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第四章：细胞膜与细胞表面1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？以极性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面。
生物膜具有两个显著的特征，即膜的不对称性和膜的流动性：1）、生物膜结构的不对称性保证了膜功能的方向性，使膜两侧具有不同的功能，有的功能只发生在膜外侧，有的则在膜内侧，这是生物膜发生作用所必不可少的。
如调节细胞内外Na+、K+的Na+—K+ATP酶，其运转时所需的ATP是细胞内产生的，该酶的ATP结合点正是处于膜的内侧面；许多激素受体等接受细胞外信号的则处于细胞外侧。
2）、膜的流动性与物质运输、能量转换、细胞识别、药物对细胞的作用密切相关。
可以说，一切膜的基本活动均在生物膜的流动状态下进行。
2、何为内在膜蛋白？它以什么方式与膜脂相结合？内在膜蛋白又称整合膜蛋白，这类蛋白部分或全部插入脂双层中，多数为横跨整个膜的跨膜蛋白。
它与膜结合的主要方式有：1)、膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。
2)、跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基，如精氨酸、赖氨酸等与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca+、Mg+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。
3）、某些膜蛋白通过自身在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合的脂肪酸分子，插到膜双层之间，进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力，还有少数蛋白与糖脂共价结合。
3、从生物膜结构模型的演化，谈谈人们对生物膜的认识过程。
生物膜结构模型的演化是人类认识细胞膜的一个循序渐进的过程，是随着实验技术和方法的改进而不断完善的：1）、1925年:质膜是由双层脂分子构成的；2)、1935年：提出“蛋白质—脂质—蛋白质”的三明治式的质膜结构模型，这一模型影响达20年之久；3）、1959年提出单位膜模型，并大胆推测所有的生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的单位膜构成；4）、1972年桑格和尼克森提出了生物膜的流动镶嵌模型，强调：①膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动；②膜蛋白分布的不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入或横跨脂双层分子。
细胞生物学（第四版）课后思考题答案仅供参考目录第一章绪论 (1)1、根据细胞生物学研究的内容与你掌握的生命科学知识，恰当的评价细胞生物学在生命科学中所处的地位，以及它与其他学科的关系。
(1)2、如何认识细胞学说在细胞学乃至生物学发展简史中的重要意义？ (1)3、试简明扼要地分析细胞生物学学科形成的客观条件，以及它今后发展的主要趋势。
..14、当前细胞生物学研究的热点课题中你最感兴趣的是哪些？为什么？ (1)第二章细胞的统一性和多样性 (1)1、如何理解“细胞是生命活动的基本单位”这一概念？ (1)2、为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式？ (2)3、怎样理解“病毒是非细胞形态的生命体”？试比较病毒与细胞的区别并讨论其相互的关系。
(2)4、试从进化的角度比较原核细胞。
古核细胞及真核细胞的异同。
(2)第三章细胞生物学研究方法 (3)1、举例说明电子显微镜技术与细胞分子生物学技术的结合在现代细胞生物学研究中的应用。
(3)2、光学显微镜技术有哪些新发展?它们各有哪些突出优点? 为什么电子显微镜不能完全代替光学显微镜? (3)3、为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本的技术之一？ (3)4、研究细胞内大分子之间的相互作用与动态变化涉及哪些实验技术？他们各有哪些优缺点？ (3)5、什么是模式生物？举例说明模式生物的使用在细胞生物学研究中的作用。
(3)6、功能基因组学的基本研究思路与基本方法是什么？为什么说它与细胞生物学的发展密切相关？ (4)第四章细胞质膜 (4)1、从生物膜结构模型的演化，谈谈人们对生物膜的认识过程。
(4)2、膜脂有哪几种基本类型？他们各自的结构特征和功能是什么？ (4)3、何谓内在膜蛋白? 内在膜蛋白以什么方式与膜脂相结合? (4)4、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？ (4)膜的流动性：生物膜的基本特征之一，细胞进行生命活动的必要条件。
