細(xì)胞生物學(xué)第六章

1、第六章第六章 細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠體線粒體和葉綠體線粒體和葉綠體是細(xì)胞內(nèi)的兩種產(chǎn)能細(xì)胞器。線粒體和葉綠體是細(xì)胞內(nèi)的兩種產(chǎn)能細(xì)胞器。線粒體與氧化磷酸化線粒體與氧化磷酸化葉綠體與光合作用葉綠體與光合作用線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器線粒體和葉綠體的增殖與起源線粒體和葉綠體的增殖與起源第一節(jié)第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化線粒體與氧化磷酸化線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體的化學(xué)組成及酶的定位線粒體的化學(xué)組成及酶的定位氧化磷酸化氧化磷酸化一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)1.1 1.1 線粒體的發(fā)現(xiàn)與功能研究線粒體的發(fā)現(xiàn)與功能研究 1890年年r

2、. altaman首次動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)線粒體，命名為首次動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)線粒體，命名為bioblast。1897年年benda首次將這種顆粒命名為首次將這種顆粒命名為mitochondrion。1900年年l. michaelis用用janus green b對(duì)線粒體進(jìn)行活體染色，發(fā)現(xiàn)線對(duì)線粒體進(jìn)行活體染色，發(fā)現(xiàn)線粒體中可進(jìn)行氧化粒體中可進(jìn)行氧化- -還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。1948年，年，green證實(shí)線粒體含所有三羧酸循環(huán)的酶證實(shí)線粒體含所有三羧酸循環(huán)的酶1943-19501943-1950年，年，kennedy和和lehninger 發(fā)現(xiàn)線粒體內(nèi)完成的，脂肪酸氧發(fā)現(xiàn)線粒體內(nèi)完成的，脂肪酸氧化、氧

3、化磷酸化?；?、氧化磷酸化。在在hatefi等（等（1976）純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體。）純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體。mitchell（19611980）提出了氧化磷酸化的化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說(shuō)。）提出了氧化磷酸化的化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說(shuō)。1994年，年，boyer 因提出因提出atp合成酶的結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化機(jī)制獲得諾貝合成酶的結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化機(jī)制獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)爾化學(xué)獎(jiǎng)1.2 1.2 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量與分布線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量與分布 線粒體一般呈粒狀或桿狀，但因生物種類(lèi)和生理狀態(tài)而異，可呈環(huán)形，啞鈴形、線狀、分杈狀或其它形狀。數(shù)目一般數(shù)百到數(shù)千個(gè)，線粒體通常

4、分布在細(xì)胞功能旺盛的區(qū)域。 線粒體的線粒體的超微結(jié)構(gòu)超微結(jié)構(gòu) 外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性較高。 內(nèi)膜（inner membrane）：高度不通透性，向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），嵴能顯著擴(kuò)大內(nèi)膜表面積（達(dá)510倍）。含有與能量轉(zhuǎn)換相關(guān)的蛋白 （執(zhí)行氧化反應(yīng)的電子傳遞鏈酶系、 atp合成酶、線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）。 膜間隙（intermembrane space）：含許多可溶性酶、底物及輔助因子。 基質(zhì)（matrix）：含三羧酸循環(huán)、脂肪酸和丙酮酸氧化等酶系、線粒體基因表達(dá)酶系等以及線粒體dna, rna，核糖體。內(nèi)膜向線粒體基質(zhì)褶入形成嵴（內(nèi)膜向線粒

5、體基質(zhì)褶入形成嵴（cristae），），嵴能顯著擴(kuò)大內(nèi)膜表面積（達(dá)510倍），嵴有兩種類(lèi)型：嵴有兩種類(lèi)型：板層狀（圖板層狀（圖7-1）、）、管狀（圖管狀（圖7-3），），但多呈板層狀。 嵴上覆有基粒（嵴上覆有基粒（elementary particle），基粒由頭部（），基粒由頭部（f1偶聯(lián)偶聯(lián)因子）和基部（因子）和基部（f0偶聯(lián)因子）構(gòu)成，偶聯(lián)因子）構(gòu)成，f0嵌入線粒體內(nèi)膜。嵌入線粒體內(nèi)膜。二、線粒體的化學(xué)組成及酶的定位二、線粒體的化學(xué)組成及酶的定位 線粒體的化學(xué)組成線粒體的化學(xué)組成：蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(線粒體干重的6570)。線粒體的蛋白質(zhì)分為可溶性和不溶性的。可溶性的蛋白質(zhì)主要是基質(zhì)的酶和膜的

6、外周蛋白；不溶性的蛋白質(zhì)構(gòu)成膜的本體，其中一部分是鑲嵌蛋白， 也有一些是酶蛋白。脂脂類(lèi)類(lèi)(線粒體干重的2530)： 磷脂占磷脂占3/43/4以上，外膜主要是卵磷脂，內(nèi)膜主要是心磷脂。以上，外膜主要是卵磷脂，內(nèi)膜主要是心磷脂。 線粒體脂類(lèi)和蛋白質(zhì)的比值線粒體脂類(lèi)和蛋白質(zhì)的比值: 0.3:1（內(nèi)膜）；（內(nèi)膜）；1:1（外膜）（外膜） 線粒體酶的定位線粒體酶的定位：線粒體主要酶的分布線粒體膜通透性線粒體膜通透性* * * 很早就認(rèn)識(shí)到線粒體的膜具有半透性，通過(guò)對(duì)半透性的研究導(dǎo)致線粒體各組很早就認(rèn)識(shí)到線粒體的膜具有半透性，通過(guò)對(duì)半透性的研究導(dǎo)致線粒體各組分分離方法的建立。分分離方法的建立。 線粒體通透

7、性研究線粒體通透性研究 將線粒體放在將線粒體放在100 mm100 mm蔗糖溶液中，蔗糖穿過(guò)外膜進(jìn)蔗糖溶液中，蔗糖穿過(guò)外膜進(jìn)入線粒體的膜間間隙；然后將線粒體取出測(cè)定線粒入線粒體的膜間間隙；然后將線粒體取出測(cè)定線粒體內(nèi)部蔗糖的平均濃度，結(jié)果只有體內(nèi)部蔗糖的平均濃度，結(jié)果只有50 mm50 mm， 比環(huán)境比環(huán)境中蔗糖的濃度低。中蔗糖的濃度低。線粒體外膜對(duì)蔗糖是通透的，而線粒體外膜對(duì)蔗糖是通透的，而內(nèi)膜對(duì)蔗糖是不通透的內(nèi)膜對(duì)蔗糖是不通透的( (圖圖7-7)7-7)。 左:將線粒體置于含有100 mm的蔗糖溶液中; 中:蔗糖穿過(guò)線粒體外膜，達(dá)到平衡;右:將線粒體從蔗糖溶液中取出，測(cè)定線粒體中蔗糖的濃度

