细胞生物学-第六章 叶绿体
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叶绿体DNA
●ctDNA形状、数量、大小 ●mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制
ctDNA形状、数量、大小
◆双链环状 ◆不同植物的叶绿体基因组的大小变化很大
叶绿体的蛋白质合成
● 叶绿体合成蛋白质的种类十分有限
● 叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性
● 参加叶绿体组成的蛋白质来源有3种情况: ◆由ctDNA编码,在叶绿体核糖体上合成; ◆由核DNA编码,在细胞质核糖体上合成; ◆由核DNA编码,在叶绿体核糖体上合成。
◆ 原初反应:光合色素分子被光能激发而引起的首个光化学反应 光能的吸收、传递 与 转换(形成高能电子)
◆ 电子传递与光合磷酸化 由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程
电子传递与光合磷酸化
电子传递与光合磷酸化需说明以下几点:
①最初电子供体是H2O,最终电子受体是NADP+。 ②电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊体腔的 质子浓度比叶绿体基质高,该浓度梯度产生的原因归于:
可以固定、浓缩和转运CO2,合成糖类等产物。 ◆C4途径或 Hatch-Slack循环 ◆景天科酸代谢途径
叶绿体是半自主性细胞器
●半自主性细胞器的概念:
自身含有遗传表达系统(自主性);但编码的 遗传信息十分有限,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(自主性有限)。 ●叶绿体的DNA ●叶绿体的蛋白质合成 ●叶绿体蛋白质的运送与组装
循环式传递的高能电子在PSⅠ被光能激发后经cytb6f复合物回到PSⅠ 结果是不裂解H2O、不产生O2,不形成NADPH,只产生H+跨膜梯度 合成ATP 。
◆不能解释细胞核是如何进化来的,即原核细胞如何演化为 真核细胞?
◆线粒体和叶绿体的基因组中存在内含子,而细菌原 核生物基因组中不存在内含子,如果同意内共生起源 学说的观点,那么线粒体和叶绿体基因组中的内含子 从何发生?
非共生起源学说
◆主要内容:真核细胞的前身是一个进化上 比较高等的好氧细菌。
◆成功之处:解释了真核细胞核被膜的形成 与演化的渐进过程。
内共生起源学说
◆叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻: ◆内共生起源学说的主要论据: ◆不足之处
内共生起源学说的主要论据
◆基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似。 ◆有自己完整的蛋白质合成系统,能独立合成蛋白质,蛋白质合成机制有
很多类似细菌而不同于真核生物。 ◆两层被膜有不同的进化来源,外膜与细胞的内膜系统相似,内膜与细菌
质膜相似。 ◆以分裂的方式进行繁殖,与细菌的繁殖方式相同。 ◆能在异源细胞内长期生存,说明叶绿体具有的自主性与共生性
的特征。 ◆发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体,其特征在很多方面
可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。
不足之处
◆从进化角度,如何解释在代谢上明显占优势的共生体反而 将大量的遗传信息转移到宿主细胞中?
高等植物的光合作用由两步 反应协同完成
●光反应
●暗反应(固碳反应)
●光合作用与有氧呼吸 的关系图
光反应 暗反应(碳固定)
光反应
在类囊体膜上由光引起的光化学反应,通过叶绿素等光合色素分 子吸收、传递光能,并将光能转换为电能(高能电子),进而转换为 活跃化学能,形成ATP和NADPH,同时放出O2的过程。
(三) 叶绿体的化学组成 (四) 叶绿体与线粒体的比较
◇叶绿体膜:外膜(孔蛋白);内膜(通透性较低) ◇类囊体 : 内膜衍生而来的封闭的扁平膜囊。
基粒类囊体,基质类囊体 ◇基质:Rubisco是自然界含量最丰富的蛋白质,
也是光合作用中的一个重要酶。
类囊体垛叠成基粒是高等植物叶绿体特有的结构特征
三、叶绿体蛋白质的运送与组装
●叶绿体蛋白质的运送及组装
叶绿体的增殖与起源
●叶绿体的增殖 ●叶绿体的起源
叶绿体的增殖
●叶绿体的发育和增殖 ◆个体发育:由前质体(proplastid)分化而来。 ◆增殖:分裂增殖
叶绿体的起源
●内共生起源学说(endosymbiosis hypothesis) ●非共生起源学说
第六章 线粒体和叶绿体 第二节 叶绿体与光合作用
●叶绿体与光合作用 ●叶绿体是半自主性细胞器 ●叶绿体的增殖与起源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 叶绿体与光合作用
●叶绿体(Chloroplast)的形态结构 ●叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)
叶绿体的形态结构
(一) 光镜下叶绿体的形态结构 (二) 超微结构
H2O光解、cytb6f 的H+-pump、NADPH的形成。 ATP、NADPH在叶绿体基质中形成。 ③电子沿光合电子传递链传递时,分为非循环式光合磷酸化和 循环式光合磷酸化两条通路。
暗反应(固碳反应)
利用光反应产生的ATP 和NADPH,将CO2还原为糖,即将 活跃的化学能转换为稳定的化学能,最终储存于有机物中。这 一过程不直接需要光(在叶绿体基质中进行)。 ◆卡尔文循环(C3途径):基本途径。
能 量 传 递 是 有 序 的
P700(PSⅠ) P680 ( PSⅡ)
基质侧
质体蓝素
①最初电子供体是H2O,最终电子受体是NADP+。 ②电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊体腔的质子浓度比
叶绿体基质高,该浓度梯度产生的原因归于: H2O光解、cytb6f 的H+-pump、NADPH的形成。 ATP、NADPH在叶绿体基质中形成。
◆不足之处
不足之处
◆实验证据不多 ◆无法解释为何线粒体、叶绿体与细菌在DNA分
子结构和蛋白质合成性能上有那么多相似之处 ◆对线粒体和叶绿体的DNA酶、RNA酶和核糖体
的来源也很难解释。 ◆真核细胞的细胞核能否起源于细菌的核区?
光反应 暗反应(碳固定)
光能的吸收、传递与转换
光合单位:由约300个叶绿素分子组成。 包括反应中心色素(叶绿素a):光能转换成化学能 和捕光色素/天线色素:吸收光能并传递到反应中心色素
叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)
●光合作用(光能合成作用):是绿色植物、藻类和某些 细菌,在可见光的照射下,经过光反应和固碳反应,利 用光合色素,将二氧化碳和水转化为有机物,并释放出 氧气的生化过程。 (光能--化学能)
叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)