第六章细胞的能量转换器,教辅
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6-细胞的能量转换-线粒体和叶绿体PPT课件
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◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，
通透性较高。
◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内
折叠形成嵴（cristae）。含有与能量转换相关的蛋白
◆膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、
底物及辅助因子。
◆基质（matrix）或内室：含三羧酸循环酶系、线粒体基因
2个来自基质）
◆ 复合物Ⅳ：细胞色素C氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体）
组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，
三维构象， cyt a, cyt a3 ,2Cu
作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与
形成水
-
15
线粒体内膜呼吸链电- 子传递示意图
16
-
17
在电子传递过程中，有几点需要说明
·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）
-
11
三、氧化磷酸化
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。
基质泵到膜间隙
◆ATP合成机制—Banding Change Mechanism (Boyer 1979)
◆亚单位相对于亚单位旋转的直接实验证据
-
20
-
21
氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
◆化学渗透假说内容： 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
《高中生物课件：细胞的能量转换》
高中生物课件：细胞的能 量转换
通过本课件，我们将一起探索细胞的能量转换过程，了解细胞是生命体系的 基本单位，以及不同能量转换途径的原理和应用。
细胞的能量来源和能量转换
光合作用
细胞通过光合作用将太阳 能转化为化学能，进而供 给生物体生命活动。
无氧呼吸
在缺氧条件下，细胞通过 无
动物通过摄食植物或其他动物 来获取能量，维持生命活动。
分解者
分解者以死亡有机物为食，将 有机物分解成无机物，促进循 环。
生物体内的能量守恒与转化
生物体内能量守恒，细胞通过能量转化将一种形式的能量转化为另一种形式， 并在各个层级上维持能量流动和物质循环，实现生命活动。
能量转换在生态系统中的作用
有氧呼吸
在氧气存在的条件下，细 胞通过有氧呼吸进行高效 能量转换。
光合作用的原理及过程
光合作用是指植物细胞中通过叶绿体将太阳能转化为化学能的过程。它包含 光反应和暗反应两个阶段，通过光合色素吸收光能，产生ATP和NADPH，并进 一步合成有机物质。
光合作用的反应方程式
光合作用的反应方程式可表示为：光能 + 6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O。
1 维持生态平衡
能量转换维持着生态系统的 稳定，保障生物间的相互依 存和平衡。
2 推动物种演化
能量转换对物种的适应和进 化起到重要推动作用。
3 影响生态链
能量转换的变化会对食物链和群落结构产生影响。
人类能源的利用与供给
人类利用化石燃料和可再生能源等能源供给生产和生活需求，但同时也需要考虑环境保护和可持续发展 的问题。
其他能量转换途径
1
有氧呼吸
通过本课件，我们将一起探索细胞的能量转换过程，了解细胞是生命体系的 基本单位，以及不同能量转换途径的原理和应用。
细胞的能量来源和能量转换
光合作用
细胞通过光合作用将太阳 能转化为化学能，进而供 给生物体生命活动。
无氧呼吸
在缺氧条件下，细胞通过 无
动物通过摄食植物或其他动物 来获取能量，维持生命活动。
分解者
分解者以死亡有机物为食，将 有机物分解成无机物，促进循 环。
生物体内的能量守恒与转化
生物体内能量守恒，细胞通过能量转化将一种形式的能量转化为另一种形式， 并在各个层级上维持能量流动和物质循环，实现生命活动。
能量转换在生态系统中的作用
有氧呼吸
在氧气存在的条件下，细 胞通过有氧呼吸进行高效 能量转换。
光合作用的原理及过程
光合作用是指植物细胞中通过叶绿体将太阳能转化为化学能的过程。它包含 光反应和暗反应两个阶段，通过光合色素吸收光能，产生ATP和NADPH，并进 一步合成有机物质。
光合作用的反应方程式
光合作用的反应方程式可表示为：光能 + 6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O。
1 维持生态平衡
能量转换维持着生态系统的 稳定，保障生物间的相互依 存和平衡。
2 推动物种演化
能量转换对物种的适应和进 化起到重要推动作用。
3 影响生态链
能量转换的变化会对食物链和群落结构产生影响。
人类能源的利用与供给
人类利用化石燃料和可再生能源等能源供给生产和生活需求，但同时也需要考虑环境保护和可持续发展 的问题。
其他能量转换途径
1
有氧呼吸
线粒体与细胞的能量转换 ppt课件
第一节 线粒体的生物学特征
一、线粒体的结构 二、线粒体的化学组成（自学） 三、线粒体的遗传体系 四、核编码蛋白质的线粒体转运
五、线粒体的起源与发生（自学）
PPT课件
5
一、线粒体的结构
形态、数量、分布
超微结构：电镜下，线粒 体是由双层单位膜套叠而 成的封闭性膜囊结构。
外膜 内膜 膜间腔 基质
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－－线粒体基质
氧化磷酸化
（ oxidative
phosphorylation）
PPT课件
21
能量传递中的辅酶
PPT课件
22
一、糖酵解（glycolysis）
糖酵解过程中，每个葡萄糖分子将通过底物磷酸化产生2个丙酮 酸,2个ATP分子,2个NADＨ。
PPT课件
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Glucose + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
底物水平磷酸化：由高能底物水解放能，直 接将高能磷酸键从底物转移到ADP上，使ADP 磷酸化生成ATP的作用，称为底物水平磷酸化 （substrate-level phosphorylation）.
