《線粒體與葉綠體》PPT課件(46頁PPT)

1、線粒體與葉綠體PPT課件 本PPT課件僅供學習用 本PPT課件僅供學習用 本PPT課件僅供學習用 學完請刪除！第1頁，共46頁。概述生物的能量來源：太陽光的輻射能。植物細胞的葉綠體和藍藻的光和片層：光能轉(zhuǎn)換為化學能，并儲存在糖類，脂類和蛋白質(zhì)中。線粒體將生物大分子中的化學能轉(zhuǎn)換為細胞可直接利用的能源，儲存在NTP（如ATP，GTP）中。線粒體和葉綠體：封閉的雙層膜結(jié)構(gòu)，其內(nèi)膜 反復折疊形成內(nèi)膜特化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是能量轉(zhuǎn)換的場所。線粒體和葉綠體是半自主性細胞器，有自己的環(huán)狀DNA和轉(zhuǎn)錄、翻譯體系，是真核細胞的第二遺傳信息系統(tǒng)。第2頁，共46頁。第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化線粒體是細胞的動力工廠：人體細胞

2、內(nèi)95%的ATP在線粒體產(chǎn)生；線粒體通過氧化磷酸化進行能量轉(zhuǎn)換；為細胞各種生命活動提供能量。第3頁，共46頁。第4頁，共46頁。一、線粒體mitochondrion的形態(tài)和結(jié)構(gòu)（一）動態(tài)細胞器：多形性，易變性，運動性和適應(yīng)性。線狀（mito)或粒狀(chondrion);大小，數(shù)量，分布因細胞類型或細胞代謝狀態(tài)而不同。第5頁，共46頁。數(shù)量-動物內(nèi)臟細胞含線粒體多（數(shù)千個）：肝細胞的線粒體占細胞體積的20%；心肌細胞中線粒體占50%；人類紅細胞無線粒體。分布-在多數(shù)細胞中均勻分布；在肌細胞中，沿肌原纖維排列；在分泌細胞中，聚集在分泌物合成區(qū)。第6頁，共46頁。（三）線粒體的結(jié)構(gòu)與化學組成分為外

3、膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)四部分。第7頁，共46頁。外膜(outer membrane）：蛋白質(zhì)和脂質(zhì)各占50%。含孔蛋白(porin)，非選擇性通道蛋白，通透性很高。外膜的標志酶為單胺氧化酶。內(nèi)膜（inner membrane）：蛋白質(zhì)/脂質(zhì)大于3:1。心磷脂（有4個非極性尾）含量高，通透性很低。向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），上有線粒體顆粒，又稱耦聯(lián)因子1（coupling factor 1),簡稱F1，是ATP合酶（F-型質(zhì)子泵）的頭部。內(nèi)膜的標志酶為細胞色素氧化酶第8頁，共46頁?？椎鞍椎?頁，共46頁。膜間隙（intermembrane space）：是內(nèi)外膜之間的腔隙，寬約6-8nm

4、。標志酶為腺苷酸激酶。充滿無定形液體，含許多可溶性酶、底物及輔助因子。 基質(zhì)（matrix）：含多種酶系、線粒體DNA, RNA，核糖體。標志酶為蘋果酸脫氫酶。第10頁，共46頁。線粒體主要酶的分布第11頁，共46頁。二、線粒體的功能人體細胞95%的ATP來源于線粒體。是物質(zhì)徹底氧化分解的場所。還參與氧自由基的生成；細胞凋亡的調(diào)控；細胞中Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)等。第12頁，共46頁。線粒體中的氧化代謝蛋白質(zhì)，糖類和脂肪酸最終分解為乙酰CoA，進入TCA（tricarboxylic acid cycle) 循環(huán),產(chǎn)生NADH或FADH2。第13頁，共46頁。NADH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，還原態(tài)，還

