细胞的能量转换--线粒体与叶绿体
高中生物 细胞的能量转换器—线粒体与叶绿体
细胞的能量转换器——线粒体与叶绿体线粒体与叶绿体是真核细胞内两种重要的细胞器，线粒体是有氧呼吸的主要场所，在线粒体内有机物被彻底氧化分解成无机物，其中的能量被转移到ATP 中，所以线粒体是细胞内供应能量的“动力工厂”。
叶绿体是绿色植物光合作用的场所，通过光合作用太阳光能转变成有机物中的化学能，可以进一步被各种生物所利用。
所以，线粒体与叶绿体是真核细胞内的能量转换器。
此外，线粒体与叶绿体内都有少量的DNA，与细胞质遗传有关。
线粒体与叶绿体外包双层生物膜，叶绿体内还有生物膜构成的基粒。
围绕线粒体与叶绿体可以把细胞呼吸、光合作用、细胞质遗传、生物膜等重要知识综合起来。
1 基础知识线粒体与叶绿体都是真核细胞内具有双层膜结构的细胞器，都与细胞内的能量代谢有关，都含有少量DNA和RNA。
1.1在细胞内的分布线粒体普遍存在于各种真核细胞内，绿色植物细胞内的线粒体普遍少于细胞。
在正常的细胞中，一般在需要能量较多的部位比较密集：细胞的新陈代谢越旺盛的部位，线粒体的含量就越多。
而哺乳动物成熟的红细胞（没有细胞核和各种细胞器）、蛔虫等寄生虫，细菌等原核生物没有线粒体。
叶绿体只存在于绿色植物细胞内，如叶肉细胞，植物幼嫩的茎、幼嫩的果实等绿色器官。
叶绿体在细胞中的分布与光照强度有关：在强光下常以侧面对着光源，避免被强光灼伤；在弱光下，均匀分布在细胞质基质中，并以正面（最大面积）对着光源，以利于吸收更多的光能。
而蓝藻等进行光合作用的原核生物、植物的根细胞没有叶绿体。
1.2 结构显微观察形态：线粒体一般呈球状、粒状、棒状，并且随细胞类型及生理条件的不同而存在较大的差别。
叶绿体一般呈扁平的球形或椭球形。
线粒体大致有外膜、内膜和基质(线粒体基质)三部分构成。
外膜平整无折叠，内膜向内折叠凹陷而形成突起的嵴，从而扩大了化学反应的膜面积。
叶绿体由外膜、内膜两层膜包被，内含有几个到几十个基粒，每个基粒都是由很多个类囊体(囊状结构)堆叠而成，基粒与基粒之间充满叶绿体基质。
细胞的能量转换——线粒体和叶绿体
第六章细胞的能量转换——线粒体和叶绿体一、填空题1.能对线粒体进行专一染色的活性染料是＿＿＿＿。
2.线粒体膜围腔有2个，它们是＿＿＿＿和＿＿＿＿，而叶绿体膜围腔有3个，自外向里分别是＿＿＿＿，＿＿＿＿和＿＿＿＿。
3.线粒体各部分结构中有各自特殊的标记酶，它们分别在外膜是＿＿＿＿，外腔是＿＿＿＿，内膜是＿＿＿＿，内腔是＿＿＿＿。
4.三羧酸循环是在线粒体＿＿＿＿中进行，氧化磷酸化过程是在＿＿＿＿上，由＿＿＿＿和＿＿＿＿完成。
5.根据接受代谢物上脱下的氢的原初受体的不同，可以将细胞中的呼吸链分为两种典型的类型，分别为＿＿＿＿和＿＿＿＿。
6.ATP合成酶合成ATP的直接能量来自＿＿＿＿。
7.在线粒体电子传递链的4种复合物中既是电子传递体又是质子位移体的是＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿。
8.在线粒体电子传递链中电子传递方向按氧化还原电势＿＿＿＿的方向传递。
9.叶绿体在显微结构上主要分为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。
10.叶绿体的超微结构可分为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿几部分。
11.叶绿体基质中的类囊体可以根据形态不同分为＿＿＿＿和＿＿＿＿。
12.氧是在植物细胞中＿＿＿＿部位上所进行的＿＿＿＿的过程中产生的。
13.叶绿体类囊体膜上色素分子按照其作用可以分为两大类，分别为＿＿＿＿和＿＿＿＿。
14.捕光色素和反应中心构成了＿＿＿＿，它是进行光合作用的最小结构单位。
15.光合作用按照是否需要光可分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两步，其中光反应又可分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两步。
光反应发生在＿＿＿＿，暗反应发生在＿＿＿＿。