PPT课件
24
二、三羧酸循环
氧化的本质：
是将生物大分子中的C、 H原子氧化成CO2、H2O。 而释放出来的能量用于 合成ATP。
PPT课件
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线粒体基因组与医学
帕金森病 早老痴呆症 线粒体脑肌病
PPT课件
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四、核编码蛋白质的线粒体转运
1、前体蛋白在线粒体外去折叠 2、肽链穿越线粒体膜 3、肽链在线粒体基质内重新折叠
细胞的能量转换--线粒体和叶绿体
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。
生物教案了解细胞的能量转换
生物教案了解细胞的能量转换教学目标：1.了解细胞对能量的需求和获取途径。
2.了解细胞内能量转换的过程。
3.掌握细胞内的能量转换特点及其重要性。
教学重点：2.胞质基质和细胞器在能量转换中的作用。
3.能量转换对细胞生命活动的重要性。
教学难点：1.理解细胞内能量转换的机制和过程。
2.探究能量转换对细胞生命活动的影响。
教学准备：1.PPT课件。
2.教学实验器材和材料。
3.运动蛋白的模型。
教学过程：Step1: 导入（10分钟）1.准备图片或实物展示细胞的形态，引发学生对细胞形态的讨论和思考。
2.引入课题：细胞是生命活动的基本单位，那么细胞是如何获得能量的呢？Step2: 知识讲授（20分钟）2.详细讲解光合作用和呼吸作用的原理和过程，以及能量转化的化学反应方程式。
Step3: 实验演示与探究（30分钟）1.运动蛋白实验：通过演示运动蛋白的模型，引导学生思考细胞内能量转换与细胞运动的关系。
2.设计小组实验：学生分组进行小规模的呼吸作用实验，观察酵母菌的呼吸作用产生的二氧化碳气泡，并讨论能量转换对酵母菌的生命活动的影响。
Step4: 深化讨论（15分钟）1.引导学生思考细胞内能量转换在细胞生命活动中的重要性，如细胞分裂、维持细胞结构、物质运输等方面的作用。
2.带领学生探究一些生物学现象的能量转换机制，比如肌肉运动时的ATP的形成和分解过程。
Step5: 总结归纳（10分钟）1.对本节课的主要内容进行总结。
2.进行思维导图或笔记整理，强化学生对细胞能量转换的理解。
Step6: 展示与评价（5分钟）1.学生展示小组实验结果，并进行交流和讨论。
2.教师对学生的表现进行评价，并进行点评和反馈。
Step7: 课堂延伸（自主学习）1.指导学生进行进一步的独立学习和探究，如了解细胞膜渗透、细胞的内外环境平衡等内容，拓宽对细胞能量转换的理解。
2.布置相关学习任务或阅读资料，鼓励学生深入探究和思考。
Step8: 反思总结（5分钟）1.教师和学生共同总结本节课所学的知识点和学习收获。
细胞的能量转换2
光合磷酸化
❖由光照引起的电子传递与磷酸化作用偶联而生成ATP的过程称光合磷酸化。 ❖类囊体膜两侧质子梯度的建立：①水的光解 ②Cyt b6/f
③ NADP+还原成NADPH ❖按照电子传递的方式分为： 非循环式光合磷酸化：
光照后，激态叶绿素分子P680*从H2O得到电子传递给NADP+，电子经两个 光系统，电子传递过程中产生的质子梯度，驱动ATP的形成。此过程中电子传 递是一个开放的通道，呈Z字形传递，为非循环式光合磷酸化。 循环式光合磷酸化：
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线粒体的半自主性
（一）线粒体的DNA 线粒体DNA(mtDNA)：是双链环状分子 ，外环为重（H），内环为轻 链（L ）。基因排列非常紧凑，无内含子序列。大多数基因由H链转 录。
（二）线粒体的蛋白质合成 组成线粒体各部分的蛋白质，绝大多数都是由核DNA编码并在细胞质核 糖体上合成后再运送到线粒体各自的功能位点上。 线粒体DNA作为模板，指导线粒体的RNA和蛋白合成，但种类很少。
光吸收
❖ 光吸收又称原初反应，即光能被捕光色素分子吸收, 并传递至 反应中心,发生光化学反应, 使电荷分离从而将光能转化为电 能的过程。
