细胞生物学线粒体和叶绿体省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章、线粒体和叶绿体1.了解线粒体、叶绿体形态结构与化学组成。了解线粒体、叶绿体形态结构与化学组成。2.了解和掌握线粒体合成了解和掌握线粒体合成ATP分子机制和原理。分子机制和原理。3.了解叶绿体光合作用分子机理。了解叶绿体光合作用分子机理。4.了解并掌握线粒体、叶绿体了解并掌握线粒体、叶绿体DNA半自主性。半自主性。5.了解线粒体、叶绿体蛋白质合成、运输与组装过程。了解线粒体、叶绿体蛋白质合成、运输与组装过程。6.了解并掌握线粒体、叶绿体起源。了解并掌握线粒体、叶绿体起源。第1页第一节、第一节、线粒体与氧化磷酸化线粒体与氧化磷酸化线粒体是能够在光学显微镜进行观察显微结构。1890年，德国生物学家Altmann第一个发觉线粒体。1897年对线粒体进行命名。19，LeonorMichaelis用染料Janusgreen对肝细胞进行染色，发觉细胞消耗氧之后，线粒体颜色逐步消失了，从而提醒线粒体含有氧化还原反应作用。第2页一、一、线粒体形态结构线粒体形态结构（一）线粒（一）线粒体形态和体形态和分布分布大小:线粒体形状各种多样，普通呈线状(如右图)，也有粒状或短线状。电子显微镜观察蝙蝠胰腺细胞线粒体第3页数量:不一样类型细胞中数目相差很大。分布在多数细胞中，线粒体均匀分布在细胞质中，但在一些细胞线粒体分布则不均。线粒体能够向细胞功效旺盛区域迁移，微管是其导轨、马达蛋白提供动力。肌细胞和精子尾部聚集较多线粒体，以提供能量线粒体包围着脂肪滴，内有大量要被氧化脂肪第4页（二）、线粒体结构与化学组成（二）、线粒体结构与化学组成1 线粒体结构线粒体结构外膜(outermembrane)内膜(innermembrane):嵴(cristae)，F1颗粒(F1particle)。膜间间隙(intermembranespace)线粒体基质(matrix)。线粒体结构模式图第5页2 线粒体各部分化学组成和特征线粒体各部分化学组成和特征 线粒体化学组成线粒体化学组成蛋白质：占线粒体干重6570%,分为可溶性蛋白（基质酶和膜外周蛋白）和不溶性蛋白（膜镶嵌蛋白）。脂类：占干重2030%，多数是磷脂，占总脂3/4以上。含丰富心磷脂和较少胆固醇。线粒体内膜上脂类与蛋白质比值低(0.3:1)，外膜中比值较高(靠近1:1)。第6页 线粒体各部分特征和功效线粒体各部分特征和功效蛋白分布:第7页功效因为线粒体各部分结构化学组成和性质不一样，它们功效各异。第8页标志酶经过细胞化学分析，线粒体各部位有特征性酶，称为标志酶。外膜:单胺氧化酶内膜:细胞色素氧化酶膜间隙:腺苷酸激酶基质:苹果酸脱氢酶第9页外膜单位膜结构。外膜含有孔蛋白,通透性高,膜间隙中环境与胞质溶胶相同。外膜含有一些特殊酶类，如单胺氧化酶,这种酶能够终止胺神经递质,如降肾上腺素和多巴胺作用。线粒体外膜功效：建立膜间隙；对那些将在线粒体基质中进行彻底氧化物质先行初步分解。第10页内膜内膜富含心磷脂，通透性差，普通不允许离子和大多数带电小分子经过。线粒体内膜通常要向基质折褶形成嵴，其上有ATP合酶（F0-F1复合体）。内膜酶类能够粗略地分为三类运输酶类、合成酶类、电子传递和ATP合成酶类。内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化主要部位。在电子传递和氧化磷酸化过程中，线粒体将氧化过程中释放出来能量转变成ATP。第11页膜间隙：宽68nm，膜间隙中化学成份很多，几乎靠近胞质溶胶。膜间隙功效是建立和维持氢质子梯度。线粒体基质：与三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸降解等相关酶都存在于基质之中；另外还含有DNA、tRNAs、rRNA、以及线粒体基因表示各种酶和核糖体。第12页二、线粒体功效二、线粒体功效-氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用线粒体是真核生物氧化代谢中心。最终氧化共同路径是三羧酸循环和呼吸链氧化磷酸化。（一）（一）氧化作用氧化作用葡萄糖和脂肪酸是真核细胞能量主要起源。真核细胞中碳水化合物代谢俯瞰第13页 葡萄糖酵解生成丙酮酸葡萄糖酵解生成丙酮酸糖酵解(glycolysis)。葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸过程：生成2分子ATP和2分子NADH第14页 线粒体中乙酰线粒体中乙酰CoA生成生成丙酮酸生成乙酰CoA细胞质中丙酮酸分子经过线粒体膜进入基质。在基质中，丙酮酸被丙酮酸脱氢酶氧化成乙酰辅酶A，同时生成一分子NADH和一分子CO2。乙酰辅酶A是线粒体能量代谢关键分子，不论是糖还是脂肪酸作为能源，都要在线粒体中被转变成乙酰辅酶A才能进入三羧酸循环彻底氧化。第15页 三羧酸循环三羧酸循环每循环一次生成2分子CO2、1分子GTP、4分子NADH和1分子FADH2，释放5对电子。1分子葡萄糖完分子葡萄糖完全彻底氧化能全彻底氧化能生成多少分子生成多少分子ATP？第16页（二）、（二）、呼吸链与电子传递呼吸链与电子传递 电子载体(electroncarriers)黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白和辅酶Q。黄素蛋白(flavoproteins)黄素蛋白是由一条多肽结合1个辅基组成酶类，每个辅基能够接收和提供两个质子和电子。辅酶NAD+、NADP+、FAD和FMN在氧化和还原状态下结构第17页细胞色素(cytochromes)细胞色素是含有血红素辅基一类蛋白质（cyta、a3、b、c、c1）。在氧化还原过程中，血红素基团铁原子能够传递单个电子。血红素中铁经过Fe3+和Fe2+两种状态改变传递电子。图中所表示是细胞色素c,血红素与多肽两个半胱氨酸共价结合,但在大多数细胞色素分子中,血红素并不与多肽共价结合。第18页铁硫蛋白(Fe/Sprotein)铁硫蛋白是含铁蛋白质，也是细胞色素类蛋白。在铁硫蛋白分子中央结合不是血红素而是铁和硫，称为铁-硫中心。两种类型铁硫蛋白结构(a)2Fe-2S型铁硫蛋白;(b)4Fe-4S型铁硫蛋白第19页辅酶Q(coenzymeQ)：辅酶Q是一个脂溶性分子，含有长长疏水链，由五碳类戊二醇组成。辅酶Q氧化还原：辅酶Q半醌全醌。辅酶Q氧化和还原形式第20页 氧化还原电位与载体排列次序氧化还原电位与载体排列次序第21页呼吸链电子载体排列次序：电子从一个载体传向另一个载体，直至最终受体被还原为止，在该呼吸链中最终受体是O2，接收电子后生成水。电子传递链中几个电子载体及电子传递第22页主、次呼吸链：主呼吸链由复合物主呼吸链由复合物、和和组成。组成。次呼吸链由复合次呼吸链由复合物物、组成。组成。呼吸链组成和排列呼吸链组成和排列第23页电子传递链结构与功效第24页复合物I：NADH脱氢酶，NADHFMNFe-SQ,传递2e时伴伴随4个H+被传递到膜间隙。复合物：琥珀酸脱氢酶，琥珀酸FADFe-SQ，此过程不伴随H+传递。复合物：每传递一对电子同时传递4个H+到膜间隙。复合物：细胞色素c氧化酶。cytcCuAhemeaa3-CuBO2，每传递2e，从mt基质中摄取4H+，其中两个形成水，另两个被跨膜转运到膜间隙。第25页复合物复合物电子传递比较复杂，和电子传递比较复杂，和“Q循环循环”相关相关 （p138 图图6-8）第26页（三）、（三）、递氢体与电化学梯度建立递氢体与电化学梯度建立递氢体能将氢质子跨膜传递到膜间隙复合物称为递氢体,或称递质子体。复合物、既是电子载体,又是递氢体;复合物只是电子载体,而不是递氢体。电化学梯度(electrochemicalgradient)质子跨膜转运使内膜两侧发生两个显著改变线粒体膜间隙产生大量正电荷，而线粒体基质产生大量负电荷，使内膜两侧形成电位差；第二是两侧氢离子浓度不一样因而产生pH梯度(pH),这两种梯度合称为电化学梯度。第27页（四）、氧化磷酸化（四）、氧化磷酸化:ATP形成机制形成机制 呼吸链含有三个氧化磷酸化偶联位点呼吸链含有三个氧化磷酸化偶联位点氧化磷酸化偶联位点依据对呼吸链中不一样复合物间氧化还原电位研究，发觉复合物、每传递一对电子，释放自由能都足够合成一分子ATP，所以将复合物、看成是呼吸链中电子传递与氧化磷酸化偶联三个位点。假如以FADH2作为电子供体，则只有两个ATP合成偶联位点。第28页 偶联因子偶联因子1(coupling factor 1)ATP偶联因子电镜照片（负染）第29页 ATP合酶合酶(ATP synthase)结构和功效结构和功效图ATP合酶形态(a)电镜照片;(b)依据电镜照片绘制模式图和各部分大小。