细胞的能量转换-线粒体和叶绿体学习教案

1、会计学1第一页，共59页。第1页/共59页第二页，共59页。Structures of the mitochondrion管状嵴线粒体管状嵴线粒体第2页/共59页第三页，共59页。第3页/共59页第四页，共59页。第4页/共59页第五页，共59页。人黑色素瘤细胞人黑色素瘤细胞(xbo)(xbo)线粒体线粒体第5页/共59页第六页，共59页。第6页/共59页第七页，共59页。第7页/共59页第八页，共59页。第8页/共59页第九页，共59页。线粒体的化学线粒体的化学(huxu)组成组成第9页/共59页第十页，共59页。第10页/共59页第十一页，共59页。真核细胞线粒体中代谢真核细胞线粒体中代谢

2、(dixi)反应反应第11页/共59页第十二页，共59页。氧化氧化(ynghu)磷酸化的分子基础磷酸化的分子基础第12页/共59页第十三页，共59页。电子传递链（呼吸电子传递链（呼吸(hx)链）的四种复合物链）的四种复合物(哺乳哺乳类类)形成(xngchng)水第13页/共59页第十四页，共59页。线粒体内膜呼吸线粒体内膜呼吸(hx)链电子传递示意图链电子传递示意图第14页/共59页第十五页，共59页。第15页/共59页第十六页，共59页。在电子传递过程中，有几点需要在电子传递过程中，有几点需要(xyo)说明说明第16页/共59页第十七页，共59页。第17页/共59页第十八页，共59页。ATP

3、合成酶合成酶(磷酸化的分子磷酸化的分子(fnz)基础基础)第18页/共59页第十九页，共59页。第19页/共59页第二十页，共59页。氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制(jzh)化学渗透化学渗透假说假说第20页/共59页第二十一页，共59页。“化学渗透假说”(Chemiosmotic Theory)。认为： 电子沿呼吸链传递时，所释放的能量将质子从内膜基质侧（matrix）泵至膜间隙（intrmembrane space），形成质子动力势（ P）。 P=-(2.3RT/F)pH 其中：pH= pH梯度， =电位(din wi)梯度，T=绝对温度，R=气体常数，F为法拉第常数，当温度为25

4、时P的值为220mV左右。第21页/共59页第二十二页，共59页。质子动力势的其他质子动力势的其他(qt)作用作用第22页/共59页第二十三页，共59页。四四 线粒体与疾病线粒体与疾病(jbng)线粒体是细胞内最易受损伤的一个敏感的细胞器线粒体是细胞内最易受损伤的一个敏感的细胞器与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关(yugun)，线粒体异常会影响整个细胞的正常功能，从而导致病变。，线粒体异常会影响整个细胞的正常功能，从而导致病变。例如例如:克山病是一种心肌线粒体病，因缺乏硒而引起克山病是一种心肌线粒体病，因缺乏硒而引起 衰老：细胞中线粒体数量随年龄增长而减少，而衰老：细

5、胞中线粒体数量随年龄增长而减少，而 体积却随年龄增长而增大。体积却随年龄增长而增大。第23页/共59页第二十四页，共59页。第二节第二节 叶绿体与光合作用叶绿体与光合作用(gungh-zuyng)第24页/共59页第二十五页，共59页。一、叶绿体一、叶绿体(Chloroplast)的形态的形态(xngti)结构结构第25页/共59页第二十六页，共59页。（一）叶绿体膜（一）叶绿体膜( (叶绿体被膜叶绿体被膜 chloroplast membrane) chloroplast membrane) 双层膜组成，膜间为双层膜组成，膜间为1020nm1020nm的间隙。的间隙。 外膜的渗透性大。外膜的

6、渗透性大。 内膜对通过物质的选择性很强，内膜对通过物质的选择性很强，CO2CO2、O2O2、PiPi、H2OH2O、等可以透过内膜，等可以透过内膜，ADPADP、ATPATP、NADP+NADP+、葡萄糖等及焦磷酸、葡萄糖等及焦磷酸不能透过内膜，需要特殊不能透过内膜，需要特殊(tsh)(tsh)的转运体（的转运体（translatortranslator）才能通过内膜。）才能通过内膜。第26页/共59页第二十七页，共59页。（二）（二） 类囊体类囊体(thylakoid)(thylakoid) 是膜围成的扁平囊。主要成分是蛋白是膜围成的扁平囊。主要成分是蛋白(dnbi)(dnbi)质和脂类（质