8、。如果測(cè)得線粒體的蔗糖平均濃度是50 mm，就可以推測(cè):100mm的蔗糖僅僅穿過(guò)了線粒體外膜，而線粒體中有一半流動(dòng)的液體在線粒體基質(zhì)，由于內(nèi)膜對(duì)蔗糖不通透，所以測(cè)得的線粒體平均濃度只有50 mm。 線粒體各組分的分離線粒體各組分的分離 首先將線粒體置于低滲溶液中使外膜破裂，此時(shí)首先將線粒體置于低滲溶液中使外膜破裂，此時(shí)線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)(線粒體質(zhì)線粒體質(zhì))仍結(jié)合在一起，通仍結(jié)合在一起，通過(guò)離心可將線粒體質(zhì)分離。用去垢劑毛地黃皂苷過(guò)離心可將線粒體質(zhì)分離。用去垢劑毛地黃皂苷處理線粒體質(zhì)，破壞線粒體內(nèi)膜，釋放線粒體基處理線粒體質(zhì)，破壞線粒體內(nèi)膜，釋放線粒體基質(zhì)，破裂的內(nèi)膜重新閉合形成小

9、泡，其表面有質(zhì)，破裂的內(nèi)膜重新閉合形成小泡，其表面有f1顆粒。顆粒。 由于線粒體外膜的通透性比內(nèi)膜高，利用這一性質(zhì)，donal parsons 和他的同事最先建立了分離線粒體內(nèi)膜、外膜及其他組分的方法(圖7-8)， 線粒體的功能：線粒體的功能：氧化磷酸化、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、電解質(zhì)穩(wěn)態(tài)平衡調(diào)控、鈣的穩(wěn)態(tài)調(diào)控 進(jìn)行氧化磷酸化，合成進(jìn)行氧化磷酸化，合成atpatp，為細(xì)胞生命活動(dòng)提供直接能，為細(xì)胞生命活動(dòng)提供直接能量量是線粒體的主要功能。是線粒體的主要功能。 什么是氧化磷酸化：什么是氧化磷酸化： 當(dāng)電子從nadh或fadh2經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧形成水時(shí)，同時(shí)伴有adp磷酸化形成atp，這一過(guò)程稱(chēng)

10、為氧化磷酸化氧化磷酸化。什么是呼吸鏈：什么是呼吸鏈： 在線粒體內(nèi)膜上存在有關(guān)氧化磷酸化的脂蛋白復(fù)合物，它們是傳遞電子的酶體系，由一系列可逆地接受和釋放電子或h+的化學(xué)物質(zhì)組成，在內(nèi)膜上相互關(guān)聯(lián)地有序排列，稱(chēng)為電子傳遞鏈（電子傳遞鏈（electron-transport chain）或呼吸鏈（呼吸鏈（respiratory chain）。）。三、氧化磷酸化三、氧化磷酸化（一）氧化磷酸化的分子基礎(chǔ)（一）氧化磷酸化的分子基礎(chǔ)電子載體電子載體呼吸鏈電子載體主要有：呼吸鏈電子載體主要有：黃素蛋白、細(xì)胞色素、銅原子、鐵硫黃素蛋白、細(xì)胞色素、銅原子、鐵硫蛋白、輔酶蛋白、輔酶q q等。等。 1.1. nadn

11、ad即煙酰胺嘌呤二核苷酸（即煙酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，圖，圖7-4），是體），是體內(nèi)很多脫氫酶的輔酶，連接三羧酸循環(huán)內(nèi)很多脫氫酶的輔酶，連接三羧酸循環(huán)和呼吸鏈，和呼吸鏈，其功能是將代謝過(guò)程中脫下其功能是將代謝過(guò)程中脫下來(lái)的氫交給黃素蛋白來(lái)的氫交給黃素蛋白。 圖7-4 nad的結(jié)構(gòu)和功能（nad：rh，nadp：rpo3h2） 2.2. 黃素蛋白：黃素蛋白： 含含fmn（圖（圖7-5）或）或fad（圖（圖7-6）的蛋白質(zhì)，每個(gè)）的蛋白質(zhì)，每個(gè)fmn或或fad可接受可接受2個(gè)個(gè)電子電子2個(gè)質(zhì)子。個(gè)質(zhì)子。呼吸鏈上具有呼吸鏈上具有fmn為輔

12、基的為輔基的nadh脫氫酶，以脫氫酶，以fad為輔基為輔基的琥珀酸脫氫酶。的琥珀酸脫氫酶。 圖7-5 fmn (flavin adenine mononucleotide) 的分子結(jié)構(gòu) 圖7-6 fad ( flavin adenine dinucleotide)的分子結(jié)構(gòu) 3.3.細(xì)胞色素細(xì)胞色素 分子中含有血紅素鐵（圖分子中含有血紅素鐵（圖7-7），以共價(jià)形式與蛋白結(jié)合，），以共價(jià)形式與蛋白結(jié)合，通通fe3+、fe2+形式變化形式變化傳遞電子傳遞電子，呼吸鏈中有，呼吸鏈中有5類(lèi)，即：類(lèi)，即：細(xì)胞色素細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1，其中，其中a、a3含有銅原含有銅原子子。 圖7-7 血紅素c

13、的結(jié)構(gòu)4.4.鐵硫蛋白：鐵硫蛋白： 在其分子結(jié)構(gòu)中在其分子結(jié)構(gòu)中每個(gè)鐵原子和每個(gè)鐵原子和4個(gè)硫原子結(jié)合個(gè)硫原子結(jié)合，通過(guò)，通過(guò)fe2+、fe3+互變進(jìn)行互變進(jìn)行電子傳遞，有電子傳遞，有2fe-2s和和4fe-4s兩種類(lèi)型（圖兩種類(lèi)型（圖7-8）。）。 圖7-8 鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)（引自lodish等1999） 5.5. 輔酶輔酶q q： 是脂溶性小分子量的醌類(lèi)化合物，通過(guò)氧化和還原傳遞電子（圖是脂溶性小分子量的醌類(lèi)化合物，通過(guò)氧化和還原傳遞電子（圖7-9）。有）。有3種氧化還種氧化還原形式即原形式即氧化型醌氧化型醌q，還原型氫醌（，還原型氫醌（qh2）和介于兩者之者的自由基半醌（）和介于兩者之者的