❖ 每一个光系统含有两种色素成分∶ 捕光色素：由叶绿素ab及类胡萝卜素组成，起捕获光能的作用。 反应中心色素：由一种特殊状态的叶绿素a组成，分为两类：
吸收峰为700nm的称为P700，为光系统Ⅰ（PSI）的中心色素 吸收峰为680nm的称为P680，为光系统Ⅱ（PSⅡ）的中心色素 ❖ 原初反应过程：D·Chl·A→D·Chl*·A→D·Chl+·A→D+·Chl·A-
当植物在缺乏NADP+时，电子在光系统Ⅰ内流动，只合成ATP，不产生 NADPH，为循环式光合磷酸化 。
《细胞的能量转换》PPT课件
2．集光复合体（light harvesting complex，LHC）
由大约200个叶绿素分子和一些肽链构成。大部分色素分子起捕 获光能的作用，并将光能以诱导共振方式传递到反应中心色素。因此 这些色素被称为天线色素。叶绿体中全部叶绿素b和大部分叶绿素a都 是天线色素。另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用，叫 做辅助色素。
类囊体膜的主要成分是蛋白质和脂类（60：40），脂类中的脂肪酸主要 是不饱含脂肪酸（约87%），具有较高的流动性。膜的内在蛋白主要有： 细胞色素b6／f复合体、集光复合体（LHC）、质体醌（PQ）、质体蓝 素（PC）、铁氧化还原蛋白（FD）、黄素蛋白、光系统I、II复合物等。
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9
（三）基质
4．细胞色素b6/f复合体(cyt b6/f complex)
可能以二聚体形成存在，每个单体含有四个不同的亚基：细胞色素b6 （b563）、细胞色素f、铁硫蛋白、以及亚基Ⅳ（是质体醌的结合蛋白）。 5．光系统Ⅰ（PSI）
能被波长700nm的光激发，又称P700。包含多条肽链，位结合100
是内膜与类囊体之间的空间。主要成分包括： 碳同化相关的酶类：如RuBP羧化酶。 叶绿体DNA、蛋白质合成体系。 一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。
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二、叶绿体的功能—光合作用 (photosynthesis)
❖ 光合作用机理 光合作用是能量及物质的转化过程。首先光能转化成电能，经
个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外外，其它叶绿
素都是天线色素。三种电子载体分别为A0（一个chla分子)、A1(为维生素
K1)及3个不同的4Fe-4S。
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【细胞生物学】第6章细胞的能量转换(6.13)
线粒体中各种酶的定位
部位
酶的名称
外膜 膜间隙 内膜
线粒体基质
单胺氧化酶*（磷脂合成） 核苷二磷酸激酶 磷酸甘油酰基转移酶（脂肪酸链延长） NADH-细胞色素c还原酶（脂肪酸链去饱和）
腺苷酸激酶*、二磷酸激酶、核苷酸激酶、单磷酸激酶
电子传递： NADH脱氢酶 氧化磷酸化：琥珀酸脱氢酶等呼吸链酶系 代谢物质运输：细胞色素氧化酶*
电镜照片
模式图解
3、膜间隙
6~8nm
可溶性酶类
无定形液体 底物 辅助因子
外膜 内膜 膜间隙
嵴
基质
内、外膜紧密接触处
4、线粒体基质
均质的 胶状物质
三羧酸循环的有关酶类 蛋白质 脂肪酸氧化的有关酶类
丙酮酸氧化的有关酶类 脂类
丝状物质(环状DNA和RNA) 有形成分 核糖体
致密颗粒状物质(含Ca2+、Mg2+或Zn2+等
ATP合成酶 丙酮酸氧化酶 肉毒碱脂肪酸酰基转移酶
三羧酸循环：柠檬酸循环酶系（苹果酸脱氢酶*） 脂肪酸氧化：脂肪酸氧化酶系 蛋白质和核酸合成酶系：DNA、 RNA、蛋白质合成 丙酮酸氧化：谷氨酸脱氢酶
第能
一
源 物
阶质
段
的 分
解
第三 二羧
阶酸
段
循 环
线粒体 基质