第30页F1颗粒组成第31页定子（stator）和转子（rotor）Timothy等人提出了一个ATP合酶中能量转化过程模型。该模型认为由ab33组成了“定子”，c则形成“转子”。当H+质子穿过a和c之间通道时产生了力矩，从而推进了转子与定子间相对转动，这么在F1中合成了ATP。F0F1-ATP合酶作用机理图解第32页 氧化磷酸化偶联机理氧化磷酸化偶联机理:化学渗透假说化学渗透假说英国生物化学家P.Mitchell1961年提出第33页 ATP合酶合成合酶合成ATP机理机理 结合变构模型O型为空载结构;L型同ADP和Pi结合较强;T型与ADP和Pi结合很紧，并能自动形成ATP，并紧密结合ATP。第34页1979年代BoyerP提出构象耦联假说。其关键点以下：1ATP酶利用质子动力势，发生构象改变，改变与底物亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。2F1含有三个催化位点，但在特定时间，三个催化位点构象不一样（L、T、O），与核苷酸亲和力不一样。3质子经过F0时，引发c亚基组成环旋转，从而带动亚基旋转，因为亚基端部是高度不对称，它旋转引发亚基3个催化位点构象周期性改变（L、T、O），不停将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。第35页F1和旋转试验证实第36页氧化磷酸化抑制剂1电子传递抑制剂：抑制NADHCoQ电子传递。阿米妥、鱼藤酮。抑制复合物III。抗霉素A。抑制复合物IV。如：CO、CN、H2S。电子传递抑制剂可用来研究呼吸链各组分排列次序，当呼吸链某一特定部位被抑制后，底物一侧均为还原状态，氧一侧均为氧化态，可用分光光度计检测。第37页第38页鱼藤酮、阿米妥抗霉素ACN、CO第39页2磷酸化抑制剂与F0结合结合，阻断H+通道。如：寡霉素。3解偶联剂（uncoupler）解偶联蛋白(uncouplingproteins,UCPs)：位于动物棕色脂肪组织和肌肉线粒体，与维持体温相关。质子载体：DNP、FCCP。质子通道：增温素（thermogenin）。其它离子载体：如缬氨霉素。一些药品：如过量阿斯匹林。第40页解偶联剂什么是解偶联剂（uncoupler）？解偶联剂使氧化和磷酸化脱偶联，氧化仍能够进行，而磷酸化不能进行，解偶联剂为离子载体或通道，能增大线粒体内膜对H+通透性，消除H+梯度，因而无ATP生成，使氧化释放出来能量全部以热形式散发。如质子载体2,4-二硝基酚(DNP)。故DNP曾被当做减肥药使用第41页第二节、叶绿体和光合作用一、叶绿体结构和化学组成形态:高等植物中叶绿体为球形、椭圆形或卵圆形，为双凹面。有些叶绿体呈棒状，中央区较细小而两端膨大。大小通常宽为25m,长510m。对于特定细胞类型来说，叶绿体大小叶绿体就比单倍体细胞要大些。第42页（一）叶绿体形态大小、数量和分布（一）叶绿体形态大小、数量和分布数量大多数高等植物叶肉细胞含有几十到几百个叶绿体,可占细胞质体积40%。分布叶绿体在细胞质中分布有时是很均匀，但有时也常集聚在核附近，或者靠近细胞壁。图植物叶细胞中叶绿体第43页（二）叶绿体结构和化学组成（二）叶绿体结构和化学组成叶绿体是由叶绿体膜、类囊体、基质组成。叶绿体结构比较特殊,它含有3种不一样膜(外膜、内膜和类囊体膜)以及3种彼此分隔区室(膜间隙、叶绿体基质和类囊体腔)。叶绿体膜与区室第44页1、叶绿体膜结构与化学组成、叶绿体膜结构与化学组成被膜:厚度为68nm,膜间隙1020nm宽。叶绿体内膜普通不向内折成嵴,但在一些植物中，内膜可皱折形成相互连接泡状或管状结构，称为周质网以增加内膜表面积。叶绿体内膜含有较多膜整合蛋白,所以内膜蛋白与脂比值比外膜高。第45页总脂百分数脂 外膜 内膜 类囊体膜 糖脂 单半乳糖二乙酰甘油 17 55 40 二半乳糖二乙酰甘油 29 29 19 硫醌二乙酰甘油 6 5 5 磷脂 磷脂酰甘油 10 9 5 磷脂酰胆碱 32 0 0 磷脂酰肌醇 5 1 1 光吸收色素 叶绿素 0 0 20 类胡萝卜素 1 1 6 醌 0 0 3 蛋白质/脂比值0.35 0.9 1.5 菠菜叶绿体膜脂含量第46页内膜参加脂合成内膜上蛋白质大多是与糖脂、磷脂合成相关酶类。研究结果表明叶绿体被膜不但是叶绿体脂合成场所，也是整个植物细胞脂合成主要场所。