7细胞的能量转换线粒体和叶绿体0.ppt

第七章 细胞的能量转换 --线粒体和叶绿体 本章要点： 线粒体与氧化磷酸化 叶绿体与光合作用 线粒体和叶绿体是半自主性的细胞器 线粒体和叶绿体的增殖和起源 第一节 线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的形态、大小、数量及分布 线粒体一般呈粒状、杆状、环形、哑铃形等； 一般直径0.5-1μm，长1.5-3.0μm 。 数目一般数百到数千个; 通常结合在微管上，分布在细胞功能旺盛的区域 二、线粒体的超微结构 1. 外膜： 蛋白质/脂类=1，具有孔蛋白（porin）构成亲水通道，通透性高。 标志酶为单胺氧化酶。 2. 内膜： 蛋白质/脂类3:1，通透性低； 内膜向基质内折叠形成嵴（cristae）； 嵴上规则排列许多基粒（elementary particle） ； 线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜，标志酶为细胞色素C氧化酶。 3. 膜间隙 pH值与细胞质相似； 标志酶为腺苷酸激酶。 4. 基质 酶的种类最多（TCA循环、脂肪酸氧化等） 标志酶为苹果酸脱氢酶。 含线粒体的遗传系统：包括线粒体DNA（mtDNA），70S型核糖体，RNA、转录和翻译所必须的各种装置。 三、线粒体的功能 1. 电子传递链 概念：存在于线粒体内膜上的一组酶的复合体。由一系列能可逆的接受和释放电子或H+的化学物质组成，他们在内膜上相互关联地有序排列成传递链，称为电子传递链。 组成：黄素蛋白、细胞色素、辅酶Q、铁硫蛋白、铜原子。 黄素蛋白：含FMN或FAD的蛋白质，每个FMN或FAD可接受2个电子，2个质子。呼吸链上具有以FMN为辅基的NADH脱氢酶和以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。 细胞色素：分子中含有血红素铁，以共价形式与蛋白结合，通过Fe3+、Fe2+形式变化传递电子，呼吸链中有5类，即细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原子。 辅酶Q：是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子。 铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递。 铜原子：位于线粒体内膜的一个蛋白质上，通过Cu2+、Cu1+的变化传递电子。 2. 呼吸链的复合物 复合物Ⅰ 即NADH脱氢酶，含有1个FMN和至少6个铁硫蛋白； 作用是催化NADH的2个电子传递至辅酶Q，同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。 电子传递的方向为：NADH－FMN－Fe-S－Q。 复合物Ⅱ 即琥珀酸脱氢酶，含有1个FAD，2个铁硫蛋白。 作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q，但不转移质子。 电子传递的方向为：琥珀酸－FAD－Fe-S－Q 复合物 Ⅲ 即细胞色素c还原酶，每个单体包含1个细胞色素b、1个细胞色素c1和1个铁硫蛋白。 作用是催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 复合物 Ⅳ 即细胞色素c氧化酶；含细胞色素a、a3及铜原子； 作用是将从细胞色素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。 (二)ATP合成酶的结构和作用机理 1. ATP合成酶的结构： 球形的F1（头部）:水溶性的蛋白复合物，5种类型的9个亚基组成α3β3γδε复合体。 嵌入膜中的F0（基部）：嵌入内膜的疏水蛋白复合物，三种多肽组成ab2c12复合体。 2. ATP合酶的作用机制 1979年代Boyer 提出构象耦联假说，其要点如下： 1．ATP酶利用质子动力势，产生构象的改变，改变与底物的亲和力，催化ADP形成ATP。 2．F1具有三个催化位点，但在特定的时间，三个催化位点的构象不同、因而与核苷酸的亲和力不同。在L构象（loose），ADP、 Pi与酶疏松结合在一起；在T构象（tight）底物（ADP、 Pi）与酶紧密结合在一起，在这种情况下可将两者加合在一起；在O构象（open）ATP与酶的亲和力很低，被释放出去。 3．质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动γ亚基旋转，由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。 暗反应(碳固定) 利用光反应产生的ATP 和NADPH，使CO2还原为糖类等有机物，即将活跃的化学能最后转换为稳定的化学能，积存于有机物中。这一过程不直接需要光(在叶绿体基质中进行)。 ◆卡尔文循环（Calvin cycle）（C3途径） ◆C4途径或 Hatch-Slack循环 ◆景天科酸代谢途径（CAM途径） 第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 ●半自主性细胞器的概念： 自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码 的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、 自身构建和