14、自由基半醌（qh）。）。 圖7-9 輔酶q（二）呼吸鏈的復(fù)合物（二）呼吸鏈的復(fù)合物利用利用脫氧膽酸（脫氧膽酸（deoxycholatedeoxycholate，一種離子型去污劑，一種離子型去污劑）處理線粒體內(nèi)膜、分）處理線粒體內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的離出呼吸鏈的4 4種復(fù)合物，即種復(fù)合物，即復(fù)合物復(fù)合物、和和，輔酶，輔酶q q和細(xì)胞色素和細(xì)胞色素c c不屬于任何一種復(fù)合物。輔酶不屬于任何一種復(fù)合物。輔酶q q溶于內(nèi)膜、細(xì)胞色素溶于內(nèi)膜、細(xì)胞色素c c位于線粒體內(nèi)膜的位于線粒體內(nèi)膜的c c側(cè)，屬于膜的外周蛋白。側(cè)，屬于膜的外周蛋白。 1 1、復(fù)合物、復(fù)合物 即即nadh脫氫酶脫氫酶，哺乳動(dòng)物的復(fù)合物

15、由42條肽鏈組成，呈l型，含有一個(gè)fmn和至少6個(gè)鐵硫蛋白，分子量接近1md，以二聚體形式存在二聚體形式存在，其作用是其作用是催化催化nadh的的2個(gè)電子傳遞至輔酶?jìng)€(gè)電子傳遞至輔酶q，同時(shí)將，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)（個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)（m側(cè)）側(cè)）轉(zhuǎn)移至膜間隙（轉(zhuǎn)移至膜間隙（c側(cè)）。側(cè)）。電子傳遞的方向?yàn)椋簄adhfmnfe-sq，總的反應(yīng)結(jié)果為： nadh + 5h+（m） + qnad+ + qh2 + 4h+（c） 2 2、復(fù)合物、復(fù)合物 即琥珀酸脫氫酶即琥珀酸脫氫酶，至少由4條肽鏈組成，含有一個(gè)fad，2個(gè)鐵硫蛋白，其作用是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶作用是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶q，但

16、不轉(zhuǎn)移質(zhì)子，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。電子傳遞的方向?yàn)椋虹晁醘adfe-sq。反應(yīng)結(jié)果為： 琥珀酸琥珀酸+q延胡索酸延胡索酸+qh23 3、復(fù)合物、復(fù)合物 即細(xì)胞色素即細(xì)胞色素c還原酶還原酶，由至少11條不同肽鏈組成，以二聚體形式存在，每個(gè)單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素b（b562、b566）、一個(gè)細(xì)胞色素c1和一個(gè)鐵硫蛋白。其作用是催化電子從輔酶其作用是催化電子從輔酶q傳給細(xì)胞色素傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙（2個(gè)來(lái)自u(píng)q，2個(gè)來(lái)自基質(zhì)跨膜）?？偟姆磻?yīng)結(jié)果為： 2還原態(tài)還原態(tài)cyt c1 + qh2 + 2 h+（m）2

17、氧化態(tài)氧化態(tài)cyt c1 + q+ 4h+（c）復(fù)合物復(fù)合物的電子傳遞比較復(fù)雜，的電子傳遞比較復(fù)雜，和和“q q循環(huán)循環(huán)”有關(guān)有關(guān)（圖（圖7-107-10）。輔酶）。輔酶q q能在能在膜中自由擴(kuò)散，在膜中自由擴(kuò)散，在內(nèi)膜內(nèi)膜c c側(cè)側(cè)，還原型輔酶還原型輔酶q q（氫醌）（氫醌） 將一個(gè)電子交給將一個(gè)電子交給fe-sfe-s細(xì)胞色素細(xì)胞色素c1c1細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c，被氧化為半醌，并將一個(gè)質(zhì)子釋放到膜間隙，半，被氧化為半醌，并將一個(gè)質(zhì)子釋放到膜間隙，半醌將電子交給細(xì)胞色素醌將電子交給細(xì)胞色素b566b562b566b562，釋放另外一個(gè)質(zhì)子到膜間隙。，釋放另外一個(gè)質(zhì)子到膜間隙。細(xì)胞色細(xì)胞色素

18、素b566b566得到的電子為循環(huán)電子，傳遞路線為：半醌得到的電子為循環(huán)電子，傳遞路線為：半醌b566b562b566b562輔酶輔酶q q。在內(nèi)膜在內(nèi)膜m m側(cè)，輔酶?jìng)?cè)，輔酶q q可被復(fù)合體可被復(fù)合體（復(fù)合體（復(fù)合體）或細(xì)胞色素）或細(xì)胞色素b562b562還原為氫醌。還原為氫醌。一對(duì)電子由輔酶一對(duì)電子由輔酶q q到復(fù)合物到復(fù)合物的電子傳遞過(guò)程中，共有四個(gè)質(zhì)子被轉(zhuǎn)移到膜的電子傳遞過(guò)程中，共有四個(gè)質(zhì)子被轉(zhuǎn)移到膜間隙，其中兩個(gè)質(zhì)子是輔酶間隙，其中兩個(gè)質(zhì)子是輔酶q q轉(zhuǎn)移的。轉(zhuǎn)移的。 q cycle組成：即細(xì)胞色素組成：即細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶,二聚體，每個(gè)單體至少二聚體，每個(gè)單體至少13條肽鏈。分

19、為三條肽鏈。分為三個(gè)亞單位：個(gè)亞單位：亞單位亞單位i（subunit i）：）：包含兩個(gè)血紅素（包含兩個(gè)血紅素（a1、a3）和一）和一個(gè)銅離子個(gè)銅離子(cu2+)，血紅素，血紅素a3和和cu2+形成雙核的形成雙核的fe-cu中心。中心。亞單位亞單位（subunit ），），包含兩個(gè)銅離子包含兩個(gè)銅離子(cua)構(gòu)成的雙核中心，其結(jié)構(gòu)與構(gòu)成的雙核中心，其結(jié)構(gòu)與2fe-2s相似。相似。亞單位亞單位（subunit ）的功能尚不了解。的功能尚不了解。 作用：將從細(xì)胞色素作用：將從細(xì)胞色素c接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，在接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，在m側(cè)側(cè)消耗消耗2個(gè)質(zhì)子，同時(shí)轉(zhuǎn)移個(gè)質(zhì)子，

20、同時(shí)轉(zhuǎn)移2個(gè)質(zhì)子至個(gè)質(zhì)子至c側(cè)。側(cè)。電子傳遞的路線為電子傳遞的路線為 :cyt ccuaheme aa3- cubo24還原態(tài)還原態(tài)cyt c + 8 h+m + o24氧化態(tài)氧化態(tài)cyt c + 4h+c + 2h2o4.4.復(fù)合物復(fù)合物iviv：細(xì)胞色素：細(xì)胞色素c c氧化酶氧化酶wzf:細(xì)胞色素c是內(nèi)膜的外周蛋白。wzf: coq和細(xì)胞色素c是呼吸鏈中可移動(dòng)的遞氫體，不是復(fù)合物中的組成成分。wzf:氧化型coq趨向于內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)，還原型coq趨向于內(nèi)膜的間隙側(cè)。( (三）兩條主要的呼吸鏈三）兩條主要的呼吸鏈 復(fù)合物復(fù)合物i-iii-iv組成，催化組成，催化nadh的脫氫氧化。的脫氫氧化。