例析线粒体和叶绿体的内共生起源学说————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ例析线粒体和叶绿体的内共生起源学说封开县江口中学陶勇由于线粒体和叶绿体具有独特的半自主性并与细胞核建立了复杂而协调的互作关系，它们的起源一直以来多被认为有别于其他细胞器。
在人们为这两种细胞器设计的起源假说中,内共生起源学说很好地贴合了线粒体和叶绿体的半自主性和核质关系特征，因而得到了广泛的认可和支持。
内共生起源学说认为,线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。
该假说的提出远早于ｍｔＤNA和cpDNA的发现。
随着人们对真核细胞超微结构、线粒体和叶绿体DNA及其编码机制的认识,内共生起源学说的内涵得到了进一步充实。
１970年，Margｕｌiｓ在已有的资料基础上提出了一种更为细致的设想。
假设认为，真核细胞的祖先是一种体积较大、不需氧具有吞噬能力的细胞,通过糖酵解获取能量。
而线粒体的祖先则是一种革兰氏阴性菌，具备三羧酸循环所需的酶和电子传递链系统,可利用氧气把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解,获得比糖酵解更多的能量。
当这种细菌被原始真核细胞吞噬后,即与宿主细胞间形成互利的共生关系:原始真核细胞利用这种细菌获得更充分的能量;而这种细菌则从宿主细胞获得更适宜的生存环境。
与此类似,叶绿体的祖先可能是原核生物的蓝细菌（cyａnbacｔeｒia）。
当这种蓝细菌被原始真核细胞摄人后，为宿主细胞进行光合作用;而宿主细胞则为其提供其他的生存条件。
线粒体和叶绿体的内共生学说先后得到了大量的生物学研究证据的支持。
特别是近期的分子生物学和生物信息学的研究发现真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于呼吸细菌或蓝细菌的遗传信息,说明最初的呼吸细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中发生了向细胞核的转移。
这种转移极大的削弱了线粒体和叶绿体的自主性，建立起稳定、协调的核质互作关系。
内共生学说的起源和发展记得前段时间在准备期中考试时，曾经看到这么一段有意思的话“这些事实都使人设想，真核细胞中的线粒体是由侵入细胞或被细胞吞入的某种细胞经过漫长的岁月演变而来的。
”这确实是对我这个从小对达尔文进化理论深信不移的人产生了很多疑惑。
然而，很多证据都表明线粒体并非真核细胞自生发展而来：（1）. 线粒体含有DNA，这些DNA与细胞核中的很不同，却类似细菌的环状DNA。
（2）. 线粒体具有和真核宿主细胞不同的遗传密码，这些密码与细菌和古菌中的很类似。
（3）. 线粒体被两层或更多的膜所包被，其中最里面一层的成分与细胞中其它膜的都不同，而更接近于原核生物的细胞膜。
（4）. 细胞器的大小与细菌相当。
（5）. 细胞器的核糖体和细菌相似，细菌的核糖体是70S，线粒体的核糖体是55S。
在查阅这些资料时，一个对我来说完全陌生的词汇被反复提及——内共生学说（endosymbiotichypothesis;endosymbiont theory）。
内共生学说是关于真核生物细胞中的细胞器，线粒体和叶绿体起源的学说。
根据这个学说，它们起源于内共生于真核生物细胞中的原核生物。
这个理论认为线粒体起源于好氧性细菌（很可能是接近于立克次体的变形菌门细菌）。
线粒体祖先原线粒体(一种可进行三羧酸循环和电子传递的革兰氏阴性菌)被原始真核生物吞噬后与宿主间形成共生关系。
在共生关系中,对共生体和宿主都有好处：原线粒体可从宿主处获得更多的营养,而宿主可借用原线粒体具有的氧化分解功能获得更多的能量。
这个理论的证据非常完整，目前已经被广泛接受。
这个学说的确立也可以说是一波三折。
最早提出这些观点的是一群俄国的科学家。
安德雷.谢尔盖耶维奇.法明茨恩（1835-1918）尝试从植物中分离叶绿体并使其生长。
康斯坦丁.谢尔盖耶维奇.梅里日可夫斯基（1855-1921）发展了“双原生质”（twoplasm）理论（细胞内的细胞），宣称叶绿体起源于蓝绿藻。
细胞器之间的分工(20分钟·70分)一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分)1.细胞作为最基本的生命系统有着非常完善的结构,下列关于细胞结构的说法,正确的是( )A.植物细胞特有的细胞器有细胞壁、液泡、叶绿体B.叶绿体是细胞的“养料制造车间”,无叶绿体的细胞则无法完成光合作用C.分离各种细胞器的方法是差速离心法D.高尔基体的数量在人体心肌细胞中比唾液腺细胞中的数量多【解析】选C。
细胞壁不属于细胞器,A错误。
某些无叶绿体的细胞也能完成光合作用,如蓝细菌,B错误。
细胞内不同结构的细胞器大小密度存在差异,因此不同细胞器在介质中的沉降系数各不相同。
根据这一原理,常采用差速离心法来分离各种细胞器,C正确。
唾液腺细胞是有分泌功能的细胞,高尔基体数量相对于无分泌功能的心肌细胞多。
