最新细胞生物学第六章-线粒体和叶绿体课件PPT
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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 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”；
-
25
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
-
26
❖ F1因子具有ATP酶活性
-
27
b）ATP合成酶性质：是一种具有双向作用的装置
-
28
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(课堂PPT)
• Maternal inheritance: mtDNA mutations transmitted only from mother
• Mutations transmitted to all offspring (male or female)
28
第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源
29
类似的大分子GTPase
8
2. 分裂的分子基础
• 线粒体分裂依赖特定的基因和蛋白质来调控 • 线粒体分裂需要发动蛋白（dynamin） • dynamin 类蛋白是一类大分子GTPase
线粒体分裂环
9
二、线粒体的超微结构
外膜、膜间隙、内膜、基质
10
二、线粒体的超微结构
➢外膜 6nm，高通透性，孔蛋白，单胺氧化酶是标志酶
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学
第6章 线粒体和叶绿体
Байду номын сангаас
本章主要内容
• 线粒体与氧化磷酸化（重点） • 叶绿体与光合作用（自学） • 线粒体和叶绿体的半自主性（重点）
及其起源（了解）
2
第一节 线粒体与氧化磷酸化
3
一、线粒体的基本形态及动态特征
（一）线粒体的形态、分布及数目
• 呈颗粒或短线状 • 分布与细胞内的能量需求密切相关 • 线粒体的数目呈动态变化；与细胞类型相关，
If not all the detergent Is removed, what will happen?
23
Chemiosmotic model
——P.Mitchell, 1961
① 电子传递链不对称分布，起着质子泵的作用； ② 在电子传递过程中所释放的能量转化成了跨膜的pH梯度
• Mutations transmitted to all offspring (male or female)
28
第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源
29
类似的大分子GTPase
8
2. 分裂的分子基础
• 线粒体分裂依赖特定的基因和蛋白质来调控 • 线粒体分裂需要发动蛋白（dynamin） • dynamin 类蛋白是一类大分子GTPase
线粒体分裂环
9
二、线粒体的超微结构
外膜、膜间隙、内膜、基质
10
二、线粒体的超微结构
➢外膜 6nm，高通透性，孔蛋白，单胺氧化酶是标志酶
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学
第6章 线粒体和叶绿体
Байду номын сангаас
本章主要内容
• 线粒体与氧化磷酸化（重点） • 叶绿体与光合作用（自学） • 线粒体和叶绿体的半自主性（重点）
及其起源（了解）
2
第一节 线粒体与氧化磷酸化
3
一、线粒体的基本形态及动态特征
（一）线粒体的形态、分布及数目
• 呈颗粒或短线状 • 分布与细胞内的能量需求密切相关 • 线粒体的数目呈动态变化；与细胞类型相关，
If not all the detergent Is removed, what will happen?
23
Chemiosmotic model
——P.Mitchell, 1961
① 电子传递链不对称分布，起着质子泵的作用； ② 在电子传递过程中所释放的能量转化成了跨膜的pH梯度
细胞生物学第六章线粒体与叶绿体
ATP合酶的“结合变构模 型
三、线粒体与疾病
1、线粒体病：属母系遗传，如克山病、Leber遗 传性视神经病、肌阵挛性癫痫 2、线粒体与衰老 数目与体积的变化 mtDNA的损伤、缺失 线粒体是细胞内自由基的主要来源 3、线粒体与细胞凋亡
第二节 叶绿体与光合作用
一、叶绿体的形态、大小和数目 不同植物种类之间有很大差异。 一般形态为香蕉形，或者称为透镜形。宽2-4um， 长5-10um。叶肉细胞含50-200个叶绿体。 二、叶绿体的结构和化学组成 （一）叶绿体被膜 双层单位膜，6-8nm，之间为10-20nm的膜间 隙。外膜有孔蛋白，通透性大。
THE ESTABLISHMENT OF A PROTONMOTIVE FORCE
