线粒体和叶绿体的结构和功能
线粒体和叶绿体的结构和功能
叶绿体
C3植物主要叶肉细胞 C4植物主要叶肉细胞， 维管束鞘细胞
椭球形或球形
与周围细胞质基质分开
内膜光滑，无光合作用 有关的酶
圆柱状，由囊状结构 堆叠而成,分布有与光 反应有关色素、酶 液态，含有暗反应有关 酶，少量DNA
(1)没有线粒体的活细胞：
原核细胞(如细菌) 哺乳动物成熟的红细胞 厌氧型真核细胞(蛔虫细胞)
CH3COCOOH＋6H2O 酶 6CO2＋[H]+少量ATP 24[H]＋6O2 酶 12H2O＋大量ATP
O2
功能： 线粒体是有氧呼吸的主要场所 (1)分解丙酮酸的细胞器 (2)消耗O2的细胞器 (3)生成H2O、CO2的细胞器 (4)产生大量ATP的细胞器 (5)DNA的次要载体 进行场所：线粒体
2H2O 光 4H＋＋4e＋O2源自NADP＋＋H＋＋2e 酶 NADPH CO2＋C3
酶
C4
ADP＋Pi＋E 酶 ATP
维管束鞘细胞
C4 CO2＋C5 酶 2C3 2C3NAD酶PH ATP (CH2O)＋C5
功能
叶绿体是进行光合作用的场所
(1)将CO2、H2O合成有机物的细胞器 (2)吸收CO2、释放O2的细胞器 (3)把光能转变成化学能储存在有机物
问题：
（1）叶绿体中合成ATP的能量来源是
，合成的ATP用于
，
释放的氧气的来源是
， CO2除来自大气外，还来光源能
于
。
（2）线粒体中合成ATP的CO能2量的来还源原是
，合成的AT水P用的于分解
，吸收的氧气除来自大气外，还来源
于
。
线粒体的呼吸作用
有机物的分解
生命活动
线粒体叶绿体的结构和功能
• 2、方法步骤：
•
a.选材浸泡：取数粒新鲜、饱满的玉米种子，浸泡。
•
b.切割分组：每粒种子沿中线切开，平分成甲、乙两组。
•
c.不同处理：把甲组放入烧杯里，煮沸10分钟以上，使种子煮透
致死；乙组不作任何处理。
•
d.相同处理：把两组种子分别放入两只培养皿中，然后向两只培
养皿中注入已稀释的红墨水，在室温下浸染3-5分钟。
•
B、C、D项：以免疫调节、激素调节、神经调节为材料考察了细
胞膜的信息传递功能。
• 3．如图为叶肉细胞中两种细胞器的模式图。下列叙述中正
确的是(c )
• A．②③均具有光合色素 • B．①②③均具有合成ATP的酶 • C．②处具有合成和转化C3的酶 • D．①处生成的CO2可扩散至③处被利用 • 考点分析：
内膜向内折叠成嵴
基粒分布在内膜上，呈小 球状，含有ATP合成酶 基质含有呼吸作用酶 有氧呼吸的主要场所
内膜不向内折叠 基粒由囊状结构堆叠而成 含有光合色素和相关酶 基质含有光合作用酶 光合作用场所
结构：都具有双层膜 成分：基质中都含有DNA和RNA 功能：都能形成ATP
小结：线粒体、叶绿体的结构是与功能相适应的
异同点？
动物细胞亚显微结构
植物细胞亚显微结构
细胞质 细胞膜
（二）细胞膜的结构与功能
【自主学习】 1、细胞膜的结构包括哪两部分，结构特点是什么？ 2、细胞膜有什么功能？其功能特点是什么？ 3、糖蛋白有什么作用？
• 【合作交流】 • 1、哪些现象说明细胞膜具有流动性？
• 2、下列画面展示了什么现象？说明了什么问题？
4、识别细胞间信息交流的三种方式
直 接 交 流
间 接 交 流
细胞的能量转换─线粒体和叶绿体
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961) ●质子动力势的其他作用 ●线粒体能量转换过程略图
线粒体的形态结构
●线粒体的形态、大小、数量与分布 ●线粒体的超微结构
科学家把这一研究成果发表在2001年12月的《美国人类遗传学》杂志上
吉普赛人靠卖艺为生（摄于20世纪30年代） 图片来自微软Encarta百科全书。
一些结论－－仅供参考
2001年初，英国牛津大学遗传学家布赖恩·赛克斯对欧洲人线粒体DNA 的研究表明，99％的现代欧洲人同是来源于7位女性，她们可以称为欧 洲人的7位夏娃。
自受精卵形成后，线粒体也不断地分裂、增长。于 是在人类细胞的内部，线粒体通过氧化方式，夜以 继日地为人类细胞提供着能量。
人类在各种活动中，无论是学习，还是工作，都离 不开线粒体。
严格地讲，线粒体并不属于人类。线粒体有自己的 名称、历史和性格特点，它是单独的生命体。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