2.下列关于植物细胞中液泡的叙述,错误的是 ( )A.液泡中含有糖类和无机盐,不含有蛋白质B.花瓣细胞液泡中色素种类和含量可影响花的颜色C.植物细胞中的液泡是一种细胞器D.液泡大小会随细胞的吸水或失水而变化【解析】选A。
在植物细胞中有大小不同的液泡,成熟的植物液泡中含有无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶等,A错误;花瓣的颜色是由花瓣细胞液泡中色素的种类和含量决定的,B正确;液泡是存在于植物细胞中的一种细胞器,C正确;液泡大小会随细胞的吸水或失水而变化,吸水变大,失水变小,D正确。
3.下列关于细胞器的说法,正确的是 ( )A.线粒体内膜与外膜蛋白质种类和含量差异很大B.叶绿体和高尔基体都具有双层膜结构C.中心体和核糖体都仅由蛋白质构成,而且都不含有膜结构D.溶酶体主要分布在植物细胞中,是细胞的消化车间【解析】选A。
线粒体内膜向内折叠形成嵴,上面有很多酶,所以与外膜相比,蛋白质的种类和含量差异很大,A正确。
叶绿体含双层膜结构,而高尔基体具有单层膜,B错误。
中心体的成分是蛋白质,核糖体的成分是蛋白质和核糖核酸,两者都不含有膜结构,C错误。
高考专题复习：线粒体和叶绿体的内共生起源学说由于线粒体和叶绿体具有独特的半自主性并与细胞核建立了复杂而协调的互作关系，它们的起源一直以来多被认为有别于其他细胞器。
在人们为这两种细胞器设计的起源假说中，内共生起源学说很好地贴合了线粒体和叶绿体的半自主性和核质关系特征，因而得到了广泛的认可和支持。
（2019年广州一模第29题第3问）内共生起源学说：认为线粒体和叶绿体分别起源于原始真核cell内共生的细菌和蓝藻。
线粒体来源于细菌，即细菌被真核生物吞噬后，在长期共生过程中，通过演变，形成了线粒体。
叶绿体来源于蓝藻，被原始真核cell摄入胞内，在共生关系中，形成了叶绿体。
（纤毛虫（Nassula ornata）与藻类的共生现象）主要论据：①线粒体和叶绿体的基因组在大小、形态和结构方面与细菌的相似。
②线粒体核叶绿体有自己完整的蛋白质合成系统，能独立合成蛋白质。
③线粒体和叶绿体的两层被膜有不同的进化来源，外膜与内膜的结构和成分差异很大。
④线粒体和叶绿体能以分裂的方式进行繁殖，这与细菌的繁殖方式类似。
⑤线粒体和叶绿体能在异源细胞内长期生存。
⑥线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。
⑦发现介于包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：a.从进化角度：如此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cell中，不能解释细胞核是如何进化来的，即原核cell如何演化为真核cell。
b.线粒体和叶绿体的基因组中存在内含子，而真细菌原核生物基因组中不含有内含子，不能解释其内含子从何而来。
香梅说：蓝藻可以进行有氧呼吸,为什么植物还需要线粒体? 欢迎各位参与讨论！例1:生物学家提出了“线粒体是起源于好氧细菌”的假说。
该假说认为，在进化过程中原始真核细胞吞噬了某种好氧细菌形成共生关系，最终被吞噬的好氧细菌演化成线粒体。
下列多个事实中无法支持该假说的是（）A.哺乳动物细胞的核DNA由雌雄双亲提供，而线粒体DNA则主要来自雌性亲本B.线粒体外膜的成分与真核细胞的细胞膜相似，而内膜则同现存细菌的细胞膜相似C.高等植物细胞的核DNA与蛋白质结合呈线状，而线粒体DNA裸露且主要呈环状D.真核细胞中有功能不同的多种细胞器，而线粒体中仅存在与细菌中类似的核糖体例2.线粒体起源的内共生学说认为，原始真核细胞吞噬了能进行有氧呼吸的原始细菌，它们之间逐渐形成了互利共生关系，最终原始细菌演变成线粒体。
例析线粒体和叶绿体的共生起源学说封开县江口中学勇由于线粒体和叶绿体具有独特的半自主性并与细胞核建立了复杂而协调的互作关系，它们的起源一直以来多被认为有别于其他细胞器。
在人们为这两种细胞器设计的起源假说中，共生起源学说很好地贴合了线粒体和叶绿体的半自主性和核质关系特征，因而得到了广泛的认可和支持。
共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。
该假说的提出远早于mtDNA和cpDNA的发现。
随着人们对真核细胞超微结构、线粒体和叶绿体DNA及其编码机制的认识，共生起源学说的涵得到了进一步充实。
1970年，Margulis在已有的资料基础上提出了一种更为细致的设想。
假设认为，真核细胞的祖先是一种体积较大、不需氧具有吞噬能力的细胞，通过糖酵解获取能量。
而线粒体的祖先则是一种革兰氏阴性菌，具备三羧酸循环所需的酶和电子传递链系统，可利用氧气把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解，获得比糖酵解更多的能量。
当这种细菌被原始真核细胞吞噬后，即与宿主细胞间形成互利的共生关系：原始真核细胞利用这种细菌获得更充分的能量；而这种细菌则从宿主细胞获得更适宜的生存环境。
与此类似，叶绿体的祖先可能是原核生物的蓝细菌（cyanbacteria)。