33
（四）ATP形成机制——氧化磷酸化
氧化磷酸化：在呼吸链上与电子传递相耦联的由 ADP被磷酸化生成ATP的酶促过程。 呼吸链上有三个部位是氧化还原放能与ADP磷酸 化生成ATP偶联的部位。这三个部位有较大的自 由能变化，足以使ADP与无机磷结合形成ATP。 部位Ⅰ在NADH至CoQ之间。部位Ⅱ在细胞色素 b和细胞色素c之间。部位Ⅲ在细胞色素a和氧之 间。
第二节 叶绿体与光合作用
内膜通透性低。 内膜上有特殊的转运载体，如磷酸交换载体、二 羧酸交换载体，都属于被动运输。 内膜上有与糖脂、磷脂合成有关的酶类。因此， 叶绿体被膜不仅是叶绿体脂合成的场所，也是整 个植物细胞脂合成的主要场所。
（二）类囊体 1、类囊体的结构 叶绿体基质中由单位膜包围形成的扁平小 囊称为类囊体。 基粒、基粒类囊体、基质类囊体。 一个叶绿体的全部类囊体是一个完整连续 的封闭膜囊。含有丰富的具半乳糖的糖脂。 流动性很大。类囊体膜上的成分有：PSI、 PSII、细胞色素bf、CF0-CF1ATP酶。其分 布不对称。
细胞生物学第六章细胞的能量转换器
3.细胞色素
分子中含有血红素铁（图7-7），以共价形式与蛋白结合，通Fe3+、Fe2+形式变化传递电子，呼吸链中有5类，即：细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原子。
图7-7 血红素c的结构
5.Q：
4.铁硫蛋白：
在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型（图7-8）。 图7-8 铁硫蛋白的结构（（引自Lodish等1999） 是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子（图7-9）。有3种氧化还原形式即氧化型醌Q，还原型氢醌（QH2）和介于两者之者的自由基半醌（QH）。
线粒体的超微结构
1.2 线粒体的形态结构
图 7-3 肌细胞和精子的尾部聚集较多的线粒体， 以提供能量 图7-4 线粒体包围着脂肪滴，内有大量要被氧化的脂肪 图7-1线粒体的TEM照片
内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积（达5~10倍），嵴有两种类型：①板层状（图7-1）、②管状（图7-3），但多呈板层状。 图7-3 管状嵴线粒体 嵴上覆有基粒（elementary particle），基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F0偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。 图7-1线粒体的TEM照片
图7-9 辅酶Q
呼吸链的复合物
利用脱氧胆酸（deoxycholate，一种离子型去污剂）处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物，即复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，辅酶Q和细胞色素C不属于任何一种复合物。辅酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的C侧，属于膜的外周蛋白。
即NADH脱氢酶，哺乳动物的复合物Ⅰ由42条肽链组成，呈L型，含有一个FMN和至少6个铁硫蛋白，分子量接近1MD，以二聚体形式存在，其作用是催化NADH的2个电子传递至辅酶Q，同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。电子传递的方向为：NADH→FMN→Fe-S→Q，总的反应结果为：
细胞生物学-第六章_线粒体与叶绿体
分为光反应 light reaction和暗 反应darkreaction两个过程。
光反应需要光，涉及水的光解、 电子传递和光合磷酸化；
暗反应不需要光，涉及CO2的固 定，并转变为糖。
36
1．光合色素（ photosynthetic pigment ）
在光合作用中吸收光能的色素称为光合色素。 包括：叶绿素（a、b、c）、类胡萝卜素（叶黄素、胡萝卜素）、藻胆素（藻
新线粒体来源于线粒体的分裂
正在分裂的线粒体 26
3、线粒体的起源
内共生学说（ endosymbiosis hypothesis ）：线粒体来源于细 菌，即细菌被真核生物吞噬后，在长期的共生过程中，通过 演变形成了线粒体。
27
Pathway for the origin of Mit P 298, Fig. 7-42
NADHO2: 3ATP/2e; FADH2 O2: 2ATP/2e
P292, Fig. 7ory
24
三、线粒体的增殖和起源
1. 线粒体的半自主性
Mit have their own genetic systems.
Mit are organelles semiautocephaly (半自主细胞器).