●线粒体的超微结构 ●线粒体的化学组成及酶的定位 ●线粒体是物质氧化与能量转换的场所 ●线粒体与人类疾病和衰老
●叶绿体(Chloroplast)的形态结构 ●叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)
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，还有类囊体腔； 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
电子传递与氧化磷酸化的结构基础
◆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
线粒体和叶绿体
-（1）蛋白质：占叶绿体的0.3-0.5% -（2）脂质：主要是磷脂与糖脂 -（3）酶类：ATP酶、腺苷酸激酶等
2、类囊体
• 1）类囊体的结构
-(1)类囊体腔 -(2) 基 质 类 囊 体 （ 基 质 片 层 ） -(3)基粒（类囊体膜） 光合作用能量转换功能的组 分 – A、天线色素（LHC）
定位
细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜。电子传递链存在于 内膜上，氧化磷酸化作用由基粒 承担
（二）有机物的氧化分解
1、糖酵解
指细胞将葡萄糖分 子（6碳糖）分解 成3碳糖，最终形 成丙酮酸的过程。 细胞质中，不需要 O2的参与。 丙酮酸进入线粒体 氧化形成乙酰CoA。 底物磷酸化：
2、三羧酸循环 产生高能电子
• 内膜不含电子传 递链
• 除了膜间隙、基 质外，还有类囊 体(3个腔）
• 捕光系统、电子 传 递 链 和 ATP 合 成酶都位于类囊 体膜上
二、叶绿体的功能——光合作用
• 光合作用
• 光合作用的意义：
一切生命得以生存的基础 -合成有机物 -提供能量 -物质循环 -提供氧气 -防止紫外线
光合作用
❖有氧呼吸？
NADHO2: 2.5ATP/2e; FADH2 O2 : 1.5ATP/2e
生物氧化产生ATP的统计
一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATP？
糖酵解：底物水平磷酸化产生 4 ATP（细胞质） 己糖分子活化消耗 2 ATP（细胞质） 产生 2NADH，经电子传递产生 3或 5 ATP
形成“转子”； 2）嵌入膜中的F0（基
部），组成“定子”；
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
2.2.1叶绿体与线粒体-教学设计-2023-2024学年高一上学期生物北师大版(2019)必修1
作用与目的：
-帮助学生初步了解叶绿体与线粒体的结构和功能，为课堂讨论打下基础。
-培养学生的自主学习能力和独立思考能力，提高他们对生物学概念的理解。
2.课中强化技能
教师活动：
-导入新课：通过展示叶绿体和线粒体在细胞中的作用实例，引起学生对主题的兴趣。
2.科学思维：培养学生运用比较、分析等科学方法，探究叶绿体与线粒体的异同点，训练学生的科学思维能力。
3.科学探究：通过小组合作、讨论等方式，培养学生主动探究生物现象的兴趣和能力，提升学生的科学探究技能。
4.社会责任：引导学生关注生物学与人类生活的关系，认识生物学知识在解决实际问题中的重要性，培养学生的社会责任感。
-提问与讨论：学生针对不理解的地方提出问题，参与小组内的讨论和汇报。
教学方法/手段/资源：
-讲授法：通过教师的详细讲解，确保学生对知识点有全面的理解。
-小组合作学习法：通过小组讨论和汇报，培养学生的团队合作和沟通能力。
-多媒体资源：利用动画和实物模型等资源，提供直观的学习材料。
作用与目的：
-确保学生对叶绿体和线粒体的结构和功能有深入的理解。
2.过程与方法方面的学习效果：
-学生能够通过自主学习，对叶绿体和线粒体的结构和功能有一个初步的理解。
-学生能够在小组合作中，运用比较、分析等科学方法，探究叶绿体与线粒体的异同点，并提出自己的见解。
-学生能够通过实验和观察，如显微镜下的叶绿体和线粒体观察，加深对叶绿体和线粒体结构和功能的理解。
3.情感态度与价值观方面的学习效果：
-结构：双层膜结构、类囊体薄膜、基质