当这种蓝细菌被原始真核细胞摄人后，为宿主细胞进行光合作用；而宿主细胞则为其提供其他的生存条件。
线粒体和叶绿体的共生学说先后得到了大量的生物学研究证据的支持。
特别是近期的分子生物学和生物信息学的研究发现真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于呼吸细菌或蓝细菌的遗传信息，说明最初的呼吸细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中发生了向细胞核的转移。
这种转移极大的削弱了线粒体和叶绿体的自主性，建立起稳定、协调的核质互作关系。
一、线粒体和叶绿体共生起源学说的主要论据1.基因组与细菌基因组具有明显的相似性线粒体和叶绿体具有细菌基因组的典型特征。
它们均为单条环状双链DNA分子，不含5-甲基胞嘧啶，无组蛋白结合并能进行独立的复制和转录。
真核生物起源的内共生起源学说的主要内容
真核生物起源的内共生起源学说是关于真核生物的起源与进化的一种学说，认为真核生物起源于原核生物与内共生的关系演化而来。
该学说的主要内容包括以下几个方面：
1. 内共生关系的形成：起源学说认为，早期的真核生物起源于原核生物（如古细菌或细菌）与其他微生物之间的内共生关系。
原核生物中的一种微生物进入到另一种原核生物中，形成了共生的关系，并逐渐演化为内共生。
2. 合作关系的形成：在内共生的过程中，两种微生物开始合作生活，彼此互利共生。
例如，内共生微生物可以提供重要的代谢产物或复杂的细胞器官，从而帮助寄主细胞生存和繁殖。
3. 合作关系的演化：合作关系的演化过程中，内共生微生物和寄主细胞之间逐渐形成了更加密切的联系。
内共生微生物逐渐演化为真核生物的细胞器官，如线粒体和叶绿体。
这些细胞器官在真核生物细胞中具有特定的功能，如能量产生和光合作用。
4. 结构和功能的演化：内共生微生物逐渐与寄主细胞发生结构和功能上的相互适应。
这种适应性演化使得内共生微生物与宿主细胞之间形成了密切的联系，从而促进了真核生物细胞的复杂化和多样性的发展。
总之，真核生物起源的内共生起源学说认为真核生物起源于原核生物与内共生微生物的合作演化过程。
这种内共生关系导致了真核生物细胞的复杂化和种类的增加。
内共生起源学说的证据叶绿体线粒体相似点
内共生起源学说是一种科学理论，认为叶绿体和线粒体起源于原核细胞内部的内共生关系。
以下是叶绿体和线粒体相似点的一些证据：
1. 形态结构相似：叶绿体和线粒体在结构上非常相似，都有双层的膜结构，含有自己的遗传物质，具有内、外两个膜层。
2. DNA相似：叶绿体和线粒体都包含有自己的DNA，与原核细胞的DNA比较相似，而且这些DNA在某些特定的基因组片段上出现了一致性。
3. 独立复制：叶绿体和线粒体都能够独立复制自己的DNA，并有自己的复制机制。
4. 蛋白质合成机制相似：叶绿体和线粒体都具有自己的蛋白质合成机制，包括翻译RNA和核糖体。
5. 基因编码的功能相似：叶绿体和线粒体都编码一些关键的基因，这些基因编码的蛋白质在光合作用和细胞呼吸中发挥重要作用。
6. 共生物理证据：一些真核生物的细胞内可以发现叶绿体和线粒体共同存在的情况，例如一些藻类和植物细胞中，细胞内同时存在叶绿体和线粒体。
以上是一些支持内共生起源学说的证据，这些证据表明叶绿体和线粒体可能起源于原核细胞内的共生关系。
简述线粒体和叶绿体内共生起源的主要论据一、线粒体的共生起源线粒体是细胞内的一种器官，负责细胞的能量代谢和ATP的合成。
线粒体内含有自己的DNA和蛋白质，与细胞核不同。
线粒体的共生起源，是指线粒体和原核细胞的共同进化过程。
1.线粒体具有自主繁殖能力线粒体具有自主繁殖能力，通过二分裂方式繁殖。
这表明线粒体并非完全依赖于细胞核的支配。
2.线粒体和细菌有相似之处线粒体和细菌有许多相似之处，都具有类似的细胞壁、膜结构和基因组成等。
并且，线粒体在结构和生化反应方面也与细菌有许多相似之处。
3.线粒体和原核细胞有共同祖先线粒体的DNA序列与细菌的DNA序列有相似之处，这表明线粒体和细菌有共同的祖先。
这也支持了线粒体的共生起源理论。
二、叶绿体的共生起源叶绿体是植物和藻类细胞内的一种器官，负责光合作用和氧气释放。
叶绿体也含有自己的DNA和蛋白质，与细胞核不同。
叶绿体的共生起源，是指叶绿体和细胞核的共同进化过程。
1.叶绿体与细菌有相似之处叶绿体与细菌有相似之处，如细胞壁结构、膜结构和基因组成等。
并且，叶绿体内含有一种称为“类囊体”的结构，与细菌内的类囊体结构相似。
2.叶绿体具有自主繁殖能力叶绿体具有自主繁殖能力，通过二分裂方式繁殖。
这表明叶绿体并非完全依赖于细胞核的支配。
3.叶绿体和藻类有共同祖先叶绿体和藻类有共同的祖先，这表明叶绿体的起源和藻类的共生起源有关。
综上所述，线粒体和叶绿体的共生起源理论，是通过对细胞结构、生化反应、遗传物质等方面的比较研究，提出并支持的。
这些论据都表明，线粒体和叶绿体都具有自主繁殖能力、与细菌具有相似之处、与其宿主细胞有共同祖先等，这些都为线粒体和叶绿体的共生起源提供了有力的证据。
线粒体和叶绿体的起源和演化历程生命起源于多样的地方，而人类总是把目光聚焦于其中一种生命形式——生物。