P293, Fig. 7-37
T型与ADP和Pi结 合很紧，生成ATP
17
Direct experimentalevidencesupportingthe rotationalcatalysis
F1和旋转实验
P294, Fig. 7-38
给F1亚基接上His， 使之同裱衬Ni复合物 的盖玻片结合，使F1 固定；
F1: 5 subunits in the ratio 3:3:1:1:1
光反应需要光，涉及水的光解、 电子传递和光合磷酸化；
暗反应不需要光，涉及CO2的固 定，并转变为糖。
36
1．光合色素（ photosynthetic pigment ）
在光合作用中吸收光能的色素称为光合色素。 包括：叶绿素（a、b、c）、类胡萝卜素（叶黄素、胡萝卜素）、藻胆素（藻
新线粒体来源于线粒体的分裂
正在分裂的线粒体 26
3、线粒体的起源
内共生学说（ endosymbiosis hypothesis ）：线粒体来源于细 菌，即细菌被真核生物吞噬后，在长期的共生过程中，通过 演变形成了线粒体。
27
Pathway for the origin of Mit P 298, Fig. 7-42
NADHO2: 3ATP/2e; FADH2 O2: 2ATP/2e
P292, Fig. 7ory
24
三、线粒体的增殖和起源
1. 线粒体的半自主性
Mit have their own genetic systems.
Mit are organelles semiautocephaly (半自主细胞器).
P293, Fig. 7-37
T型与ADP和Pi结 合很紧，生成ATP
17
Direct experimentalevidencesupportingthe rotationalcatalysis
F1和旋转实验
P294, Fig. 7-38
给F1亚基接上His， 使之同裱衬Ni复合物 的盖玻片结合，使F1 固定；
F1: 5 subunits in the ratio 3:3:1:1:1
细胞生物学第六章 细胞的能量转换-线粒体和叶绿体
线粒体的形态结构
线粒体的形态与分布
动态细胞器 外形：线状、粒状、哑铃状、环状、圆柱状等 大小：直径0.5-1.0μm，长为2-3μm，可达1020μm 数目：动物细胞植物细胞 人成熟红细胞中无线粒体 代谢旺盛的细胞 分布：细胞功能旺盛区域；定位与迁移与微管相关
线粒体可塑性
心肌
状如蘑菇，属F型质子泵。 分为球形的F1（头部）和嵌入膜中的F0（基部）。 F1由5种多肽组成α3β3γδε复合体，具有三个ATP合成 的催化位点（每个β亚基具有一个）。 F0由三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜，12个c亚基组 成一个环形结构，具有质子通道。
F1 particle is the catalytic subunit; The F0 particle attaches to F1 and is embedded in the inner membrane. F1: 5 subunits in the ratio 3:3:1:1:1 F0: 1a：2b：12c
2、复合物II：琥珀酸脱氢酶
组成：至少由4条肽链，含有一个FAD，2个铁硫蛋白。 作用：催化琥珀酸的低能量电子转至辅酶Q，但不转移质子。
琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。 琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2
3、复合物III：细胞色素c还原酶。 组成：至少11条不同肽链，以二聚体形式存在，每个单体包 含两个细胞色素b（b562、b566）、一个铁硫蛋白和一个 细胞色素c1 。 作用：催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电子， 同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 2还原态cyt c1 + QH2 + 2 H+M→2氧化态cyt c1 + Q+ 4H+C
第六章线粒体与叶绿体(共85张PPT)
线粒体的增殖
分裂（隔膜分离、收缩分离）
出芽
叶绿体的发育和增殖
前质体→质体→
光照：叶绿体 黑暗 白色体 黑暗：白色体 光照 叶绿体
有色体：含非光合作用色素、DNA
增殖：分裂增殖
五、线粒体和叶绿体的起源
内共生起源学说
线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行 有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。
线粒体和叶绿体的蛋白质合成