这一点与动物细胞有很大不一样,在动物细胞中,脂类合成主要是在光面内质网上进行。膜间隙叶绿体膜间隙将叶绿体内外膜分开。因为外膜通透性大，所以膜间隙成份几乎同胞质溶胶一样。尚不了解在膜间隙中有哪些蛋白存在。第47页 叶绿体被膜通透性与内膜转运蛋白叶绿体被膜通透性与内膜转运蛋白外膜通透性膜上有孔蛋白存在，通透性好。内膜通透性通透性差,除O2、水和CO2外,其它都不能自由经过。转运蛋白与磷酸交换载体叶绿体内膜上有很多运输蛋白,称为转运蛋白。如磷酸交换载体、二羧酸转运载体等。叶绿体内膜中Pi-3PGAL转运蛋白第48页二羧酸转运载体苹果酸/延胡索酸穿梭转运蛋白是经典二羧酸交换载体。交换结果是将叶绿体基质中高能电子转运到细胞质中。叶绿体内膜中苹果酸/延胡索酸穿梭转运蛋白第49页叶绿体内膜中其它转运载体叶绿体内膜中其它转运载体(表表)载体功效ADP/ATP交换载体进行细胞质和叶绿体基质间ADP/ATP交换二羧酸交换载体进行细胞质和叶绿体基质间二羧酸交换葡萄糖载体将叶绿体基质中葡萄糖运输到胞质溶胶乙醇酸载体将叶绿体基质中乙醇酸运输到胞质溶胶磷酸交换载体将细胞质中无机磷与叶绿体基质中三碳糖进行交换第50页2、类囊体类囊体(thylakoid)类囊体由内膜发展而来,呈扁平小囊，是光合作用光反应场所。类囊体结构分类基粒类囊体、基质类囊体。全部参加光合作用色素、光合作用所需酶类、电子传递载体、及偶联ATP合成酶都在类囊体膜上。由类囊体膜封闭区室称为类囊体腔。光反应中,由光驱动电子传递释放出能量将H+泵进类囊体腔从而建立H+梯度。图基粒和基质类囊体立体结构(a)切开叶绿体模式图;(b)两种类型类囊体模式图第51页 类囊体膜化学组成类囊体膜化学组成类囊体膜脂主要是含半乳糖一些糖脂和含有光吸收功效脂类色素,而磷脂仅占5%20%。类囊体膜脂中脂肪酸主要是不饱和亚麻酸,约占87%,所以,类囊体膜脂双层流动性尤其大。类囊体膜膜蛋白其蛋白质与脂比值很高。外周蛋白内在蛋白：如质体蓝素、细胞色素等。叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质中含有大量可溶性蛋白,其中RuBP羧化酶占可溶性蛋白总量60%。另外,基质中还含有CO2固定反应全部酶类。叶绿体基质中还有核糖体、DNA和RNA等。叶绿体DNA大约编码100种多肽,包括叶绿体DNA复制、转录、遗传信息翻译。叶绿体基质是光合作用固定CO2场所。第52页二、叶绿体光合作用光合作用概述：6CO2+6H2O+光C6H12O6+6O2+化学能(674000千卡)。早在19，F.Blackman就提出光合作用可分为光反应和暗反应。光反应是对光吸收，并产生氧。暗反应包括到CO2固定(图)。据预计,地球上植物每年将6001012千克CO2转变成糖,同时释放4001012千克O2。光反应与暗反应间关系第53页（一）光吸收（一）光吸收(light absorption)概念光吸收又称原初反应,指叶绿素分子从被光激发至引发第一个光化学反应为止过程，包含光能吸收、传递和转换。光子(photon)光吸收就是固定光子,即光线中携带能量粒子。基态(groundstate)与激发态(exitedstate)当一个光子被分子吸收时,分子从基态变成激发态，激发态分子是不稳定（10-9秒）。叶绿素分子由激发态变为基态时,它高能电子没有回落到低能轨道,而是在约为10-12秒时间内传递给了受体,时间。这实际上将吸收光子光能转变成了电能。第54页1、光合作用色素光合作用色素色素(pigments)是含有特定化学基团分子,这些化学基团能够吸收可见光谱中特定波长光，类囊体膜上有捕光色素，只含有吸收聚集光能作用,而无光化学活性,故此又称为天线色素。叶绿素植物光合作用主要色素是叶绿素。叶绿素主要吸收蓝色和红色光，在光合作用光吸收中起关键作用。类胡萝卜素类胡萝卜素吸收紫色和蓝色光,可帮助叶绿素提升对光吸收效应。藻胆素藻胆素,存在于红藻和蓝细菌中。图8-12叶绿素、类胡萝卜素和胆红素结构第55页类胡萝卜素和藻胆素吸收了一些叶绿素不能吸收杂色光,起了过滤作用(图),同时,这些色素吸收光能也能转移给叶绿素,从而帮助叶绿素提升了光吸收效应。图光合作用作用光谱图中作用光谱是指不一样波长光对植物叶光合作用影响;吸收光谱是三种色素联合起来吸收光谱,三种不一样色素吸收光谱用不一样线表示。