-功能：光合作用
2.线粒体的结构与功能
线粒体与叶绿体(1)
叶绿体外被由双层膜组成，膜间为10~20nm的膜间隙。外膜的渗透性大，如核苷、 无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。
内膜对通过物质的选择性很强，，CO2、O2、Pi、H2O、磷酸甘油酸、丙糖磷酸， 双羧酸和双羧酸氨基酸可以透过内膜，ADP、ATP已糖磷酸，葡萄糖及果糖等透 过内膜较慢。蔗糖，NADP+及焦磷酸等不能透过内膜，需要特殊的转运体 translator）才能通过内膜。
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、分杈状或其它形状。数目一般数百到数千个，线粒体通常 分布在细胞功能旺盛的区域。
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。标志酶为单 胺氧化酶。 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）。标志酶为细胞色素氧化酶。 膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。 标志酶为腺苷酸激酶。 基质（matrix）：含三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化等酶系、线粒体 基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
个体发育：由前质体（proplastid）分化 而来。
增殖：分裂增殖
24
二、 线粒体和叶绿体的起源
内共生起源学说（endosymbiosis hypothesis)
叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻：ereschkowsky，1905 年
Margulis，1970年：线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰 氏阴性细菌：叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌 （Cyanobacteria），即蓝藻。
细胞生物学第七章线粒体与叶绿体知识点整理
《第七章 线粒体与叶绿体》知识点整理一、线粒体与氧化磷酸化 1． 形态结构 外膜：标志酶：单胺氧化酶 是线粒体最外面一层平滑的单位膜结构; 通透性高；50％蛋白，50％脂类； 内膜：标志酶:细胞色素氧化酶 是位于外膜内侧的一层单位膜结构；缺乏胆固醇，富含心磷脂-—决定了内膜的不透性（限制所有分子和离子的自由通过)；蛋白质/ 脂类:3:1； 氧化磷酸化的关键场所 膜间隙:标志酶:腺苷酸激酶 其功能是催化ATP 大分子末端磷酸基团转移到AMP ，生成ADP 嵴：内膜内折形成,增加面积；需能大的细胞线粒体嵴数多 片状(板状）:高等动物细胞中，垂直于线粒体长轴 管状：原生动物和植物中 基粒（ATP 合成酶)：位于线粒体内膜的嵴上的规则排列的颗粒 基质：标志酶：苹果酸脱氢酶 为内膜和嵴包围的空间,富含可溶性蛋白质的胶状物质，具有特定的pH 和渗透压； 三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化进行场所 含有大量蛋白质和酶，DNA,RNA ，核糖体，Ca2+ 2． 功能 (1) 通过基质中的三羧酸循环，进行糖类、脂肪和氨基酸的最终氧化 (2) 通过内膜上的电子传递链，形成跨内膜的质子梯度 (3) 通过内膜上的ATP 合成酶，合成ATP ATP 合成酶的结合变化和旋转催化机制（书P90）头部F 1(α3β3γδε) 亲水性 α、β亚基具有ATP 结合位点，β亚基具有催化ATP 合成的活性 γε结合为转子,旋转以调节β亚基的3种构象状态δ与a 、b 亚基结合为定子基部F 0(a 1b 2c 10-12） 疏水性 C 亚基12 聚体形成一个环状结构定子在一侧将α3β3与F 0连接起来>〉氧化磷酸化的具体过程① 细胞内的储能大分子糖类、脂肪经酵解或分解形成丙酮酸和脂肪酸,氨基 酸可被分解为丙酮酸,脂肪酸或氨基酸进入线粒体后进一步分解为乙酰CoA;② 乙酰CoA 通过基质中的TCA 循环,产生含有高能电子的NADH 和FADH2； ③ 这两种分子中的高能电子通过电子传递链，在过程中形成跨内膜的质子梯度； 氧化磷酸化*Delta *epsilon《第七章 线粒体与叶绿体》知识点整理④ 质子梯度驱动ATP 合成酶将ADP 磷酸化成ATP,势能转变为化学能。