21、復(fù)合物復(fù)合物ii-iii-iv組成，催化琥珀酸的脫氫氧化。組成，催化琥珀酸的脫氫氧化。對(duì)應(yīng)于每個(gè)復(fù)合物對(duì)應(yīng)于每個(gè)復(fù)合物，約需，約需3個(gè)復(fù)合物個(gè)復(fù)合物，7個(gè)復(fù)合物個(gè)復(fù)合物，兩個(gè)復(fù)合物，兩個(gè)復(fù)合物之間由輔酶之間由輔酶q或細(xì)胞色素或細(xì)胞色素c這樣的可擴(kuò)散性分子連接。這樣的可擴(kuò)散性分子連接。 呼吸鏈各組分的排列是高度有序的使電子按氧化還原電位從低向高傳遞，呼吸鏈中有三個(gè)部位有較大的自由能變化，足以使adp與無(wú)機(jī)磷結(jié)合形成atp。部位在nadh至coq之間。部位在細(xì)胞色素b和細(xì)胞色素c之間。部位在細(xì)胞色素a和氧之間。nadhfmn fe-sfadfe-s琥珀酸cytb fe-s cytc1cytaa3c

22、oqcytcadp+piatpadp+piatpadp+piatp呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高排列（四）（四）atpatp合成酶合成酶( (磷酸化的分子基礎(chǔ)磷酸化的分子基礎(chǔ)) ) 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 基粒（elementary particle），基粒由頭部（f1偶聯(lián)因子）和基部（f偶聯(lián)因子）構(gòu)成，f0嵌入線粒體內(nèi)膜。 f1由5種多肽組成33復(fù)合體，具有三個(gè)atp合成的催化位點(diǎn)（每個(gè)亞基具有一個(gè)）。和單位交替排列，狀如桔瓣。貫穿復(fù)合體（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子），并與f0接觸，幫助與f0結(jié)合。與f0的兩個(gè)b亞基形成固定復(fù)合體的結(jié)構(gòu)（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的定子）。 f0由三種多肽組成ab2c12復(fù)合體，嵌入

23、內(nèi)膜，12個(gè)c亞基組成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)子通道,可使質(zhì)子由膜間隙流回基質(zhì)。 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn)： 可逆性復(fù)合酶，即既能利用質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存的能量合成 atp, 又能水解atp將質(zhì)子從基質(zhì)泵到膜間隙。 氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō) 化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)內(nèi)容：內(nèi)容：當(dāng)電子沿呼吸鏈傳遞時(shí)，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（胞質(zhì)側(cè)或c側(cè)），由于線粒體內(nèi)膜對(duì)離子是高度不通透的，從而使膜間隙的質(zhì)子濃度高于基質(zhì)，在內(nèi)膜的兩側(cè)形成ph梯度（ph）及電位梯度（），兩者共同構(gòu)成電化學(xué)梯度（圖7-9），即質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)（proton-motive fo

24、rce, p）。質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過(guò)內(nèi)膜上的atp酶復(fù)合物流回基質(zhì)，使atp酶的構(gòu)象發(fā)生改變，將adp和pi合成atp。電化學(xué)梯度中蘊(yùn)藏的能量?jī)?chǔ)存到atp高能磷酸鍵。 氧化磷酸化過(guò)程實(shí)際上是能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，即有機(jī)分子中儲(chǔ)藏的能量高能電子質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)atp構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō) ：1atp酶利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)，產(chǎn)生構(gòu)象的改變，改變與底物的親和力，催化adp與pi形成atp。2f1具有三個(gè)催化位點(diǎn)。 l構(gòu)象（loose），adp、 pi與酶疏松結(jié)合在一起； t構(gòu)象（tight），底物（adp、 pi）與酶緊密結(jié)合在一起； o構(gòu)象（open），atp與酶的親和力很低，被釋放出去。atpatp合成機(jī)制合成機(jī)制構(gòu)象耦聯(lián)假

25、說(shuō)構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō) (boyer 1979)3質(zhì)子通過(guò)f0時(shí)，引起c亞基構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)亞基旋轉(zhuǎn)，由于亞基的端部是高度不對(duì)稱(chēng)的，它的旋轉(zhuǎn)引起亞基3個(gè)催化位點(diǎn)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。第二節(jié)第二節(jié) 葉綠體與光合作用葉綠體與光合作用葉綠體(chloroplast)的形態(tài)結(jié)構(gòu)葉綠體的功能光合作用一、葉綠體一、葉綠體(chloroplast)的形態(tài)結(jié)構(gòu)的形態(tài)結(jié)構(gòu) 形態(tài)、數(shù)目：在高等植物中葉綠體象雙凸或平凸透鏡，葉肉細(xì)胞一般含50200個(gè)葉綠體，可占細(xì)胞質(zhì)的40%，葉綠體的數(shù)目因物種細(xì)胞類(lèi)型，生態(tài)環(huán)境，生理狀態(tài)而有所不同。 葉綠體與線粒體 形態(tài)結(jié)構(gòu)比較葉綠

26、體超微結(jié)構(gòu)葉綠體超微結(jié)構(gòu)外被（外被（chloroplast envelope） 葉綠體外被由雙層膜組成，膜間為1020nm的膜間隙。外膜的滲透性大，如核苷、無(wú)機(jī)磷、蔗糖等許多細(xì)胞質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)分子可自由進(jìn)入膜間隙。 內(nèi)膜對(duì)通過(guò)物質(zhì)的選擇性很強(qiáng)，co2、o2、pi、h2o、磷酸甘油酸、丙糖磷酸，雙羧酸和雙羧酸氨基酸可以透過(guò)內(nèi)膜，adp、atp已糖磷酸，葡萄糖及果糖等透過(guò)內(nèi)膜較慢。蔗糖，nadp+及焦磷酸等不能透過(guò)內(nèi)膜，需要特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)體translator）才能通過(guò)內(nèi)膜。類(lèi)囊體（類(lèi)囊體（thylakoid） 是單層膜圍成的扁平小囊，沿葉綠體的長(zhǎng)軸平行排列。膜上含有光合色素和電子傳遞鏈組分，又稱(chēng)光合膜光

