细胞的能量转换--线粒体与叶绿体

细胞的能量转换器——线粒体与叶绿体线粒体与叶绿体是真核细胞内两种重要的细胞器，线粒体是有氧呼吸的主要场所，在线粒体内有机物被彻底氧化分解成无机物，其中的能量被转移到ATP 中，所以线粒体是细胞内供应能量的“动力工厂”。

叶绿体是绿色植物光合作用的场所，通过光合作用太阳光能转变成有机物中的化学能，可以进一步被各种生物所利用。

所以，线粒体与叶绿体是真核细胞内的能量转换器。

此外，线粒体与叶绿体内都有少量的DNA，与细胞质遗传有关。

线粒体与叶绿体外包双层生物膜，叶绿体内还有生物膜构成的基粒。

围绕线粒体与叶绿体可以把细胞呼吸、光合作用、细胞质遗传、生物膜等重要知识综合起来。

1 基础知识线粒体与叶绿体都是真核细胞内具有双层膜结构的细胞器，都与细胞内的能量代谢有关，都含有少量DNA和RNA。

1.1在细胞内的分布线粒体普遍存在于各种真核细胞内，绿色植物细胞内的线粒体普遍少于细胞。

在正常的细胞中，一般在需要能量较多的部位比较密集：细胞的新陈代谢越旺盛的部位，线粒体的含量就越多。

而哺乳动物成熟的红细胞（没有细胞核和各种细胞器）、蛔虫等寄生虫，细菌等原核生物没有线粒体。

叶绿体只存在于绿色植物细胞内，如叶肉细胞，植物幼嫩的茎、幼嫩的果实等绿色器官。

叶绿体在细胞中的分布与光照强度有关：在强光下常以侧面对着光源，避免被强光灼伤；在弱光下，均匀分布在细胞质基质中，并以正面（最大面积）对着光源，以利于吸收更多的光能。

而蓝藻等进行光合作用的原核生物、植物的根细胞没有叶绿体。

1.2 结构显微观察形态：线粒体一般呈球状、粒状、棒状，并且随细胞类型及生理条件的不同而存在较大的差别。

叶绿体一般呈扁平的球形或椭球形。

线粒体大致有外膜、内膜和基质(线粒体基质)三部分构成。

外膜平整无折叠，内膜向内折叠凹陷而形成突起的嵴，从而扩大了化学反应的膜面积。

叶绿体由外膜、内膜两层膜包被，内含有几个到几十个基粒，每个基粒都是由很多个类囊体(囊状结构)堆叠而成，基粒与基粒之间充满叶绿体基质。

第六章细胞的能量转换——线粒体和叶绿体一、填空题1.能对线粒体进行专一染色的活性染料是＿＿＿＿。

2.线粒体膜围腔有2个，它们是＿＿＿＿和＿＿＿＿，而叶绿体膜围腔有3个，自外向里分别是＿＿＿＿，＿＿＿＿和＿＿＿＿。

3.线粒体各部分结构中有各自特殊的标记酶，它们分别在外膜是＿＿＿＿，外腔是＿＿＿＿，内膜是＿＿＿＿，内腔是＿＿＿＿。

4.三羧酸循环是在线粒体＿＿＿＿中进行，氧化磷酸化过程是在＿＿＿＿上，由＿＿＿＿和＿＿＿＿完成。

5.根据接受代谢物上脱下的氢的原初受体的不同，可以将细胞中的呼吸链分为两种典型的类型，分别为＿＿＿＿和＿＿＿＿。

6.ATP合成酶合成ATP的直接能量来自＿＿＿＿。

7.在线粒体电子传递链的4种复合物中既是电子传递体又是质子位移体的是＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿。

8.在线粒体电子传递链中电子传递方向按氧化还原电势＿＿＿＿的方向传递。

9.叶绿体在显微结构上主要分为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。

10.叶绿体的超微结构可分为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿几部分。

11.叶绿体基质中的类囊体可以根据形态不同分为＿＿＿＿和＿＿＿＿。

12.氧是在植物细胞中＿＿＿＿部位上所进行的＿＿＿＿的过程中产生的。

13.叶绿体类囊体膜上色素分子按照其作用可以分为两大类，分别为＿＿＿＿和＿＿＿＿。

14.捕光色素和反应中心构成了＿＿＿＿，它是进行光合作用的最小结构单位。

15.光合作用按照是否需要光可分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两步，其中光反应又可分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两步。

光反应发生在＿＿＿＿，暗反应发生在＿＿＿＿。

16.电子沿光合电子传递链传递时，根据最终电子受体的不同，光合磷酸化可分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两条通路。