16.电子沿光合电子传递链传递时，根据最终电子受体的不同，光合磷酸化可分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两条通路。
17.植物细胞中具有特异的质体细胞器，主要分为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。
18.线粒体的增殖是由＿＿＿＿而来。
19.叶绿体的发育是由＿＿＿＿分化而来。
20.线粒体和叶绿体的生长和增殖是受＿＿＿＿两套遗传系统控制，所以称为半自主性细胞器。
第六章 细胞的能量转换-线粒体和叶绿体(新)
用胰蛋白酶或尿素处理亚线粒体小泡，则小泡
外面的颗粒解离，无颗粒的小泡只能进行电子
传递，而不能使ADP磷酸化生成ATP。将颗粒重
新装配到无颗粒的小泡上时，则有颗粒的小泡
又恢复了电子传递和磷酸化相偶联的能力。
化学渗透假说主要论点：电子传递链各组分在线粒
体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所
整整七十年来，科学家们推断细胞核的进化是复
杂生命的关键所在。而目前Lane 与Martin等在 《Nature》发表的一项论文则揭示：实际上线粒体才 是象细胞核这样的复杂创新事物的生育与发展的根基， 这是因为线粒体在细胞中承担着能量工厂的使命。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
●线粒体的形态结构
●线粒体的化学组成及酶的定位
线粒体的研究历史
● 20世纪50年代，揭示了线粒体的超微结构与功能之
间的关系 ；
● 1963年，在鸡卵母细胞中发现线粒体DNA并分离到
完整的线粒体DNA（mtDNA） ； ● 1981年，发表了完整的人mtDNA序列； ● 1987年，提出mtDNA突变可引起人类的疾病。
Nature: 线粒体是复杂生命进化的关键
● 问题：红细胞无线粒体，其膜上钠钾泵所需能
量来自哪里？
●线粒体的超微结构
◆外膜 (outer membrane ）：含孔蛋白 (porin) ， 通透性较高，标志酶为单胺氧化酶。
◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内 折叠形成嵴（cristae）,含有与能量转换相关的蛋 白，标志酶为细胞色素C氧化酶。
1）基本结构的相同点：线粒体和叶绿体的形
态、大小、数量与分布常因细胞种类、生理功
能及生理状况不同而有较大差别。两者均具有
细胞的能量转换--线粒体和叶绿体
第六章细胞的能量转换－－线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体是细胞内两个能量转换细胞器，它们能高效地将能量转换成ATP。
线粒体广泛存在于各尖真核细胞，而叶绿体仅存在于植物细胞中。
它们的形态结构都呈封闭的双层结构，内膜都演化为极其扩增的特化结构，并在能量转换中起主要作用。
线粒体和叶绿体以类似的方式合成ATP。
线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。
第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体的形态结构（一）线粒体的形态与分布线粒体多呈线状和粒状，是由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构，由外膜、内膜、膜间隙及基质4部分构成。
（二）线粒体的结构与化学组成线粒体的化学成分主要是蛋白质和脂类。
线粒体的蛋白可分为可溶性与不溶性两类，可溶性蛋白质大多数是基质中的酶和膜外周蛋白；不溶性蛋白是膜的镶嵌蛋白、结构蛋白和部分酶蛋白。
线粒体脂类主要成分是磷脂。
蛋白质(线粒体干重的65～70％)脂类(线粒体干重的25～30％)：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）线粒体内外膜在化学组成上根本不同是脂类和蛋白质的比值不同。
内膜的脂类与蛋白质的比值低，外膜中比值较高。
