線粒體與葉綠體細胞生物學(xué)

1、關(guān)于線粒體和葉綠體細胞生物學(xué)第一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月能量轉(zhuǎn)換光能 葉綠體 化學(xué)能 線粒體 ATP第二張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月生物膜是ATP產(chǎn)生的場所細菌:ATP產(chǎn)生于細胞質(zhì)膜真核生物細胞:細胞質(zhì)膜:主要用于物質(zhì)吸收運輸 能量轉(zhuǎn)換細胞器:產(chǎn)生ATP線粒體:幾乎所有真核細胞葉綠體:植物細胞第三張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月質(zhì)子濃度梯度產(chǎn)生ATP食物第一步: 電子傳遞所產(chǎn)生的能量驅(qū)動質(zhì)子的跨膜運轉(zhuǎn)太陽光能高能量電子第二步: 由此產(chǎn)生的質(zhì)子濃度梯度被ATP合酶(ATP synthase)用來產(chǎn)生ATP低能量電子第四張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022

2、年6月第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化（P85)1890年，Altaman首次發(fā)現(xiàn)，命名為bioblast；1897年，Benda提出mitochondrion；1904年，Meves在植物細胞中也發(fā)現(xiàn)了線粒體；1948年，Green，1949年，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。第五張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）形態(tài)與分布粒狀或桿狀;直徑0.51，長1.53.0m；胰外分泌細胞中可達1020m，稱巨線粒體。第六張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月數(shù)量: 依細胞類型而變化,每個肝細胞約1000-2000 肝細胞約1

3、300個線粒體，占細胞體積的20%，人類紅細胞無線粒體。形狀: 可塑性強, 不斷運動中線粒體形狀的可塑性第七張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月多分布在細胞功能旺盛的區(qū)域，可向這些區(qū)域遷移，微管是其導(dǎo)軌、馬達蛋白提供動力。 線粒體通常位于高度需要ATP的細胞部位 第八張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基質(zhì)膜 間 隙外 膜內(nèi) 膜（二）超微結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成第九張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月An TEM image of mitochondrion 第十張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Models of mitochondrial membrane structur

4、es第十一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1.外膜:含有許多大型膜通道蛋白 “porin” 允許分子量小于 40 多肽鏈NADH Flavin Q7 鐵硫中心 11多肽鏈 2 血紅素 c 1 鐵硫中心 13多肽鏈 2 血紅素 O2 2 Cu電子傳遞路線內(nèi)外膜間隙基質(zhì)線粒體內(nèi)膜泛醌細胞色素 cNADH 脫氫酶復(fù)合體細胞色素 b-c1 復(fù)合體細胞色素氧化酶復(fù)合體NADH呼吸鏈（三）、質(zhì)子轉(zhuǎn)移與質(zhì)子驅(qū)動力的形成：第三十一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月FADH2呼吸鏈復(fù)合物、組成，催化琥珀酸的脫氫氧化 第三十二張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月氧化磷酸化的作用機理（一）質(zhì)

5、子動力勢（P91）Mitchell(1961)提出“化學(xué)滲透假說”。認為：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=-(2.3RT/F)pH其中：pH= pH梯度， =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。第三十三張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月能量以電化學(xué)質(zhì)子濃度梯度（Electrochemical Proton Gradient）的形式儲存電子傳遞過程中， H+ 被有關(guān)的酶復(fù)合體從線粒體基質(zhì)中排抽到膜間間隙由此造成:在內(nèi)膜兩側(cè)產(chǎn)生pH 梯度（pH gradient

6、 ，DpH ），基質(zhì)內(nèi)的pH 高于膜間間隙（細胞溶膠）的pH在內(nèi)膜兩側(cè)產(chǎn)生電壓梯度（ voltage gradient ，DV），基質(zhì)內(nèi)為負電荷，基質(zhì)外為正電荷DpH 和 DV 共同形成電化學(xué)質(zhì)子梯度 “Electrochemical Proton Gradient”電化學(xué)質(zhì)子梯度產(chǎn)生 “質(zhì)子動力” （proton-motive force）第三十四張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Chemiosmotic Theory第三十五張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月ATP合成機制氧化磷酸化 頭部基部1、 ATP合酶的結(jié)構(gòu)與組成F型質(zhì)子泵；分為球形的F1（頭部）和嵌入膜中的F0（基部

7、）。F1：33復(fù)合體，具有3個ATP合成的催化位點（每個亞基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。第三十六張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月ATP synthase第三十七張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1979年Boyer提出構(gòu)象耦聯(lián)假說:1ATP酶利用質(zhì)子動力勢，催化ATP合成。2F1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)，帶動亞基旋轉(zhuǎn)，亞基端部高度不對稱，引起亞基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。第三十八張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于

8、2022年6月L：松弛O：開放T：緊密第三十九張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月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。通常認為NADH3，F(xiàn)ADH22；也有人認為前者為2.5，后者為1.5。第四十張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月電子傳遞的抑制劑 能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。是研究電子傳遞鏈順序的一種重要方法。 NADHNADH-Q還原酶CoQcytbc1cytccytaa3O2魚藤酮 安密妥 殺粉蝶菌素 抗霉素A氰化物、CO疊氮化物2-噻吩甲酰三氟丙酮和萎銹靈第四十一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1電子

