本章內(nèi)容提要第一節(jié)線粒體線粒體的形態(tài)與結(jié)構(gòu)氧化磷酸化的分子基礎(chǔ)、作用機(jī)理‘線粒體的發(fā)生。第二節(jié)葉綠體葉綠體的形態(tài)與結(jié)構(gòu)光合磷酸化作用機(jī)理葉綠體的發(fā)生。

目前一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點第一節(jié)線粒體1890，Altaman首次發(fā)現(xiàn)，命名為bioblast；1898，vonBenda提出mitochondrion；1900，Michaelis發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用；1948，Green，1949，Kennedy和Lehninger分別發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)和脂肪酸氧化是在線粒體內(nèi)完成的。目前二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點一、結(jié)構(gòu)（一）形態(tài)

粒狀或桿狀;

直徑0.5~1，長1.5~3.0μm；胰外分泌細(xì)胞中可達(dá)10~20μm，稱巨線粒體。

肝細(xì)胞約1300個線粒體，占細(xì)胞體積的20%，人類紅細(xì)胞無線粒體。

目前三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點AnTEMimageofmitochondrion目前四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（二）分布Mitochondriadistributedinskeletalmuscle多分布在細(xì)胞功能旺盛的區(qū)域，可向這些區(qū)域遷移，微管是其導(dǎo)軌、馬達(dá)蛋白提供動力。目前五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Schematicviewofmitochondrion(三）功能區(qū)隔1、外膜:具有porin構(gòu)成的親水通道，允許小分子物質(zhì)通過，標(biāo)志酶為單胺氧化酶。

2、內(nèi)膜：類似細(xì)菌質(zhì)膜；心磷脂含量高(達(dá)20%)、缺乏膽固醇，通透性很低。標(biāo)志酶為細(xì)胞色素C氧化酶3、膜間隙：是內(nèi)外膜之間的腔隙，寬約6-8nm。標(biāo)志酶為腺苷酸激酶。4、基質(zhì)（matrix）含三羧酸循環(huán)、脂肪酸和氨基酸氧化的酶類；mtDNA及核酸、蛋白合成體系；纖維絲和致密顆粒狀物質(zhì)，內(nèi)含Ca2+、Mg2+、Zn2+等離子。標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶目前六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Modelsofmitochondrialmembranestructures目前七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Lamellarcristae目前八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Tubularcristae目前九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點二、氧化磷酸化的分子基礎(chǔ)動物細(xì)胞80%的ATP來源于線粒體。目前十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Mitochondrialfunction目前十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點線粒體結(jié)構(gòu)示意圖目前十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點線粒體電鏡照片目前十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點(一).呼吸鏈的組分

Componentsofelectronictransferchain

（與電子傳遞鏈有關(guān)的酶和電子載體）吡啶核苷酸類NAD+andNAD+-linkeddehydrogenases,NAD+

isa

mobileelectroncarrier

NADH脫氫酶Flavin(黃素蛋白)andflavin-linkeddehydrogenases

鐵硫中心Iron-sulfurprotein輔酶Q

mobileelectroncarrier細(xì)胞色素類Cytochromes(

mobileelectroncarriertoo)。目前十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點吡啶核苷酸類

pyridinenucleotide也叫煙酰胺脫氫酶類，以NAD+或NADP+為輔酶。輔酶Ⅰ（NAD+或CoⅠ）為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸。輔酶Ⅱ（NADP+或CoⅡ）為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。不需氧脫氫酶的輔酶,以NAD+為輔酶的脫氫酶占多數(shù)。目前十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點過程以NAD+為例，一個氫加到NAD上，成為NADH，另一個為游離質(zhì)子目前十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點

2.NADH脫氫酶

NADHdehydrogenaseNADH脫氫酶(也叫黃素蛋白flavin)輔基:FMN或FAD，結(jié)合牢固。底物:NADH,將NADH上的氫交給其輔基FMN，催化NADH脫氫目前十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點黃素單核苷酸(FMN)的結(jié)構(gòu)目前十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的結(jié)構(gòu)目前十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點FMN加氫過程:目前二十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點

3.輔酶QCoenzymeQ結(jié)構(gòu)特點:也叫泛醌（ubiquinone,Q），脂溶性,帶異戊二烯側(cè)鏈的醌,在哺乳動物，這個長鏈為10個單位，故常以Q10表示是電子傳遞體中唯一可游離存在的電子載體（無蛋白)O