生物有初生的细胞，也有千变万化的种类。
其中，线粒体和叶绿体就是群体中经常会被提及的细胞器。
一、线粒体的起源线粒体是一个具有独立膜结构的小细胞器。
科学家们在研究中发现，线粒体有独立、自主、复制和分裂的能力，又有自主的生物合成过程。
由此可见，线粒体和细胞是两个完全独立的实体。
现在，DNA进入线粒体中就能在里面进行复制、转录和翻译。
许多研究表明，线粒体有良好的远程活动性，并可以积极地参与细胞的代谢和能量生产。
线粒体的形态结构显示出一个功能复杂、高度耐受和实用的细胞器。
最初，科学家们普遍认为线粒体起源于细胞外侵入，但太阳能生成机理的发现揭示了线粒体的更为绝妙的起源。
现在，焦炭沉积导致的自然化学分析表明，早期的生命形式最早起源于化学环境中的光合作用，并赖以生存。
自繁殖和依附机体的形态再次出现，这意味着早期的生物形式已经具备了完整的生命活动。
但是，回到线粒体的问题上，它是否可以类比现代光合作用的调控保留下来呢？二、叶绿体的起源叶绿体同样是一个细胞器，具有独立膜壳和固有的DNA，能够参与自主的生物合成活动。
它的主要功能就是接收太阳能，进行光合作用，将其中的光能转化为化学能，为细胞提供生命所需的物质和能量。
早期的研究表明，叶绿体起源于一种原初的光合作用菌类——兰氏菌（Cyanobacteria），这个研究理论目前也被大多数科学家所认同。
兰氏菌的DNA已被分析出来，它的基因与叶绿体有着非常相似的序列，这也进一步证明了叶绿体起源自一个内共生过程。
这个内共生过程发生在生命起源的早期，或者是早期的环境中，它与线粒体的起源过程类似。
现在，科学家对这个过程及其演化道路和机制已有了比较清晰的认识。
不论生命进化的方向是否符合我们的预期，能够形成生命、维护生命和传承生命的原则和规律似乎都是丝毫不变的。
三、线粒体和叶绿体的演化历程线粒体和叶绿体都经历过一个演化过程，这个演化过程跨越了数百万年的时间，是由朴素的单细胞生物向越来越复杂的多细胞生物的过渡。
内共生起源学说是指叶绿体和线粒体起源于原核生物与细胞质共生的假说。
这一学说在生物学领域引起了广泛的关注和讨论，科学家们通过一系列的研究和实验证据，逐渐揭示了叶绿体和线粒体相似点的证据。
1. 细胞生物学研究通过对细胞结构和功能的研究发现，叶绿体和线粒体与细胞质内的原核生物有着明显的相似点。
叶绿体和一些细菌在形态结构上有着相似之处，都具有双层膜结构和一定的自主遗传物质。
线粒体则在形态上与一些真核细胞内的细菌有着相似之处，都具有类似的内膜结构和呼吸链。
2. 生物进化研究通过对叶绿体和线粒体DNA的比较分析发现，它们的遗传物质与一些原核细菌的DNA有着明显的相似性。
这种相似性不仅表现在基因序列上，还表现在某些基因的功能和调控方式上，这为内共生起源学说提供了强有力的证据。
3. 分子生物学研究通过对叶绿体和线粒体的蛋白质结构和功能进行研究发现，它们与一些原核生物的蛋白质具有着相似的结构和功能。
线粒体的氧化磷酸化过程与一些细菌的呼吸链有着相似的机制，叶绿体的光合作用过程与一些细菌的光合作用也有着相似的机制。
4. 生物地理学研究通过对不同物种间叶绿体和线粒体遗传物质的比较发现，它们在物种间的分布和进化历程上有着一定的规律性。
这些规律性与内共生起源学说所预测的叶绿体和线粒体起源于共生原核生物的假说吻合，为该学说提供了地理学上的证据。
通过对细胞生物学、生物进化、分子生物学和生物地理学等多个领域的研究，科学家们发现了大量的证据支持内共生起源学说，揭示了叶绿体和线粒体的相似点。
这些证据不仅深化了我们对生命起源和进化的理解，也为我们认识生物多样性和生态系统的演化历程提供了重要的参考依据。
在未来的研究中，科学家们将继续探索叶绿体和线粒体的起源和进化，推动生物学领域的进一步发展。
在探索内共生起源学说的证据的过程中，科学家们不仅仅局限于叶绿体和线粒体在细胞学、生物进化、分子生物学和生物地理学领域的研究，还通过生化学、遗传学、比较基因组学等多个层面的研究，进一步扩大了对叶绿体和线粒体相似点的认知。
内共生学说的起源和发展记得前段时间在准备期中考试时，曾经看到这么一段有意思的话“这些事实都使人设想，真核细胞中的线粒体是由侵入细胞或被细胞吞入的某种细胞经过漫长的岁月演变而来的。
”这确实是对我这个从小对达尔文进化理论深信不移的人产生了很多疑惑。
然而，很多证据都表明线粒体并非真核细胞自生发展而来：（1）. 线粒体含有DNA，这些DNA与细胞核中的很不同，却类似细菌的环状DNA。
（2）. 线粒体具有和真核宿主细胞不同的遗传密码，这些密码与细菌和古菌中的很类似。
（3）. 线粒体被两层或更多的膜所包被，其中最里面一层的成分与细胞中其它膜的都不同，而更接近于原核生物的细胞膜。
（4）. 细胞器的大小与细菌相当。
（5）. 细胞器的核糖体和细菌相似，细菌的核糖体是70S，线粒体的核糖体是55S。
在查阅这些资料时，一个对我来说完全陌生的词汇被反复提及——内共生学说（endosymbiotichypothesis;endosymbiont theory）。
内共生学说是关于真核生物细胞中的细胞器，线粒体和叶绿体起源的学说。
根据这个学说，它们起源于内共生于真核生物细胞中的原核生物。
