細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換──線粒體和葉綠體課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,第七章,細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換,-,線粒體和葉綠體,線粒體與氧化磷酸化,葉綠體與光合作用,線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器,第七章 細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換-線粒體和葉綠體 線粒體與氧化磷酸,第一節(jié),線粒體與氧化磷酸化,線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu),氧化磷酸化,第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 氧化磷酸,一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu),線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量與分布,?,形態(tài)：,一般呈粒狀或桿狀,。,?,大小：一般直徑0.51m，長1.53.

2、0m。,巨線粒體：在胰臟外分泌細(xì)胞中，長達(dá)1020m。,?,數(shù)目：一般數(shù)百到數(shù)千個(gè)，,線粒體的數(shù)目還與細(xì)胞的生理功,能和生理狀態(tài)有關(guān)，在新陳代謝旺盛的細(xì)胞中線粒體較多。,一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量與分布?,幾種線粒體的結(jié)構(gòu)形態(tài),(A),高等動(dòng)物細(xì)胞的常見線粒體；,(B),蝸牛黏液腺細(xì)胞長蛇形線粒體；,(C),酵母細(xì)胞的網(wǎng)狀線粒體。,幾種線粒體的結(jié)構(gòu)形態(tài)(A)高等動(dòng)物細(xì)胞的常見線粒體；(B,線粒體向需能部位的集中,(A),在心肌中，線粒體緊密排列在肌原纖維之間,(B),在精子的軸絲部位，線粒體呈環(huán)狀緊繞在軸絲周圍,線粒體向需能部位的集中 (A)在心肌中，線粒體緊密排列在肌,線

3、粒體的超微結(jié)構(gòu),線粒體由兩層彼此平行的單位膜套疊而成的,封閉的囊狀結(jié)構(gòu)。,?,外膜,?,內(nèi)膜,?,膜間隙,?,嵴,?,基質(zhì),線,粒,體,的,結(jié),構(gòu),線粒體的超微結(jié)構(gòu) 線粒體由兩層彼此平行的單位膜套疊,外膜,(outer membrane,）：起界膜作用，含孔蛋白,(porin),，通透性較高。,單胺氧化酶是外膜的標(biāo)志酶。,外膜(outer membrane）：起界膜作用，含孔蛋白,內(nèi)膜（,inner membrane,）：位于外膜內(nèi)側(cè)，把膜間,隙和膜基質(zhì)分開的一層單位膜結(jié)構(gòu)，高度不通透性。,含有與能量轉(zhuǎn)換相關(guān)的蛋白。,細(xì)胞色素氧化酶是內(nèi)膜,的標(biāo)志酶。,F,0,F,1,內(nèi)膜,F,0,F,1,-A

4、TP,酶,(ATP,合成酶,),線粒體基粒,內(nèi)膜（inner membrane）：位于外膜內(nèi)側(cè)，把膜間,膜間隙（,intermembrane space,）：內(nèi)外膜之,間的腔隙，含許多可溶性酶、底物及輔助因子。,腺苷酸激酶是膜間隙的標(biāo)志酶。,膜間隙（intermembrane space）：內(nèi)外膜之,嵴,(cristae),：,內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，擴(kuò)大內(nèi)膜面積，,增加了內(nèi)膜的代謝效率,嵴的數(shù)量與線粒體氧化活性的強(qiáng)弱程度有關(guān)！,需,能,多,需,能,少,嵴(cristae)：內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，擴(kuò)大內(nèi)膜面積，增,酶類,遺傳系統(tǒng),內(nèi)膜以內(nèi),均,質(zhì),的,膠狀物質(zhì),絲狀物質(zhì),(,環(huán)狀,DNA,和,RNA