第56页 光合作用单位和反应中心光合作用单位和反应中心叶绿素必须组成功效单位才能吸收足够光能用于固定CO2（试验发觉在光合作用中，每固定1CO2需要2500个叶绿素分子，而每固定1CO2，需要消耗8个光子，由此推算固定一个光子大约需要300个分子叶绿素）。光系统(photosystem)进行光吸收功效单位称为光系统,是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成复合物。每一个光系统含有两个主要成份捕光复合物和光反应中心复合物。光吸收色素将捕捉光能传递给中心一对叶绿素a,由叶绿素a激发一个电子，并进入光合作用电子传递链。捕光复合物。光反应中心复合物由几个与叶绿素a相关多肽，以及一些与脂相连蛋白质所组成，它们作用是作为电子供体和受体。第57页图8-15光系统对光能吸收、传递与转变(a)反应中心起始过程。一对尤其叶绿素分子紧紧地与色素-蛋白复合物结合在一起,左右两侧分别是低电动势和高电动势供体和受体。一旦叶绿素中电子被光能激发,就能传递到电子受体,并作为高能电子被稳定下来。带正电荷叶绿素分子很快从供体中获取一个低能电子,从而回复到静息状态。整个反应不到10-6秒。(b)从低能电子到形成高能电子过程。在此过程中使整个反应中心回复到静息状态,其中需从水中取得低能电子并使之成为类囊体膜中高能电子。第58页 光能吸收、传递与转变光能吸收、传递与转变光吸收和光能传递是由光系统完成第59页（二）、电子传递与光合磷酸化（二）、电子传递与光合磷酸化电子传递是光反应第二步。经过电子传递,将光吸收产生高能电子自由能贮备起来,同时使光反应中心叶绿素分子取得低能电子以补充失去电子,回复静息状态。在电子传递过程中,包括水光解、还包括两对偶联氧还对:O2-H2O、NADP+-NADPH。光合作用电子载体未来自于水电子传递给NADP+。电子载体和电子传递复合物电子载体和电子传递复合物光合作用电子传递是经过光合作用电子传递链传递。该传递链同线粒体呼吸链中电子载体作用基本相同。光合作用电子传递链与氧化磷酸化作用电子传递链有什么异同?答案：线粒体呼吸链中载体位于内膜，将NADH和FADH2电子传递给氧，释放出能量用于ATP合成；而光合作用电子载体位于类囊体膜上，未来自于水电子传递给NADP+，而且这是一个吸热过程而不是放热过程。第60页电子载体细胞色素：细胞色素：其中，Cytb6和Cytf吸收波长分别是563nm和553nm。铁氧还蛋白：铁氧还蛋白：经过Fe3+Fe2+循环传递电子。NADP+还原酶还原酶：NADP+还原酶是参加光合作用电子传递主要黄素蛋白，这是一个含有FAD酶，催化电子从铁氧还蛋白传递给NADP+。质体蓝素质体蓝素(plastocyanin,PC)：一个含铜蛋白质,氧化型呈蓝色,吸收光谱为600nm。在还原状态时蓝色消失；传递电子时靠Cu2+Cu+状态循环。质体醌质体醌(plastoquinone,PQ)(图):质子和电子载体,是经过醌和醌醇循环来传递电子和氢质子。NADP+是光合作用中最终一个电子受体，接收两个电子成为还原型NADPH。图质体醌氧化和还原状态第61页电子传递复合物组成：光系统、光系统、细胞色素b6/f复合物。细胞色素b/f复合物：是类囊体膜上可分离出来复合物,由四个多肽组成:即细胞色素f、细胞色素b6、一个铁硫蛋白和一个相对分子质量为17kDa多肽。第62页 光系统光系统复合物结构及功效复合物结构及功效光系统(PScomplex)：含有两个捕光复合物和一个光反应中心。组成PS捕光复合物称为LHC,而将PS光反应中心色素称为P680。第63页 水裂解反应与电子向水裂解反应与电子向PS传递传递水裂解反应PS在光反应中,反应中心色素被氧化成P680+,这是一个很好氧化剂,它氧还电位为+1.1V,足以将水裂解(水氧还电位是+0.82V)。每裂解两分子H2O,释放4个电子、1分子O2和4个H+质子:2H2OO2+4H+4e-,这一反应又称为水光解作用(photolysis)。图Mn电子传递与水光解。S表示Mn集团正电荷数第64页 光系统光系统复合物结构及电子传递复合物结构及电子传递光系统复合物(PS)含有一个捕光复合物(LCH)和一个光反应中心,光反应中心色素称为P700。PS功效是将电子从质体蓝素传递给铁氧还蛋白（与类囊体膜表面涣散结合）。