这个理论认为线粒体起源于好氧性细菌（很可能是接近于立克次体的变形菌门细菌）。
线粒体祖先原线粒体(一种可进行三羧酸循环和电子传递的革兰氏阴性菌)被原始真核生物吞噬后与宿主间形成共生关系。
在共生关系中,对共生体和宿主都有好处：原线粒体可从宿主处获得更多的营养,而宿主可借用原线粒体具有的氧化分解功能获得更多的能量。
这个理论的证据非常完整，目前已经被广泛接受。
这个学说的确立也可以说是一波三折。
最早提出这些观点的是一群俄国的科学家。
安德雷.谢尔盖耶维奇.法明茨恩（1835-1918）尝试从植物中分离叶绿体并使其生长。
康斯坦丁.谢尔盖耶维奇.梅里日可夫斯基（1855-1921）发展了“双原生质”（twoplasm）理论（细胞内的细胞），宣称叶绿体起源于蓝绿藻。
线粒体和叶绿体的起源谈及线粒体和叶绿体的起源，科学界提出过多种学说。
其中，认可度最高的是“内共生起源学说"（endosymbiosis theory），其次是“非内共生起源学说"（non-endosymbiosis theory），又名“细胞内分化学说"（intercellular origin hypothesis）。
1.内共生起源学说内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于同原始真核细胞共生的行有氧呼吸的细菌和行光合自养的蓝藻。
内共生起源学说的建立经历了以下几个关键节点（表1）。
目前，支持线粒体和叶绿体内共生起源学说的论据主要出于以下几个方面：1.1 基因组线粒体、叶绿体和细菌基因组分别是指一个线粒体、一个叶绿体和一个细菌中所含的全部DNA分子，而真核细胞细胞核基因组是指单倍体细胞核内所含的全部DNA分子"。
从表2我们很容易看出线粒体和叶绿体基因组与细菌基因组高度相似，而与真核细胞细胞核基因组显著不同。
1.2 蛋白质合成系统线粒体、叶绿体蛋白质合成系统与细菌十分接近，而与真核细胞差异较大。
（1）叶绿体tRNA合成酶、氨酰-tRNA合成酶能与细菌tRNA合成酶、氨酰-tRNA合成酶交叉识别，但不能与真核细胞细胞质中的tRNA合成酶、氨酰-tRNA合成酶交叉识别。
（2）线粒体的蛋白质合成因子不能识别真核细胞细胞质中的核糖体，但可以部分取代细菌的蛋白质合成因子。
（3）叶绿体核糖体小亚基与大肠杆菌核糖体大亚基可以组成一个有功能的杂交核糖体，但叶绿体核糖体与真核细胞细胞质核糖体无法形成有功能的杂交核糖体。
（4）叶绿体16S rRNA，23S rRNA，5S rRNA在序列上与蓝藻（蓝细菌）的同源性远高于真核细胞。
除上述4点外，表3和表4比较的6个方面能更加有力地反映出线粒体、叶绿体蛋白质合成系统与细菌的高度相似，与真核细胞的显著不同。
1.3 生物膜线粒体、叶绿体是具有双层膜的细胞器，但其外膜与内膜在性质、成分等方面具有明显差异，外膜与真核细胞内膜系统相似，内膜与细菌质膜相似。
线粒体和叶绿体的增殖与起源
一、线粒体和叶绿体的增殖——分裂（略）
二、线粒体和叶绿体的起源
两种截然相反的观点：内共生起源学说和非共生起源学说。
（一）内共生起源学说
1、主要内容：真核细胞的祖先吞噬了一种原始的好氧革兰氏阴性菌和营光合作用原始蓝藻，又未能将其消化，久而久之形成了彼此共生的关系。
真核细胞为它们提供营养，细菌和蓝藻为细胞提供能量和合成营养物质。
在进化过程中，这些细菌和蓝藻逐渐丢失了原有的一些特征，关闭、丢失、向核内转移了一些基因，逐渐演变为现在的线粒体和叶绿体。
1、主要论据：
1）线粒体、叶绿体与细菌的相似之处；
2）线粒体、叶绿体的内膜结构、成分与外膜差异很大，而外膜与细胞的内膜系统相似；3）线粒体和叶绿体能在异源细胞内长期存活；
4）自然界尚存胞内共生现象，如蓝藻与真菌的共生，细菌和草履虫共生。
3、内共生学说遇到的问题：
1）线粒体和叶绿体中基因的内含子从何而来？
2）线粒体的遗传密码中，有三种密码子既不同于真核细胞，也不同于原核细胞，如何解释？（如，UGA一般是终止信号，在线粒体中却代表色氨酸）
（二）非共生起源说
要点：真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细菌，通过细胞膜的内陷、扩张和分化，形成了线粒体和叶绿体的雏形。
最初基因组的复制并未伴随细胞的分裂，基因组被包含到内陷的质膜中，形成了原始的线粒体、叶绿体和细胞核。
在进化过程中，mt和ct丢失了一部分基因，而细胞核的基因组则有了高度的发展。
质体发展了光合作用，线粒体演变为专具呼吸功能的细胞器。
例析线粒体和叶绿体的内共生起源学说封开县江口中学陶勇由于线粒体和叶绿体具有独特的半自主性并与细胞核建立了复杂而协调的互作关系，它们的起源一直以来多被认为有别于其他细胞器。
在人们为这两种细胞器设计的起源假说中，内共生起源学说很好地贴合了线粒体和叶绿体的半自主性和核质关系特征，因而得到了广泛的认可和支持。
内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。
该假说的提出远早于mtDNA和cpDNA的发现。
随着人们对真核细胞超微结构、线粒体和叶绿体DNA及其编码机制的认识，内共生起源学说的内涵得到了进一步充实。