1 外膜外膜：厚约6nm，含孔蛋白(porin)，通透性高。
2 内膜厚约6－8nm，通透性低，只有不带电荷的小分子才能通过。
内膜向内褶叠形成嵴。
内膜和嵴的基质面上有许多排列规则的基粒，基粒由头部和基部组成，头部又叫F1，基部又叫F0。
3 膜间隙内外膜之间宽8nm的空隙，它延伸到嵴的轴心部（嵴内隙），内含许多可溶性酶类、底物和辅助因子。
4 线粒体基质内膜和嵴包围的空间，内含蛋白质性质的胶状物质。
基质中有催化三羧酸循环、脂肪酸 －氧化、氨基酸氧化、蛋白质合成等有关的酶类和其它成分，如环状DNA、RNA、核糖体及较大的致密颗粒，其作用主要是贮存Ca＋。
线粒体酶的定位线粒体约有140种酶，分布在各个结构组分中，有的可作为某一部位所特有的标志酶，如外膜的单胺氧化酶，膜间隙的腺苷酸激酶，内膜的细胞色素氧化酶，基质中的苹果酸脱氢酶。
第七章细胞的能量转换—线粒体与叶绿体
第七章细胞的能量转换—线粒体和叶绿体一．教学目标：1．深刻明白得线粒体和叶绿体是真核细胞两种重要的产能细胞器。
线粒体普遍存在于各类真核细胞中，而叶绿体仅存在于植物细胞中。
2．深刻明白得线粒体和叶绿体的超微结构，明白得氧化磷酸化和光合磷酸化的特点和不同点。
3．深刻明白得线粒体和叶绿体都是半自主性的细胞器。
深刻明白得分子伴娘在跨膜运输蛋白质进入线粒体和叶绿体的进程中所发挥的作用。
4．明白得线粒体和叶绿体的增殖主若是通过割裂进行的。
明白得关于线粒体和叶绿体起源的内共生学说和分化学说。
二．重点：1.线粒体、叶绿体的超微结构；2. 线粒体、叶绿体的自主性3. 线粒体、叶绿体的增殖。
三．难点：线粒体、叶绿体的超微结构及功能的关系。
四．讲课方式与教学方式：教学、讨论、多媒体辅助教学。
五．教学内容:线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。
线粒体普遍存在于各类真核细胞中，叶绿体仅存在于植物细胞中。
线粒体和叶绿体都是高效的产生ATP的周密装置，尽管它们最初能量的来源不同，但却有着相似的大体结构，以类似的方式合成ATP。
线粒体和叶绿体都有环状DNA及自身转录的RNA与翻译蛋白质的体系。
组成线粒体和叶绿体的各类蛋白质成份是由核DNA和线粒体DNA或叶绿体DNA别离编码的，因此线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。
第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体形态、大小、数目和分布二、线粒体的超微结构本世纪50年代后，在电镜下观看研究线粒体的结构问题。
是由双层单位膜套叠成的所谓“囊中之囊”，在空间结构上人为地划分为四大部份，即外膜、内膜、外室、内室。
（一）外膜（outer membrane）指包围在线粒体最外面的一层膜，看上去平整滑腻而具有弹性，膜厚约6nm。
对各类小分子物质（分子量在10000 doldon之内，如电解质、水、蔗糖等）的通透性较高，有人以为外膜上具有小孔（ф2~3nm）。
（二）内膜（inner membrane）也是一单位膜，约厚6~8nm。
第七章 细胞的能量转换 —线粒体与叶绿体 基础篇
第七章 细胞的能量转换—线粒体与叶绿体
第七章 细胞的能量转换
—线粒体与叶绿体
基础篇
一、名词解释
1. 泛醌(uniqueinone, coenzyme Q)
2. 氧化磷酸化
(oxidative phosphorylation)
3.所有的微体蛋白质都是在游离核糖体上
合成的。
4.线粒体内膜的惟一功能是产生ATP。
5.由线粒体核糖体合成的线粒体膜蛋白是
通过共翻译定位的。
6.线粒体虽然是半自主性细胞器，有自身的
遗传物质，但所用的遗传密码却与核基因
的完全相同。
7.乙醛酸循环体的功能是通过乙酰CoA和
乙醛酸循环合成碳水化合物和其它细胞成
A．PSⅡ B．PSⅠ C．ATP合成酶 D．细胞色素b6 /f复合物 27． 下列哪一种叙述是正确的？
A．类囊体膜不能透过质子 B．ATP合酶定位于叶绿体外膜 C．ATP合酶定位于叶绿体内膜 D．以上都对 28．光子的能量依赖于（ ）。