第电
三 阶
子氧 传化 递磷
线粒体 内膜
COOH
NH2
1nm
由孔蛋白单体形成的圆筒状孔道
10kDa
氨酸降解和 脂肪酸链延 长）。
2、线粒体内膜
厚6~8nm；通透性很低(0.11~0.15kDa不带电荷的小分子)
内膜的蛋白质/脂质很高，富含心磷脂（与离子的不可渗透性 有关） 内膜表面不光滑：
第六章细胞的能量转换线粒体和叶绿体讲课文档
第十二页，共83页。
板层状结构
第十三页，共83页。
管状嵴线粒体
第十四页，共83页。
内膜具丰富的蛋白质和酶类，主要有参与氧化磷酸化电子传递的蛋白质 复合体及ATP合成的酶类，以及其它一些参与物质运输与合成的酶类。
标志酶为细胞色素C氧化酶。
第十五页，共83页。
3、膜间隙(intermembrane space)
第二十五页，共83页。
第二十六页，共83页。
糖酵解也产生NADH，可通过苹果酸-天门冬氨酸穿梭和甘油-磷酸穿梭 ，将电子传递给FAD，形成FADH2，参与ATP合成。
第二十七页，共83页。
磷酸甘油穿梭
第二十八页，共83页。
苹果酸－天门冬氨酸穿梭
胞液中的NADH，首先由苹果酸脱氢酶催化将草酰乙酸还原成苹果酸， 苹果酸再通过内膜上的二羧酸载体系统与线粒体内的α酮戊二酸交换而进 入线粒体。然后，苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下，又氧化生成草酰乙酸 并释出NADH，再经历与在线粒体内产生的NADH氧化相同的过程。
线粒体位于心肌细胞和精子尾部需能多的部位
第六页，共83页。
（二）线粒体的结构
线粒体由内外两层单位膜封闭形成，包括外膜、内膜、膜间隙和基质4个部分。
第七页，共83页。
线粒体结构模型 第八页，共83页。
1、外膜 (outer membrane)
全封闭的单位膜，脂和蛋白含量近相等; 具孔蛋白(porin)构成的亲水通道，通透性较高，分子量<5KD分子可通过。 具一些特殊酶类，如色氨酸降解的酶、脂肪链延伸的酶。标志酶为单胺氧化
酶。
第九页，共83页。
第十页，共83页。
2、内膜 （inner membrane）
厚约6-8nm，蛋白质/脂类>3:1，心磷脂含量20%，无胆固醇。 通透性低，仅让不带电荷小分子通过，大分子和离子通过内膜需特殊转
板层状结构
第十三页，共83页。
管状嵴线粒体
第十四页，共83页。
内膜具丰富的蛋白质和酶类，主要有参与氧化磷酸化电子传递的蛋白质 复合体及ATP合成的酶类，以及其它一些参与物质运输与合成的酶类。
标志酶为细胞色素C氧化酶。
第十五页，共83页。
3、膜间隙(intermembrane space)
第二十五页，共83页。
第二十六页，共83页。
糖酵解也产生NADH，可通过苹果酸-天门冬氨酸穿梭和甘油-磷酸穿梭 ，将电子传递给FAD，形成FADH2，参与ATP合成。
第二十七页，共83页。
磷酸甘油穿梭
第二十八页，共83页。
苹果酸－天门冬氨酸穿梭
胞液中的NADH，首先由苹果酸脱氢酶催化将草酰乙酸还原成苹果酸， 苹果酸再通过内膜上的二羧酸载体系统与线粒体内的α酮戊二酸交换而进 入线粒体。然后，苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下，又氧化生成草酰乙酸 并释出NADH，再经历与在线粒体内产生的NADH氧化相同的过程。
线粒体位于心肌细胞和精子尾部需能多的部位
第六页，共83页。
（二）线粒体的结构
线粒体由内外两层单位膜封闭形成，包括外膜、内膜、膜间隙和基质4个部分。
第七页，共83页。
线粒体结构模型 第八页，共83页。
1、外膜 (outer membrane)
全封闭的单位膜，脂和蛋白含量近相等; 具孔蛋白(porin)构成的亲水通道，通透性较高，分子量<5KD分子可通过。 具一些特殊酶类，如色氨酸降解的酶、脂肪链延伸的酶。标志酶为单胺氧化
酶。
第九页，共83页。
第十页，共83页。
2、内膜 （inner membrane）
厚约6-8nm，蛋白质/脂类>3:1，心磷脂含量20%，无胆固醇。 通透性低，仅让不带电荷小分子通过，大分子和离子通过内膜需特殊转