1970年，Margulis在已有的资料基础上提出了一种更为细致的设想。
假设认为，真核细胞的祖先是一种体积较大、不需氧具有吞噬能力的细胞，通过糖酵解获取能量。
而线粒体的祖先则是一种革兰氏阴性菌，具备三羧酸循环所需的酶和电子传递链系统，可利用氧气把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解，获得比糖酵解更多的能量。
当这种细菌被原始真核细胞吞噬后，即与宿主细胞间形成互利的共生关系：原始真核细胞利用这种细菌获得更充分的能量；而这种细菌则从宿主细胞获得更适宜的生存环境。
与此类似，叶绿体的祖先可能是原核生物的蓝细菌（cyanbacteria)。
当这种蓝细菌被原始真核细胞摄人后，为宿主细胞进行光合作用；而宿主细胞则为其提供其他的生存条件。
线粒体和叶绿体的内共生学说先后得到了大量的生物学研究证据的支持。
特别是近期的分子生物学和生物信息学的研究发现真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于呼吸细菌或蓝细菌的遗传信息，说明最初的呼吸细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中发生了向细胞核的转移。
这种转移极大的削弱了线粒体和叶绿体的自主性，建立起稳定、协调的核质互作关系。
一、线粒体和叶绿体内共生起源学说的主要论据1.基因组与细菌基因组具有明显的相似性线粒体和叶绿体具有细菌基因组的典型特征。
它们均为单条环状双链DNA分子，不含5-甲基胞嘧啶，无组蛋白结合并能进行独立的复制和转录。
此外，在碱基比例、核苷酸序列和基因结构特征等方面，线粒体和叶绿体基因组也与细胞核基因组表现出显著差异，而与原核生物极为相似。
同时，线粒体和叶绿体具有自身的DNA聚合酶及RNA 聚合酶，能独立复制和转录自己的RNA。
2.具备独立、完整的蛋白质合成系统线粒体和叶绿体的蛋白质合成机制类似于细菌，而有别于真核生物：①与细菌一样，线粒体和叶绿体中蛋白质的合成从N-甲酰甲硫氨酸开始，而真核细胞中蛋白质的合成从甲硫氨酸开始。
②线粒体和叶绿体的核糖体较小于真核生物80S核糖体。
③线粒体、叶绿体和原核生物的核糖体中只有5SrRNA，而不少真核细胞的核糖体中存在5.8SrRNA。
④线粒体中的蛋白质合成因子具有原核生物核糖体的识别特异性，其功能可部分地被细菌的蛋白质合成因子取代，但线粒体的蛋白质合成因子不能识别细胞质核糖体。
⑤线粒体核糖体与线粒体mRNA形成多核糖体。
⑥叶绿体tRNA和氨酰-tRNA合成酶通常可与细菌相应的酶交叉识别，而不与细胞质中相应的酶形成交叉识别。
⑦叶绿体的核糖体小亚基可与大肠杆菌的核糖体大亚基组合，形成有功能的杂合核糖体。
⑧线粒体和叶绿体核糖体上的蛋白质合成被氯霉素、四环素抑制，而抑制真核生物核糖体上蛋白质合成的放线酮对它们无抑制作用。
⑨线粒体RNA聚合酶可被原核细胞RNA聚合酶的抑制剂（如利福霉素）所抑制，但不被真核细胞RNA聚合酶的抑制剂（如放线菌素D)所抑制等。
3.分裂方式与细菌相似线粒体和叶绿体均以缢裂的方式分裂繁殖，类似于细菌。
4.膜的特性线粒体、叶绿体的内膜和外膜存在明显的性质和成分差异。
外膜与真核细胞的内膜系统具有性质上的相似，可与内质网和高尔基体膜融合沟通；而它们的内膜则与细菌质膜相似，内陷折叠形成细菌的间体、线粒体的嵴和叶绿体的类囊体。
在膜的化学成分上，线粒体和叶绿体内膜的蛋白质∕脂质比远大于外膜，接近于细菌质膜的成分。
这些特性都暗示线粒体和叶绿体的内膜起源于最初的共生体（呼吸细菌和蓝细菌）的质膜，而外膜则来源于它们的宿主（共生体进入宿主细胞时包被形成）。
5.其他佐证线粒体的磷脂成分、呼吸类型和Cyt c的初级结构均与反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌非常接近，暗示线粒体的祖先可能是这两种菌中的一种。
自然界中存在的胞内共生蓝藻（蓝小体）表现出了基因片段转移等内共生形成叶绿体的行为特征，为真核生物形成的内共生学说提供了“活化石”性的佐证。
近年来，真核细胞线粒体和叶绿体的内共生起源学说得到了越来越多的研究证据的支持，使得非内共生起源学说逐渐淡出了人们的视野。
二例题分析例1．内共生起源学说认为线粒体起源于被原始真核生物吞噬的好氧细菌，这种细菌和原始真核生物共生，并在长期的共生中逐渐演化成线粒体，其过程如图1所示。
下列证据支持该学说的有图1 被吞噬的好氧细菌逐渐演化成真核细胞内的线粒体A．线粒体DNA在大小、形态和结构方面与好氧细菌的DNA相似B．线粒体具有双层膜结构，其内膜与好氧细菌细胞膜的成分相似C．线粒体与好氧细菌均以缢裂的方式分裂繁殖D．线粒体与好氧细菌都具有类似的核糖体，能合成蛋白质答案：ABCD分析：本题考查了内共生起源学说的主要论据（见1.1-1.4），线粒体与好氧细菌在这几个方面的相似性都可支持线粒体的内共生起源学说。