5、原型輔酶。N指煙酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸。NAD+是氧化態(tài)。FADH2，黃素腺嘌呤二核苷酸(還原型)。FAD+是氧化型。第14頁，共46頁。TCA是物質(zhì)氧化的最終共同途徑，氧化磷酸化是生物體獲得能量的主要途徑。NADH或FADH2中的電子通過呼吸鏈最終傳遞給氧，生成水。呼吸鏈，電子傳遞鏈：線粒體內(nèi)膜上傳遞電子的一組酶的復合體。由一系列能可逆地接受或釋放電子或H+的化學物質(zhì)（電子載體）組成，在內(nèi)膜上有序地排列成傳遞鏈。第15頁，共46頁。呼吸鏈中有5種電子載體1、黃素蛋白：是含F(xiàn)MN或FAD的結(jié)合蛋白，可接受2個電子2個質(zhì)子。主要黃素蛋白：NADH脫氫酶(FMN)；琥珀酸脫氫酶( FAD)

6、。2、細胞色素：含血紅素鐵，通過Fe3+/ Fe2+變化傳遞電子，包括細胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有銅原子。3、泛醌/輔酶Q：脂溶性小分子醌類化合物，有3種形式，即：氧化型醌Q，自由基半醌QH+，還原型氫醌QH2。第16頁，共46頁。4、鐵硫蛋白：含非血紅素鐵的蛋白，通過Fe3+/Fe2+互變進行電子傳遞。5、銅原子：位于線粒體內(nèi)膜的單個蛋白質(zhì)分子內(nèi)。通過Cu2+和Cu+兩種狀態(tài)的變換，傳遞單個電子電子載體除UQ和Cyt c 存在，多形成復合物，共四種。第17頁，共46頁。1、復合物I：NADH脫氫酶。組成：42條肽鏈，呈L型，含一個FMN和至少6個鐵硫蛋白，以二聚體形式存在

7、。作用：催化NADH的2個電子至輔酶Q，同時由基質(zhì)轉(zhuǎn)移4個質(zhì)子至膜間隙，是一種質(zhì)子泵。呼吸鏈的復合物第18頁，共46頁。2、復合物II：琥珀酸脫氫酶組成：至少4條肽鏈，含1個FAD，2個鐵硫蛋白。作用：催化琥珀酸的低能電子至輔酶Q，不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。第19頁，共46頁。3、復合物III：細胞色素c還原酶。組成：含細胞色素b566 、 b562、1個鐵硫蛋白和1個細胞色素c1 。作用：催化電子從輔酶Q傳給細胞色素c，每轉(zhuǎn)移1對電子轉(zhuǎn)移4個H至膜間隙。第20頁，共46頁。4、復合物IV：細胞色素c氧化酶組成：13條肽鏈。 作用：將從細胞色素c接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移一對電子，同時轉(zhuǎn)移2個H。第21頁，共

8、46頁。呼吸鏈復合物的有序排列呼吸鏈組分按氧化還原電位由低向高排列，也是電子的傳遞方向。氧化還原電位值越低，提供電子的能力越強，越易成為還原劑而處于電子傳遞鏈的前面。電子傳遞的過程伴隨著能量的釋放。第22頁，共46頁。線粒體內(nèi)膜上兩條呼吸鏈：NADH呼吸鏈（由復合物I，UQ，III，Cyt C, IV組成）； FADH2呼吸鏈（由復合物II， UQ， III， Cyt C, IV組成）利用電子傳遞釋放的能量，將H+由基質(zhì)側(cè)運輸?shù)侥らg隙，形成線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的電化學梯度。第23頁，共46頁。ATP形成機制-氧化磷酸化ADP+Pi ATP,是酶促的磷酸化過程，分為底物水平磷酸化和氧化磷酸化。ATP合