CH3CH3H3COH3COO（CH2CH=CCH2）nH目前二十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點輔酶Q的作用原理功能:電子和質(zhì)子的傳遞體接受來自FMNH2和FADH2的氫成為氫醌,是多種底物進(jìn)入呼吸鏈的中心點目前二十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點過程:OOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H目前二十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點4.鐵硫中心非血紅素鐵和酸不穩(wěn)定硫原子相結(jié)合存在于NADH脫氫酶，琥珀酸脫氫酶鐵離子價態(tài)的變化可將氫從NADH脫氫酶復(fù)合物的FMNH2輔基上脫下轉(zhuǎn)給輔酶Q。NADH脫氫酶復(fù)合物也叫NADH-輔酶Q還原酶，復(fù)合物I，由兩個電子傳遞結(jié)構(gòu)，（酶原-FMN-鐵硫中心）目前二十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點鐵硫中心目前二十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點5.細(xì)胞色素類Cytochromes細(xì)胞色素類以血紅素為輔基,鐵原子處于卟啉中心。作用：單電子傳遞體,將電子從輔酶Q傳到氧。目前二十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點細(xì)胞色素體系（Cyt）30多種Cyt的分類(吸收光譜)

a類：a、a1、a2、a3

…b類：b、b1～7、P450…c類：c、c1、c2、c3…細(xì)胞色素aa3以復(fù)合物的形式存在,傳遞e機(jī)制是以鐵價的變化Fe3+→Fe2+，a3還含有銅離子，把電子直接交給分子氧Cu+→Cu2+，所以a3又稱細(xì)胞色素氧化酶。A3可與氰化物離子（CN—）、CO等結(jié)合目前二十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點不同細(xì)胞色素的差異區(qū)別：①鐵卜啉輔基側(cè)鏈不同②鐵卜啉輔基與酶蛋白連接方式不同目前二十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（三）兩條主要的呼吸鏈①復(fù)合物I-III-IV組成，催化NADH的脫氫氧化。②復(fù)合物II-III-IV組成，催化琥珀酸的脫氫氧化。對應(yīng)于每個復(fù)合物Ⅰ，約需3個復(fù)合物Ⅲ，7個復(fù)合物Ⅳ，兩個復(fù)合物之間由輔酶Q或細(xì)胞色素c這樣的可擴(kuò)散性分子連接。目前二十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點TransportofelectronsfromNADH目前三十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點TransportofelectronsfromFADH2目前三十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點三、氧化磷酸化的作用機(jī)理（一）質(zhì)子動力勢Mitchell(1961)提出“化學(xué)滲透假說”。認(rèn)為：電子沿呼吸鏈傳遞時，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)(M側(cè))泵至膜間隙(C側(cè))，形成質(zhì)子動力勢（△P）。△P=Ψ-(2.3RT/F)△pH其中：△pH=pH梯度，Ψ=電位梯度，T=絕對溫度，R=氣體常數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，當(dāng)溫度為25℃時△P的值為220mV左右。目前三十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點ChemiosmoticTheory目前三十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（二）ATP合酶（ATPsynthase）F型質(zhì)子泵；分為球形的F1（頭部）和嵌入膜中的F0（基部）。F1：α3β3γδε復(fù)合體，具有3個ATP合成的催化位點（每個β亞基1個）。F0：ab2c12復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，12個c亞基組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)子通道。目前三十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點ATPsynthase目前三十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點1979年Boyer提出構(gòu)象耦聯(lián)假說。其要點如下：1．ATP酶利用質(zhì)子動力勢，催化ATP合成。2．F1有3個催化位點，催化位點有3種構(gòu)象。3．質(zhì)子通過F0時，引起c亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，帶動γ亞基旋轉(zhuǎn)，γ亞基端部高度不對稱，引起β亞基3個催化位點構(gòu)象的周期性變化（L、T、O），不斷將ADP和Pi加合在一起，形成ATP。目前三十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點目前三十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點支持構(gòu)象耦聯(lián)假說的實驗：吉田（MassasukeYoshida）等目前三十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（三）P/O值指每消耗一個氧原子所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)，它表示氧化磷酸化的效率。通常認(rèn)為NADH／3，F(xiàn)ADH2／2；也有人認(rèn)為前者為2.5，后者為1.5。目前三十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（四）氧化磷酸化抑制劑1．電子傳遞抑制劑抑制復(fù)合物I，如阿米妥、魚藤酮。Amytalrotenone目前四十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點抑制復(fù)合物II，如：2-噻吩甲酰三氟丙酮和萎銹靈。2-Thenoyltrifluoroacetonecarboxin目前四十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點抑制復(fù)合物III，如抗霉素A。AntinomycinA1目前四十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點抑制復(fù)合物IV，如CO、CN、NaN3、H2S。電子傳遞抑制劑可用來研究呼吸鏈各組分的排列順序，當(dāng)呼吸鏈某一特定部位被抑制后，底物一側(cè)均為還原狀態(tài)，氧一側(cè)均為氧化態(tài)，可用分光光度計檢測。目前四十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點2．磷酸化抑制劑與F0結(jié)合，阻斷H+通道。如寡霉素。oligomycin目前四十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點3．解偶聯(lián)劑（uncoupler）解偶聯(lián)蛋白(UCPs)：位于動物棕色脂肪組織和肌肉線粒體，與維持體溫有關(guān)。質(zhì)子載體：DNP、FCCP。質(zhì)子通道：增溫素。目前四十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點四、線粒體的半自主性①環(huán)形DNA；②70S核糖體，對氯霉素敏感，對放線菌酮不敏感；③RNA聚合酶可被利福平、鏈霉素等抑制；④tRNA和氨?；?tRNA合成酶不同于細(xì)胞質(zhì)中的；⑤蛋白質(zhì)合成的起始氨基酸為N-甲酰甲硫氨酸。目前四十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點五、線粒體的增殖新線粒體來源于線粒體的分裂。目前四十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點FtsZringstructuresaroundthedivisionsiteofachloroplastandmitochondrion目前四十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點第二節(jié)葉綠體光合作用是地球上有機(jī)體生存和發(fā)展的根本源泉。綠色植物年產(chǎn)干物質(zhì)達(dá)1014公斤。目前四十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點目前五十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)狀如透鏡，長徑5~10，短徑2~4，厚2~3um。葉肉細(xì)胞含50~200個，占細(xì)胞質(zhì)的40%。由外被、類囊體和基質(zhì)3部分組成。含3種不同的膜：外膜、內(nèi)膜、類囊體膜；3種彼此分開的腔：膜間隙、基質(zhì)和類囊體腔。目前五十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點目前五十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Chloroplast目前五十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（一）葉綠體外被雙層膜組成，膜間為10~20nm的間隙。外膜的通透性大，內(nèi)膜通透性低；ADP、ATP、NADP+、葡萄糖和焦磷酸等需要特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)體才能通過內(nèi)膜。目前五十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（二）類囊體類囊體膜：流動性高，內(nèi)在蛋白有：細(xì)胞色素b6／f復(fù)合體、集光復(fù)合體(LHC)、質(zhì)體醌(PQ)、質(zhì)體藍(lán)素(PC)、鐵氧化還原蛋白(FD)、黃素蛋白、光系統(tǒng)I、II復(fù)合物。基粒：扁平小囊堆疊而成，含40~60個?；|(zhì)類囊體：連接基粒的沒有堆疊的類囊體。目前五十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（三）基質(zhì)內(nèi)膜與類囊體之間的空間，主要成分包括：碳同化相關(guān)的酶類：如RuBP羧化酶。葉綠體DNA、蛋白質(zhì)合成體系。一些顆粒成分：如淀粉粒、質(zhì)體小球和植物鐵蛋白等。目前五十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點二、光合磷酸化作用機(jī)理光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)；光反應(yīng)需要光，涉及水的光解和光合磷酸化；暗反應(yīng)不需要光，涉及CO2的固定，分為C3和C4兩類。目前五十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（一）光合色素和電子傳遞鏈組分1．光合色素包括：葉綠素、類胡蘿卜素，比例約3:1。葉綠素分為a、b，比例約3:1。-CHOinchlb目前五十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點2．集光復(fù)合體約200個葉綠素分子和一些肽鏈構(gòu)成。全部葉綠素b和大部分葉綠素a都是天線色素。目前五十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點3．光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）：P680至少包括12條肽鏈，位于基粒于基質(zhì)非接觸區(qū)域的類囊體膜上。包括一個集光復(fù)合體Ⅱ、一個反應(yīng)中心和一個含錳原子的放氧復(fù)合體。目前六十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點4．細(xì)胞色素b6/f復(fù)合體可能以二聚體形成存在，每個單體含有四個不同的亞基。5．光系統(tǒng)Ⅰ（PSI）：P700位于基粒與基質(zhì)接觸區(qū)和基質(zhì)類囊體膜中，由集光復(fù)合體I和作用中心構(gòu)成。目前六十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Noncyclicphotophosphorylation目前六十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Cyclicphotophosphorylation目前六十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點PSIandPSII目前六十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點（二）光合磷酸化一對電子從P680經(jīng)P700傳至NADP+，在類囊體腔增加4個H+，在基質(zhì)中1個H+被用于還原NADP+，使類囊體腔有較高的H+（pH≈5），形成質(zhì)子動力勢。H+經(jīng)ATP合酶（CF1-F0