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A—P ~ P ~ P
腺 磷酸 苷 基团
第二个高能磷酸键相当
高能 脆弱，水解时容易断裂， 磷酸键 释放出大量的能量
30.54KJ/mol
ATP是活细胞内的一种高能磷酸化合物.
ATP与ADP可以相互转化
ATP的水解过程 ——为生命活动提供能量
A–P～P～P
A–P～P
Pi
能量
ATP（水解）酶
ATP
ADP+ Pi+能量 电 发 光
用于恒定体温
用于各种运动，如 肌细胞收缩
用于主动运输 ，细胞的 生长分裂等
ATP分子结构特点（具有高能磷酸键）
ATP---三磷酸腺苷
P~ P~P
高能磷酸键 核糖
ATP的结构
腺嘌呤
腺 苷
A—腺苷 T—三个（Tri）
P—磷酸基团
～ —高能磷酸键
ATP的结构简式：
图7-6 FAD ( flavin adenine dinucleotide)的分子结构
3.细胞色素
分子中含有血红素铁（图7-7），以共价形式与蛋白结合，通Fe3+、Fe2+形式变化 传递电子，呼吸链中有5类，即：细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原 子。
图7-7 血红素c的结构
4.铁硫蛋白：
（一）氧化磷酸化的分子基础
电子载体
呼吸链电子载体主要有：NAD、黄素蛋白、细胞色素、铜 原子、铁硫蛋白、辅酶Q等。
1. NAD
即烟酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，图7-4），是体 内很多脱氢酶的辅酶，连接三羧酸循环 和呼吸链，其功能是将代谢过程中脱下 来的氢交给黄素蛋白。
线粒体结构
8
2.线粒体的化学组成及酶的定位
线粒体的化学组成：蛋白质和脂质
蛋白质(线粒体干重的65～70％)。线粒体的蛋白质分为
可溶性和不溶性的。可溶性的蛋白质主要是基质的酶和膜的
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。 电泳分析：外膜上含14种蛋白质，内膜上含21 种蛋白质。
在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行 电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型（图7-8）。
图7-8 铁硫蛋白的结构（（引自Lodish等2019）
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）
线粒体酶的定位
线粒体的功能：
氧化磷酸化、细胞凋亡、细胞的信号转导、 电解质稳态平衡调控、钙的稳态调控
进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量 是线粒体的主要功能。
◆嵴上覆有基粒。基粒由头部（F1）和基部（F0）构成 。
1.2线粒体的超微结构
膜间隙（intermembrane space）：是内外膜之间的腔隙，宽约6-
8nm。含许多可溶性酶、底物及辅助因子。标志酶为腺苷酸激酶。
基质（matrix）：为内膜和嵴包围的空间。 含有：
◆催化三羧酸循环，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。标志酶苹果 酸脱氢酶。
图7-4 NAD的结构和功能（NAD＋：R＝H，NADP＋：R＝－PO3H2）
2. 黄素蛋白：
含FMN（图7-5）或FAD（图7-6）的蛋白质，每个FMN或FAD可接受2个 电子2个质子。呼吸链上具有FMN为辅基的NADH脱氢酶，以FAD为辅基 的琥珀酸脱氢酶。
图7-5 FMN (flavin adenine mononucleotide) 的分子结构
1.1线粒体的形态、大小、数量与分布
1、多形性：线状、颗粒状、环形、哑铃型、枝装 2、易变性：形状、大小改变 3、运动性： 4、适应性： 5、大小不等、 数量不等、 分布不均匀.