电子从质体蓝素传递给铁氧还蛋白在热力学上是不利,需要光能去驱动(图)图光系统功效结构第65页 电子从电子从PS向向PS传递传递PQH2(是一个脂溶性分子,在脂双层中经过扩散)细胞色素b6/f复合物,(同时将氢质子释放到类囊体腔,利于质子梯度建立)。经Cytb6FeSCytf,再传递给另一个可动水溶性电子载体质体蓝素（一个含铜蛋白,位于类囊体膜腔面）,然后再传递给PSP700+(图)。图电子在PS与PSI之间传递第66页 电子传递两种路径电子传递两种路径:非循环式与循环式非循环式与循环式非循环式电子传递第67页循环式电子传递路径过程：如图。原因：NADP+浓度不足,或NADPH浓度过高,所以Fd只能将电子传回给Cytb6/f。意义：意义：这种电子流对光合作用含有主要调整作用,主要是调整光反应中合成ATP与还原NADPH比值,因为在暗反应中,固定CO2时既需要ATP也需要NADPH,二者间应有一个适当百分比,保持平衡。图循环式电子流第68页光合磷酸化光合磷酸化(photophosphorylation)在光合作用光反应中,除了将一部分光能转移到NADPH中暂时储存外,还要利用另外一部分光能合成ATP,将光合作用与ADP磷酸化偶联起来,这就是光合磷酸化。光合磷酸化一样需要建立电化学质子梯度、ATP合酶,其机理也可用化学渗透假说来解释。电子传递与电子传递与H+电化学梯度建立电化学梯度建立光反应中,类囊体膜两侧H+梯度形成:首先是水光解,释放4个H+；Cytb6/f复合物；FdNADP+。图类囊体膜进行电子传递与H+梯度建立第69页 CF0-CF1 ATP合酶合酶结构组成和功效CF1有五种亚基:、.在、亚基上有ATP、ADP结合和催化位点。亚基与CF0结合。亚基控制质子流动。CF0最少有四种亚基，分别称为、。CF1-F0激活与线粒体不一样,需要-SH化合物,同时还要Mg2+。另外,F1ATP合酶只要经过两个H+就能够合成一个ATP,而CF1需要经过三个H+才能合成一分子ATP。图基粒和基质类囊体膜中CF1ATP合酶及其它复合物分布第70页 电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化非循环式光合磷酸化电子传递与光合磷酸化(非循环式)第71页循环式光合磷酸化产物:ATP,无NADPH和O2。循环式光合磷酸化约占光合磷酸化1020%，尤其是NADP+不足时所占百分比更大,所以它对光反应中产生ATP和NADPH百分比含有调整作用。图紫细菌中循环式光合磷酸化,细菌中每经过4个H+合成一分子ATP第72页（三）、二氧化碳固定和碳水化合物合成（三）、二氧化碳固定和碳水化合物合成暗反应利用光反应产生NADPH和ATP,将CO2还原合成糖，暗反应在叶绿体基质中进行。1、C3路径路径:卡尔文循环卡尔文循环(Calvin cycle)（p155）6CO2+18ATP+12NADPHC6H12O6+18ADP+18P第73页CO2羧化(carboxylation)CO2受体是一个5碳糖:核酮糖1,5二磷酸(RuBP),CO2在被还原之前,在RuBP羧化酶催化下,以RuBP作为CO2受体,首先被固定形成羧基,然后裂解形成两分子3-磷酸甘油酸(图)。还原阶段3-磷酸甘油酸1,3二磷酸甘油酸（磷酸甘油酸激酶）3-磷酸甘油醛（甘油醛磷酸脱氢酶）。这是一个吸能反应,光反应中合成ATP和NADPH主要是在这一阶段被利用。还原反应是光反应和暗反应连接点,一旦CO2被还原成3-磷酸甘油醛,光合作用便完成了贮能过程。RuBP再生3-磷酸甘油醛经一系列相互转变最终再生成5-磷酸核酮糖,然后在磷酸核酮糖激酶作用下,发生磷酸化作用生成RuBP,再消耗一个ATP。RuBP羧化酶催化固定CO2第74页2、C4植物与植物与C4路径路径1965年HugoKortschak在研究甘蔗中光合作用时发觉。图C3和C4植物叶细胞结构差异(a)在C3植物中,卡尔文循环发生在叶肉细胞;(b)在C4植物中,卡尔文循环发生在维管束鞘细胞,位于组织内层。C4植物利用叶肉细胞固定CO2,然后在维管束鞘细胞中释放,确保了CO2高浓度进入卡尔文循环。第75页C4路径在C4植物中,由PEP羧化酶在一个类型细胞中固定CO2,然后在另一个类型细胞中将固定CO2释放出来供卡尔文循环时再固定。CAM植物植物一些生长在干热环境中植物,用直接方式提升CO2固定效率,而不需要两种不一样类型细胞参加。