A．波长 B．温度 C．激发态 D．是否是在真空中发射 29．CF0 CF1 -ATP合酶是光合磷酸化的偶联 因子，位于（ ）。
的功能。
8. 当由核基因编码的线粒体蛋白进入线粒
体时，需要
和
提供能
量来推动。
9. 线粒体内膜的主要功能有：
①
；
②
；
③
。
10.在F0F1ATP酶复合体中γ-亚基的作用
是
。
11.铁硫蛋白是含铁的蛋白质,也是细胞色素
类蛋白质。在铁硫蛋白分子的中央结合的不
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。
细胞的能量转换器——线粒体和叶绿体
细胞内重要的能量转换器——线粒体和叶绿体真核细胞就像一座复杂的工厂，工厂的内部被分成许多不同的车间，这些车间就是细胞内的各种细胞结构，这些车间各自行使着不同的功能，使得整个细胞有条不紊地进行复杂的生命活动。
这些车间中，有两个重要的能量转换场所，它们就是线粒体和叶绿体。
线粒体是真核生物生命活动所需能量的主要产生场所，被誉为“细胞的动力车间”，没有了线粒体，细胞或生物体的生命就将终结。
叶绿体是大多数植物进行光合作用的场所，被誉为“细胞的养料制造车间”，光能是生物界赖以生存的最根本的能量来源，绿色植物通过光合作用，利用光能将CO2和H2O合成为有机物，这些有机物不仅为植物自身所用，动物和微生物也要直接或间接以之为食，因此叶绿体对整个生物界都有重要作用。
线粒体和叶绿体在外观和构造上都有很多相似的地方，但它们所行使的功能却存在着很大的区别，要弄清线粒体和叶绿体的功能具有很大差别的原因，就必须从它们的亚显微结构入手。
一．叶绿体和线粒体的膜叶绿体和线粒体结构上的相同点之一就是它们都具有双层膜结构，这两层膜和细胞膜一样，都由磷脂双分子层作为基本支架，其上结合各种蛋白质分子，具有一定的流动性，在物质运输方面也都有选择透过性。
叶绿体除了含有表面的两层膜外，其内部的囊状结构也是由一层膜围成的，囊状结构膜也具有上述特点。
但是如果进一步分析这些膜上的各成分的含量，尤其是蛋白质的含量，就不难发现其中的差异。
相关的研究结果如下表：为什么会出现上述结果呢？我们知道蛋白质是生命活动的主要承担者，细胞内的各种膜要行使其功能，也离不开蛋白质。
线粒体内膜上蛋白质含量高，原因是线粒体进行有氧呼吸所需要的各种酶有很多都位于其内膜上，而其外膜并不直接参与有氧呼吸。
叶绿体的双层膜蛋白质含量都很低，也是因为它们并不直接参与光合作用，而囊状结构膜却是光合作用的重要场所，其上含有大量与光合作用有关的酶。
通过上面的分析可以看出，叶绿体和线粒体的各种膜，由于它们的结构组成不同，功能也就不同。
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。
细胞生物学 第7章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体
第七章细胞的能量转换――线粒体和叶绿体生物的基本能量来源于太阳光的辐射能。
但生物体不能直接利用太阳光的辐射能，必须先使之转换成化学能，再为生物体利用。
叶绿体通过光合作用把光能转换为化学能，并储存于糖类、脂肪和蛋白质等大分子有机物中。
线粒体是一种高效地将有机物转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器。
因此，线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。
线粒体和叶绿体都具有环状DNA及自身转录RNA与翻译蛋白质体系。
很多学者把线粒体和叶绿体的遗传信息系统称为真核细胞的第二遗传信息系统，或称为核外基因及其表达体系。
线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。
第一节线粒体与氧化磷酸化人体内的细胞每天要合成几千克的ATP，且95%的ATP是由线粒体中的呼吸链所产生，因此线粒体被称为细胞内的“能量工厂”（power plants）。
线粒体通过氧化磷酸化作用，进行能量转换，为所需要的细胞进行各种生命活动提供能量。
一、线粒体的形态结构1、线粒体的形态、大小、数量与分布1)线粒体的形状线粒体的形状各种各样，以线状和颗粒状最常见。