线粒体与叶绿体
线粒体和叶绿体是细胞内能量转换的主要场所。
线粒体大小不一，形状大多为棒状，细丝状或球状颗粒，长1~2纳米。
线粒体超微结构可大致分为外膜，内膜，膜间隙与基质。
外膜通透性较高，含孔蛋白，是线粒体的通道蛋白，允许较大的分子通过，如蛋白质，rRNA等。
内膜具有高度不通透性，向内折叠形成嵴。
含有与能量转换相关的蛋白，如ATP合成酶，线粒体内膜转运蛋白等，是执行氧化反应的电子传递链所在地。
膜间隙含许多可溶性酶，底物及辅助因子。
基质含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
核糖体主要由蛋白质与脂质组成，蛋白质占线粒体干重的65~70%，脂类占线粒体干重的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。
在内膜上，脂类与蛋白质的比值为0.3：1，在外膜上为1：1。
在线粒体的不同部位含有不同数量不同种类的酶，外膜上含有单胺氧化酶，NADH-细胞色素c还原酶等；内膜上含有细胞色素b,c,c1,a,a3氧化酶，ATP合成酶系等；膜间隙上含有腺苷酸激酶，二磷酸激酶等；基质上含有柠檬酸合成酶，苹果酸脱氢酶等。
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；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。
线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两个不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP 酶活性，ATP合成酶是可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙，这是ATP合成酶磷酸化的分子基础。
化学渗透假说：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，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。
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。
2023年高中生物竞赛课件：线粒体和叶绿体
一、线粒体的基本形态及动态特征
高度动态的细胞器，包括运动导致的位置和分布的变化以 及融合和分裂介导的形态、体积与数目的变化等
A portion of a mouse fibroblast(成纤维细胞) with mitochondria that have been labeled with a fluorescent protein. In the first three frames, two pairs of mitochondria (which have been artificially colored) contact end to end and immediately fuse. In the last three frames, the lower fusion product undergoes fission, and the daughter mitochondria move apart.
confommational changes that result in fission.
(二) 线粒体的融合与分裂
1、线粒体融合与分裂的分子基础
dynamin类蛋白是大分子GTPase，具有相似的GTPase结构域
真核生物基因组中编码大分子GTPase的所有基因归类为一个 基因超家族，编码的所有大分子GTPase统称为发动蛋白相关 蛋白(dynamin related proteins)，如介导线粒体融合(Fzo和
1、线粒体融合与分裂的分子基础