图8-32CO2固定并向卡尔文循环传递C4路径第76页第三节、线粒体和叶绿体半自主性一、一、线粒体线粒体DNA半自主性半自主性线粒体是一个半自主性细胞器，有自己DNA和蛋白质合成系统。但线粒体中蛋白质只有少数几个是线粒体基因编码。线粒体基因组线粒体基因组如图，动物细胞线粒体基因组较小，约16.5kb，通常与线粒体内膜结合在一起。人线粒体基因没有发觉内含子，但在酵母线粒体最少两个基因中发觉有内含子，如细胞色素氧化酶复合物亚基蛋白基因中就有9个内含子。图人线粒体基因组tRNA基因用对应氨基酸三个字母表示第77页 线粒体基因线粒体基因线粒体基因在人线粒体DNA中有两个线粒体rRNA基因:12SrRNA和16SrRNA基因、22种线粒体合成蛋白质所需tRNA基因和13种编码蛋白质基因。(表7-6)。第78页 线粒体密码线粒体密码特异密码线粒体使用核基因通用密码，但也有些例外(表)。第79页线粒体类似于细菌特征：环形DNA；70S核糖体；RNA聚合酶被溴化乙锭抑制，不被放线菌素D所抑制；tRNA和氨酰基-tRNA合成酶不一样于细胞质中；蛋白质合成起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA；对细菌蛋白质合成抑制剂氯霉素敏感对细胞质蛋白合成抑制剂放线菌酮不敏感。第80页 两套遗传体系协同性两套遗传体系协同性核、mt两套遗传体系遗传机制不一样。放线菌酮放线菌酮是细胞质蛋白质合成抑制剂，不过对mt蛋白质翻译却没有作用。氯霉素、四环素、红霉氯霉素、四环素、红霉素等素等能够抑制mt蛋白质合成，但对细胞质蛋白质合成没有影响。经过对转录抑制研究，发觉线粒体基因转录RNA聚合酶也是特异(图)。图7蛋白质合成抑制剂作用位点，线粒体与细胞核基因转录抑制剂是不一样。第81页二、叶绿体DNA半自主性叶绿体生长和增殖受核基因组和本身基因组共同控制。1、叶绿体基因组、叶绿体基因组 叶绿体基因组呈环状。不一样植物叶绿体基因组大小改变很大,高等植物叶绿体通常为20kb160kb,绿藻基因组较小,长为85kb。在高等植物中,叶绿体基因组是多拷贝,通常可达2040。叶绿体基因组主要特点是大多数植物含有反向重复序列(invertedrepeat,IR),长度676kb不等。图烟草叶绿体基因组基因图谱第82页 叶绿体半自主性叶绿体半自主性线粒体与叶绿体相同性：均由两层膜包被，内外膜性质、结构有显著差异。均为半自主性细胞器，含有本身DNA及转译体系。所以绿色植物细胞内存在3个遗传系统。叶绿体ctDNA不足以编码叶绿体所需全部蛋白质，所以必须依靠于核基因来编码其余蛋白质。经过定向转运进入叶绿体各部分。基因类型数量基因类型数量编码RNA类囊体膜16SrRNA1光系统 223SrRNA1光系统 74.5SrRNA1细胞色素b6/f35SrRNA1H+-ATPase6tRNA30其它表示基因NADH脱氢酶6r-蛋白质19铁氧还蛋白3RNA聚合酶3RuBP羧化酶1其它2未判定功效29总计110表叶绿体基因组编码基因第83页三、mt、chl蛋白质运输与组装Mt、chl中含有1000各种蛋白质，其本身合成仅十余种，所以大量蛋白质是在细胞质中合成。蛋白质两种合成、运输方蛋白质两种合成、运输方式式一个是游离核糖体；另一个是膜结合核糖体。翻译后转运：游离核糖体上合成蛋白质运输方式(图)。共翻译转运：膜结合核糖体上合成蛋白质运输方式图蛋白质翻译后转运第84页共翻译转运共翻译转运与蛋白质分选与蛋白质分选膜结合核糖体上蛋白质合成经过定位信号，一边翻译，一边进入内质网，称为共共翻译转运翻译转运。不一样蛋白质合成后在不一样信号指挥下进入不一样细胞器称为蛋白质分选蛋白质分选图蛋白质共翻译转运膜结合核糖体合成蛋白质经内质网、高尔基体进行转运，运输目标地包含内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外基质等。第85页 导向序列与信号序列导向序列与信号序列导向序列将游离核糖体游离核糖体上合成蛋白质N-端信号导向序列，因为这一段序列是氨基酸组成肽，所以又称为导肽导肽(leadingpeptide)。Mt中导肽特征：1、富含Arg等碱性氨基酸；2、羟基氨基酸含量也较高，如Ser；几乎不含Glu、Asp；3、导肽可形成双亲性结构，以利转运时穿过线粒体双层膜。