17.植物细胞中具有特异的质体细胞器，主要分为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。

18.线粒体的增殖是由＿＿＿＿而来。

19.叶绿体的发育是由＿＿＿＿分化而来。

20.线粒体和叶绿体的生长和增殖是受＿＿＿＿两套遗传系统控制，所以称为半自主性细胞器。

第六章细胞的能量转换－－线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体是细胞内两个能量转换细胞器，它们能高效地将能量转换成ATP。

线粒体广泛存在于各尖真核细胞，而叶绿体仅存在于植物细胞中。

它们的形态结构都呈封闭的双层结构，内膜都演化为极其扩增的特化结构，并在能量转换中起主要作用。

线粒体和叶绿体以类似的方式合成ATP。

线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。

第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体的形态结构（一）线粒体的形态与分布线粒体多呈线状和粒状，是由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构，由外膜、内膜、膜间隙及基质4部分构成。

（二）线粒体的结构与化学组成线粒体的化学成分主要是蛋白质和脂类。

线粒体的蛋白可分为可溶性与不溶性两类，可溶性蛋白质大多数是基质中的酶和膜外周蛋白；不溶性蛋白是膜的镶嵌蛋白、结构蛋白和部分酶蛋白。

线粒体脂类主要成分是磷脂。

蛋白质(线粒体干重的65～70％)脂类(线粒体干重的25～30％)：磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂，线粒体脂类和蛋白质的比值:0.3:1（内膜）；1:1（外膜）线粒体内外膜在化学组成上根本不同是脂类和蛋白质的比值不同。

内膜的脂类与蛋白质的比值低，外膜中比值较高。

1 外膜外膜：厚约6nm，含孔蛋白(porin)，通透性高。

2 内膜厚约6－8nm，通透性低，只有不带电荷的小分子才能通过。

内膜向内褶叠形成嵴。

内膜和嵴的基质面上有许多排列规则的基粒，基粒由头部和基部组成，头部又叫F1，基部又叫F0。

3 膜间隙内外膜之间宽8nm的空隙，它延伸到嵴的轴心部（嵴内隙），内含许多可溶性酶类、底物和辅助因子。

4 线粒体基质内膜和嵴包围的空间，内含蛋白质性质的胶状物质。

基质中有催化三羧酸循环、脂肪酸 －氧化、氨基酸氧化、蛋白质合成等有关的酶类和其它成分，如环状DNA、RNA、核糖体及较大的致密颗粒，其作用主要是贮存Ca＋。

线粒体酶的定位线粒体约有140种酶，分布在各个结构组分中，有的可作为某一部位所特有的标志酶，如外膜的单胺氧化酶，膜间隙的腺苷酸激酶，内膜的细胞色素氧化酶，基质中的苹果酸脱氢酶。

第七章细胞的能量转换—线粒体和叶绿体一．教学目标：1．深刻明白得线粒体和叶绿体是真核细胞两种重要的产能细胞器。

线粒体普遍存在于各类真核细胞中，而叶绿体仅存在于植物细胞中。

2．深刻明白得线粒体和叶绿体的超微结构，明白得氧化磷酸化和光合磷酸化的特点和不同点。

3．深刻明白得线粒体和叶绿体都是半自主性的细胞器。

深刻明白得分子伴娘在跨膜运输蛋白质进入线粒体和叶绿体的进程中所发挥的作用。

4．明白得线粒体和叶绿体的增殖主若是通过割裂进行的。

明白得关于线粒体和叶绿体起源的内共生学说和分化学说。

二．重点：1.线粒体、叶绿体的超微结构；2. 线粒体、叶绿体的自主性3. 线粒体、叶绿体的增殖。

三．难点：线粒体、叶绿体的超微结构及功能的关系。

四．讲课方式与教学方式：教学、讨论、多媒体辅助教学。

五．教学内容:线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。

线粒体普遍存在于各类真核细胞中，叶绿体仅存在于植物细胞中。

线粒体和叶绿体都是高效的产生ATP的周密装置，尽管它们最初能量的来源不同，但却有着相似的大体结构，以类似的方式合成ATP。

线粒体和叶绿体都有环状DNA及自身转录的RNA与翻译蛋白质的体系。

组成线粒体和叶绿体的各类蛋白质成份是由核DNA和线粒体DNA或叶绿体DNA别离编码的，因此线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。

第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体形态、大小、数目和分布二、线粒体的超微结构本世纪50年代后，在电镜下观看研究线粒体的结构问题。