9、傳遞抑制劑抑制復(fù)合物I，如阿米妥、魚藤酮。Amytalrotenone氧化磷酸化抑制劑第四十二張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月抑制復(fù)合物II，如：2-噻吩甲酰三氟丙酮和萎銹靈。 2-Thenoyltrifluoroacetonecarboxin第四十三張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月抑制復(fù)合物III，如抗霉素A 。Antinomycin A 1第四十四張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月抑制復(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)，另一側(cè)均為氧化態(tài)，可用分光光度計檢

10、測。第四十五張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸化抑制劑與F0結(jié)合，阻斷H+通道。如寡霉素。oligomycin第四十六張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（五）線粒體與疾?。≒94）克山病 克山?。↘D），亦稱地方性心肌?。‥CD），于1935年在我國黑龍江省克山縣發(fā)現(xiàn)，因而命名克山病。 該病的具體表現(xiàn)為心肌線粒體代償增生、數(shù)目增多、嵴膜破壞、氧化磷酸化酶系(包括琥珀酸脫氫酶、細胞色素c 氧化酶、琥珀酸氧化酶、H-ATP 酶等)活性明顯下降, Ca2+含量增高、心磷脂和輔酶Q 含量偏低, 從而提出: “克山病是一種心肌線粒體病”的觀點.第四十七張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于20

11、22年6月第二節(jié) 葉綠體與光合作用光合作用是地球上有機體生存和發(fā)展的根本源泉。綠色植物年產(chǎn)干物質(zhì)達1014公斤。第四十八張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十九張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)狀如透鏡，長徑510，短徑24，厚23um。葉肉細胞含50200個，占細胞質(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。 第五十張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月高倍顯微鏡下植物細胞中的葉綠體第五十一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月葉綠體形態(tài)結(jié)構(gòu)圖第五十二張，PPT共七十五頁，

12、創(chuàng)作于2022年6月葉綠體外被雙層膜組成，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。第五十三張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月類囊體類囊體膜：流動性高，內(nèi)在蛋白有：細胞色素b6f復(fù)合體、集光復(fù)合體(LHC)、質(zhì)體醌(PQ)、質(zhì)體藍素(PC)、鐵氧化還原蛋白(FD)、黃素蛋白、光系統(tǒng)I、II復(fù)合物?；＃罕馄叫∧叶询B而成，含4060個。基質(zhì)類囊體：連接基粒的沒有堆疊的類囊體。第五十四張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基質(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

13、。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。第五十五張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、葉綠體的主要功能光合作用光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（P100)；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。第五十六張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（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。-CHO in chl b第五十七張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月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

14、綠素a都是天線色素。第五十八張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月電子傳遞和光合磷酸化(P101)光系統(tǒng)（PS）：P680 pp102至少包括12條肽鏈，位于基?；|(zhì)非接觸區(qū)域的類囊體膜上。包括一個集光復(fù)合體、一個反應(yīng)中心和一個含錳原子的放氧復(fù)合體。第五十九張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞色素b6f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。光系統(tǒng)（PSI）：P700 pp102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。兩種光和磷酸化路徑第六十張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Noncyclic photophosphorylat

15、ion非環(huán)式光和磷酸化第六十一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Cyclic photophosphorylation環(huán)式光合磷酸化第六十二張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月PSI and PSII第六十三張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（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+（pH5），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。第六十四張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Electron transport in

16、the thylakoid membrane在類囊體膜上的電子傳遞第六十五張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月比較不同點？第六十六張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月光合碳同化（p105)第六十七張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組DNA細胞核胞質(zhì)溶膠蛋白質(zhì)前體線粒體或葉綠體輸入的蛋白質(zhì)在細胞器里合成的蛋白質(zhì)第三節(jié)線粒體與葉綠體是半自主性細胞器一、線粒體DNA和 葉綠體DNA 二、線粒體和葉綠體的 蛋白質(zhì)細胞器DNA第六十八張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)的運送與裝配(一)線粒體蛋白質(zhì)的運送與裝配1.前體蛋白:2.導(dǎo)肽:成熟線粒體蛋白第

17、六十九張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月信號序列第七十張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)葉綠體蛋白質(zhì)的運送與裝配1.轉(zhuǎn)運肽:第七十一張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié)線粒體與葉綠體的增殖與起源一、葉綠體和線粒體的增殖二、葉綠體和線粒體的起源 關(guān)于線粒體和葉綠體的起源，現(xiàn)在主要有兩種截然相反的觀點：內(nèi)共生起源學(xué)說與非共生起源學(xué)說（或分化學(xué)說）。兩個學(xué)說各有其實驗證據(jù)和支持者。 1.內(nèi)共生起源學(xué)說：主要論據(jù) 2.非共生起源學(xué)說第七十二張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月線粒體和葉綠體的增殖 間壁分離：分裂時先由內(nèi)膜向中心內(nèi)褶，或是線粒體的某一個嵴延伸到對緣的內(nèi)膜而形成貫通嵴，將線粒體一分為二，這種分裂方式常見于鼠肝和植物產(chǎn)生組織中。 收縮后分離， 分裂時通過線粒體中部縊縮并向兩端不斷拉長然后分裂為兩個，這種分裂方式常見于蕨類和酵母線粒體中。返回第七十三張，PPT共七十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 葉綠體和線粒體的起源 關(guān)于線粒體和葉綠體內(nèi)共生起源學(xué)說 的主要論據(jù)如下： 1.線粒體和葉綠體的基因組在大小、形態(tài)和結(jié)構(gòu)方面與細菌相似。 2.線粒體和葉綠體有自己的完整的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，能獨立合成蛋白質(zhì)。其合成機制有很多類似于細菌，而不同于真核生物。 3. 線粒體和葉綠體的兩層膜有不同的