1.2线粒体的超微结构
外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。 标志酶为单胺氧化酶。 内膜（inner membrane）：位于外膜内侧。
◆线粒体DNA（mtDNA），及线粒体特有的核糖体，tRNAs 、rRNA、DNA 聚合酶、氨基酸活化酶等。
◆纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质，内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等 离子。
图7-1线粒体的TEM照片
图 7-3 肌细胞和精子的尾部聚 集较多的线粒体， 以提供能量
图7-4 线粒体包围着脂肪滴，内有大 量要被氧化的脂肪
◆含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷脂含 量高（达20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌质膜。
◆通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过。 ◆氧化磷酸化的电子传递链位于内膜。标志酶为细胞色素氧化酶。 ◆内膜向线粒体内室褶入形成嵴（cristae），能扩大内膜表面积 （达5~10倍），嵴有两种：①板层状、②管状。
内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积 （达5~10倍），嵴有两种类型：①板层状（图7-1）、②管状（图7-3）， 但多呈板层状。
图7-1线粒体的TEM照片
图7-3 管状嵴线粒体
嵴上覆有基粒（elementary particle），基粒由头部（F1偶联因子）和基 部（F0偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。
酶
ATP
酶1
ATP
酶2
ADP +Pi + 能量
此反应是可逆反应吗？ 不是，由于反应条件不同
三、氧化磷酸化
什么是氧化磷酸化：
当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP 磷酸化形成ATP，这一过程称为氧化磷酸化。
什么是呼吸链：
在线粒体内膜上存在有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，它们是传递电子 的酶体系，由一系列可逆地接受和释放电子或H+的化学物质组成，在内 膜上相互关联地有序排列，称为电子传递链（electron-transport chain）或呼吸链（respiratory chain）。
活动提供能量
ATP合成酶
能量
↓
+
ADP
+
Pi
？
ATP
ATP（水解）酶
ATP
ADP+ P i+能量 —各项需
能的生命活动
ATP在细胞内的含量很少，但为什么我们的各项 活动能时刻顺利地进行呢？
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
动物、人、 真菌、多数细菌等
绿色植物
糖类、脂肪等有 机物氧化分解
ADP +Pi+ 能 量
腺 磷酸 苷 基团
第二个高能磷酸键相当
高能 脆弱，水解时容易断裂， 磷酸键 释放出大量的能量
30.54KJ/mol
ATP是活细胞内的一种高能磷酸化合物.