线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限
线粒体和叶绿体蛋白质合成体系对核基因组的依赖 性
参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况：
由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成； 由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成；
由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。
四、线粒体和叶绿体的增殖
内膜：内突为嵴，嵴上有大量基粒（ATP合成酶） （负染方法可见），标志酶细胞色素氧化酶。氧化 磷酸化的关键场所。
嵴：板层状，管状，其形态、数量、排列与细胞种类 及生理状态有关。
膜间隙：内外膜之间封闭的腔隙，包括孔周间隙和嵴 内间隙，含可溶性酶、底物及辅助因子。标志酶是腺
苷酸激酶。
基质（内室）：含大量可溶性蛋白（脂肪酸氧化、三羧 酸循环酶类），DNA，RNA，核糖体，脂类等，呈均质状， 具有特定的pH和渗透压。
第六章 线粒体与叶绿体
一、线粒体
1857年，昆虫肌肉细胞比较经典的染色方法——詹纳 斯绿活体染色，在线粒体中呈氧化态，染成兰绿色， 在胞质中呈还原态，无色。现在可用荧光染料染色的 方法显示。
1.线粒体的形态、大小、数量和分布
形态：多样，但多呈短线状或颗粒状，也可呈环形、哑铃 形、分枝状或其他形状。
的基本途径
C4循环（Hatch-Slack循环） 景天酸代谢（CAM循环）：与C4循环途径相似，只是
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。
第6章线粒体与叶绿体(共47张PPT)
形成水。 基粒（elementary particle），基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。
复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
二、线电粒体子与传叶绿递体中链的各蛋白组质 分在膜上不对称分布
11
ATP合成机制
分子结构 图 ❖ 基粒（elementary particle），基粒由头部（F1偶联因子）和基部
24
此外，线粒体还与细胞凋亡有关。1995年
Wang等人发现各种凋亡诱导因子诱发细胞凋亡
后，胞质中细胞色素c含量增加。进一步研究 还发现，只有成熟的细胞色素c（ holocytochrome c）才有引起细胞凋亡的 作用，而在胞质中内质网核糖体合成的细 胞色素c前体则无此作用，亦即只有线粒体 释放的细胞色素c才有凋亡作用。表明线粒体 可通过释放细胞色素c参与细胞凋亡。
线粒体的超微结构 图1 图2
❖ 外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。图2 ❖ 内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae），嵴能显著
扩大内膜表面积（达5~10倍）。含有与能量转换相关的蛋白 （执行氧化反应的电
子传递链酶系、 ATP合成酶、线粒体内膜转运蛋白）。
磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。
线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
线粒体酶的定位
5
二、线粒体的功能-氧化磷酸化
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。 什么是氧化磷酸化：
❖ 当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP，这一过 程称为氧化磷酸化。
复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
二、线电粒体子与传叶绿递体中链的各蛋白组质 分在膜上不对称分布
11
ATP合成机制
分子结构 图 ❖ 基粒（elementary particle），基粒由头部（F1偶联因子）和基部
24
此外，线粒体还与细胞凋亡有关。1995年
Wang等人发现各种凋亡诱导因子诱发细胞凋亡
后，胞质中细胞色素c含量增加。进一步研究 还发现，只有成熟的细胞色素c（ holocytochrome c）才有引起细胞凋亡的 作用，而在胞质中内质网核糖体合成的细 胞色素c前体则无此作用，亦即只有线粒体 释放的细胞色素c才有凋亡作用。表明线粒体 可通过释放细胞色素c参与细胞凋亡。
线粒体的超微结构 图1 图2