A model for mitochondrial fusion.The fusions of the outer and inner mitochondrial membranes are coordinated sequential events（有序事件）,each of which requires a separate set of protein factors. Outer membrane fusion is brought about by an outermembrane GTPase(purple),which forms an oligomeric complex that includes subunits anchored in the two membranes to be fused. Fusion of outer membranes requires GTP and an H+ gradient across the inner membrane（需要GTP和跨内膜H+浓度）. For fusion of the inner membrane,a dynamin related protein forms an oligomeric tethering complex (blue)that includes subunits anchored in the two inner membranes to be fused. Fusion of the inner membranes requires GTP and the electrical component of the potential across the inner membrane. （需要GTP和跨内膜电位）
细胞生物学 线粒体和叶绿体
二、线粒体的超微结构
（一） 外膜
（二） 内膜 （三） 膜间隙 （四） 线粒体基质
二、线粒体的超微结构
人淋巴细胞线粒体（A）、拟南芥幼叶线粒体（B） 的超微结构及超微结构模式图
三、线粒体的立体结构
（一）外膜 单位膜结构，厚约6 nm。外膜中蛋白质和脂质约各占50%，外膜上分布的 孔蛋白构成的桶状通道，可根据细胞的状态可逆性地开闭，能够可以通过 相对大分分质量的分子。由于外膜的通透性很高，膜间隙中的离子环境几 乎与胞质相同。 外膜的标志酶是单胺氧化酶
光照强度对叶绿体分布
及位置响应的示意图：
野生型（WT）拟南芥叶
片呈深绿色。对叶片的 一部分（整体遮光，中 部留出一条缝）强光照 射1h后，被照射的部分 变成浅绿色，这是由于 细胞叶绿体位置和分布 发生了变化，以减少强 光的伤害。在叶绿体定 位异常的突变体 （chup1）中，光照对 叶绿体的位置与分布失 去影响。
• 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
发动蛋白（dynamin）组装和驱动线粒体分裂的模式图
2. 线粒体融合与分裂的细胞生物学基础 • 线粒体分裂环（mitochondrial division ring） • 分裂的三个阶段：早期；中期；后期
（四）线粒体基质 富含可溶性蛋白质的胶状物质。催化线粒体重要生化反应，如三羧酸循环 、脂肪酸氧化、氨基酸降解等还含有DNA、RNA、核糖体以及转录、翻译 所必需的重要分子。
（一）氧化磷酸化的分子结构基础
超声波 线粒体
亚线粒体小泡或颗粒 胰蛋白酶
颗粒解离，只能传递电子，而不能发生磷酸化
颗粒重新装配上
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。
细胞生物学第六、七、八、九章习题及参考答案
本章要点：本章重点阐述了线粒体和叶绿体的结构和功能，要求重点掌握掌握线粒体与氧化磷酸化，线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器，了解线粒体和叶绿体的起源与增殖。
一、名词解释1、氧化磷酸化2、电子传递链（呼吸链）3、ATP合成酶4、半自主性细胞器5、光合磷酸化二、填空题1、能对线粒体进行专一染色的活性染料是。
2、线粒体在超微结构上可分为、、、。
3、线粒体各部位都有其特异的标志酶，内膜是、外膜是、膜间隙是、基质是。
4、线粒体中，氧化和磷酸化密切偶联在一起，但却由两个不同的系统实现的，氧化过程主要由实现，磷酸化主要由完成。