ATP与ADP可以相互转化
ATP的水解过程 ——为生命活动提供能量
A–P～P～P
A–P～P
Pi
能量
ATP（水解）酶
ATP
ADP+ Pi+能量 电 发 光
用于恒定体温
用于各种运动，如 肌细胞收缩
用于主动运输 ，细胞的 生长分裂等
ATP分子结构特点（具有高能磷酸键）
ATP---三磷酸腺苷
P~ P~P
高能磷酸键 核糖
ATP的结构
腺嘌呤
腺 苷
A—腺苷 T—三个（Tri）
P—磷酸基团
～ —高能磷酸键
ATP的结构简式：
图7-6 FAD ( flavin adenine dinucleotide)的分子结构
3.细胞色素
分子中含有血红素铁（图7-7），以共价形式与蛋白结合，通Fe3+、Fe2+形式变化 传递电子，呼吸链中有5类，即：细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原 子。
图7-7 血红素c的结构
4.铁硫蛋白：
（一）氧化磷酸化的分子基础
电子载体
呼吸链电子载体主要有：NAD、黄素蛋白、细胞色素、铜 原子、铁硫蛋白、辅酶Q等。
1. NAD
即烟酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，图7-4），是体 内很多脱氢酶的辅酶，连接三羧酸循环 和呼吸链，其功能是将代谢过程中脱下 来的氢交给黄素蛋白。
线粒体结构
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2.线粒体的化学组成及酶的定位
线粒体的化学组成：蛋白质和脂质
蛋白质(线粒体干重的65～70％)。线粒体的蛋白质分为
可溶性和不溶性的。可溶性的蛋白质主要是基质的酶和膜的
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。 电泳分析：外膜上含14种蛋白质，内膜上含21 种蛋白质。
在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行 电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型（图7-8）。
图7-8 铁硫蛋白的结构（（引自Lodish等2019）
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）
线粒体酶的定位
线粒体的功能：
氧化磷酸化、细胞凋亡、细胞的信号转导、 电解质稳态平衡调控、钙的稳态调控
进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量 是线粒体的主要功能。
◆嵴上覆有基粒。基粒由头部（F1）和基部（F0）构成 。
1.2线粒体的超微结构
膜间隙（intermembrane space）：是内外膜之间的腔隙，宽约6-
8nm。含许多可溶性酶、底物及辅助因子。标志酶为腺苷酸激酶。
基质（matrix）：为内膜和嵴包围的空间。 含有：
◆催化三羧酸循环，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。标志酶苹果 酸脱氢酶。
图7-4 NAD的结构和功能（NAD＋：R＝H，NADP＋：R＝－PO3H2）
2. 黄素蛋白：
含FMN（图7-5）或FAD（图7-6）的蛋白质，每个FMN或FAD可接受2个 电子2个质子。呼吸链上具有FMN为辅基的NADH脱氢酶，以FAD为辅基 的琥珀酸脱氢酶。
图7-5 FMN (flavin adenine mononucleotide) 的分子结构
1.1线粒体的形态、大小、数量与分布
1、多形性：线状、颗粒状、环形、哑铃型、枝装 2、易变性：形状、大小改变 3、运动性： 4、适应性： 5、大小不等、 数量不等、 分布不均匀.
1.2线粒体的超微结构
外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。 标志酶为单胺氧化酶。 内膜（inner membrane）：位于外膜内侧。
◆线粒体DNA（mtDNA），及线粒体特有的核糖体，tRNAs 、rRNA、DNA 聚合酶、氨基酸活化酶等。
◆纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质，内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等 离子。
图7-1线粒体的TEM照片
图 7-3 肌细胞和精子的尾部聚 集较多的线粒体， 以提供能量
图7-4 线粒体包围着脂肪滴，内有大 量要被氧化的脂肪
◆含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷脂含 量高（达20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌质膜。
◆通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过。 ◆氧化磷酸化的电子传递链位于内膜。标志酶为细胞色素氧化酶。 ◆内膜向线粒体内室褶入形成嵴（cristae），能扩大内膜表面积 （达5~10倍），嵴有两种：①板层状、②管状。
内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积 （达5~10倍），嵴有两种类型：①板层状（图7-1）、②管状（图7-3）， 但多呈板层状。
图7-1线粒体的TEM照片
图7-3 管状嵴线粒体
嵴上覆有基粒（elementary particle），基粒由头部（F1偶联因子）和基 部（F0偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。
酶
ATP
酶1
ATP
酶2
ADP +Pi + 能量
此反应是可逆反应吗？ 不是，由于反应条件不同
三、氧化磷酸化
什么是氧化磷酸化：
当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP 磷酸化形成ATP，这一过程称为氧化磷酸化。
什么是呼吸链：
在线粒体内膜上存在有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，它们是传递电子 的酶体系，由一系列可逆地接受和释放电子或H+的化学物质组成，在内 膜上相互关联地有序排列，称为电子传递链（electron-transport chain）或呼吸链（respiratory chain）。
活动提供能量
ATP合成酶
能量
↓
+
ADP
+
Pi
？
ATP
ATP（水解）酶
ATP
ADP+ P i+能量 —各项需
能的生命活动
ATP在细胞内的含量很少，但为什么我们的各项 活动能时刻顺利地进行呢？
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
动物、人、 真菌、多数细菌等
绿色植物
糖类、脂肪等有 机物氧化分解
ADP +Pi+ 能 量