线粒体和叶绿体的结构和功能

《第七章 线粒体与叶绿体》知识点整理一、线粒体与氧化磷酸化 1． 形态结构 外膜：标志酶：单胺氧化酶 是线粒体最外面一层平滑的单位膜结构; 通透性高；50％蛋白，50％脂类； 内膜：标志酶:细胞色素氧化酶 是位于外膜内侧的一层单位膜结构；缺乏胆固醇，富含心磷脂-—决定了内膜的不透性（限制所有分子和离子的自由通过)；蛋白质/ 脂类:3:1； 氧化磷酸化的关键场所 膜间隙:标志酶:腺苷酸激酶 其功能是催化ATP 大分子末端磷酸基团转移到AMP ，生成ADP 嵴：内膜内折形成,增加面积；需能大的细胞线粒体嵴数多 片状(板状）:高等动物细胞中，垂直于线粒体长轴 管状：原生动物和植物中 基粒（ATP 合成酶)：位于线粒体内膜的嵴上的规则排列的颗粒 基质：标志酶：苹果酸脱氢酶 为内膜和嵴包围的空间,富含可溶性蛋白质的胶状物质，具有特定的pH 和渗透压； 三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化进行场所 含有大量蛋白质和酶，DNA,RNA ，核糖体，Ca2+ 2． 功能 (1) 通过基质中的三羧酸循环，进行糖类、脂肪和氨基酸的最终氧化 (2) 通过内膜上的电子传递链，形成跨内膜的质子梯度 (3) 通过内膜上的ATP 合成酶，合成ATP ATP 合成酶的结合变化和旋转催化机制（书P90）头部F 1(α3β3γδε) 亲水性 α、β亚基具有ATP 结合位点，β亚基具有催化ATP 合成的活性 γε结合为转子,旋转以调节β亚基的3种构象状态δ与a 、b 亚基结合为定子基部F 0(a 1b 2c 10-12） 疏水性 C 亚基12 聚体形成一个环状结构定子在一侧将α3β3与F 0连接起来>〉氧化磷酸化的具体过程① 细胞内的储能大分子糖类、脂肪经酵解或分解形成丙酮酸和脂肪酸,氨基 酸可被分解为丙酮酸,脂肪酸或氨基酸进入线粒体后进一步分解为乙酰CoA;② 乙酰CoA 通过基质中的TCA 循环,产生含有高能电子的NADH 和FADH2； ③ 这两种分子中的高能电子通过电子传递链，在过程中形成跨内膜的质子梯度； 氧化磷酸化*Delta *epsilon《第七章 线粒体与叶绿体》知识点整理④ 质子梯度驱动ATP 合成酶将ADP 磷酸化成ATP,势能转变为化学能。

线粒体和叶绿体是细胞内能量转换的主要场所。

线粒体大小不一，形状大多为棒状，细丝状或球状颗粒，长1~2纳米。

线粒体超微结构可大致分为外膜，内膜，膜间隙与基质。

外膜通透性较高，含孔蛋白，是线粒体的通道蛋白，允许较大的分子通过，如蛋白质，rRNA等。

内膜具有高度不通透性，向内折叠形成嵴。

含有与能量转换相关的蛋白，如ATP合成酶，线粒体内膜转运蛋白等，是执行氧化反应的电子传递链所在地。

膜间隙含许多可溶性酶，底物及辅助因子。

基质含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。

核糖体主要由蛋白质与脂质组成，蛋白质占线粒体干重的65~70%，脂类占线粒体干重的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。

在内膜上，脂类与蛋白质的比值为0.3：1，在外膜上为1：1。

在线粒体的不同部位含有不同数量不同种类的酶，外膜上含有单胺氧化酶，NADH-细胞色素c还原酶等；内膜上含有细胞色素b,c,c1,a,a3氧化酶，ATP合成酶系等；膜间隙上含有腺苷酸激酶，二磷酸激酶等；基质上含有柠檬酸合成酶，苹果酸脱氢酶等。

线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。

线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两个不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP 酶活性，ATP合成酶是可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙，这是ATP合成酶磷酸化的分子基础。

化学渗透假说：电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。

在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。

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。

本章要点：本章重点阐述了线粒体和叶绿体的结构和功能，要求重点掌握掌握线粒体与氧化磷酸化，线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器，了解线粒体和叶绿体的起源与增殖。

