
18
类囊体的结构
19
类囊体膜蛋白的不对称分布
• 类囊体膜的外周蛋白在类囊体膜上朝向叶绿体基质面的较 多，内在蛋白镶嵌在脂双层中。
20
（三） 叶绿体基质
物质组成： RuBP羧化酶结构组成：
6.2.2 叶绿体的功能
进行光合作用，通过光合磷酸化将光能转换 成化学能供细胞利用。
第六章 线粒体和叶绿体
1
要点综述 • 掌握线粒体和叶绿体的结构与功能，线
粒体和叶绿体的遗传自主性问题和蛋白 质合成及其转运的知识。
2
6.1 线粒体
6.1.1 线粒体的形态与分布
3
★ 线粒体是一种动态细胞器，其形态、数量和分布 随细胞种类和生理状态变化而变化。
• 外形：具多形性，有线状、粒状、哑铃状、环形、 圆柱形等，但以线状和粒状最常见。
23
6.4 线粒体和叶绿体蛋白质的 运送与装配
• 由核基因编码的向线粒体和叶绿体运送的 蛋白质，先在细胞质基质中合成前体形式， 然后通过后转移方式运输到线粒体和叶绿 体内。
• 前体蛋白由成熟形式的蛋白和N端的一段 称为导肽或转运肽的氨基酸序列共同组成。
24
6.4.1 导 肽
◆ 何谓导肽？
◆ 导肽的结构特征
●需要分子伴侣 (P204)
●需要内膜两侧膜电位启动
28
◆定位于线粒体基质中的蛋白跨膜转运
29
外膜蛋白的定位
运送到外膜的蛋白质没有导 肽, 它的氨基酸末端延伸部分就 有识别受体的功能,直接插入到外 膜。
30
6.4.3 叶绿体蛋白的运送
运输机理
与线粒体有许多类同之处,但由于叶绿体结构 复杂，使得细胞质中合成的蛋白运送到叶绿体的 特定部位比线粒体更复杂、更困难。
17
（二） 类囊体
形态结构： 叶绿体的基粒结构： 基粒类囊体： 基质类囊体： 类囊体膜上的物质组成：
• 集中了光合作用能量转换的全部组分，分别装配在 光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、细胞色素bf、 CFO-CF1ATP合 成酶等主要的膜蛋白复合物中。
• CFO-CF1ATP合成酶是类囊体膜上伸向基质的带柄小球