9、酶（ATP synthase）：F-型質(zhì)子泵，分為球形的F1（頭部）和嵌入膜中的F0（基部）。F1：33復合體，具有3個ATP合成的催化位點（每個亞基1個）。F0：ab2c12復合體，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。第24頁，共46頁。ATP合酶（ATP synthase）第25頁，共46頁。氧化磷酸化的耦聯(lián)機制化學滲透假說： 電子傳遞鏈各組分在線粒體內(nèi)膜中不對稱分布，當高能電子沿其傳遞時，所釋放的能量將H+從基質(zhì)泵到膜間隙，形成H+電化學梯度。在這個梯度驅(qū)使下，H+穿過ATP合成酶回到基質(zhì)，同時合成ATP,電化學梯度中蘊藏的能量儲存到ATP高能磷酸鍵。第26頁，共46頁

10、。結(jié)合變構(gòu)假說：ATP通過旋轉(zhuǎn)催化合成 質(zhì)子通過F0時，引起c亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，帶動亞基旋轉(zhuǎn)， 亞基依次與3個亞基結(jié)合，引起亞基催化位點構(gòu)象的周期性變化，不斷將ADP和Pi加合在一起，形成ATP。第27頁，共46頁。三、線粒體與疾病線粒體與人類的疾病、衰老和細胞凋亡有關(guān)線粒體?。嚎松讲。蛉蔽鸬牡胤叫孕募〔?。線粒體出現(xiàn)膨脹，嵴稀少和不完整，各種酶的活性下降，影響電子傳遞和氧化磷酸化。衰老：隨年齡的增長，細胞內(nèi)線粒體數(shù)量減少而體積增大，損傷的mtDNA的積累越來越多。線粒體產(chǎn)生的氧自由基損傷DNA，而線粒體中無DNA損傷的修復系統(tǒng)。由mtDNA 編碼的酶的結(jié)構(gòu)改變，功能異常。3. 細胞凋亡：

11、凋亡信號引起線粒體釋放細胞色素c, 參與凋亡信號的傳導。第28頁，共46頁。第二節(jié) 葉綠體與光合作用第29頁，共46頁。一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)形態(tài)不穩(wěn)定。高等植物中，多狀如透鏡或香蕉；藻類植物的葉綠體形態(tài)依細胞形態(tài)而定。葉肉細胞含50200個，占細胞質(zhì)的40%。由葉綠體膜、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。 第30頁，共46頁。（一）葉綠體膜雙層膜組成，膜間為1020nm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)運體才能通過內(nèi)膜。NADP+，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，是氧化型。N

12、ADPH是還原型 （輔酶II）第31頁，共46頁。（二） 類囊體是由內(nèi)膜發(fā)展而來的封閉的扁平囊。類囊體膜：流動性高，促進光和作用的酶類復合物在膜上的側(cè)向移動，有利于光和作用的進行。基粒：圓餅狀扁平小囊堆疊而成，含4060個?；|(zhì)類囊體/基質(zhì)片層：連接基粒的沒有堆疊的類囊體。第32頁，共46頁。（三）基質(zhì)內(nèi)膜與類囊體之間的空間，是光合作用固定CO2的場所，主要成分包括：酶類：如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶。全酶有8個大亞基（葉綠體基因編碼）和8個小亞基（核基因編碼）。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。第33頁，共46頁。第34頁，共46頁。葉綠體與線粒

13、體形態(tài)結(jié)構(gòu)比較葉綠體內(nèi)膜并不向內(nèi)折疊成嵴；內(nèi)膜不含電子傳遞鏈；除了膜間隙、基質(zhì)外，還有類囊體；捕光系統(tǒng)、電子傳遞鏈和ATP合成酶都位于類囊體膜上。第35頁，共46頁。二、葉綠體的主要功能-光合作用光合作用分為光反應(yīng)和固碳反應(yīng)；光反應(yīng)需要光，涉及水的光解和光合磷酸化；固碳反應(yīng)（碳同化反應(yīng)）不需要光，在光反應(yīng)產(chǎn)物的驅(qū)動下進行。第36頁，共46頁。光反應(yīng)在類囊體膜上由光引起的光化學反應(yīng)，通過葉綠素等光合色素分子吸收、傳遞光能，并將光能轉(zhuǎn)換為電能（生成高能電子），進而將電能轉(zhuǎn)換為活躍化學能， 形成ATP和NADPH并放出 O2 的過程。包括原初反應(yīng)、電子傳遞和光合磷酸化。1. 原初反應(yīng)（primary

