素材：線粒體的研究 高一上學(xué)期生物人教版必修1

線粒體的研究線粒體是真核細胞非常重要的細胞器，有自身的DNA、RNA和核糖體，能合成一部分自身所需的蛋白質(zhì)，是一種半自主性的細胞器。線粒體通過氧化磷酸化作用，進行能量轉(zhuǎn)換，提供細胞進行各種生命活動所需要的能量。

線粒體的研究簡史

1890年，德國生物學(xué)家Altmann首先在光學(xué)顯微鏡下觀察到動物細胞內(nèi)存在著一種顆粒狀的結(jié)構(gòu)，稱作生命小體（bioblast）。1897年Benda重復(fù)了以上實驗，并將之命名為線粒體（mitochondrion，源于希臘字mito：線，chondrion：顆粒）。1904年Meves在植物細胞中也發(fā)現(xiàn)了線粒體，從而確認線粒體是普遍存在于真核生物所有細胞中的一種重要細胞器。1900年Michaelis用詹納斯綠B（健那綠）對線粒體進行活體染色，并證實了線粒體可進行氧化還原反應(yīng)。1912年Kingsbury第一個提出線粒體是細胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)的場所。1913年Engelhardt證明磷酸化和氧的消耗偶聯(lián)在一起。1943-1950年，Kennedy和Lehninger進一步證明，檸檬酸循環(huán)、氧化磷酸化和脂肪酸氧化均發(fā)生在線粒體內(nèi)。其后，Lehninger又發(fā)現(xiàn)氧化磷酸化需要電子傳遞。1952-1953年，Palade和Sjostrand各自利用電鏡技術(shù)觀察到線粒體的精細結(jié)構(gòu)。1963-1964年又確定線粒體內(nèi)有DNA存在。從而在分子水平上對線粒體的結(jié)構(gòu)及其功能有了較全面而深入的認識。

線粒體研究的經(jīng)典實驗

亞線粒體小泡的分離和重組實驗1968年E.Racker等人用超聲波將線粒體破碎，獲得線粒體內(nèi)膜碎片自然卷成顆粒朝外的小膜泡。利用這膜泡證明了電子傳遞和磷酸化功能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。1．用胰蛋白酶或尿素處理時，小泡外的顆?？山怆x下來，這種小泡只能進行電子傳遞，而不能使ADP磷酸化生成ATP。2．將顆粒重新裝配到無顆粒的小泡上，則小泡又恢復(fù)了電子傳遞和磷酸化偶聯(lián)的能力。3．說明：線粒體呼吸鏈的各組分均存在于線粒體內(nèi)膜中，而顆粒是氧化磷酸化的偶鏈因子，位于內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)，它是基粒（ATP酶復(fù)合物）的組分之一。試題解析

試題：科學(xué)家在研究線粒體組分時，首先將線粒體放在低滲溶液中獲得漲破的外膜，經(jīng)離心后將外膜與線粒體內(nèi)膜包裹的基質(zhì)分開，再用超聲波破壞線粒體內(nèi)膜，破裂的內(nèi)膜自動閉合成小泡，然后用尿素處理這些小泡，實驗結(jié)果如下圖1所示。請分析回答：（1）研究人員發(fā)現(xiàn)，在適宜成分溶液中，線粒體含F(xiàn)0－F1顆粒內(nèi)膜小泡能完成有氧呼吸第三階段的反應(yīng)，即實現(xiàn)

的氧化，生成

，并能合成大量ATP。（2）線粒體內(nèi)膜上的F0－F1顆粒是ATP合成酶(見圖2)，其結(jié)構(gòu)由突出于膜外的親水頭部和嵌入膜內(nèi)的

尾部組成，其功能是在跨膜H+濃度梯度推動下合成ATP。為了研究ATP合成酶的結(jié)構(gòu)與合成ATP的關(guān)系，用尿素破壞內(nèi)膜小泡將F1顆粒與小泡分開，檢測處理前后ATP的合成。若處理之前，在

條件下，含

顆粒內(nèi)膜小泡能合成ATP；處理后含

顆粒內(nèi)膜小泡不能合成ATP，說明F1顆粒的功能是催化ATP的合成。（3）將線粒體放入低滲溶液中，外膜漲破的原理是

。用離心方法能將外膜與線粒體內(nèi)膜包裹的基質(zhì)分開，原因是

。（4）線粒體基質(zhì)中可能含有的化學(xué)成分有

(填選項前的字母)。a．水

b．丙酮酸c．葡萄糖

d．ATP

e．核苷酸f．氨基酸答案：(1)[H](或還原氫)水(2)疏水有跨膜H+濃度梯度F0－F1F0(3)滲透作用兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)的大小、密度、質(zhì)量不同

abdef解析：（1）線粒體內(nèi)膜上進行的是有氧呼吸的第三階段，將還原氫氧化生成水，合成大量ATP。（2）膜中磷脂分子的尾部由疏水脂肪鏈構(gòu)成，F(xiàn)0－F1顆粒的尾部也應(yīng)該是疏水的，這樣的結(jié)構(gòu)才能保持穩(wěn)定。由題意可知，ATP合成酶的功能是在跨膜H+濃度梯度推動下合成ATP。F1顆粒的功能是催化ATP的合成，F(xiàn)0顆粒的功能是將H+跨膜運輸，將F1顆粒與F0分開，可研究其功能。（3）由于線粒體膜具有選擇透過性，將線粒體放入低滲溶液中，線粒體吸水，外膜脹破。由于外膜與線粒體內(nèi)膜包裹的基質(zhì)的大小、密度、質(zhì)量不同，可用離心的方法將它們分開。（4）線粒體基質(zhì)中可進行有氧