5、细胞内膜上的呼吸链主要可以分为两类，既和。
6、由线粒体异常病变而产生的疾病称为线粒体病，其中典型的是一种心肌线粒体病。
7、植物细胞中具有特异的质体细胞器主要分为、、。
8、叶绿体在显微结构上主要分为、、。
9、在自然界中含量最丰富，并且在光合作用中起重要作用的酶是。
10、光合作用的过程主要可分为三步：、和、。
11、光合作用根据是否需要光可分为和。
12、真核细胞中由双层膜包裹形成的细胞器是。
13、引导蛋白到线粒体中去的具有定向信息的特异氨基酸序列被称为。
14、叶绿体中每个H+穿过叶绿体ATP合成酶，生成1个ATP分子，线粒体中每个H+穿过ATP合成酶，生成1个ATP分子。
15、氧是在植物细胞中部位上所进行的的过程中产生的。
三、选择题1. 线粒体各部位都有其特异的标志酶，线粒体其中内膜的标志酶是（）。
A、细胞色素氧化酶B、单胺氧酸化酶C、腺苷酸激酶D、柠檬合成酶2.下列哪些可称为细胞器（）A、核B、线粒体C、微管D、内吞小泡3.下列那些组分与线粒体与叶绿体的半自主性相关（）。
A、环状DNAB、自身转录RNAC、翻译蛋白质的体系D、以上全是。
4.内共生假说认为叶绿体的祖先为一种（）。
A、革兰氏阴性菌B、革兰氏阳性菌C、蓝藻D、内吞小泡四、判断题1、在真核细胞中ATP的形成是在线粒体和叶绿体细胞器中。
叶绿体与线粒体功能、结构的比较
叶绿体与线粒体功能、结构的比较作者：谢季霖来源：《当代旅游（下旬）》2017年第08期摘要：进行高中生物学习的过程中，常常会遇到有关叶绿体与线粒体功能和结构相关的问题，这是高中生物学习的重点和难点，还是高考热点之一。
因此，作为高中生，必须要充分了解叶绿体和线粒体功能与结构，将两者进行比较学习，可以促使自身生物解题效率的提升。
关键词：叶绿体；线粒体；功能；结构；比较由于动植物生命活动所需要的能力，多数是由线粒体所提供的，而通常情况下这部分能量均直接以及间接地来源于叶绿体中固定的太阳能，所以，叶绿体与线粒体是真核生物细胞里面的两个特别重要的细胞器，这是高中考试的核心内容。
再者，由于叶绿体与线粒体在功能和结构上有一定的区别与联系，所以也是高中生物学习的难点。
以下就针对叶绿体与线粒体功能和结构上的比较展开了深入分析。
一、叶绿体和线粒体相同点（一）叶绿体与线粒体在功能反应中都可以生成水在线粒体之中开展有氧呼吸第三阶段，将氧气当成是有氧呼吸前两个阶段产生的H受体，当其反应以后在生成水的时候产生很多的能量，在第三阶段中产生的能量在有氧呼吸这几个阶段中是最高的。
可是叶绿体在其基质中经过三样化合物以及暗反应被还原成糖类等有机物的时候，继而生成水。
（二）叶绿体与线粒体在功能反应中都可以消耗水线粒体经过有氧呼吸第二階段将水消耗掉，与此同时经过一定的变化生成二氧化碳、水域很少的能量。
而叶绿体经过光反应将水消耗掉，将水当成是电子的最后供体，经过水的光解产生氧气，其反应化学方程式就是：2H2O→4H++4e+O2。
二、叶绿体和线粒体功能与结构比较（一）叶绿体和线粒体结构上的比较第一，线粒体内膜是向内腔突起构成嵴，线粒体基粒分布于内膜，是颗粒性形状的。
线粒体里面没有色素，并且其中和呼吸作用相关的酶分布于线粒体的内膜、基质、嵴中。
再者，线粒体参加有氧呼吸过程第二阶段与第三阶段。
第二，叶绿体的内膜并未有向内腔突起，叶绿体的内膜是非常平滑的并且不折叠，不会构成嵴。
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
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e
d b
a
n c b a b d A f B (1)题中所说的“适宜的条件”主要是指 水、光照充足 _________________( 至少答出两点) b d f (2)图A中哪几个字母代表O2___________ 。 (3)请在图B中绘出b点之前的部分，使曲线完整， 与Y轴的交点为a。 (4)当CO2浓度分别为c和n时，图A中，对应的a a b 和________ a b e f。 －f过程分别是______ (5)图A中的b若指的是葡萄糖，图示还正确吗？ 说明原因。 不正确. 葡萄糖在细胞质基质中分解 ____________________________ 成丙酮酸后才能进入线粒体 .