5、),致密顆粒狀物質(zhì),(,含,Ca,2+,、,Mg,2+,或,Zn,2+,等,),三羧酸循環(huán)的有關(guān)酶類,脂肪酸氧化的有關(guān)酶類,氨基酸降解的有關(guān)酶類,核糖體,基質(zhì)（,matrix,）：,蘋果酸脫氫酶是基質(zhì)的,標(biāo)志酶。,酶類 遺傳系統(tǒng) 內(nèi)膜以內(nèi)均 質(zhì) 的 膠狀物質(zhì) 絲狀物質(zhì)(環(huán)狀,三、線粒體的功能,?,進(jìn)行氧化磷酸化，合成,ATP,，為細(xì)胞生命活動(dòng),提供直接能量,（動(dòng)物細(xì)胞的,80%ATP,都是在線粒體,中合成的）；,?,參與細(xì)胞中氧自由基的生成、細(xì)胞凋亡；,?,儲(chǔ)存鈣離子，參與細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。,三、線粒體的功能?進(jìn)行氧化磷酸化，合成ATP，為細(xì)胞生,?,氧化磷酸化,(oxidative,phosp

6、horylation),的分子基礎(chǔ),?氧化磷酸化(oxidative phosphorylat,完整,線粒體,亞線粒,體小泡,超聲波處理,尿素或胰,蛋白酶處理,光滑,小泡,重建,電子傳遞,磷酸化,電子傳遞,亞線粒體小泡的產(chǎn)生和,重建實(shí)驗(yàn)圖解,整個(gè)電子傳遞鏈,存在,于,內(nèi)膜,本身,氧化磷酸化作用,則由,ATP,酶復(fù)合物,來承擔(dān),完整 線粒體 亞線粒 體小泡 超聲波處理 尿素或胰 蛋白酶處,(,一,),電子傳遞鏈,(,呼吸鏈,),?,在線粒體內(nèi)膜上存在有關(guān)氧化磷酸化的脂蛋白,復(fù)合體，它們是傳遞電子的酶體系，能可逆的,接受和釋放電子或質(zhì)子，在內(nèi)膜上相互關(guān)聯(lián)的,有序排列。,(一)電子傳遞鏈(呼吸鏈)?

7、在線粒體內(nèi)膜上存在有關(guān)氧化磷酸,Green,等人將脂蛋白復(fù)合物分為,4,種：,(,一,),電子傳遞鏈,(,呼吸鏈,),成,分,性,質(zhì),煙酰胺脫氫酶類,電子傳遞體,載氫體,黃素脫氫酶類,電子傳遞體,載氫體,鐵硫蛋白類,電子傳遞體,輔酶,Q,類,電子傳遞體,載氫體,細(xì)胞色素類,電子傳遞體,Green等人將脂蛋白復(fù)合物分為4種：(一)電子傳遞鏈(呼,在電子傳遞過程中，有幾點(diǎn)需要說明,復(fù)合物,、,、,組成主要的,NADH,呼吸鏈，催化,NADH,的氧化；,復(fù),合物、,、,組成,FADH2,呼吸鏈，催化琥珀酸的氧化。,電子傳遞起始于,NADH,脫氫酶催化,NADH,氧化,，形成高能電子,(,能量轉(zhuǎn),化,

8、),，,終止于,O,2,形成水,。,電,子,傳,遞,方,向,按,氧,化,還,原,電,勢,遞,增,的,方,向,傳,遞,(,NAD,+,/NAD,最,低,，,H2O/O2,最高,).,高能電子釋放的能量,驅(qū)動(dòng)線粒體內(nèi)膜三大復(fù)合物,(,H,+,-,泵,),將,H,+,從基質(zhì)側(cè)泵,到膜間隙，,形成跨線粒體內(nèi)膜,H,+,梯度,.,在電子傳遞過程中，有幾點(diǎn)需要說明 復(fù)合物、組,O,2,2,1,電子傳遞鏈的組分及其排列次序圖解,既具有一定的流動(dòng)性，又有一定的相對(duì)空間分布,次呼吸鏈,主呼吸鏈,O2 21電子傳遞鏈的組分及其排列次序圖解 既具有一定的流動(dòng),(,二,)ATP,合成酶（,F-,質(zhì)子泵）,F,0,-F

