第六章細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換─線粒體和葉綠體

線粒體和葉綠體是細(xì)胞內(nèi)的兩種產(chǎn)能細(xì)胞器?！窬€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●線粒體和葉綠體的增殖與起源1第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化●線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)●線粒體的化學(xué)組成及酶的定位●氧化磷酸化2一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量與分布線粒體一般呈粒狀或桿狀，但因生物種類和生理狀態(tài)而異，可呈環(huán)形，啞鈴形、線狀、分杈狀或其它形狀。數(shù)目一般數(shù)百到數(shù)千個(gè)，線粒體通常分布在細(xì)胞功能旺盛的區(qū)域。

線粒體的超微結(jié)構(gòu)外膜(outermembrane）：含孔蛋白(porin)，通透性較高。內(nèi)膜（innermembrane）：高度不通透性，向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），嵴能顯著擴(kuò)大內(nèi)膜表面積（達(dá)5~10倍）。含有與能量轉(zhuǎn)換相關(guān)的蛋白

（執(zhí)行氧化反應(yīng)的電子傳遞鏈酶系、ATP合成酶、線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）。膜間隙（intermembranespace）：含許多可溶性酶、底物及輔助因子?；|(zhì)（matrix）：含三羧酸循環(huán)、脂肪酸和丙酮酸氧化等酶系、線粒體基因表達(dá)酶系等以及線粒體DNA,RNA，核糖體。35二、線粒體的化學(xué)組成及酶的定位線粒體的化學(xué)組成蛋白質(zhì)(線粒體干重的65～70％)脂類(線粒體干重的25～30％)：磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，內(nèi)膜主要是心磷脂。線粒體脂類和蛋白質(zhì)的比值:0.3:1（內(nèi)膜）；1:1（外膜）線粒體酶的定位6ATP合成酶(磷酸化的分子基礎(chǔ))分子結(jié)構(gòu)基粒（elementaryparticle），基粒由頭部（F1偶聯(lián)因子）和基部（F偶聯(lián)因子）構(gòu)成，F(xiàn)0嵌入線粒體內(nèi)膜。F1由5種多肽組成α3β3γδε復(fù)合體，具有三個(gè)ATP合成的催化位點(diǎn)（每個(gè)β亞基具有一個(gè)）。α和β單位交替排列，狀如桔瓣。γ貫穿αβ復(fù)合體（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子），并與F0接觸，ε幫助γ與F0結(jié)合。δ與F0的兩個(gè)b亞基形成固定αβ復(fù)合體的結(jié)構(gòu)（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的定子）。F0由三種多肽組成ab2c12復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，12個(gè)c亞基組成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)子通道,可使質(zhì)子由膜間隙流回基質(zhì)。工作特點(diǎn)：可逆性復(fù)合酶，即既能利用質(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合成機(jī)制—構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō)(Boyer1979)亞單位相對(duì)于亞單位旋轉(zhuǎn)的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)7910日本的吉田（MassasukeYoshida）等人將α3β3γ固定在玻片上，在γ亞基的頂端連接熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白纖維，在含有ATP的溶液中溫育時(shí)，在顯微鏡下可觀察到γ亞基帶動(dòng)肌動(dòng)蛋白纖維旋轉(zhuǎn)。γ亞基旋轉(zhuǎn)的觀察（引自Lodish等1999）11一、葉綠體(Chloroplast)的形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)、數(shù)目：在高等植物中葉綠體象雙凸或平凸透鏡，葉肉細(xì)胞一般含50～200個(gè)葉綠體，可占細(xì)胞質(zhì)的40%，葉綠體的數(shù)目因物種細(xì)胞類型，生態(tài)環(huán)境，生理狀態(tài)而有所不同。葉綠體與線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)比較葉綠體超微結(jié)構(gòu)131415 二、葉綠體的功能—光合作用 (photosynthesis)光合作用：綠色植物利用體內(nèi)的葉綠素吸收光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放氧氣的過(guò)程稱為光合作用。Photosynthesis:(1)光合電子傳遞反應(yīng)—光反應(yīng)(LightReaction)(2)碳固定反應(yīng)—暗反應(yīng)(DarkReaction)光合色素和電子傳遞鏈組分光反應(yīng)暗反應(yīng)(碳固定)1718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)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)。線粒體和葉綠體的DNA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)的種類十分有限參加葉綠體組成的蛋白質(zhì)來(lái)源有３種情況：由ctDNA編碼，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。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)送與組裝定位于線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)的運(yùn)送定位于線粒體內(nèi)膜或膜間隙的蛋白質(zhì)運(yùn)送葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝19二、線粒體與葉綠體蛋白質(zhì)的合成線粒體與葉綠體基因編碼合成的核基因編碼合成的蛋白質(zhì)由兩種基因分別編碼合成的肽鏈裝配而成的蛋白質(zhì)組成線粒體和葉綠體的蛋白質(zhì)主要是后兩種21

三、線粒體與葉綠體蛋白質(zhì)的

運(yùn)送與裝配222325第四節(jié)線粒體和葉綠體的增殖與起源一、線粒體和葉綠體的增殖線粒體的增殖：由原來(lái)的線粒體分裂或出芽而來(lái)。葉綠體的發(fā)育和增殖個(gè)體發(fā)育：由前質(zhì)體（proplastid）分化而來(lái)。增殖：分裂增殖26鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)（（引自Lodish等1999））29303132日本的吉田（MassasukeYoshida）等人將α3β3γ固定在玻片上，在γ亞基的頂端連接熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白纖維，在含有ATP的溶液中溫育時(shí)，在顯微鏡下可觀察到γ亞基帶動(dòng)肌動(dòng)蛋白纖維旋轉(zhuǎn)。γ亞基旋轉(zhuǎn)的觀察（引自Lodish等1999）3334MitchellP.1961提出“化學(xué)滲透假說(shuō)(ChemiosmoticHypothesis)”，70