学习评价： 如图所示，图 A 表示某植物细胞的部分细胞 结构和相关代谢情况，a－f指的是O2或CO2。图 B 表示在适宜的条件下，环境中的 CO2 浓度与 CO2吸收量之间的关系曲线，m点是能够进行光 合作用的CO2最低浓度。据图回答下列问题： c e d a m b n c b d A f B
c
(二)线粒体和叶绿体功能
1、线粒体与有氧呼吸 C6H12O6 CH3COCOOH
CH3COCOOH＋6H2O 酶 6CO2＋[H]+少量ATP 24[H]＋6O2 酶 12H2O＋大 线粒体是有氧呼吸的主要场所
(1)分解丙酮酸的细胞器
(2)消耗O2的细胞器
(3)生成H2O、CO2的细胞器
（三）线粒体和叶绿体功能上的联系
(1)黑暗时
CO2
O2 在黑暗或无光照条件下，常用来测定 呼吸作用强度
(2)当光照强度小于光补偿点时
CO2 CO2
O2
O2
此时植物体的有机物仍然在减少，但幅度减小。
(3)光照强度为光补偿点时
CO2
O2
此时植物既不吸收CO2，又不释放CO2；
既不吸收O2又不释放O2；既不增重，又不减轻。 光合作用速率等于呼吸作用速率。
(1)光反应有关最核心的色素是： 少数处于特殊状态的叶绿素 a (2)电子最终供体是：水 (3)电子的最终受体是：NADP+ (4)电能转变成活跃的化学能储存在： ATP、NADPH
(5) NADPH的功能： 还原剂、提供能量
(6)C4植物暗反应的场所：叶肉细胞叶绿体的基质 维管束鞘细胞叶绿体的基质
(1)没有线粒体的活细胞： 原核细胞(如细菌) 哺乳动物成熟的红细胞 厌氧型真核细胞(蛔虫细胞) (2)C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体的特点： 数目多，形态大，且无基粒 (3)线粒体有氧呼吸酶分布在： 内膜和基质
（4)光合作用有关的酶分布在叶绿体： 基粒和基质
(5)叶绿体和线粒体的共同点：
双层膜、基质、少量DNA、不同类型的酶。
谢谢！
形
态 外 双 膜 层 内 膜 膜
与周围细胞质基质分开
向内折叠形成嵴，扩 大内膜面积，分布有 与有氧呼吸有关酶
与周围细胞质基质分开
内膜光滑，无光合作用 有关的酶
结
构 腔
基 粒
基 质 液态，含有氧呼吸有 关酶，少量DNA
圆柱状，由囊状结构 堆叠而成,分布有与光 反应有关色素、酶
液态，含有暗反应有关 酶，少量DNA
植物细胞亚显微结构图
细胞质基质 线粒体 细胞质
叶绿体
内质网 细胞器： 高尔基体 液泡
核糖体
中心体
(一)线粒体和叶绿体结构
线粒体结构模式图
叶绿体结构模式图
线粒体和叶绿体的比较
线粒体
分 布 需氧型的真核生物细胞 代谢旺盛的细胞数目多 椭球形
叶绿体
C3植物主要叶肉细胞 C4植物主要叶肉细胞， 维管束鞘细胞 椭球形或球形
(4)产生大量ATP的细胞器
(5)DNA的次要载体 进行场所：线粒体 真核生物进行有氧 呼吸的条件 分解物质：丙酮酸 外界条件：O2
2、叶绿体与光合作用 C3 植物
O2
CO2
叶肉细胞
2H2O 光 4H＋＋4e＋O2 NADP＋＋H＋＋2e ADP＋Pi＋E
酶
酶
NADPH 2C3 C5
CO2＋C5 酶
(4)当光照强度大于光补偿点时
O2
O2
CO2 CO2 把叶绿体消耗CO2的总量或产生O2的总量所 代表的光合作用叫做真正的光合作用。把叶绿 体从大气中吸收CO2的量或释放到大气中O2的量 所代表的光合作用叫做表观光合作用
高考连接：（2005年广东高考试题） 在高等植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量转换 的重要细胞器。请回答以下问题： （1）叶绿体中合成ATP的能量来源是 光能 ，合 成的ATP用于 CO2的还原 ， 释放的氧气的来 源是 水的分解 ， CO2除来自大气外，还来源 于 线粒体的呼吸作用 。 （2）线粒体中合成ATP的能量来源是 有机物的分解 ，合成的ATP用于 生命活动 ，吸收的氧气除来自 大气外，还来源于 叶绿体的光合作用。
NADPH ATP
2C3
(CH2O) ＋
ATP
酶
C4植物
2H2O 光 4H＋＋4e＋O2
O2
CO2 叶肉细胞
NADP＋＋H＋＋2e
酶
NADPH
CO2＋C3 酶
C4
ADP＋Pi＋E 酶 ATP
维管束鞘细胞 C4
CO2＋C5
2C3 NADPH
酶
酶
ATP
2C3
(CH2O)＋C5
功能
叶绿体是进行光合作用的场所 (1)将CO2、H2O合成有机物的细胞器 (2)吸收CO2、释放O2的细胞器 (3)把光能转变成化学能储存在有机物 中的细胞器 (4)DNA的次要载体