7、和脂类（6060：4040），不饱和脂肪酸含量高（约），不饱和脂肪酸含量高（约87%87%），膜流动性高。），膜流动性高。 基粒（基粒（granagrana）：扁平小囊堆叠而成，每个叶绿体含）：扁平小囊堆叠而成，每个叶绿体含40604060个。个。 基质类囊体基质类囊体(stroma thylakoid)(stroma thylakoid)：连接基粒的没有堆叠的：连接基粒的没有堆叠的类类 囊体。囊体。 膜的内在蛋白膜的内在蛋白(dnbi)(dnbi)主要有：细胞色素主要有：细胞色素bfbf、捕光复合体、捕光复合体（LHCLHC）、质体醌（）、质体醌（PQPQ）、质体蓝素（）、质体蓝素（PCPC

8、）、铁氧化还原蛋白）、铁氧化还原蛋白(dnbi)(dnbi)（FDFD）、黄素蛋白）、黄素蛋白(dnbi)(dnbi)、光系统、光系统I I、IIII复合物等复合物等。第27页/共59页第二十八页，共59页。（三）基质（三）基质(j zh)(j zh) 是叶绿体内膜与类囊体之间是流动性的基质，其中是叶绿体内膜与类囊体之间是流动性的基质，其中(qzhng)悬浮着悬浮着 片层系统。片层系统。 主要成分包括：主要成分包括： 碳同化相关的酶类：如核酮糖碳同化相关的酶类：如核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶二磷酸羧化酶 （RuBP羧化酶）占基质可溶性蛋白总量的羧化酶）占基质可溶性蛋白总量的60%。 叶绿体叶绿

9、体DNA、蛋白质合成体系：如，、蛋白质合成体系：如，ctDNA、各类、各类RNA、 核糖体等。核糖体等。 一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。第28页/共59页第二十九页，共59页。Chloroplast 基基粒粒 类囊体类囊体膜膜 基基质质 叶绿体外膜叶绿体外膜 与内膜与内膜 淀淀粉粉 颗颗粒粒第29页/共59页第三十页，共59页。第30页/共59页第三十一页，共59页。第31页/共59页第三十二页，共59页。 二、叶绿体的功能二、叶绿体的功能(gngnng)光合作用光合作用 (photosynthesis)第32页/共59页第三十

10、三页，共59页。光反应光反应第33页/共59页第三十四页，共59页。非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化PSII接受红光后，激发发态接受红光后，激发发态P680*从水光解得到电子，传递给从水光解得到电子，传递给NADP+，电子传递经过两个，电子传递经过两个(lin )光系统，在传递过程中产生的光系统，在传递过程中产生的H+梯度驱动梯度驱动ATP的形成。这个过程中，电子传递是一个开放的通道，故称为非循环光合磷酸化。的形成。这个过程中，电子传递是一个开放的通道，故称为非循环光合磷酸化。第34页/共59页第三十五页，共59页。循环式光合磷酸化循环式光合磷酸化PSI接受远红光后，产生的电子经过接受远红

11、光后，产生的电子经过A0、A1、FeS和和Fd,又传给又传给Cytbf和和PC而流回到而流回到PSI。电子循环流动，产生。电子循环流动，产生H+梯度，从而驱动梯度，从而驱动ATP的形成。这种电子的传递是一个的形成。这种电子的传递是一个(y )闭合的回路，故称为循环式光合磷酸化。闭合的回路，故称为循环式光合磷酸化。第35页/共59页第三十六页，共59页。两个光系统两个光系统(xtng)(xtng)的协调作用的协调作用第36页/共59页第三十七页，共59页。第37页/共59页第三十八页，共59页。Electron transport in the thylakoid membrane第38页/共5

12、9页第三十九页，共59页。第39页/共59页第四十页，共59页。第三节第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器线粒体和叶绿体是半自主性细胞器线粒体和叶绿体的蛋白质合成线粒体和叶绿体的蛋白质合成线粒体和叶绿体蛋白质的运送线粒体和叶绿体蛋白质的运送(yn sn)与组装与组装第40页/共59页第四十一页，共59页。三、叶绿体的半自主性三、叶绿体的半自主性 线粒体与叶绿体的相似性：线粒体与叶绿体的相似性： 均由两层膜包被，内外膜的性质、结构有显著的差异。均由两层膜包被，内外膜的性质、结构有显著的差异。 均为半自主性细胞器，具有自身的均为半自主性细胞器，具有自身的DNADNA及转译体系。因此绿色植物细胞内

13、存在及转译体系。因此绿色植物细胞内存在3 3个遗传系统。个遗传系统。 叶绿体的叶绿体的ctDNActDNA不足以编码叶绿体所需的全部蛋白质，不足以编码叶绿体所需的全部蛋白质，因此必须依靠于核基因来编码其余的蛋白质。通过因此必须依靠于核基因来编码其余的蛋白质。通过(tnggu)(tnggu)定向转运进入叶绿体的各部分。定向转运进入叶绿体的各部分。第41页/共59页第四十二页，共59页。一、线粒体和叶绿体的一、线粒体和叶绿体的DNA ( DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时间在G1期。 复制仍受核控制第42页/共59页第四十三页，共59页。mtDNA /ctDNA形状形状(xngzhu

14、n)、数量、数量、大小大小第43页/共59页第四十四页，共59页。二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成(hchng)第44页/共59页第四十五页，共59页。第45页/共59页第四十六页，共59页。三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送(yn sn)与组装与组装第46页/共59页第四十七页，共59页。第47页/共59页第四十八页，共59页。第48页/共59页第四十九页，共59页。第四节第四节 线粒体和叶绿体的增殖线粒体和叶绿体的增殖(zngzh)与起与起源源第49页/共59页第五十页，共59页。一、线粒体和叶绿体的增殖一、线粒体和叶绿体的增殖(zng

15、zh)第50页/共59页第五十一页，共59页。附：线粒体的增殖附：线粒体的增殖线粒体来源于已有的线粒体的分裂。线粒体来源于已有的线粒体的分裂。1. 1. 间壁分离：分裂时先由内膜向中心皱褶，将线粒体分为两个间壁分离：分裂时先由内膜向中心皱褶，将线粒体分为两个(lin )(lin )，常见于鼠肝和植物分生组织中。，常见于鼠肝和植物分生组织中。2. 2. 收缩后分离：通过中部缢缩分裂为两个收缩后分离：通过中部缢缩分裂为两个(lin )(lin )。3. 3. 出芽：见于酵母和藓类植物，线粒体出现小芽，脱落后长大，发育为线粒体。出芽：见于酵母和藓类植物，线粒体出现小芽，脱落后长大，发育为线粒体。第5

16、1页/共59页第五十二页，共59页。叶绿体的增殖叶绿体的增殖(zngzh)(zngzh) 在个体发育中叶绿体由前质体发育而来。在个体发育中叶绿体由前质体发育而来。 在有光条件下前质体的小泡数目增加并融在有光条件下前质体的小泡数目增加并融合形成片层，发育为基粒，形成叶绿体。合形成片层，发育为基粒，形成叶绿体。 在黑暗生长时，原质体小泡融合速度减慢在黑暗生长时，原质体小泡融合速度减慢，并转变为排列成网格的三维晶格结构，称，并转变为排列成网格的三维晶格结构，称为原片层，这种质体称为黄色体。在有光下为原片层，这种质体称为黄色体。在有光下仍可发育为叶绿体。仍可发育为叶绿体。 幼小叶绿体能靠分裂而增殖幼小叶绿体能靠分裂而增殖(zngzh)(zngzh)。 成熟叶绿体一般不再分裂或很少分裂。成熟叶绿体一般不再分裂或很少分裂。第52页/共59页第五十三页，共59页。二、二、 线粒体和叶绿体的起源线粒体和叶绿体的起源(qyun)第