细胞的能量转换─线粒体和叶绿体
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。
第六章线粒体与叶绿体
概述
生物的能量来源：太阳光的辐射能。 植物细胞的叶绿体和蓝藻的光和片层：光能转换为 化学能，并储存在糖类，脂类和蛋白质中。 线粒体将生物大分子中的化学能转换为细胞可直接 利用的能源，储存在NTP（如ATP，GTP）中。 线粒体和叶绿体：封闭的双层膜结构，其内膜 反复 折叠形成内膜特化结构系统—是能量转换的场所。 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，有自己的环状 DNA和转录、翻译体系，是真核细胞的第二遗传信 息系统。
光反应-原初反应
光合单位：大约300个叶绿素分子组成一个功
能单位，是进行光合作用的最小结构单位。 在光合单位中只有一对特殊的叶绿素分子能将 光能转变为化学能，及反应中心色素，而其余 的光合色素称为天线色素或捕光色素分子。
光化学反应：反应中Байду номын сангаас色
素吸收光能所引起的氧化还 原反应。产生原初电子。
光反应-电子传递和光合磷酸化
利用电子传递释放的能量，将H+由基质侧运输到膜间隙， 形成线粒体内膜两侧的电化学梯度。
ATP形成机制-氧化磷酸化
• ADP+Pi ATP,是酶促的磷酸化过程，分为底物水平 磷酸化和氧化磷酸化。 • ATP合酶（ATP synthase）：F-型质子泵，分为球形的F1 （头部）和嵌入膜中的F0（基部）。 • F1：α3β3γεδ复合体，具有3个ATP合成的催化位点（每个
β亚基1个）。
• F0：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。
ATP合酶（ATP synthase）
氧化磷酸化的耦联机制
◆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+
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
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
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。
细胞内重要的能量转换器——线粒体和叶绿体
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
基质
都含有丰富的酶，且都含有少量的 DNA、RNA 和核糖体
功能
都在生物体能量转换方面发挥重要作用
蛋白质含量较叶绿体内膜 蛋白质含量相对较低，与光
内膜
高，是因为其上含有大量与 合作用无直接联系
有氧呼吸有关的酶
发达，由一层膜构成，形成
类囊体
无
大量的基，其上含有大量
与光合作用有关的色素和酶
色素
无
含有四种与光合作用有关的 色素
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，
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。
二．叶绿体和线粒体的基质的化学成分
叶绿体和线粒体结构的第二个相同点是：它们的双层膜内侧，都分布有丰富的基质成分，
它们和细胞质基质一样，并含有大量的酶，各种原料和 ATP 等物质，都在不停地流动着， 进行着旺盛的生命活动。但是，很明显，线粒体和叶绿体所行使的生命活动是不同的，这又
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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(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
叶绿体与光合作用
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。
该病为母系遗传，家系内女性患者的子女 均可能患病，男性患者的子女均不患病。
线粒体与Alzheimer's疾病， 唐氏综合症有关
Alzheimer‘s疾病激活总会侵袭60岁以上的老人， 但是在唐氏综合症患者中，Alzheimer’s疾病发病 时间通常早在40岁以前。报道大脑细胞中能量工 厂线粒体的降解导致了唐氏综合症患者 Alzheimer‘s疾病早早地发作，以及可能在其它老 人中导致的此类疾病。（老年斑）
◆外膜(outer membrane）：厚5.5~7nm; 含转运蛋白被成为孔蛋白(porin)， 通透性较高(分子量10000以下,蛋白质与多肽)。 ◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae）。 嵴增加面积;嵴分布与线粒体分布与细胞能量需求有关. ◆膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。 ◆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, 水, 蛋白质, 脂类, 脂肪酸, 离子等等 。
Sensitivity and selectivity
OHC
OHC
Why new?
Energy is not supplied by ATP , but
the changing membrane potential of cell. The response occurs at microsecond rates, faster than any other cellular motor protein
正是在这个意义上说，汉族本身是多源的基因库被同一个文化（汉文化） 同化、融合和统帅的产物。南方汉族群体中含有较北方群体更多的古老类 群和未定类型，提示南方汉族可能更古老。
● 叶绿体与光合作用 质体 ● 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 ● 线粒体和叶绿体的增殖与起源
1
2
3
叶绿体
白色体
有色体
叶绿体与 光合作用
发现汉族人群中存在明显的地理分化，基本特点是，南方群体间的差异较 大，北方群体间的差异较小；南方人群中发现一些比较古老的单倍型类型， 而其中一些类型在北方样本中几乎没有，即南方群体中保留有较北方更多 的古老类型。
研究结果从母系遗传方面说明，将汉族人群按地理位置合并为“北方汉族” 和“南方汉族”或者选用一个或两个汉族地理群体来代表整个汉族人群的 这种比较普遍的做法，存在着较大的缺陷，不能有效地反映汉族遗传结构 的全貌。
有人发现原来的数据分析有一些漏洞，经重新分析有关数据，得出一 些不同的结论，从而对人类的祖先是否在非洲、“线粒体夏娃”是否 曾经存在等问题提出异议。 因为现代非洲种族具有较多的遗传差异， 这确是一个事实。因此，有关人类祖先的问题又暴发了进一步争论。
姚永刚、张亚平及其合作者用选择母系遗传的线粒体基因组作为遗传的标 记，他们首先测定了来自6个不同省份具有一定代表性的汉族人群的线粒 体DNA序列，结合报道的全序列信息，建立我国人群线粒体DNA单倍型 类群的系统发育关系。 《美国人类遗传学杂志》
➢哺乳动物耳蜗外毛细胞(out hair cell, OHC)在 机械刺激引起的膜电位改变的条件下,其胞体本 身能发生与声音刺激相同步的伸长与收缩反应, 即膜电位去极化时收缩,超极化时伸长,称为电 能动性.它能反馈能量到振动的基底膜,对声音 刺激起更精细的放大作用.这一发现使耳蜗对声 音放大有了主动性的一面.
