素材：线粒体的研究 高一上学期生物人教版必修1

线粒体的研究线粒体是真核细胞非常重要的细胞器，有自身的DNA、RNA和核糖体，能合成一部分自身所需的蛋白质，是一种半自主性的细胞器。线粒体通过氧化磷酸化作用，进行能量转换，提供细胞进行各种生命活动所需要的能量。

线粒体的研究简史

1890年，德国生物学家Altmann首先在光学显微镜下观察到动物细胞内存在着一种颗粒状的结构，称作生命小体（bioblast）。1897年Benda重复了以上实验，并将之命名为线粒体（mitochondrion，源于希腊字mito：线，chondrion：颗粒）。1904年Meves在植物细胞中也发现了线粒体，从而确认线粒体是普遍存在于真核生物所有细胞中的一种重要细胞器。1900年Michaelis用詹纳斯绿B（健那绿）对线粒体进行活体染色，并证实了线粒体可进行氧化还原反应。1912年Kingsbury第一个提出线粒体是细胞内氧化还原反应的场所。1913年Engelhardt证明磷酸化和氧的消耗偶联在一起。1943-1950年，Kennedy和Lehninger进一步证明，柠檬酸循环、氧化磷酸化和脂肪酸氧化均发生在线粒体内。其后，Lehninger又发现氧化磷酸化需要电子传递。1952-1953年，Palade和Sjostrand各自利用电镜技术观察到线粒体的精细结构。1963-1964年又确定线粒体内有DNA存在。从而在分子水平上对线粒体的结构及其功能有了较全面而深入的认识。

线粒体研究的经典实验

亚线粒体小泡的分离和重组实验1968年E.Racker等人用超声波将线粒体破碎，获得线粒体内膜碎片自然卷成颗粒朝外的小膜泡。利用这膜泡证明了电子传递和磷酸化功能的结构系统。1．用胰蛋白酶或尿素处理时，小泡外的颗粒可解离下来，这种小泡只能进行电子传递，而不能使ADP磷酸化生成ATP。2．将颗粒重新装配到无颗粒的小泡上，则小泡又恢复了电子传递和磷酸化偶联的能力。3．说明：线粒体呼吸链的各组分均存在于线粒体内膜中，而颗粒是氧化磷酸化的偶链因子，位于内膜的基质侧，它是基粒（ATP酶复合物）的组分之一。试题解析

试题：科学家在研究线粒体组分时，首先将线粒体放在低渗溶液中获得涨破的外膜，经离心后将外膜与线粒体内膜包裹的基质分开，再用超声波破坏线粒体内膜，破裂的内膜自动闭合成小泡，然后用尿素处理这些小泡，实验结果如下图1所示。请分析回答：（1）研究人员发现，在适宜成分溶液中，线粒体含F0－F1颗粒内膜小泡能完成有氧呼吸第三阶段的反应，即实现

的氧化，生成

，并能合成大量ATP。（2）线粒体内膜上的F0－F1颗粒是ATP合成酶(见图2)，其结构由突出于膜外的亲水头部和嵌入膜内的

尾部组成，其功能是在跨膜H+浓度梯度推动下合成ATP。为了研究ATP合成酶的结构与合成ATP的关系，用尿素破坏内膜小泡将F1颗粒与小泡分开，检测处理前后ATP的合成。若处理之前，在

条件下，含

颗粒内膜小泡能合成ATP；处理后含

颗粒内膜小泡不能合成ATP，说明F1颗粒的功能是催化ATP的合成。（3）将线粒体放入低渗溶液中，外膜涨破的原理是

。用离心方法能将外膜与线粒体内膜包裹的基质分开，原因是

。（4）线粒体基质中可能含有的化学成分有

(填选项前的字母)。a．水

b．丙酮酸c．葡萄糖

d．ATP

e．核苷酸f．氨基酸答案：(1)[H](或还原氢)水(2)疏水有跨膜H+浓度梯度F0－F1F0(3)渗透作用两种物质的结构的大小、密度、质量不同

abdef解析：（1）线粒体内膜上进行的是有氧呼吸的第三阶段，将还原氢氧化生成水，合成大量ATP。（2）膜中磷脂分子的尾部由疏水脂肪链构成，F0－F1颗粒的尾部也应该是疏水的，这样的结构才能保持稳定。由题意可知，ATP合成酶的功能是在跨膜H+浓度梯度推动下合成ATP。F1颗粒的功能是催化ATP的合成，F0颗粒的功能是将H+跨膜运输，将F1颗粒与F0分开，可研究其功能。（3）由于线粒体膜具有选择透过性，将线粒体放入低渗溶液中，线粒体吸水，外膜胀破。由于外膜与线粒体内膜包裹的基质的大小、密度、质量不同，可用离心的方法将它们分开。（4）线粒体基质中可进行有氧