一、名词解释1、氧化磷酸化2、电子传递链（呼吸链）3、ATP合成酶4、半自主性细胞器5、光合磷酸化二、填空题1、能对线粒体进行专一染色的活性染料是。

2、线粒体在超微结构上可分为、、、。

3、线粒体各部位都有其特异的标志酶，内膜是、外膜是、膜间隙是、基质是。

4、线粒体中，氧化和磷酸化密切偶联在一起，但却由两个不同的系统实现的，氧化过程主要由实现，磷酸化主要由完成。

5、细胞内膜上的呼吸链主要可以分为两类，既和。

6、由线粒体异常病变而产生的疾病称为线粒体病，其中典型的是一种心肌线粒体病。

7、植物细胞中具有特异的质体细胞器主要分为、、。

8、叶绿体在显微结构上主要分为、、。

9、在自然界中含量最丰富，并且在光合作用中起重要作用的酶是。

10、光合作用的过程主要可分为三步：、和、。

11、光合作用根据是否需要光可分为和。

12、真核细胞中由双层膜包裹形成的细胞器是。

13、引导蛋白到线粒体中去的具有定向信息的特异氨基酸序列被称为。

14、叶绿体中每个H+穿过叶绿体ATP合成酶，生成1个ATP分子，线粒体中每个H+穿过ATP合成酶，生成1个ATP分子。

15、氧是在植物细胞中部位上所进行的的过程中产生的。

三、选择题1. 线粒体各部位都有其特异的标志酶，线粒体其中内膜的标志酶是（）。

A、细胞色素氧化酶B、单胺氧酸化酶C、腺苷酸激酶D、柠檬合成酶2.下列哪些可称为细胞器（）A、核B、线粒体C、微管D、内吞小泡3.下列那些组分与线粒体与叶绿体的半自主性相关（）。

A、环状DNAB、自身转录RNAC、翻译蛋白质的体系D、以上全是。

4.内共生假说认为叶绿体的祖先为一种（）。

A、革兰氏阴性菌B、革兰氏阳性菌C、蓝藻D、内吞小泡四、判断题1、在真核细胞中ATP的形成是在线粒体和叶绿体细胞器中。

叶绿体与线粒体功能、结构的比较作者：谢季霖来源：《当代旅游（下旬）》2017年第08期摘要：进行高中生物学习的过程中，常常会遇到有关叶绿体与线粒体功能和结构相关的问题，这是高中生物学习的重点和难点，还是高考热点之一。

因此，作为高中生，必须要充分了解叶绿体和线粒体功能与结构，将两者进行比较学习，可以促使自身生物解题效率的提升。

关键词：叶绿体；线粒体；功能；结构；比较由于动植物生命活动所需要的能力，多数是由线粒体所提供的，而通常情况下这部分能量均直接以及间接地来源于叶绿体中固定的太阳能，所以，叶绿体与线粒体是真核生物细胞里面的两个特别重要的细胞器，这是高中考试的核心内容。

再者，由于叶绿体与线粒体在功能和结构上有一定的区别与联系，所以也是高中生物学习的难点。

以下就针对叶绿体与线粒体功能和结构上的比较展开了深入分析。

一、叶绿体和线粒体相同点（一）叶绿体与线粒体在功能反应中都可以生成水在线粒体之中开展有氧呼吸第三阶段，将氧气当成是有氧呼吸前两个阶段产生的H受体，当其反应以后在生成水的时候产生很多的能量，在第三阶段中产生的能量在有氧呼吸这几个阶段中是最高的。

可是叶绿体在其基质中经过三样化合物以及暗反应被还原成糖类等有机物的时候，继而生成水。

（二）叶绿体与线粒体在功能反应中都可以消耗水线粒体经过有氧呼吸第二階段将水消耗掉，与此同时经过一定的变化生成二氧化碳、水域很少的能量。

而叶绿体经过光反应将水消耗掉，将水当成是电子的最后供体，经过水的光解产生氧气，其反应化学方程式就是：2H2O→4H++4e+O2。

二、叶绿体和线粒体功能与结构比较（一）叶绿体和线粒体结构上的比较第一，线粒体内膜是向内腔突起构成嵴，线粒体基粒分布于内膜，是颗粒性形状的。

线粒体里面没有色素，并且其中和呼吸作用相关的酶分布于线粒体的内膜、基质、嵴中。

再者，线粒体参加有氧呼吸过程第二阶段与第三阶段。

第二，叶绿体的内膜并未有向内腔突起，叶绿体的内膜是非常平滑的并且不折叠，不会构成嵴。