人占卜等维持生计－流动 吉普赛（gypsy）这个词的本义是“从埃及来的人” －天大的
错误 ；应该为罗姆人（Roma）——有他们自己的语言－罗姆 语。语言学的证据推测出吉普赛人大概起源于印度北部。 全世界一共有大约1200万吉普赛人，其中1000万左右分布在欧 洲。吉普赛人有独特的传统，他们不与外族通婚（结婚年龄在 12～13岁） －吉普赛人是一个单一的民族？（语言学家与人 类学家争持的焦点） 线粒体帮助科学家追踪吉普赛人的身世
细胞的能量转换─ 线粒体和叶绿体
线
●线粒体与氧化磷酸化
粒
体
●线粒体与人类疾病和衰老
叶
●叶绿体与光合作用
绿
●线粒体和叶绿体是半自主性细胞器
体 ●线粒体和叶绿体的增殖与起源
小结
线粒体与叶绿体是细胞内两种产能细胞器
太阳能
生物 基本 能量 来源
化学能
贮存 于糖 类脂 肪蛋 白质
ATP
线粒体--地球上重要的生命体
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
线粒体帮助科学家追 踪吉普赛人的身世
14个不同的吉普赛“部落”的275个人作为研究对象。这些人相互没有血缘 关系。研究者检查了他们的Y染色体和线粒体DNA（线粒体只能遗传自母 亲，因此可以有效的判断人群祖先的相关性）。
科学家发现来自所有14个地区的样本Y染色体都含有单倍组VI-68，其数量占 所有样本的44.8%。对于线粒体DNA有类似的发现：26.5%的男性都携带有 单倍组M。这些人在单倍组上表现出的差异性非常小。 尽管吉普赛人有不同的部落，他们仍然是一个单一的民族。而且，单倍 组VI-68和单倍组M都是亚洲人特有的，这就支持了语言学上的证据。
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 ◆工作特点：可逆性复合酶，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 ◆ATP合成机制—Banding Change Mechanism (Boyer 1979)
Prestin
➢快蛋白--耳蜗外毛细胞的一种新型马达蛋白
•葡萄糖酵解
线粒体是物质氧化与能量转换的场所
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。
（蛋白质、脂类与糖类物质被消化分解为简单的物质形式被细胞 摄取，并在细胞内进一步降解为可进入线粒体的物质，在线粒 体中氧化分解，将化学能转移为ATP等物质的高能磷酸键中， 被细胞利用）
线粒体的化学组成及酶的定位
●线粒体组分分离方法 ●线粒体的化学组成 ●线粒体酶的定位
线粒体的化学组成
◆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---高度特化,具有离子 不通透性。 线粒体含有独特的DNA分子,编码线粒体部分蛋白质 亚基、RNA。
新石器时代的源于黄河流域到后期始于长江流域的向周边和边远的扩张， 并没有在遗传上取代这些地区以前存在的人群，相反，而是从文化的角度 将当地人的基因库同化为汉族的一部分。
有史记载以来中原地区汉族人群向南方和西南方向的扩张也只一个政治和 军事上的征服过程，而这种征服的一个直接结果是汉文化的渗透和同化。
电子传递链的四种复合物
◆NADH脱氢酶复合物I ：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心 , 1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q；泵出4 H+
◆琥珀酸脱氢酶复合物II：含FAD辅基，2Fe-S中心， 作用：催化2高能电子FADFe-S辅酶Q (无H+泵出)
◆细胞色素bc1复合物III：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2cyt c；泵出4 H+
线粒体DNA改变－遗传性疾病 线粒体疾病是母系遗传
目前有50多种，多数为神经肌肉系统疾病 退化性疾病－帕金森病与线粒体DNA有关
－与Alzheimer疾病有关 线粒体与身世
Se-克山病（线粒体膜稳定性的关系）
母系遗传的研究
线粒体基因变突糖尿病” ：病因是线粒体 核苷酸3243位由A突变为G。目前科研人员 已筛查出4297例该病患者，占所筛查糖尿 病总人数的1.2％。
◆细胞色素C氧化酶IV：二聚体，每一单体含13个亚基，
cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水
ATP酶复合体(磷酸化的分子基础)
Cutting edge: 快马达 ◆分子结构 ◆ 线 粒 体 ATP 合 成 系 统 的 解 离 与 重 建 实 验 证 明 电 子 传 递 与
●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
·质子动力势是ATP合成的动力 ·膜应具有完整性 ·电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件