❖ 外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。图2 ❖ 内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae），嵴能显著
扩大内膜表面积（达5~10倍）。含有与能量转换相关的蛋白 （执行氧化反应的电
子传递链酶系、 ATP合成酶、线粒体内膜转运蛋白）。
磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。
线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
线粒体酶的定位
5
二、线粒体的功能-氧化磷酸化
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。 什么是氧化磷酸化：
❖ 当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP，这一过 程称为氧化磷酸化。
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▪ 内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化 的主要部位。在电子传递和氧化磷酸化过 程中，线粒体将氧化过程中释放出来的能 量转变成ATP。
▪ ● 膜间隙 ：宽6～8 nm，膜间隙中的化学 成分很多，几乎接近胞质溶胶。膜间隙的 功能是建立和维持氢质子梯度。
▪ ● 线粒体基质 ：与三羧酸循环、脂肪酸氧 化、氨基酸降解等有关的酶都存在于基质 之中；此外还含有DNA、tRNAs、rRNA、 以及线粒体基因表达的各种酶和核糖体。
▪ 线粒体外膜的功能：建立膜间隙；对那些 在线粒体基质中进行彻底氧化的物质先 行初步分解。
● 内膜
▪ 内膜富含心磷脂，通透性差，一般不允许 离子和大多数带电的小分子通过。
▪ 线粒体内膜通常要向基质折褶形成嵴， 其 上有ATP合酶（F0-F1 复合体）。
▪ 内膜的酶类可以粗略地分为三类∶运输酶类、 合成酶类、电子传递和ATP合成酶类。
■ 三羧酸循环
▪ 每循环一次生 成2分子CO2、 1分子GTP、4 分子NADH和1 分子FADH2， 释放5对电子。
▪ 1分子葡萄糖完 全彻底氧化能 生成多少分子 ATP？
（二）、 呼吸链与电子传递
▪ ■ 电子载体(electron carriers)
▪ 黄素蛋白、细胞色素、 铁硫蛋白和辅酶Q。
▪ 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
■ 氧化还原电位与载体排列顺序
▪ ● 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
■ 呼吸链的组成和排列
（一）线粒 体的形态 和分布
▪ ● 大小:
▪ 线粒体的 形状多种 多样，
一般呈线 状(如右 图)，也 有粒状或 短线状。
一、 线粒体的形态结构
电子显微镜观察的蝙蝠胰腺细胞线粒体
■ 线粒体各部分的特性和功能 ▪ ● 蛋白分布:
● 功能
▪ 由于线粒体各部分结构的化学组成和性质的不同，它们的 功能各异。
二、线粒体的功能----氧化磷酸化作用
▪ 线粒体是真核生 物氧化代谢中心。 最终氧化的共同 途径是三羧酸循 环和呼吸链的氧 化磷酸化。
▪ （一）氧化作用 葡萄糖和脂肪酸 是真核细胞能量 的主要来源。
真核细胞中碳水化合物代谢俯瞰
■ 葡萄糖酵解生成丙酮酸
▪ 糖酵解(glycolysis)。
葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸的过程： 生成2分子ATP 和2分子NADH
● 主、次呼吸链：①主呼吸链由复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ构成。 物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ构成。
②次呼吸链由复合
电子传递链的结构与功能
▪ 复合物I ：NADH 脱氢酶，NADH→FMN→Fe-S→Q, 传 递2e时伴随着4个H+被传递到膜间隙。
▪ 复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶，琥珀酸→FAD→Fe-S→Q ， 此过程不伴随H+的传递。
▪ ● 黄素蛋白 (flavoproteins) 黄素蛋 白是由一条多肽结合1 个辅基组成的酶类，每 个辅基能够接受和提供 两个质子和电子。
辅酶NAD+、NADP+、FAD和FMN在氧 化和还原状态下的结构
▪ ● 细胞色素
(cytochromes)
▪ 细胞色素是含有
血红素辅基的一类