偶聯(lián)因子）滲入基質(zhì)、推動ATP合成。目前六十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點Electrontransportinthethylakoidmembrane目前六十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點目前六十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點三、葉綠體的半自主性線粒體與葉綠體結(jié)構(gòu)的相似性：①兩層膜包被，內(nèi)外膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同。②為半自主性細(xì)胞器，綠色植物細(xì)胞具有3個遺傳系統(tǒng)。③具有蛋白質(zhì)后轉(zhuǎn)譯現(xiàn)象。目前六十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點目前六十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點四、葉綠體的增殖在個體發(fā)育中葉綠體由原質(zhì)體發(fā)育而來。有光條件下原質(zhì)體的小泡增加并融合成片層，發(fā)育為基粒。幼小葉綠體能靠分裂而增殖，成熟葉綠體一般不再分裂。目前七十頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點葉綠體的發(fā)生目前七十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點SEMimageofanisolateddividingchloroplast目前七十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點第三節(jié)線粒體與葉綠體的

蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運(yùn)目前七十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點一、線粒體蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)用標(biāo)記氨基酸培養(yǎng)細(xì)胞，用氯霉素和放線菌酮分別抑制線粒體和細(xì)胞質(zhì)的蛋白合成，發(fā)現(xiàn)人mtDNA僅編碼13條多肽：細(xì)胞色素c氧化酶的3個亞基，F(xiàn)0的2個亞基，NADH脫氫酶的7個亞基和細(xì)胞色素b。目前七十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十三點線粒體含1000多種蛋白