27、合膜。 許多類(lèi)囊體象圓盤(pán)一樣疊在一起，稱(chēng)為基?；?，組成基粒的類(lèi)囊體，叫做基粒類(lèi)囊體，構(gòu)成內(nèi)膜系統(tǒng)的基粒片層（基粒片層（grana lamella）?；Ｓ?0100個(gè)類(lèi)囊體組成。 貫穿在兩個(gè)或兩個(gè)以上基粒之間的沒(méi)有發(fā)生垛疊的類(lèi)囊體稱(chēng)為基質(zhì)類(lèi)囊體，它們形成了內(nèi)膜系統(tǒng)的基質(zhì)片層（stroma lamella）。 類(lèi)囊體膜的內(nèi)在蛋白主要有細(xì)胞色素b6/f復(fù)合體、質(zhì)體醌（pq）、質(zhì)體藍(lán)素（pc）、鐵氧化還原蛋白、黃素蛋白、光系統(tǒng)、光系統(tǒng)復(fù)合物等?；|(zhì)（基質(zhì)（stroma）主要成分包括：碳同化相關(guān)的酶類(lèi)（如rubp羧化酶占基質(zhì)可溶性蛋白總量的60%）、葉綠體dna、蛋白質(zhì)合成體系：如，ctdna、各類(lèi)

28、rna、核糖體等。一些顆粒成分：如淀粉粒、質(zhì)體小球和植物鐵蛋白等。 wzf:一個(gè)葉綠體內(nèi)的全部類(lèi)囊體實(shí)際上是一個(gè)完整連續(xù)的封閉膜囊。脂質(zhì)中的脂肪酸主要是不飽和的脂肪酸。wzf個(gè)個(gè)復(fù)合物在類(lèi)囊體膜上呈不對(duì)稱(chēng)成分布。 光系統(tǒng)：基粒與基質(zhì)接觸區(qū)及基質(zhì)類(lèi)囊體的膜中。 光系統(tǒng)：基粒與基質(zhì)非接觸區(qū)的膜中 二、葉綠體的功能二、葉綠體的功能光合作用光合作用 (photosynthesis) 光合作用：光合作用：綠色植物利用體內(nèi)的葉綠素吸收光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放氧氣的過(guò)程稱(chēng)為光合作用。photosynthesis: (1)光合電子傳遞反應(yīng)光反應(yīng)(light reaction) (2)碳固定反應(yīng)

29、暗反應(yīng)(dark reaction)（一）光合色素和電子傳遞鏈組分（一）光合色素和電子傳遞鏈組分 1 1光合色素光合色素類(lèi)囊體中含兩類(lèi)色素：葉綠素（圖葉綠素（圖7-21）和橙黃色的類(lèi)胡蘿卜素）和橙黃色的類(lèi)胡蘿卜素，通常葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的比例約為3:1，chla與chlb也約為3:l，全部葉綠素和幾乎所有的類(lèi)胡蘿卜素都包埋在類(lèi)囊體膜都包埋在類(lèi)囊體膜中，與蛋白質(zhì)以非共價(jià)鍵結(jié)合，一條肽鏈上可以結(jié)合若干色素分子，各色素分子間的距離和取向固定，有利于能量傳遞。圖7-21 葉綠體分子結(jié)構(gòu) 2 2集光復(fù)合體（集光復(fù)合體（light harvesting complexlight harvesting co

30、mplex） 由大約大約200個(gè)葉綠素分子和一些肽鏈構(gòu)成個(gè)葉綠素分子和一些肽鏈構(gòu)成（圖7-22）。大部分色素分子起捕獲光能的作用，并將光能以誘導(dǎo)共振方式共振方式傳遞到反應(yīng)中心色素。因此這些色素被稱(chēng)為天線色素。葉綠體中全部葉綠素葉綠體中全部葉綠素b和大部分葉綠素和大部分葉綠素a都是天線色素都是天線色素。另外類(lèi)胡蘿卜素和葉黃素分子也起捕獲光能的作用，叫做輔助色素類(lèi)胡蘿卜素和葉黃素分子也起捕獲光能的作用，叫做輔助色素。 3 3光系統(tǒng)光系統(tǒng)（psps）(p150) (p150) 吸收高峰為波長(zhǎng)吸收高峰為波長(zhǎng)680nm處，又稱(chēng)處，又稱(chēng)p680。至少包括。至少包括12條多肽鏈。位于基粒條多肽鏈。位于基粒與

31、基質(zhì)非接觸區(qū)域的類(lèi)囊體膜上。包括與基質(zhì)非接觸區(qū)域的類(lèi)囊體膜上。包括一個(gè)集光復(fù)合體（一個(gè)集光復(fù)合體（light-hawesting comnplex ，lhc ）、一個(gè)反應(yīng)中心和一個(gè)含錳原子的放氧的復(fù)合體）、一個(gè)反應(yīng)中心和一個(gè)含錳原子的放氧的復(fù)合體（oxygen evolving complex）。）。d1和和d2為兩條核心肽鏈，結(jié)合中心色為兩條核心肽鏈，結(jié)合中心色素素p680、去鎂葉綠素、去鎂葉綠素(pheophytin)及質(zhì)體醌及質(zhì)體醌(plastoquinone)。 4 4細(xì)胞色素細(xì)胞色素b6/fb6/f復(fù)合體復(fù)合體(cyt(cyt b6/f complex) b6/f complex)可

32、能以二聚體形成存在，每個(gè)單體含有四個(gè)不同的亞基。細(xì)胞色素可能以二聚體形成存在，每個(gè)單體含有四個(gè)不同的亞基。細(xì)胞色素b6（b563）、細(xì)胞色素）、細(xì)胞色素f、鐵硫蛋白、以及亞基、鐵硫蛋白、以及亞基（被認(rèn)為是質(zhì)體醌的結(jié)合蛋（被認(rèn)為是質(zhì)體醌的結(jié)合蛋白）。白）。 5 5光系統(tǒng)光系統(tǒng)（psipsi）(p151) (p151) 能被波長(zhǎng)700nm的光激發(fā)，又稱(chēng)p700。包含多條肽鏈，位于基粒與基質(zhì)接觸區(qū)和基質(zhì)類(lèi)囊體膜中。由集光復(fù)合體集光復(fù)合體和作用中心和作用中心構(gòu)成。結(jié)合100個(gè)左右葉綠素分子、除了幾個(gè)特殊的葉綠素為中心色素外外，其它葉綠素都是天線色素。三種電子載體分別為a0（一個(gè)chla分子)、a1(為