也可呈环形、哑铃形、枝状或其他形状。
2)线粒体的大小线粒体的一般直径为0.5-1.0um,长,1.5-3.0um。
有的长达5um（如肝细胞）或10－20 um（胰腺细胞）或40 um（人的成纤维细胞）。
3)线粒体的数量线粒体的数目由数百――数千个不等。
如利什曼原虫中只有一个巨大的线粒体，海胆卵细胞则多达30万个。
4)线粒体的分布线粒体在细胞中的分布一般是不均匀的。
二、线粒体的超微结构在电镜下观察到线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。
主要由外膜（outer membrane）、内膜（inner membrane）、膜间隙（intermembrane）、基质（matrix）或内室（inner chamber）4部分组成。
图7－11.外膜外膜是包围在线粒体最外面的一层单位膜，光滑而有弹性，厚约6 um。
细胞生物学7(1)
第七章细胞的能量转换――线粒体和叶绿体1. 由于线粒体外膜上有许多孔蛋白，所以外膜对于蛋白质没有渗透障碍作用。
F，因为孔蛋白只允许小于10,000道尔顿以下的蛋白质通过，而大多数蛋白质的分子量都大于此数。
2. 线粒体的遗传密码与核基因的遗传密码稍有不同，但是检测过的所有种属的线粒体遗传密码都是相同的。
F，如CUA在哺乳动物中是酪氨酸的密码，但在植物中却是苏氨基。
3. 关于线粒体的起源可以用内共生学说来解释。
T4. 在线粒体内膜进行的氧化磷酸化过程中，氢和电子都是靠各复合物的作用将它们从一个复合物传递到另一个复合物。
F，电子是，氢不是，氢是直接被传递到膜间隙。
5. 线粒体内膜的电化学梯度就是膜两侧的电位梯度。
F，还包括pH梯度。
6. 过氧化物酶体的氧化反应在肝和肾细胞中特别重要，因为它们能够将进入血液中的毒性分子分解。
T7. 导肽是游离核糖体上合成的新生肽的N-端一段氨基酸序列，其组成特点是含有较多的碱性氨基酸、基本不含酸性氨基酸，具有形成两性α螺旋的倾向。
T8. 过氧化物酶体的膜蛋白是在膜旁核糖体上合成的。
F，是在游离核糖体上合成的。
9. 线粒体虽然是半自主性细胞器，有自身的遗传物质，但所用的遗传密码却与核基因的完全相同。
F，还有个别特殊的密码与核基因的不同。
10. 导肽运送的蛋白质都是分泌性的。
F，不是分泌性的。
11. 线粒体内膜和外膜在化学组成上的区别是内膜的脂和蛋白质的比值不同，前者为1:1，后者则为0.3:1。
F，内膜是0.3:1，外膜是1:1。
12. 线粒体偶联因子F0F1ATP酶复合体既具有ATP合成酶的活性，又具ATP水解酶的活性，这决定于其存在状态。
T13. 导肽是引导新生肽进行转运和定位的一段序列，转运后都要被切除。
F，不一定都要被切除。
14. 放线菌酮可特异性地抑制线粒体核糖体蛋白质合成。
F，放线菌酮只抑80S核糖体的蛋白质合成。
15. 过氧化物酶体对细胞的氧张力具有调节作用。
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
细胞生物学[第六章细胞的能量转换—一线粒体和叶绿体]课程预习
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第六章细胞的能量转换—一线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。
它们最初的能量来源有所不同，但却有着相似的基本结构，而且以类似的方式合成ATP。
线粒体是一种高效地将有机物转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器。
叶绿体通过光合作用把光能转换为化学能，并储存于糖类、脂肪和蛋白质等大分子有机物中。
线粒体和叶绿体都具有环状DNA及自身转录RNA与翻译蛋白质的体系。
线粒体和叶绿体都是半自主性的细胞器。
一、线粒体和氧化磷酸化线粒体通过氧化磷酸化作用，进行能量转换，为所需要的细胞进行各种生命活动提供能量。
(一)线粒体的形态结构1．线粒体的形态与分布线粒体一般呈粒状或杆状，但因生物种类和生理状态而异，可呈环形、哑铃形、线状、分权状或其他形状。
主要化学成分是蛋白质和脂类，其中蛋白质占线粒体干重的65％～70％，脂类占25％～30％。
一般直径0．5～1μm，长1．5～3．0μm，在胰脏外分泌细胞中可长达10～20μm，称巨线粒体。
数目一般数百到数千个，植物因有叶绿体的缘故，线粒体数目相对较少；肝细胞约1300个线粒体，占细胞体积的20％；单细胞鞭毛藻仅1个，酵母细胞具有一个大型分支的线粒体，巨大变形中达50万个；许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体。
通常结合在维管上，分布在细胞功能旺盛的区域。
线粒体在细胞质中可以向功能旺盛的区域迁移，微管是其导轨，由马达蛋白提供动力。
2．线粒体的结构与化学组成线粒体的超微结构在电镜下观察到线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。
主要由外膜(outer membrane)、内膜(inner membrane)、膜间隙(intermembrane)、基质(matrix)或内室(inner chamber)四部分组成。
(1)外膜是包围在线粒体最外面的一层单位膜，光滑而有弹性，厚约6μm。
外膜上有排列整齐的筒状圆柱体，其成分为孔蛋白(porin)，圆柱体上有小孔。
(2)内膜位于外膜内侧，把膜间隙与基质(内室)分开。
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4、线粒体的分布
在细胞质一般为随机均匀分布，但当细胞内的代谢和能 量需求状态改变时，为满足细胞代谢的需要，线粒体可在胞质 中自由移动，并集中在代谢旺盛的需能部位。
线粒体在细胞质中分布和迁移往往与微管有关，故线粒 体常排列成长链形，并与微管的分布相对应。
内膜
（1）具有高度不通透性。 只让一些不带电荷的小分子（如水和丙酮酸）穿过，较大的 分子或离子需经专一的运载蛋白才能穿膜。 （2）内膜向内折叠形成嵴（cristae）。 一般呈板层状和管状。需能多的细胞，不仅线粒体数目多， 嵴的数量也多。 （3 ）内 膜 和 嵴 的 基质面上排列有许多基粒 （elementary particle），由头部和基部组成。头部称为F1（ F1因子）， 具ATP酶活性；基部又称F0（ F0因子），为嵌入线粒体内膜 的蛋白质结构。
孔蛋白形成的筒状结 构中央有2-3nm的小 孔，允许分子量5KD 以下的分子通过， 1KD以下的分子可自 由通过。 由于外膜的通透性很 高，使得膜间隙的环 境与胞质溶胶类似。
二、线粒体的化学组成与酶的定位
（一）线粒体的化学组成 （二）线粒体酶的定位
பைடு நூலகம்
（一）线粒体的化学组成
主要成分是蛋白质和脂类，此外还含有DNA和RNA。 1、蛋白质(线粒体干重的65～70％） （1）可溶性蛋白：线粒体基质中的酶和膜的外周蛋白； （2）不溶性蛋白：膜整合蛋白、结构蛋白和部分酶蛋白。 2、脂类(线粒体干重的25～30％)：
B 铁硫蛋白 C 辅酶Q D 细胞色素类 E 铜原子：通过Cu2+和Cu+两种状态的变换，传递单个电 子
NAD的结构和功能（NAD＋：R＝H，NADP＋：R＝－PO3H2）
在同种细胞及相同生理状态下，线粒体形态大小也非固定 不变，在活细胞中线粒体也会表现出形态和大小得快速变化 （图）。 3、线粒体数量 （1）线粒体数量因细胞类型不同有很大差异
一般几百-几千个；动物细胞>植物细胞；如
红细胞：无；
单细胞藻类：1个
大鼠肝细胞：500-1000个； 巨大变形虫：50万个
（2）同一类细胞处于不同生理状态，其线粒体数量也不同。
基质
其内为充满均质的胶状物质，含有蛋白质、脂类 和一些有形成分。
（1）蛋白质：包括许多酶类，如催化三羧酸循环， 脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。DNA聚合酶、 氨基酸活化酶等。标志酶为苹果酸脱氢酶。
（2）有形成分主要为一些丝状物质、线粒体特有 的核糖体及一些致密颗粒状物质。