是由双层单位膜套叠成的所谓“囊中之囊”，在空间结构上人为地划分为四大部份，即外膜、内膜、外室、内室。

（一）外膜（outer membrane）指包围在线粒体最外面的一层膜，看上去平整滑腻而具有弹性，膜厚约6nm。

对各类小分子物质（分子量在10000 doldon之内，如电解质、水、蔗糖等）的通透性较高，有人以为外膜上具有小孔（ф2~3nm）。

（二）内膜（inner membrane）也是一单位膜，约厚6~8nm。

细胞内重要的能量转换器——线粒体和叶绿体真核细胞就像一座复杂的工厂，工厂的内部被分成许多不同的车间，这些车间就是细胞内的各种细胞结构，这些车间各自行使着不同的功能，使得整个细胞有条不紊地进行复杂的生命活动。

这些车间中，有两个重要的能量转换场所，它们就是线粒体和叶绿体。

线粒体是真核生物生命活动所需能量的主要产生场所，被誉为“细胞的动力车间”，没有了线粒体，细胞或生物体的生命就将终结。

叶绿体是大多数植物进行光合作用的场所，被誉为“细胞的养料制造车间”，光能是生物界赖以生存的最根本的能量来源，绿色植物通过光合作用，利用光能将CO2和H2O合成为有机物，这些有机物不仅为植物自身所用，动物和微生物也要直接或间接以之为食，因此叶绿体对整个生物界都有重要作用。

线粒体和叶绿体在外观和构造上都有很多相似的地方，但它们所行使的功能却存在着很大的区别，要弄清线粒体和叶绿体的功能具有很大差别的原因，就必须从它们的亚显微结构入手。

一．叶绿体和线粒体的膜叶绿体和线粒体结构上的相同点之一就是它们都具有双层膜结构，这两层膜和细胞膜一样，都由磷脂双分子层作为基本支架，其上结合各种蛋白质分子，具有一定的流动性，在物质运输方面也都有选择透过性。

叶绿体除了含有表面的两层膜外，其内部的囊状结构也是由一层膜围成的，囊状结构膜也具有上述特点。

但是如果进一步分析这些膜上的各成分的含量，尤其是蛋白质的含量，就不难发现其中的差异。

相关的研究结果如下表：为什么会出现上述结果呢？我们知道蛋白质是生命活动的主要承担者，细胞内的各种膜要行使其功能，也离不开蛋白质。

线粒体内膜上蛋白质含量高，原因是线粒体进行有氧呼吸所需要的各种酶有很多都位于其内膜上，而其外膜并不直接参与有氧呼吸。

叶绿体的双层膜蛋白质含量都很低，也是因为它们并不直接参与光合作用，而囊状结构膜却是光合作用的重要场所，其上含有大量与光合作用有关的酶。

通过上面的分析可以看出，叶绿体和线粒体的各种膜，由于它们的结构组成不同，功能也就不同。

第七章细胞的能量转换――线粒体和叶绿体生物的基本能量来源于太阳光的辐射能。

但生物体不能直接利用太阳光的辐射能，必须先使之转换成化学能，再为生物体利用。

叶绿体通过光合作用把光能转换为化学能，并储存于糖类、脂肪和蛋白质等大分子有机物中。

线粒体是一种高效地将有机物转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器。

因此，线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。

线粒体和叶绿体都具有环状DNA及自身转录RNA与翻译蛋白质体系。

很多学者把线粒体和叶绿体的遗传信息系统称为真核细胞的第二遗传信息系统，或称为核外基因及其表达体系。

线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。

第一节线粒体与氧化磷酸化人体内的细胞每天要合成几千克的ATP，且95%的ATP是由线粒体中的呼吸链所产生，因此线粒体被称为细胞内的“能量工厂”（power plants）。

线粒体通过氧化磷酸化作用，进行能量转换，为所需要的细胞进行各种生命活动提供能量。

一、线粒体的形态结构1、线粒体的形态、大小、数量与分布1)线粒体的形状线粒体的形状各种各样，以线状和颗粒状最常见。

也可呈环形、哑铃形、枝状或其他形状。

2)线粒体的大小线粒体的一般直径为0.5-1.0um,长,1.5-3.0um。

有的长达5um（如肝细胞）或10－20 um（胰腺细胞）或40 um（人的成纤维细胞）。

3)线粒体的数量线粒体的数目由数百――数千个不等。

如利什曼原虫中只有一个巨大的线粒体，海胆卵细胞则多达30万个。

4)线粒体的分布线粒体在细胞中的分布一般是不均匀的。

二、线粒体的超微结构在电镜下观察到线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。

主要由外膜（outer membrane）、内膜（inner membrane）、膜间隙（intermembrane）、基质（matrix）或内室（inner chamber）4部分组成。