信号序列将膜结合核糖体膜结合核糖体上合成蛋白质N-端序列称为信号序列(signalsequence)，将组成该序列肽称为信号肽信号肽（signalpeptide)。第86页线粒体蛋白转运线粒体蛋白转运图线粒体蛋白转运部位第87页分子伴侣（molecularchaperon）概念：一类在序列上没有相关性但有共同功效蛋白质，它们在细胞内帮助其它含多肽结构完成正确组装，而且在组装完成后与之分离，不组成这些蛋白质结构执行功效时组份。种类：伴侣素家族（chaperonin,Cpn）、热休克蛋白家族（Hspfamily）、核质素、T受体结合蛋白(TRAP)等特征：1、分子伴侣对靶蛋白没有高度专一性，同一分子伴侣能够促进各种氨基酸序列完全不一样多肽链折叠成为空间结构、性质和功效都不相关蛋白质。2、它催化效率很低。行使功效需要水解ATP，以改变其构象，释放底物，进行再循环。3、它和肽链折叠关系，是阻止错误折叠，而不是促进正确折叠。4.多能性（胁迫保护预防交联聚沉，转运，调整转录和复制，组装细胞骨架）5.进化保守性第88页 线粒体基质蛋白线粒体基质蛋白(mitochondrial matrix protein)转运转运线粒体基质蛋白，除极少数外，都是游离核糖体合成，并经过转运肽转运进来，转运过程十分复杂(图)。图蛋白质输入线粒体基质第89页 线粒体膜间隙蛋白转运线粒体膜间隙蛋白转运线粒体膜间隙蛋白如细胞色素c定位需要两个导向序列，位于N端最前面为基质导向序列，其后还有第二个导向序列，即膜间隙导向序列，功效是将蛋白质定位于内膜或膜间隙，这类蛋白有两种转运定位方式。保守性寻靶图线粒体内膜蛋白保守性寻靶第90页非保守性寻靶(nonconservativetargeting)首先在线粒体基质导向序列引导下,经过线粒体外膜和内膜,不过疏水膜间隙导向序列作为停顿转运序列锚定在内膜上,从而阻止了蛋白质C-末端穿过内膜进入线粒体基质；然后经过蛋白质扩散作用,锚定在内膜上蛋白逐步离开转运通道,最终在转肽酶作用下,将膜间隙导向序列切除,蛋白质释放到膜间隙,结合血红素后,蛋白质折叠成正确构型。图线粒体膜间隙蛋白非保守性寻靶第91页第四节、第四节、线粒体、叶绿体增殖与起源线粒体、叶绿体增殖与起源线粒体增殖方式线粒体增殖几个假说现有线粒体生长到一定大小就要开始分裂，形成两个小、新线粒体;旧线粒体被吞噬，细胞内利用脂、蛋白、DNA等重新合成线粒体;利用其他膜，如质膜、核膜、内质网膜等重新装配新线粒体。显微镜观察结果（图）实验证明为了证显著微镜下观察到线粒体分裂增殖可靠性，1965年DavidLuck经过放射性标记实验，深入支持了线粒体分裂增殖观点。图脂肪细胞中正在分裂线粒体电镜照片第92页 线粒体起源线粒体起源关于线粒体起源有两种假说:内共生学说和非内共生学说。内共生学说：（endosymbionthypothesis)非内共生学说：又称细胞内分化学说。认为线粒体发生是质膜内陷结果。图线粒体进化路径第93页内共生学说证据1、mt、chl内膜和外膜组成与特点差异；2、mt、chl基因组大小、形态、结构特点；3、mt、chl蛋白质表示系统特点；4、mt、chl自我分裂增殖方式；第94页叶绿体发生和起源叶绿体发生和起源增殖在个体发育中,叶绿体是由前质体分化而来,叶绿体增殖也是由原有叶绿体分裂而来,但对叶绿体确实切分裂方式并不很了解。起源同线粒体一样,有两种学说,但普遍接收内共生学说(endosymbiosishypothesis),认为叶绿体祖先是蓝叶绿体祖先是蓝藻或光合细菌藻或光合细菌,在生物进化过程中被原始真核细胞吞噬,共生在一起进化成为今天叶绿体(图)。叶绿体起源被认为是光合作用细菌与已经含有线粒体早期真核生物共生而来。图叶绿体起源第95页思索题1、说明线粒体基粒结构组成和功效。说明线粒体基粒结构组成和功效。2、何谓呼吸链何谓呼吸链?呼吸链组成次序怎样呼吸链组成次序怎样?呼吸链又有何呼吸链又有何功效功效?3、线粒体中、线粒体中ATP合成是怎样经过氧化磷酸化偶联过合成是怎样经过氧化磷酸化偶联过程实现？程实现？4、为何说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？、为何说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？5、什么是线粒体内共生学说？证据有哪些？、什么是线粒体内共生学说？证据有哪些？第96页