33、維生素k1)及3個(gè)不同的4fe-4s。 （二）光反應(yīng)與電子傳遞（二）光反應(yīng)與電子傳遞 在類(lèi)囊體膜上由光引起的光化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)葉綠素等光合色素分子吸收、傳遞光能，水光解，并將光能轉(zhuǎn)換為電能（生成高能電子），進(jìn)而通過(guò)電子傳遞與光合磷酸化將電能轉(zhuǎn)換為活躍化學(xué)能， 形成atp和nadph并放出 o2 的過(guò)程。包括原初反應(yīng)、電子傳遞和光合磷酸化。 原初反應(yīng) 原初反應(yīng)： 葉綠素分子從被光激發(fā)至引起第一個(gè)光化學(xué)反應(yīng)為止的過(guò)程。 包括光能的吸收、傳遞、與轉(zhuǎn)換。 反應(yīng)過(guò)程：光能捕光色素分子反應(yīng)中心光能的吸收與傳遞光能化學(xué)能捕光色素： 天線色素 組成：葉綠素a、b、c、d、藻膽素、葉黃素、胡蘿卜素 作用：只具有捕

34、捉、吸收、聚集光能和傳遞激發(fā)能給 反應(yīng)中心的作用。無(wú)光化學(xué)活性。原初反應(yīng)光合作用單位光合作用單位: 結(jié)合在類(lèi)囊體膜上，能進(jìn)行光合作用的最小結(jié)構(gòu)單位。固定一個(gè)分子的co2所需的葉綠素約2500個(gè)反應(yīng)中心色素（chl）： 組成：特殊狀態(tài)的葉綠素a ，p700 p680 作用：既是光能的捕捉器，具有光化學(xué)活性 可將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能原初反應(yīng)供體(doner) d 光系統(tǒng)：水 光系統(tǒng)：質(zhì)體藍(lán)素（pc） 原初反應(yīng)受體(acceptor): a 光系統(tǒng)：脫鎂葉綠素，ph ； 光系統(tǒng)：特殊的葉綠素a，a0 反應(yīng)中心（兩個(gè)）原初反應(yīng) 光系統(tǒng)（葉綠素-蛋白復(fù)合物） 捕光色素 : 反應(yīng)中心：反應(yīng)中心色素（chl）

35、p700 原初反應(yīng)受體(acceptor):特殊的葉綠素a，a0 原初反應(yīng)供體(doner) :質(zhì)體藍(lán)素（pc） 多個(gè)還原中心：fe-s中心、鐵氧還蛋白（fd）核心復(fù)合物捕光復(fù)合物光系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程捕光色素分子光能 p700光能 p700*pca0l光系統(tǒng) （葉綠素-蛋白復(fù)合物） 捕光色素 : 反應(yīng)中心：反應(yīng)中心色素（chl） p680 原初反應(yīng)受體 (acceptor) : 去鎂葉綠素，ph 原初反應(yīng)供體 (doner) : 水 葉綠素-蛋白復(fù)合體：mn 、z、 d1光系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程捕光色素分子光能 p680光能 p680*h2oph核心復(fù)合物捕光復(fù)合物由光照所引起的電子傳遞與磷酸化作用相偶連而生

36、成atp的過(guò)程。 一對(duì)電子從p680經(jīng)p700傳至nadp+，在類(lèi)囊體腔中增加4個(gè)h+，2個(gè)來(lái)源于h2o光解，2個(gè)由pq從基質(zhì)轉(zhuǎn)移而來(lái)，在基質(zhì)外一個(gè)h+又被用于還原nadp+，所以類(lèi)囊體腔內(nèi)有較高的h+（ph5，基質(zhì)ph8），形成質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)，h+經(jīng)atp合酶，滲入基質(zhì)、推動(dòng)adp和pi結(jié)合形成atp（圖7-26）。 非循環(huán)光合磷酸化 光系統(tǒng)、光系統(tǒng)收到光激發(fā)，使水中的電子傳遞給nadp+，電子經(jīng)過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)，在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)atp的形成。同時(shí)產(chǎn)生還原力nadph 。電子傳遞是一個(gè)開(kāi)放的通道，故稱(chēng)。磷酸化部位： h2o與 pq之間； pq 與cytbf復(fù)合物之間。放出一分子氧形成2.

37、4個(gè)atp循環(huán)式光合磷酸化： 光系統(tǒng)接受遠(yuǎn)紅光后，產(chǎn)生的電子經(jīng)過(guò)a0、a1、fe-s和fd，又傳給cytbf復(fù)合物和pc而回流到ps的過(guò)程。電子循環(huán)流動(dòng)，產(chǎn)生質(zhì)子梯度，驅(qū)動(dòng)atp的形成。 小結(jié): 電子傳遞引起三個(gè)光化學(xué)變化. 1. h2o光解放出o2 2. atp的生成. 3. nadph的生成. 暗反應(yīng)暗反應(yīng)( (碳固定碳固定) )暗反應(yīng)暗反應(yīng)是指葉綠體利用光反應(yīng)產(chǎn)生的nadph和atp的化學(xué)能,將co2還原合成糖。co2還原成糖的反應(yīng)不需要光,故這一反應(yīng)稱(chēng)為暗反應(yīng)。暗反應(yīng)是在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的。 在c3途中，由于反應(yīng)的最初產(chǎn)物最初產(chǎn)物3-3-磷酸甘油酸含三碳化合物磷酸甘油酸含三碳化合物,因

38、此,又稱(chēng)三碳循環(huán),這是卡爾文(calvin)等在50年代用14c示蹤法研究出來(lái)的, 故稱(chēng)卡爾文循環(huán)?？煞譃榭煞譃槿齻€(gè)階段三個(gè)階段: :羧化、還原和羧化、還原和rubprubp的再生的再生。 co co2 2的羧化的羧化 co2被還原之前,首先被固定形成羧基,以rubp作為co2接受體,在rubp羧化酶的作用下使rubp與co2 反應(yīng)形成兩分子的3-磷酸甘油酸(pga)。c3途徑途徑 還原階段還原階段 3-磷酸甘油酸首先在磷酸甘油激酶的催化磷酸甘油激酶的催化下被atp磷酸化形成1.3二磷酸甘油酸, 然后在甘油醛磷酸脫氫酶的催化甘油醛磷酸脫氫酶的催化下被nadph還原成3-磷酸甘油醛。這是一個(gè)吸能

39、反應(yīng),光反應(yīng)中形成的atp和nadph主要是在這一階段被利用。所以,還原反應(yīng)是光反應(yīng)和暗反應(yīng)的還原反應(yīng)是光反應(yīng)和暗反應(yīng)的連接點(diǎn)連接點(diǎn),一旦co2被還原成3-磷酸甘油醛,光合作用的貯能過(guò)程便完成。 rubprubp的再生的再生 利用已形成的3-磷酸甘油醛經(jīng)一系列的相互轉(zhuǎn)變最終再生成5-磷酸核酮糖。然后在磷酸核酮糖激酶磷酸核酮糖激酶的作用下,發(fā)生磷酸化作用生成rubprubp, 再消耗一個(gè)atp。 綜上所述,三碳循環(huán)是靠光反應(yīng)形成的atp機(jī)nadph作能源,推動(dòng)co2的固定、還原,每循環(huán)一次只能固定一個(gè)co2,循環(huán)6次,才能把6個(gè)co2分子同化成一個(gè)己糖分子。實(shí)際上，通過(guò)卡爾文循環(huán)，將co2轉(zhuǎn)變成

40、葡萄糖通常需要消耗18分子的atp和12分子的nadph。維管束鞘細(xì)胞：維管束鞘細(xì)胞：葉脈周?chē)幸蝗~綠體的維管束鞘細(xì)胞，維管束鞘細(xì)胞比較大，其中含有許多比較大的葉綠體。c4植物的卡爾文循環(huán)是在維管束鞘細(xì)胞中進(jìn)行的，所以，c4植物進(jìn)行光合作用時(shí)，只有維管束鞘細(xì)胞中形成淀粉，而葉肉細(xì)胞中不形成淀粉。相反，c3植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的淀粉只存在于葉肉細(xì)胞中，維管束鞘細(xì)胞中則沒(méi)有淀粉。葉肉細(xì)胞：葉肉細(xì)胞：在維管束鞘細(xì)胞外的一圈、呈環(huán)狀或近似環(huán)狀排列的細(xì)胞，這層細(xì)胞通過(guò)大量的胞間連絲與維管束鞘細(xì)胞緊密相連。 c4植物葉片內(nèi)的維管束鞘細(xì)胞和這層葉肉細(xì)胞組成“花環(huán)型”的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是c4植物葉片所特有的

41、。c4途徑c4途徑: co2受體？代表植物? 反應(yīng)部位: 固定部位葉肉細(xì)胞 淀粉合成部位維管束鞘細(xì)胞 c4植物同化co2途徑包括c4+c3途徑，c4途徑只起co2固定作用,而c3途徑起固定和還原co2的作用。把利用這兩條途徑同化co2的植物叫c4植物.(玉米、高粱、甘蔗) 在干旱地區(qū)生長(zhǎng)的景天科、仙人掌科等植物有一個(gè)特殊的co2同化方式：夜間氣孔開(kāi)放，吸收co2，在pepc作用下與糖酵解過(guò)程中產(chǎn)生的pep結(jié)合形成oaa，oaa在nadp-蘋(píng)果酸脫氫酶作用下進(jìn)一步還原為蘋(píng)果酸，積累于液胞中，表現(xiàn)出夜間淀粉、糖減少，蘋(píng)果酸增加，細(xì)胞液變酸。白天氣孔關(guān)閉，液胞中的蘋(píng)果酸運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)在nad-或andp

42、-蘋(píng)果酸酶、或pep羧激酶催化下氧化脫羧釋放co2，再由c3途徑同化；脫羧后形成的丙酮酸和pep則轉(zhuǎn)化為淀粉。丙酮酸也可進(jìn)入線粒體，也被氧化脫羧生成co2進(jìn)入c3途徑，同化為淀粉。所以白天表現(xiàn)出蘋(píng)果酸減少，淀粉、糖增加，酸性減弱。這種有機(jī)酸合成日變化的光合碳代謝類(lèi)型稱(chēng)為景天科酸代謝（crassulacean acid metabolism,cam）途徑景天科酸代謝途徑（景天科酸代謝途徑（crassulacean acid metabolism pathway，cam途徑）：途徑）： 磷酸烯醇式丙酮酸 (pep)+ co2 草酰乙酸(oaa)蘋(píng)果酸（積累于液泡中）co2丙酮酸夜間氣孔開(kāi)放白天氣孔

43、關(guān)閉磷酸烯醇式丙酮酸 (pep)酸多糖少酸少糖多第三節(jié)第三節(jié) 線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器 線粒體和葉綠體的相似點(diǎn)： 線粒體和葉綠體都是雙層膜細(xì)胞器 功能都是轉(zhuǎn)換能量 線粒體： 把儲(chǔ)藏在有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能，轉(zhuǎn)化成直接能源atp。 葉綠體： 把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能atp、還原力nadph，同時(shí)把這些 不穩(wěn)定的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化學(xué)能，儲(chǔ)藏在有機(jī)物中。 都是半自主細(xì)胞器： 線粒體和葉綠體都具有環(huán)狀dna及自身轉(zhuǎn)錄rna與翻譯 蛋白質(zhì)的體系，既具有核外基因及其表達(dá)體系。但組成 線粒體和葉綠體蛋白絕大多數(shù)是由核基因編碼。 為什么說(shuō)線粒體和葉綠體是半自主性細(xì)胞器？ 1）兩種

44、細(xì)胞器含有dna自我復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯所必需的基 本組分。 2）兩種細(xì)胞器中的蛋白絕大多數(shù)是由核基因編碼的。這些 蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞器中。 3）細(xì)胞核與細(xì)胞器之間存在著密切的、精確的、嚴(yán)格調(diào)控 的關(guān)系。 線粒體和葉綠體的自主性是有限的，對(duì)核遺傳 系統(tǒng)有很大的依賴性。 因此，線粒體和葉綠體的增殖和生長(zhǎng)受核基因、自身基因兩套遺傳信息的控制，所以稱(chēng)半自主性細(xì)胞器。一、線粒體和葉綠體的dna 均為環(huán)狀雙鏈dna，與細(xì)菌相似。 不同物種細(xì)胞中的mtdna、ctdna大小不一。 例如： mtdna：動(dòng)物細(xì)胞中周長(zhǎng)多為5um；酵母菌26um。 人類(lèi)最短; ctdna： 赤松藻最小，衣藻最

45、大。 核中dna遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于mtdna、ctdna 半保留自我復(fù)制方式，受核基因調(diào)控。 如：dna聚合酶由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成。 線粒體和葉綠體的核糖體70s，與細(xì)菌相似。二、線粒體和葉綠體的蛋白質(zhì)合成 研究方法： 用標(biāo)記氨基酸培養(yǎng)細(xì)胞，用氯霉素和放線菌酮分別抑制線粒體或葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)蛋白質(zhì)的合成，找出線粒體、葉綠體中合成的蛋白。 在線粒體中合成的蛋白只有20多種。 在葉綠體中合成的蛋白60多種。 不同來(lái)源的細(xì)胞，表達(dá)的產(chǎn)物既有共性又有差異。 葉綠體蛋白質(zhì)組成的來(lái)源： ctdna編碼，葉綠體核糖體合成； 核基因編碼，細(xì)胞質(zhì)中合成； 核基因編碼，葉綠體中合成。三、線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)的

46、轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)合成定位的特點(diǎn)：后轉(zhuǎn)移方式 轉(zhuǎn)運(yùn)前的狀態(tài)： 伸展的前體蛋白 n端的蛋白質(zhì)信號(hào)序列稱(chēng)導(dǎo)肽 前體蛋白=成熟蛋白+導(dǎo)肽 導(dǎo)肽的特點(diǎn)：1）多位于n端，約由20個(gè)氨基酸，富含精氨酸、帶羥基的 氨基酸。2）形成一個(gè)兩性的螺旋，帶正電荷的親水氨基 酸和不帶 電荷的疏水氨基酸分別位于的兩側(cè)。3）對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)無(wú)特異性的要求。 轉(zhuǎn)運(yùn)后的狀態(tài): 信號(hào)序列在導(dǎo)肽酶的作用下，被切除。 形成的成熟蛋白重折疊。 被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白所到達(dá)的特定部位： 外膜、內(nèi)膜、膜間隙、基質(zhì)。進(jìn)入不同部位的蛋白具有不同的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。信號(hào)序列定位轉(zhuǎn)運(yùn)裝置信號(hào)序列位置位于位于n端，富含帶正電荷的和疏水端，富含帶正電荷的和疏水

47、的氨基酸，形成兩性的氨基酸，形成兩性螺旋，完成螺旋，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被切除。轉(zhuǎn)運(yùn)后被切除?；|(zhì)基質(zhì)tomtim23 不被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序不被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，被安插到外膜。列，被安插到外膜。外膜外膜tom 被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，被安插到內(nèi)膜。被安插到內(nèi)膜。內(nèi)膜內(nèi)膜tomtim23 含兩個(gè)信號(hào)序列，首先轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，含兩個(gè)信號(hào)序列，首先轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，第一個(gè)信號(hào)序列被切除，第二個(gè)信第一個(gè)信號(hào)序列被切除，第二個(gè)信號(hào)序列引導(dǎo)蛋白進(jìn)入內(nèi)膜或膜間隙。號(hào)序列引導(dǎo)蛋白進(jìn)入內(nèi)膜或膜間隙。內(nèi)膜內(nèi)膜膜間膜間隙隙tomtim23 結(jié)構(gòu)類(lèi)似于結(jié)構(gòu)類(lèi)似于n端信號(hào)序列，

48、但位于端信號(hào)序列，但位于蛋白質(zhì)內(nèi)部。蛋白質(zhì)內(nèi)部。內(nèi)膜內(nèi)膜tomtim23 為線粒體代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如腺為線粒體代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如腺苷轉(zhuǎn)位酶，具有多個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列苷轉(zhuǎn)位酶，具有多個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列和停止轉(zhuǎn)移序列，形成多次跨膜蛋和停止轉(zhuǎn)移序列，形成多次跨膜蛋白。白。內(nèi)膜內(nèi)膜tomtim22 蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及轉(zhuǎn)位因子。蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及轉(zhuǎn)位因子。蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及多種蛋白復(fù)合體，即轉(zhuǎn)位因子（蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及多種蛋白復(fù)合體，即轉(zhuǎn)位因子（translocatortranslocator，圖，圖7-287-28），由），由兩部分構(gòu)成的：受體和蛋白質(zhì)通過(guò)的孔道。主要包括兩部分構(gòu)成的：受體和蛋白質(zhì)通過(guò)的孔道。主要

49、包括 tom復(fù)合體，負(fù)責(zé)通過(guò)外膜，進(jìn)入膜間復(fù)合體，負(fù)責(zé)通過(guò)外膜，進(jìn)入膜間隙，隙，在酵母中tom70負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)部具有信號(hào)序列的蛋白，tom20負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)n端具有信號(hào)序列的蛋白，這兩種蛋白的功能都相當(dāng)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的spr受體，在人類(lèi)線粒體中htom34的功能與tom70相當(dāng)。tom復(fù)合體的通道被稱(chēng)為gip（general import pore），就相當(dāng)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的sec61復(fù)合體，主要由tom40構(gòu)成， 還包括tom22， tom7， tom6和tom5；tim復(fù)合體，其中復(fù)合體，其中tim23負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，也可將某些蛋白質(zhì)安插在內(nèi)膜；運(yùn)到基質(zhì)，也可將某些蛋白質(zhì)安插在內(nèi)膜；t

50、im22負(fù)責(zé)將線粒體的代謝物運(yùn)輸?shù)鞍?，如adpatp和磷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白插入內(nèi)膜；oxa復(fù)合體：負(fù)責(zé)將線粒體自身合成的復(fù)合體：負(fù)責(zé)將線粒體自身合成的蛋白質(zhì)插到內(nèi)膜上，同樣也可使經(jīng)由蛋白質(zhì)插到內(nèi)膜上，同樣也可使經(jīng)由tomtim復(fù)合體進(jìn)入基質(zhì)的蛋白質(zhì)插入內(nèi)膜復(fù)合體進(jìn)入基質(zhì)的蛋白質(zhì)插入內(nèi)膜。 線粒體蛋白的運(yùn)送過(guò)程 蛋白質(zhì)解折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)、重折疊。simon 布朗棘輪模型主要觀點(diǎn)： 蛋白在轉(zhuǎn)運(yùn)孔道內(nèi)，多肽鏈做布朗運(yùn)動(dòng)搖擺不定，一旦前體蛋白進(jìn)入線粒體腔，立即有mhsp70結(jié)合上去，防止肽鏈退回細(xì)胞基質(zhì)中。隨著肽鏈的進(jìn)一步延伸，有更多的mhsp結(jié)合。線粒體蛋白的運(yùn)送過(guò)程是耗能的過(guò)程 解折疊 重折疊 轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程：hsp60hsp70mhsp70atpadp + atp葉綠體蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)葉綠體與線粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的相同點(diǎn)葉綠體與線粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的相同點(diǎn)1、蛋白質(zhì)合成定位的特點(diǎn)：后轉(zhuǎn)移方式2、通常前體蛋白n端具有蛋白質(zhì)信號(hào)序列（轉(zhuǎn)運(yùn)肽），完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被信號(hào)肽酶切除3、每一種膜上有特定的轉(zhuǎn)位因子 外膜的轉(zhuǎn)位因子被稱(chēng)為toc復(fù)合體 內(nèi)膜的轉(zhuǎn)位因子被稱(chēng)為tic復(fù)合體。4 、內(nèi)外膜具有接觸點(diǎn)（cont