9、,1,偶聯(lián)因子,線粒體,ATP,合成酶的電鏡圖像和示意圖,膜部,(ATP,酶活性,),F,0,頭部,F,1,(二)ATP合成酶（F-質(zhì)子泵）F0-F1偶聯(lián)因子 線粒,ATP,合成酶,(,磷酸化的分子基礎(chǔ),),工作特點(diǎn)：可逆性復(fù)合酶，既能利用質(zhì)子電化學(xué)梯,度儲(chǔ)存的能量合成,ATP,又能水解,ATP,將質(zhì)子從基質(zhì),泵到膜間隙,。,ATP合成酶(磷酸化的分子基礎(chǔ))工作特點(diǎn)：可逆性復(fù)合酶，,（三）、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制,電子傳遞水平,磷酸化水平,相互密切偶聯(lián),電子傳遞,電子傳遞鏈（呼吸鏈）,磷酸化水平,ATP,合成酶復(fù)合物,（三）、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制 電子傳遞水平 磷酸化水平 相互,化學(xué)滲透假說,(

10、chemiosmotic coupling hypothesis),榮獲,1978,年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),!,P,.Mitchell,1961,化學(xué)滲透假說(chemiosmotic coupling h,NADH,+,+H,+,NAD,2H,+,+,1/2,O,2,H,2,O,復(fù)合物,I,復(fù)合物,III,復(fù)合物,IV,線粒體內(nèi)膜中電子傳遞的模式圖解,2H,+,2H,+,2H,+,1,對(duì)電子,通過呼吸鏈中,電子載體和氫載體的交替?zhèn)鬟f,，將,3,對(duì)質(zhì)子,從,基質(zhì),抽提到,膜間隙,中,，在經(jīng),ATP,合成酶,返回基質(zhì)時(shí)可合成,3,分子,ATP,NADH+H+NAD 2H+1/2O2 H2O 復(fù)合,第二節(jié)

11、,葉綠體與光合作用,葉綠體,(Chloroplast),的形態(tài)結(jié)構(gòu),葉綠體的功能,光合作用,(photosynthesis),第二節(jié) 葉綠體與光合作用 葉綠體(Chloroplast,側(cè)面觀的形態(tài),表面觀的形態(tài),高等植物中：,一,葉綠體的形態(tài)大小,光鏡：,橢圓形或梭形的綠色顆粒,;,電鏡：,扁平的橢圓形或卵圓形,藻類和植物細(xì)胞中不同形狀的葉綠體,低等植物,(,藻類,),中：,各個(gè)物種的葉綠體形狀差別大,第六章,葉綠體與光合作用,側(cè)面觀的形態(tài) 表面觀的形態(tài) 高等植物中：一 葉綠體的形態(tài)大,葉綠體的大小,高等植物：,平均直徑為,410,?,m,厚,24,?,m,葉綠體的大小 高等植物：平均直徑為4

12、10?m,厚24?,二、葉綠體的超微結(jié)構(gòu),葉綠體,葉綠體膜,-,雙層膜，外膜通透性大，,內(nèi)膜對(duì)物質(zhì)通透具有選擇性,類囊體,-,單位膜封閉形成的扁平小囊,基質(zhì)類囊體,基粒類囊體,基質(zhì),二、葉綠體的超微結(jié)構(gòu),二,葉綠體的超微結(jié)構(gòu),葉綠體外被,內(nèi)膜,外膜,基質(zhì)類囊體,(,基質(zhì)片層,),基質(zhì),類囊體腔,基粒類囊體,膜間隙,葉綠體超微結(jié)構(gòu)的模式圖解,基粒,類囊體,二 葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 葉綠體外被 內(nèi)膜 外膜 基質(zhì)類囊體,葉綠體與線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)比較,?,葉綠體內(nèi)膜并,不,向內(nèi)折疊成,嵴,；,?,內(nèi)膜,不含電子傳遞鏈,；,?,除了膜間隙、基質(zhì)外，還有,類囊體,；,?,捕光系統(tǒng)、電子傳遞鏈和,ATP,合成酶都