例2．图2表示真核生物起源于始祖宿主细胞与原核生物的共生，下列有关说法正确的是（）图2 真核生物起源于始祖宿主细胞与原核生物的共生A．生物分为原核生物和真核生物B．好氧细菌有氧呼吸的主要场所是线粒体C．蓝细菌（蓝藻）的生物膜由细胞膜构成D．线粒体、叶绿体及细菌都含有核糖体和核酸答案：D分析：本题结合线粒体和叶绿体的内共生起源学说综合考查了生物的分类、原核细胞与线粒体及叶绿体的结构与功能、生物膜的概念等内容。
一般的，生物可分为非细胞结构的病毒与细胞结构的生物，后者又可分为原核生物和真核生物。
人教版高中《生物·必修1·分子与细胞》第9页主要介绍了原核生物中的蓝藻与细菌；好氧细菌的异化作用是进行有氧呼吸，但没有线粒体；蓝藻的生物膜包含细胞膜和光合片层（类囊体）膜。
人教版高中《生物·必修2·遗传与进化》第70页还介绍了细胞质基因，即线粒体和叶绿体中的DNA都能进行半自主自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，说明两者都含有核酸（DNA与RNA）和核糖体。
在必修1的教学与复习中，归纳总结线粒体与叶绿体的结构和功能（有氧呼吸与光合作用）时也可联系半自主性与中心法则。
例3．古生物学家推测：被原始真核生物吞噬的蓝藻有些未被消化,反而能依靠原始真核生物的“生活废物”制造营养物质，逐渐进化为叶绿体。
（1）图中原始真核生物与被吞噬的蓝藻之间的种间关系为，原始真核生物吞噬某些生物具有选择性是与其细胞膜上的（物质）有关。
（2）据题干信息可知叶绿体中可能存在的细胞器是；叶绿体中DNA的形态为（环状/线状）。
（3）被吞噬而未被消化的蓝藻为原始真核生物的线粒体提供了。
（4）古生物学家认为线粒体也是由真核生物吞噬某种细菌逐渐形成，试推测该种细菌的呼吸作用类型是，理由是。
答案：（1）捕食和互利共生蛋白质（糖蛋白/受体蛋白）（2）核糖体环状（3）氧气和有机物（4）有氧呼吸线粒体是有氧呼吸的主要场所（线粒体内分解有机物需要消耗氧气）分析：本题以叶绿体和线粒体的内共生起源学说为背景，综合考查了生物的种间关系、细胞膜与叶绿体的结构与功能、线粒体的功能。
由题干及第（3）小题的信息可知，原始真核生物与被吞噬的蓝藻之间存在捕食（被吞噬并消化）和互利共生（被吞噬未被消化）的种间关系。
仅从题干看像寄生关系，被吞噬未被消化的蓝藻进行光合作用合成有机物并释放出O2，供给原始真核生物的线粒体使用，而线粒体产生的CO2可供给蓝藻使用。
有观点认为寄生可看作是介于捕食与互利共生的中间过渡的种间关系。
叶绿体作为半自主性细胞器，既含有核糖体（作为细胞器内的细胞器）又含有单条环状双链DNA 分子，而人教版高中《生物·必修1·分子与细胞》第10页也介绍了原核细胞的拟核有一个环状的DNA 分子，这与内共生起源学说中“叶绿体具有细菌基因组的典型特征”的证据是一致的。
在复习时，可结合教科书上的直观图片来帮助学生理解并区分环状的拟核DNA 与环状的质粒，如人教版高中《生物·必修2·遗传与进化》第103页图6-5及人教版高中《生物·选修3·现代生物科技专题》第6、12页对应的图1-5、图1-11。
从线粒体是有氧呼吸的主要场所推测出细菌的呼吸作用类型为有氧呼吸，即线粒体从好氧细菌演化而来。
也可结合内共生起源学说来分析。
例4．关于线粒体的起源有多种观点，内共生起源学说（如图3所示）已被越来越多的人所接受。
能够支持这一假说的有力证据有很多，请结合所学知识和图3作答。
图3 线粒体的内共生起源过程图示 （1）“内共生起源”学说认为真核细胞中的线粒体是由侵入细胞或被细胞吞入的某种原核细胞经过漫长的岁月演变而来的，请问图3中乙所示的过程体现了细胞膜具有的结构特点是 。
研究发现，线粒体的内、外膜的化学成分和功能是不同的，据图分析最可能的原因是 。
（2）线粒体内部含有 （填物质）和 （填结构），能够自主地指导蛋白质的合成，因而在遗传方面体现出一定的自主性。
（3）根据上面的理论依据，真核细胞中同样可以用“内共生起源”学说解释其起源的细胞器是 。
（4）随着进化，现在需氧型的真核细胞中的线粒体已不能像需氧型的原核细胞一样独立的完成有氧呼吸，对此，同学们展开讨论，提出了下列两个观点：观点1：细胞质基质只为线粒体完成有氧呼吸提供必要的场所观点2：线粒体只能将丙酮酸进一步氧化分解，而丙酮酸的产生依赖细胞质基质 请完成下列实验设计，探究哪一个观点正确。
实验试剂和用品：锥形瓶、酵母菌破碎后经离心处理得到只含有细胞质基质的上清液（试剂1）、只含有酵母菌线粒体的沉淀物（试剂2）、质量分数5%的葡萄糖溶液（试剂3）、质量分数5%的丙酮酸溶液（试剂4）、蒸馏水、橡皮管夹若干、其他常用器材和试剂。
实验步骤：①取锥形瓶等连接成如下装置三套，依次编号为A 、B 、C 。
②每组装置中按下表添加相应的试剂，并向装置通气一段时间，观察三组装NaOH 1 2 3置中3号瓶澄清石灰水的是否变浑浊。
补充完表格中空白地方。
实验结果及结论：若，则观点1正确；若，则观点2正确。
答案：（1）具有一定的流动性内外膜的来源不相同（2）DNA 核糖体（3）叶绿体（4）10ml蒸馏水+10ml试剂2+10ml试剂3 只有A组装置中澄清石灰水变浑浊A、C两组装置中澄清石灰水变浑浊，B组不变浑浊分析：本题也是以叶绿体和线粒体的内共生起源学说为背景，综合考查了细胞膜的功能特点、内共生起源学说的论据（见1.2和1.4）及实验设计的原则与分析能力。
