第六章+++线粒体和叶绿体-课件

➢膜间隙的成分很多,几乎接近胞质溶胶. ➢标志酶：腺苷酸激酶
基质
➢内膜包围的空间，含三羧酸循环酶系、脂 肪酸氧化、氨基酸降解的酶系，线粒体基 因表达酶系等以及线粒体DNA、RNA、 核糖体。
➢标志酶是苹果酸脱氢酶。
如何测定线粒体各部分的 结构组成？
线粒体的功能
➢线粒体是糖类、氨基酸、脂肪最终氧 化释能的场所，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.
跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递释 放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入膜间 隙，从而形成跨线粒体内膜的H+离子的电化学梯度 梯度，这个跨膜的电化学电势驱动ATP的合成。
ATP的合成机制
➢氧化磷酸化偶联的分子基础：ATP合酶 ➢ATP合酶的三维结构、结合变构假说、
旋转催化假说
ATP合酶的三维结构
➢大小可变：因细胞种类和生理状况的不同而不同。一 般情况下直径为0.5~1um，长1.5~3.0um
➢数量和分布不同：不同细胞中，数目不等；在细胞内 的分布可以是不均匀的。
➢可塑性和适应性：线粒体可在细胞中运动、变形和分 裂增殖。
线粒体的形态结构
具有多形性、易变性、运动性和 适应性等特点。
线粒体的超微结构
❖ 由内膜、外膜、膜间隙及基质4部分组成。
❖具有双膜双腔结构的细胞器
线粒体的超微结构
线粒体外膜的结构及组成特点
1. 平整光滑，厚约6nm，
有孔蛋白，通透性较高。 2.外膜主要脂类是卵磷脂，
脂类：蛋白=1:1 3.标志酶:单胺氧化酶
线粒体内膜的结构及组成特点
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。 内膜和嵴的基质面有许多基粒。 含有大量的心磷脂,与内膜的疏水性 有关,保证对离子的高度不通透 脂类:蛋白=0.3:1 标志酶:细胞色素氧化酶
叶绿体的功能——光合作用
➢光合作用是能量及物质的转化过程。首 先要吸收光能并将光能转化成电能，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。 H2O + CO2 光 有机物 + O2
板层状嵴
内膜上的酶蛋白
➢执行氧化反应的电子传递链 ➢ATP合酶（头部为基粒） ➢线粒体内膜转运蛋白
基粒
➢结合在线粒体内膜和嵴上的排列规则 的带柄的球状小体，为ATP合酶的头 部。头部又称F1，为球形，具有ATP 合酶的活性。 ATP合酶基部又称F0， 嵌入线粒体内膜。
膜间隙
➢内膜和外膜之间的间隙，充满无定形 的液体，含许多可溶性酶、底物及辅 助因子。
氧化与磷酸化偶联部位
❖电子传递链将NADH和FADH2上的电子 传递给氧的过程中释放自由能，供给ATP 的合成。其中释放大量自由能的部位有3 处，即复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ ，这3个部位就 是ATP合成的部位，称为偶联部位。
氧化磷酸化偶联机制——化学渗透假说
❖1961年由英国生物化学家Peter Michell最先提出。 ❖认为电子传递释放的自由能和ATP的合成是与一种
复合物Ⅲ
复合物Ⅳ
NADHN还A原D酶H-QQ
CoQ细胞色 素还原酶
琥珀酸-Q还原酶
FADH2细胞 色素C细胞色素 氧化酶O2
两条典型的呼吸链
➢NADH呼吸链： 复合物I CoQ 复合物III Cytc 复 合物IV O2
➢FADH2呼吸链 复合物II CoQ 复合物III Cytc 复合物IV O2
线粒体内膜的电子传递链
➢是传递电子的酶体系，由一系列的递 氢体和递电子体按一定的顺序排列所 组成的连续反应体系，它将代谢物脱 下的成对氢原子交给氧生成水，同时 有ATP生成。
呼吸链的组成
❖呼吸链电子传递体：
黄素蛋白 泛醌
细胞色素 铜原子
铁硫蛋白
呼吸链的组成
线粒体内膜上的四种复合物：
复合物Ⅰ
复合物Ⅱ
➢ATP合酶既可以催化ATP的合成，也 可以催化其水解。
❖ The ATP synthase is a reversible coupling device
分子马达
➢具有能量转换功能的生物大分子。有线性分子 马达和旋转式分子马达。
➢ATP合成酶是一种旋转式分子马达，可以将质 子势能转变为化学能，或将化学能转变为质子 势能。
➢线性分子马达包括肌球蛋白、胞质动力蛋白、 驱动蛋白等，可将化学能转变为物质运动的机 械能。
第二节 叶绿体与光合作用
➢叶绿体的形态结构与组成 ➢叶绿体的功能——光合作用
叶绿体的形态结构
• 叶绿体大多呈香蕉形、球形、椭圆 形。
由叶绿体被膜、类囊体和基质三部分 组成。
进行能量吸收和转换的组分（光系统）、电子 传递链、光合磷酸化偶联的结构ATP合成酶都位 于类囊体膜上。
Figure 7-3 Mitochondrial plasticity. Rapid changes of shape are observed when a mitochondrion is visualized in a living cell.
线粒体的形态结构
➢多形性：以线状、颗粒状最常见，也可呈环状、哑铃 状、枝状或其他形状。
➢分子结构： ➢分为球形的F1（头部）和嵌入膜中的 F0（基部）。
结合变构假说、旋转催化假说
第一步,随着酶的构象变化,在催化区上结合的 ADP和Pi由松散结合变为紧密结合;
第二步,紧密结合的ADP和Pi被转化成ATP; 第三步,就是ATP的释放。
ATP合酶
➢ATP合酶是已发现的自然界最小的分 子马达。
第六章+++线粒体 和叶绿体
精品
➢线粒体和叶绿体是细胞内的两种进行能量转 换的细胞器。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
➢线粒体的形态结构、化学组成 ➢线粒体的功能——氧化磷酸化
线粒体的形态结构
线粒体的形态结构
❖The size and number of mitochondria reflect the energy requirements of the cell.
氧化磷酸化的分子基础
➢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
三羧酸循环： 线粒体基质中的酶 有机物氧化脱氢， 氢含有高能电子， 储存有机物氧化释放的能量。 氧化： 线粒体内膜上呼吸链 传递有机物脱下的氢中的高能电子， 释放能量，形成H+跨Mit内膜的浓度梯度 磷酸化： 线粒体内膜上的基粒 利用H+跨膜的浓度梯度合成ATP