13、位于類囊,體膜上。,葉綠體與線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)比較?葉綠體內(nèi)膜并不向內(nèi)折疊成嵴,細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠體課件,二、葉綠體的功能,光合作用,（,photosynthesis,),（,1,）原初反應(yīng),（,2,）電子傳遞和光合磷酸化,（,3,）碳同化,前兩個(gè)反應(yīng)屬于光反應(yīng)，是在類囊體膜上由光引起的光,化學(xué)反應(yīng)。,后一個(gè)屬于暗反應(yīng)，是在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的不需要光,的化學(xué)反應(yīng),。,二、葉綠體的功能光合作用（photosynthesis),第三節(jié),線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器,半自主性細(xì)胞器的概念：,自身含有遺傳表達(dá)系統(tǒng),(,自主性,),；但編碼的遺,傳信息十分有限，其,RNA,轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、自身構(gòu)

14、,建和功能發(fā)揮等必須依賴核基因組編碼的遺傳信息,(,自主性有限,),。,第三節(jié) 線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器 半自主性細(xì)胞器的概念,一、線粒體和葉綠體的,DNA,mtDNA/ctDNA,形狀、大小,雙鏈環(huán)狀,(,除綠藻,mtDNA,，草履蟲,mtDNA),mtDNA,大小在動(dòng)物中變化不大，但在植物中變化較大；,mtDNA,和,ctDNA,均以半保留方式進(jìn)行自我復(fù)制,一、線粒體和葉綠體的DNA mtDNA/ctDNA形狀、,二、線粒體和葉綠體的蛋白質(zhì)合成,線粒體和葉綠體合成蛋白質(zhì)的種類十分有限,其蛋白質(zhì),合成體系對(duì)核基因組具有依賴性。,參加葉綠體組成的蛋白質(zhì)來源有種情況：,由,ctDNA,編碼

15、，在葉綠體核糖體上合成；,由核,DNA,編碼，在細(xì)胞質(zhì)核糖體上合成；,由核,DNA,編碼，在葉綠體核糖體上合成。,二、線粒體和葉綠體的蛋白質(zhì)合成 線粒體和葉綠體合成蛋白質(zhì),葉綠體的半自主性圖解,葉綠體的生長與增殖所需要,的大部分蛋白質(zhì)是由,核基因,編碼、在細(xì)胞質(zhì)中合成的,；,僅有少部分蛋白質(zhì)是由其自,身基因編碼、在葉綠體內(nèi)合,成的,。,葉綠體的半自主性圖解 葉綠體的生長與增殖所需要的大部分蛋白,三、線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝,線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝,葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝,三、線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝 線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與,線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝,線粒體前體蛋白質(zhì)在運(yùn)輸以前

16、，以未折疊的形式存在，,N,端有一段信,號(hào)序列稱為,導(dǎo)肽或引導(dǎo)肽,，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被線粒體導(dǎo)肽水解酶和導(dǎo)肽水解,激活酶切除，就成為成熟蛋白，這種現(xiàn)象就叫做,后轉(zhuǎn)譯（,post,translation,）,。,導(dǎo)肽的特點(diǎn)是：,多位于肽鏈的,N,端，由大約,20-80,個(gè)氨基酸構(gòu)成；,功能：,導(dǎo)肽不僅含有識(shí)別線粒體的信息，而且有牽引蛋白質(zhì)通過線粒,體膜進(jìn)行運(yùn)送的功能，決定運(yùn)送的方向，對(duì)所牽引的蛋白質(zhì)沒有特異,性要求。,線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝 線粒體前體蛋白質(zhì)在運(yùn),細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠體課件,葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝,葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)輸機(jī)理與線粒體的相似。,?,都發(fā)生后轉(zhuǎn)移；,?,前體蛋白,N,端有信號(hào)序列（轉(zhuǎn)運(yùn)肽），使用后被信號(hào)肽酶切,除。,葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝 葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)輸機(jī)理與線粒體的,葉綠體與線粒體蛋白質(zhì)的,運(yùn)送及組裝的區(qū)別,?,但兩者的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體系中除了某些,hsp,分子相同外，,轉(zhuǎn)位因子復(fù)合體是不同的。,?,葉綠體的蛋白質(zhì)前體的轉(zhuǎn)運(yùn)肽分為兩個(gè)區(qū)域，分別引,導(dǎo)進(jìn)入基質(zhì)和類囊體，因此有兩次水解發(fā)生，分別發(fā),生在,基質(zhì)和類囊體腔,中。,葉綠體與線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝的