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

>>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； 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。 氧化磷酸化

《第七章线粒体与叶绿体》知识点整理

>>ATP合成酶的结合变化和旋转催化机制

F1上3个β亚基的构象总是不同的，与核苷酸结合也不同, 有紧密结合态（T 态）、松散结合态(L态)和空置状态（O态）；

每一个β亚基要经过3次构象改变才催化合成1个ATP分子；

F0上H+的转运积累到足够的扭力距时，推动γ亚基在α3β3形成的圆筒中反时针转动120度，使β亚基释放1个ATP分子；

每进入2个H+可驱动合成1个ATP分子；

一．叶绿体与光合作用

1．形态结构

外膜，内膜

类囊体：基粒类囊体：许多类囊体象圆盘一样叠在一起，称为叶绿体基粒，

组成基粒的类囊体，叫做基粒类囊体。

基质类囊体：贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠的类囊

体称为基质类囊体。

光合作用膜（类囊体膜）：小颗粒：具有光系统Ⅰ(PSⅠ)的活性

大颗粒：具有光系统Ⅱ(PSⅡ)的活性

ATP合成酶：C F0有4个亚基

C F1为α3β3γδε

>>光系统：进行光吸收的功能单位称为光系统, 是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物。每一个光系统含有两个主要成分∶捕光复合物(light-harvesting complex)和光反应中心复合物(reaction-center complex)。

基质：叶绿体内膜与类囊体之间的液态胶体物质；

有DNA，RNA，核糖体，淀粉粒和酶

2. 功能------光合作用

光反应原初反应指从天线色素分子被光激发，到引起第一个光化学反应为

止的过程，包括光能的吸收、传递与光化学反应

（光能→电能）

>>光合色素天线/捕光色素——吸收光能并将之有效

地传递到反应中心色素；

反应中心色素——将光能转化为化学能

>>光化学反应：由光引起的反应中心色素分子与原初电

子受体间的氧化还原反应。

电子传递和光合磷酸化光合磷酸化：光照引起的电子传递与磷酸化

（CuA-Cyt a-Cyt a3-Cu B）

4H+4H+

作用相偶联而生成ATP的过程。

（光能→化学能）

非循环光合磷酸化：Z型传递路径——电子从H2O经

PSII、PQ、Cytb6f、PC、PSI、Fd最终传递给

NADP+，生成ATP，同时还有NADPH的产生

和O2的释放。

循环光合磷酸化：由PSI单独完成，电子经PSI、Fd、

Cytb6f、PC传回PSI。只生成质子梯度驱动ATP

合成。无NADPH与O2生成。

>>光合磷酸化的作用机制：

在类囊体膜中，两个光系统发生原初反应，类囊体腔中的水

分子发生裂解，释放出氧分子、质子和电子，

引起电子从水传递到NADP+的电子流；通过电

子传递链，类囊体膜两侧形成质子梯度；驱动

ATP合酶生成ATP;新合成的ATP与PS1形成

的NADPH被释放入基质，用于叶绿体基质中

的碳同化反应。

暗反应：碳同化将活跃的化学能转换为糖分子中高稳定性化学能的过程

卡尔文循环（基本途径，可合成糖类）羧化阶段；还原阶段；

RuBP再生阶段；

6次循环固定6个CO2。形成一个己糖。

每一次循环固定1个CO2 ，需要3个ATP

和2个NADPH。

C4途径

景天酸代谢

>>

光反应在类囊体膜上进行，通过叶绿素等色素分子吸收、传

递光能，将光能转化为化学能，形成ATP和NADPH

的过程，在此过程中水分子被光解放出氧。

光合作用

暗反应(光合碳同化) 利用光反应产生的ATP和NADPH的化

学能，使CO2还原，合成糖，是在叶绿体基质中进行

的。

三．线粒体和叶绿体是半自主性细胞器

1．线粒体和叶绿体的DNA

双链环状

2．线粒体和叶绿体的蛋白质合成

70S核糖体、RNA（mRNA、tRNA、rRNA）

氨基酸活化酶

线粒体和叶绿体核糖体为70s，在基质中能进行蛋白质的合成;

线粒体和叶绿体的大多数蛋白质是靠细胞核基因编码，在细胞质核糖体中合成，如核糖体蛋白质，DNA聚合酶，RNA聚合酶和蛋白质合成因子等;

线粒体和叶绿体中合成的蛋白为自己所用，不运出线粒体或叶绿体外。

3．线粒体和叶绿体的蛋白质转运

①信号肽（N-末端20~80个氨基酸）

②通过内外膜的接触点（易位子，Tim/Tom）输入

③需能量ATP具有解折叠酶(unfoldase)的功能。

识别蛋白质解折叠之后暴露出的疏水面，

防止相互作用产生凝聚或错误

参与蛋白质跨膜运输后分子的重折叠以

及装配过程

④不同的导肽信号可使蛋白质运送到线粒体的不同部位，如基质中，内膜上和膜间隙

⑤许多运入的蛋白质和叶绿体自身合成的蛋白质共同组装成复合物

3．共转移和后转移

共转移——肽链边合成边转移至内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运至高尔基体加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外；

后转移——蛋白质在细胞质基质中合成以后，再转移到线粒体、叶绿体、过氧物酶体和细胞核等细胞器中，或成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白及骨架蛋白。

>>为什么说线粒体和叶绿体是半自主性的细胞器？

①线粒体和叶绿体的生长和增殖受细胞核基因组及自身的基因组两套遗传信

息系统控制，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息；

②线粒体和叶绿体携带遗传物质DNA，以原核细胞的编码方式转录合成一些自身需要的RNA与蛋白质

③线粒体和叶绿体核糖体为70s，在基质中能进行蛋白质的合成，但线粒体和叶绿体的大多数蛋白质是靠细胞核基因编码，在细胞质核糖体中合成，如核糖体蛋白质，DNA聚合酶，RNA聚合酶和蛋白质合成因子等;

④线粒体和叶绿体中合成的蛋白为自己所用，不运出线粒体或叶绿体外

⑤线粒体与叶绿体的DNA均以半保留方式进行复制，都受细胞核的控制，复制所需的DNA聚合酶、解旋酶等均由核基因组编码；