图7－11.外膜外膜是包围在线粒体最外面的一层单位膜，光滑而有弹性，厚约6 um。

第七章细胞的能量转换――线粒体和叶绿体1. 由于线粒体外膜上有许多孔蛋白，所以外膜对于蛋白质没有渗透障碍作用。

F，因为孔蛋白只允许小于10,000道尔顿以下的蛋白质通过，而大多数蛋白质的分子量都大于此数。

2. 线粒体的遗传密码与核基因的遗传密码稍有不同，但是检测过的所有种属的线粒体遗传密码都是相同的。

F，如CUA在哺乳动物中是酪氨酸的密码，但在植物中却是苏氨基。

3. 关于线粒体的起源可以用内共生学说来解释。

T4. 在线粒体内膜进行的氧化磷酸化过程中，氢和电子都是靠各复合物的作用将它们从一个复合物传递到另一个复合物。

F，电子是，氢不是，氢是直接被传递到膜间隙。

5. 线粒体内膜的电化学梯度就是膜两侧的电位梯度。

F，还包括pH梯度。

6. 过氧化物酶体的氧化反应在肝和肾细胞中特别重要，因为它们能够将进入血液中的毒性分子分解。

T7. 导肽是游离核糖体上合成的新生肽的N-端一段氨基酸序列，其组成特点是含有较多的碱性氨基酸、基本不含酸性氨基酸，具有形成两性α螺旋的倾向。

T8. 过氧化物酶体的膜蛋白是在膜旁核糖体上合成的。

F，是在游离核糖体上合成的。

9. 线粒体虽然是半自主性细胞器，有自身的遗传物质，但所用的遗传密码却与核基因的完全相同。

F，还有个别特殊的密码与核基因的不同。

10. 导肽运送的蛋白质都是分泌性的。

F，不是分泌性的。

11. 线粒体内膜和外膜在化学组成上的区别是内膜的脂和蛋白质的比值不同，前者为1:1，后者则为0.3:1。

F，内膜是0.3:1，外膜是1:1。

12. 线粒体偶联因子F0F1ATP酶复合体既具有ATP合成酶的活性，又具ATP水解酶的活性，这决定于其存在状态。

T13. 导肽是引导新生肽进行转运和定位的一段序列，转运后都要被切除。

F，不一定都要被切除。

14. 放线菌酮可特异性地抑制线粒体核糖体蛋白质合成。

F，放线菌酮只抑80S核糖体的蛋白质合成。

15. 过氧化物酶体对细胞的氧张力具有调节作用。

第六章细胞的能量转换—一线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。

它们最初的能量来源有所不同，但却有着相似的基本结构，而且以类似的方式合成ATP。

线粒体是一种高效地将有机物转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器。

叶绿体通过光合作用把光能转换为化学能，并储存于糖类、脂肪和蛋白质等大分子有机物中。

线粒体和叶绿体都具有环状DNA及自身转录RNA与翻译蛋白质的体系。

线粒体和叶绿体都是半自主性的细胞器。

一、线粒体和氧化磷酸化线粒体通过氧化磷酸化作用，进行能量转换，为所需要的细胞进行各种生命活动提供能量。

(一)线粒体的形态结构1．线粒体的形态与分布线粒体一般呈粒状或杆状，但因生物种类和生理状态而异，可呈环形、哑铃形、线状、分权状或其他形状。

主要化学成分是蛋白质和脂类，其中蛋白质占线粒体干重的65％～70％，脂类占25％～30％。

一般直径0．5～1μm，长1．5～3．0μm，在胰脏外分泌细胞中可长达10～20μm，称巨线粒体。

数目一般数百到数千个，植物因有叶绿体的缘故，线粒体数目相对较少；肝细胞约1300个线粒体，占细胞体积的20％；单细胞鞭毛藻仅1个，酵母细胞具有一个大型分支的线粒体，巨大变形中达50万个；许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体。

通常结合在维管上，分布在细胞功能旺盛的区域。

线粒体在细胞质中可以向功能旺盛的区域迁移，微管是其导轨，由马达蛋白提供动力。

2．线粒体的结构与化学组成线粒体的超微结构在电镜下观察到线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。

主要由外膜(outer membrane)、内膜(inner membrane)、膜间隙(intermembrane)、基质(matrix)或内室(inner chamber)四部分组成。

(1)外膜是包围在线粒体最外面的一层单位膜，光滑而有弹性，厚约6μm。

外膜上有排列整齐的筒状圆柱体，其成分为孔蛋白(porin)，圆柱体上有小孔。

(2)内膜位于外膜内侧，把膜间隙与基质(内室)分开。