蛋白质（ b、c、c1
■ 线粒体中乙酰CoA的生成
▪ ● 丙酮酸生成乙酰CoA
▪ 细胞质中丙酮酸分子经过线粒体膜进入基 质。在基质中，丙酮酸被丙酮酸脱氢酶氧 化成乙酰辅酶A， 同时生成一分子NADH 和一分子CO2。
▪ ● 乙酰辅酶A是线粒体能量代谢的核心分 子，无论是糖还是脂肪酸作为能源，都要 在线粒体中被转变成乙酰辅酶A才能进入三 羧酸循环彻底氧化。
● 标志酶
▪ 通过细胞化学分析， 线粒体各部位有特征 性的酶， 称为标志酶。
▪ 外膜: 单胺氧化酶 ▪ 内膜: 细胞色素氧化酶 ▪ 膜间隙: 腺苷酸激酶 ▪ 基质: 苹果酸脱氢酶
● 外膜
▪ 单位膜结构。外膜含有孔蛋白, 通透性高, 膜间隙中的环境与胞质溶胶相似。外膜含 有一些特殊的酶类，如单胺氧化酶,这种酶 能够终止胺神经递质,如降肾上腺素和多巴 胺的作用。
细胞生物学第六章-线 粒体和叶绿体
第一节、 线粒体与氧化磷酸化
▪ 线粒体是能够在光学显微镜进行 观察的显微结构。
▪ ● 1890年，德国生物学家 Altmann第一个发现线粒体。
▪ ● 1897年对线粒体进行命名。 ▪ ● 1900年，Leonor Michaelis用
染料Janus green对肝细胞进行 染色，发现细胞消耗氧之后，线 粒体的颜色逐渐消失了，从而提 示线粒体具有氧化还原反应的作 用。
▪ 复合物Ⅲ：每传递一对电子同时传递4个H+到膜间隙。
▪ 复合物Ⅳ ：细胞色素c氧化酶。 cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2 ，每传递2e，从mt基质中摄取4H+， 其中两个形成水的，另两个被跨膜转运到膜间隙。
复合物Ⅲ的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关 （p138 图6-8）
▪ 铁硫蛋白是 含铁的蛋白质， 也是细胞色素 类蛋白。在铁 硫蛋白分子的 中央结合的不 是血红素而是 铁和硫，称为 铁-硫中心。
两种类型的铁硫蛋白的结构 (a)2Fe-2S型铁硫蛋白; (b)4Fe-4S型铁硫蛋白
▪ 辅酶Q(coenzyme Q)： 辅酶Q是一种脂溶性的 分子，含有长长的疏 水链，由五碳类戊二 醇构成。
（三）、 递氢体与电化学梯度的建立
▪ ● 递氢体 ▪ 能将氢质子跨膜传递到膜间隙的复合物称为递氢体,或
称递质子体。复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ既是电子载体,又是递 氢体; 复合物Ⅱ只是电子载体,而不是递氢体。
● 电化学梯度(electrochemical gradient) ▪ 质子跨膜转运使内膜两侧发生两个显著的变化∶ ▪ 线粒体膜间隙产生大量的正电荷，而线粒体基质产生
）cy。ta、a3、
▪ 在氧化还原过程中， 血红素基团的铁原 子可以传递单个电 子。血红素中的铁 通过Fe3+和 Fe2+ 两种状态的变化传 递电子。
图中所示是细胞色素c,血红素与多肽 的两个半胱氨酸共价结合,但在大多 数细胞色素分子中,血红素并不与多
肽共价结合。
▪ ● 铁硫蛋白 (Fe/Sprotein)
▪ ● 膜间隙 ：宽6～8 nm，膜间隙中的化学 成分很多，几乎接近胞质溶胶。膜间隙的 功能是建立和维持氢质子梯度。
▪ ● 线粒体基质 ：与三羧酸循环、脂肪酸氧 化、氨基酸降解等有关的酶都存在于基质 之中；此外还含有DNA、tRNAs、rRNA、 以及线粒体基因表达的各种酶和核糖体。
▪ 线粒体外膜的功能：建立膜间隙；对那些 在线粒体基质中进行彻底氧化的物质先 行初步分解。
● 内膜
▪ 内膜富含心磷脂，通透性差，一般不允许 离子和大多数带电的小分子通过。
▪ 线粒体内膜通常要向基质折褶形成嵴， 其 上有ATP合酶（F0-F1 复合体）。
▪ 内膜的酶类可以粗略地分为三类∶运输酶类、 合成酶类、电子传递和ATP合成酶类。
■ 三羧酸循环
▪ 每循环一次生 成2分子CO2、 1分子GTP、4 分子NADH和1 分子FADH2， 释放5对电子。
▪ 1分子葡萄糖完 全彻底氧化能 生成多少分子 ATP？
（二）、 呼吸链与电子传递
▪ ■ 电子载体(electron carriers)
▪ 黄素蛋白、细胞色素、 铁硫蛋白和辅酶Q。
▪ 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
■ 氧化还原电位与载体排列顺序
▪ ● 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
■ 呼吸链的组成和排列
（一）线粒 体的形态 和分布
▪ ● 大小:
▪ 线粒体的 形状多种 多样，
一般呈线 状(如右 图)，也 有粒状或 短线状。
一、 线粒体的形态结构
电子显微镜观察的蝙蝠胰腺细胞线粒体
■ 线粒体各部分的特性和功能 ▪ ● 蛋白分布:
● 功能
▪ 由于线粒体各部分结构的化学组成和性质的不同，它们的 功能各异。
二、线粒体的功能----氧化磷酸化作用
▪ 线粒体是真核生 物氧化代谢中心。 最终氧化的共同 途径是三羧酸循 环和呼吸链的氧 化磷酸化。
▪ （一）氧化作用 葡萄糖和脂肪酸 是真核细胞能量 的主要来源。
真核细胞中碳水化合物代谢俯瞰
■ 葡萄糖酵解生成丙酮酸
▪ 糖酵解(glycolysis)。
葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸的过程： 生成2分子ATP 和2分子NADH
● 主、次呼吸链：①主呼吸链由复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ构成。 物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ构成。
②次呼吸链由复合
电子传递链的结构与功能
▪ 复合物I ：NADH 脱氢酶，NADH→FMN→Fe-S→Q, 传 递2e时伴随着4个H+被传递到膜间隙。
▪ 复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶，琥珀酸→FAD→Fe-S→Q ， 此过程不伴随H+的传递。
▪ ● 黄素蛋白 (flavoproteins) 黄素蛋 白是由一条多肽结合1 个辅基组成的酶类，每 个辅基能够接受和提供 两个质子和电子。
辅酶NAD+、NADP+、FAD和FMN在氧 化和还原状态下的结构
▪ ● 细胞色素
(cytochromes)
▪ 细胞色素是含有
血红素辅基的一类
蛋白质（ b、c、c1
■ 线粒体中乙酰CoA的生成
▪ ● 丙酮酸生成乙酰CoA
▪ 细胞质中丙酮酸分子经过线粒体膜进入基 质。在基质中，丙酮酸被丙酮酸脱氢酶氧 化成乙酰辅酶A， 同时生成一分子NADH 和一分子CO2。
▪ ● 乙酰辅酶A是线粒体能量代谢的核心分 子，无论是糖还是脂肪酸作为能源，都要 在线粒体中被转变成乙酰辅酶A才能进入三 羧酸循环彻底氧化。
● 标志酶
▪ 通过细胞化学分析， 线粒体各部位有特征 性的酶， 称为标志酶。
▪ 外膜: 单胺氧化酶 ▪ 内膜: 细胞色素氧化酶 ▪ 膜间隙: 腺苷酸激酶 ▪ 基质: 苹果酸脱氢酶
● 外膜
▪ 单位膜结构。外膜含有孔蛋白, 通透性高, 膜间隙中的环境与胞质溶胶相似。外膜含 有一些特殊的酶类，如单胺氧化酶,这种酶 能够终止胺神经递质,如降肾上腺素和多巴 胺的作用。
细胞生物学第六章-线 粒体和叶绿体
第一节、 线粒体与氧化磷酸化
▪ 线粒体是能够在光学显微镜进行 观察的显微结构。
▪ ● 1890年，德国生物学家 Altmann第一个发现线粒体。
▪ ● 1897年对线粒体进行命名。 ▪ ● 1900年，Leonor Michaelis用
染料Janus green对肝细胞进行 染色，发现细胞消耗氧之后，线 粒体的颜色逐渐消失了，从而提 示线粒体具有氧化还原反应的作 用。
▪ 复合物Ⅲ：每传递一对电子同时传递4个H+到膜间隙。
▪ 复合物Ⅳ ：细胞色素c氧化酶。 cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2 ，每传递2e，从mt基质中摄取4H+， 其中两个形成水的，另两个被跨膜转运到膜间隙。
复合物Ⅲ的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关 （p138 图6-8）
▪ 铁硫蛋白是 含铁的蛋白质， 也是细胞色素 类蛋白。在铁 硫蛋白分子的 中央结合的不 是血红素而是 铁和硫，称为 铁-硫中心。
两种类型的铁硫蛋白的结构 (a)2Fe-2S型铁硫蛋白; (b)4Fe-4S型铁硫蛋白
▪ 辅酶Q(coenzyme Q)： 辅酶Q是一种脂溶性的 分子，含有长长的疏 水链，由五碳类戊二 醇构成。
（三）、 递氢体与电化学梯度的建立
▪ ● 递氢体 ▪ 能将氢质子跨膜传递到膜间隙的复合物称为递氢体,或
称递质子体。复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ既是电子载体,又是递 氢体; 复合物Ⅱ只是电子载体,而不是递氢体。
● 电化学梯度(electrochemical gradient) ▪ 质子跨膜转运使内膜两侧发生两个显著的变化∶ ▪ 线粒体膜间隙产生大量的正电荷，而线粒体基质产生
）cy。ta、a3、
▪ 在氧化还原过程中， 血红素基团的铁原 子可以传递单个电 子。血红素中的铁 通过Fe3+和 Fe2+ 两种状态的变化传 递电子。
图中所示是细胞色素c,血红素与多肽 的两个半胱氨酸共价结合,但在大多 数细胞色素分子中,血红素并不与多
肽共价结合。
▪ ● 铁硫蛋白 (Fe/Sprotein)