14、 reaction)：從光和色素分子被光激發(fā)至引起第一個光化學反應(yīng)為止的過程，包括光能的吸收、傳遞與轉(zhuǎn)換。光和色素：能吸收特定波長的光，分為葉綠素，類胡蘿卜素和藻膽素。第37頁，共46頁。光反應(yīng)-原初反應(yīng)光合單位：大約300個葉綠素分子組成一個功能單位，是進行光合作用的最小結(jié)構(gòu)單位。在光合單位中只有一對特殊的葉綠素分子能將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，及反應(yīng)中心色素，而其余的光合色素稱為天線色素或捕光色素分子。光化學反應(yīng)：反應(yīng)中心色素吸收光能所引起的氧化還原反應(yīng)。產(chǎn)生原初電子。第38頁，共46頁。光反應(yīng)-電子傳遞和光合磷酸化電子傳遞：原初反應(yīng)產(chǎn)生的電子在被稱為光合電子傳遞鏈的一系列電子載體上傳遞。 最初電

15、子體（D,donor)是H2O，最終電子受體(A, acceptor)是NADP+。2. 光合磷酸化：與電子傳遞相耦聯(lián)而生成ATP的過程。此ATP用于CO2的同化，從而將能量儲存在有機物中。機制：在電子傳遞過程中，質(zhì)子泵將H+從基質(zhì)泵到類囊體腔，與水裂解產(chǎn)生的H+一起建立類囊體兩側(cè)的質(zhì)子梯度。質(zhì)子順電化學梯度跨膜運輸，釋放能量，催化ADP磷酸化，生成ATP。第39頁，共46頁。光反應(yīng)基質(zhì)類囊體腔光系統(tǒng) II， 細胞色素b6f, 光系統(tǒng) I第40頁，共46頁。固碳反應(yīng)（碳同化反應(yīng)）利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP 和NADPH，使CO2還原為糖類等有機物，即將活躍的化學能最后轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的化學能，積存于有機

16、物中。卡爾文循環(huán)（Calvin cycle）（C3途徑）:最重要最基本，唯一能合成糖類的途徑。發(fā)生在所有植物中。C4途徑：固碳的最初產(chǎn)物是草酰乙酸（四炭化合物）。某些熱帶或亞熱帶起源的植物。景天酸代謝途徑：發(fā)生在景天科植物。第41頁，共46頁。第三節(jié) 線粒體和葉綠體是半自主性細胞器 自身含有遺傳表達系統(tǒng)(自主性)；但編碼遺傳信息十分有限，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。線粒體和葉綠體的DNA：雙鏈環(huán)狀，多拷貝，分子量?。ㄟz傳信息量?。?。以半保留方式，在核DNA編碼的DNA聚合酶的催化下自我復制。線粒體和葉綠體的蛋白質(zhì)：大部分由核DNA編碼。第42頁，共46頁。第四節(jié) 線粒體和葉綠體的增殖與起源線粒體和葉綠體的增殖線粒體的增殖：由原來的線粒體或出芽而來。葉綠體的發(fā)育和增殖個體發(fā)育：由前質(zhì)體（proplastid）分化而來。 增殖：增殖第43頁，共46頁。內(nèi)共生起源學說線粒體的祖先-原線粒體，是一種革蘭氏陰性細菌。葉綠體的祖先是藍細菌（Cyanobacteria），即藍藻。第44頁，共46頁。它們的基因組與細菌相似，都是單個裸露的環(huán)狀DNA，不與組蛋白結(jié)合。