-丝状物质主要是mtDNA、tRNAs 、rRNA； -致密颗粒状物质，内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等离子。
第六章 细胞的能量转换 ──线粒体和叶绿体
第一节 线粒体与氧化磷酸化 第二节 叶绿体与光合作用 第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 第四节 线粒体和叶绿体的增殖与起源
第一节 线粒体与氧化磷酸化
一、线粒体的形态结构 二、线粒体的化学组成与酶的定位 三、氧化磷酸化
一、线粒体的形态结构
（一）线粒体的形态、大小、数量与分布 （二）
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961) （三）ATP合成酶的作用机制 （四）线粒体能量转换过程略图
（一）电子传递和氧化磷酸化的分子基础
氧化（电子传递、消耗氧、放能）与磷酸化（ADP+Pi、 储能）同时进行，密切偶连，但却由两个不同的结构体系执 行。 1、电子传递链 （1）电子载体 （2）电子载体的排列顺序 （3）电子传递链的四种复合物 （4）几点说明 2、ATP合成酶的分子结构与组成
（1）磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。 （2）线粒体脂类和蛋白质的比值:
0.3:1（内膜）；1:1（外膜） 3、线粒体还含有许多辅酶、维生素、金属离子和mtDNA、RNA、 核糖体等 。
（二）线粒体主要酶的分布
部位 外膜
内膜
酶 的 名 称 单胺氧化酶 NADH-细胞色素c还原酶（对鱼藤酮不敏感） 犬尿酸羟化酶 酰基辅酶A合成酶
细胞色素b，c，c1，a，a3氧化酶
ATP合成酶系 琥珀酸脱氢酶 β-羟丁酸和β-羟丙酸脱氢酶 肉毒碱酰基转移酶 丙酮酸氧化酶 NADH脱氢酶（对鱼藤酮敏感）
部位
酶的名称
腺苷酸激酶
膜间隙 二磷酸激酶
核苷酸激酶
基质
柠檬酸合成酶、苹果酸脱氢酶 延胡索酸酶、异柠檬酸脱氢酶 顺乌头酸酶、谷氨酸脱氢酶 脂肪酸氧化酶系、 天冬氨酸转氨酶、 蛋白质和核酸合成酶系、 丙酮酸脱氢酶复合物
1、外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。 2、内膜（inner membrane）：高度不通透性；向内折叠形成 嵴（cristae）。 3、膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、底 物及辅助因子。 4、基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶 系等以及线粒体DNA、RNA、核糖体、钙镁等离子。
（1）电子传递链的电子载体
组成电子传递链的分子可分为：脱氢酶类、铁硫蛋白类、 辅酶Q类和细胞色素类，还有铜原子。
A 脱氢酶类：常见的有两种，即NADH脱氢酶（烟酰胺脱氢酶，以
NAD+或NADP+为辅酶）；黄素脱氢酶（以FMN或FAD为辅酶）。FMN和 FAD能进行加氢和脱氢反应，它们都能携带两个氢原子，为递氢体和电子 传递体（可传递2个H+和2个e-）。
三、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，动物细胞中80%的ATP是在线粒体 上合成的。
氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机分子中 储藏的能量高能电子质子动力势ATP （一）电子传递和氧化磷酸化的分子基础 （二）氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
（一）线粒体的形态、大小、数量与分布
1、线粒体的形态 线粒体的形态多样，一般呈线状或粒状，因细胞种类和生
理状态的不同，其形态也有所不同，可呈椭圆形、哑铃形、环 形、圆柱形和分枝状等。线粒体得形状也会随营养状态而有所 改变。 2、线粒体大小
其大小因细胞类型和生理状态（如渗透压、温度、和PH 等）不同而异，一般线粒体得横切面直径约0.5-1.0um，长度一 般为2-8um，最长可达40um。