细胞的能量转换线粒体与叶绿体课件.ppt
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1、细胞的能量转换线粒体与叶绿体第1页,此课件共48页哦一、形态结构与化学组成一、形态结构与化学组成在高等植物中叶绿体大多呈凸透镜状或香蕉在高等植物中叶绿体大多呈凸透镜状或香蕉形,宽形,宽24m,长,长510m。高等植物的叶。高等植物的叶肉细胞一般含肉细胞一般含50200个叶绿体,可占细胞个叶绿体,可占细胞质的质的40%90%,叶绿体的形状、大小和数,叶绿体的形状、大小和数目因物种、细胞类型、生态环境、生理状态目因物种、细胞类型、生态环境、生理状态而有所不同。而有所不同。在藻类中通常只有一个巨大的叶绿体(长达在藻类中通常只有一个巨大的叶绿体(长达100m),形态多样,有带状、螺旋状和星),形态多样
2、,有带状、螺旋状和星状等。状等。第2页,此课件共48页哦叶绿体的结构:叶绿体的结构:叶绿体膜或称叶绿体被膜叶绿体膜或称叶绿体被膜类囊体类囊体(thylakoid)基质基质(stroma)叶绿体含有叶绿体含有3种不同的膜:外膜、内膜、种不同的膜:外膜、内膜、类囊体膜和类囊体膜和3种彼此分开的腔:膜间隙、种彼此分开的腔:膜间隙、基质和类囊体腔(图基质和类囊体腔(图6-1)。)。第3页,此课件共48页哦图图6-1叶绿体的结构叶绿体的结构第4页,此课件共48页哦第5页,此课件共48页哦第6页,此课件共48页哦(一)叶绿体膜(一)叶绿体膜叶绿体膜由双层膜组成,厚叶绿体膜由双层膜组成,厚68nm,内,内外
3、膜间为外膜间为1020nm的膜间隙。外膜的渗的膜间隙。外膜的渗透性大,如核苷、无机磷、磷酸衍生物、透性大,如核苷、无机磷、磷酸衍生物、羧酸类化合物等均可透过。羧酸类化合物等均可透过。内膜对通过物质的选择性很强,是细胞内膜对通过物质的选择性很强,是细胞质和叶绿体基质间的功能性屏障,磷酸质和叶绿体基质间的功能性屏障,磷酸甘油酸、苹果酸、草酰乙酸等不能直接甘油酸、苹果酸、草酰乙酸等不能直接透过,需要特殊的转运体(透过,需要特殊的转运体(translator)才能通过内膜。才能通过内膜。第7页,此课件共48页哦(二)类囊体(二)类囊体是单层膜围成的扁平小囊,沿叶绿体的长轴平是单层膜围成的扁平小囊,沿叶
4、绿体的长轴平行排列。膜上含有光合色素和电子传递链组分,行排列。膜上含有光合色素和电子传递链组分,又称光合膜。又称光合膜。许多类囊体象圆盘一样叠在一起,称为基粒,许多类囊体象圆盘一样叠在一起,称为基粒,每个叶绿体中有每个叶绿体中有4060个。组成基粒的类囊体,个。组成基粒的类囊体,叫做基粒类囊体,构成内膜系统的基粒片层叫做基粒类囊体,构成内膜系统的基粒片层(granalamella)。)。贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠的类囊体称为基质类囊体,它们形成了内膜叠的类囊体称为基质类囊体,它们形成了内膜系统的基质片层(系统的基质片层(stromalam
5、ella)。)。第8页,此课件共48页哦内囊体膜有光合作用能量转换功能的组分:内囊体膜有光合作用能量转换功能的组分:捕光色素、捕光色素、2个光反应中心、电子载体、合个光反应中心、电子载体、合成成ATP的系统和从水中抽取电子的系统。它的系统和从水中抽取电子的系统。它们分别装配在们分别装配在PSI、PSII、细胞色素、细胞色素bf、CF0-CF1ATP酶等主要的膜蛋白复合物中。酶等主要的膜蛋白复合物中。PSI和和PSII复合物都是由核心复合物和捕光复合物都是由核心复合物和捕光复合物(复合物(LHC)组成,但在组分、结构和)组成,但在组分、结构和功能上存在差异。功能上存在差异。CF0-CF1ATP酶
6、,在亚基组分、结构和功能酶,在亚基组分、结构和功能上与线粒体上与线粒体ATP合成酶相似。合成酶相似。第9页,此课件共48页哦内囊体膜的主要成分是蛋白质和脂类(内囊体膜的主要成分是蛋白质和脂类(60:40)脂类:含磷脂很少,富含含半乳糖的糖脂,其不饱脂肪脂类:含磷脂很少,富含含半乳糖的糖脂,其不饱脂肪脂类:含磷脂很少,富含含半乳糖的糖脂,其不饱脂肪脂类:含磷脂很少,富含含半乳糖的糖脂,其不饱脂肪酸(亚麻酸)含量高(约酸(亚麻酸)含量高(约酸(亚麻酸)含量高(约酸(亚麻酸)含量高(约87%87%),所以膜流动性高。),所以膜流动性高。蛋白质:蛋白质:蛋白质:蛋白质:外在蛋白:在内囊体基质侧分布较多
7、,如外在蛋白:在内囊体基质侧分布较多,如CF1和一和一和一和一些与光反应有关的酶类。些与光反应有关的酶类。些与光反应有关的酶类。些与光反应有关的酶类。内在蛋白:如叶绿素内在蛋白:如叶绿素内在蛋白:如叶绿素内在蛋白:如叶绿素-蛋白质复合物(蛋白质复合物(CPI和和和和CPII)、)、质体醌(质体醌(PQPQ)、细胞色素()、细胞色素(Cyt)、质体蓝素()、质体蓝素(PC)、铁氧还蛋白()、铁氧还蛋白(Fd)、黄素蛋白等。)、黄素蛋白等。)、黄素蛋白等。)、黄素蛋白等。第10页,此课件共48页哦(三)基质(三)基质是内膜与类囊体之间的空间,主要成分包括是内膜与类囊体之间的空间,主要成分包括:碳同
8、化相关的酶类:如碳同化相关的酶类:如RuBP羧化酶羧化酶/加加氧酶,占内囊体可溶性蛋白质的氧酶,占内囊体可溶性蛋白质的80%和叶片和叶片可溶性蛋白质的可溶性蛋白质的50%。叶绿体叶绿体DNA、蛋、蛋白质合成体系:如,白质合成体系:如,ctDNA、各类、各类RNA、核糖体等。核糖体等。一些颗粒成分:如淀粉粒、质一些颗粒成分:如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。体小球和植物铁蛋白等。第11页,此课件共48页哦二、叶绿体与光合作用二、叶绿体与光合作用在在植物生理学植物生理学中讲授。中讲授。第12页,此课件共48页哦第三节第三节 线粒体和叶绿体是线粒体和叶绿体是半自主的细胞器半自主的细胞器1962196
9、2年,年,RisRis和和PlantPlant在衣藻叶绿体中发现在衣藻叶绿体中发现在衣藻叶绿体中发现在衣藻叶绿体中发现DNA;19631963年,年,M.NassM.Nass和和和和S.Nass在鸡胚肝细胞线粒体中发现在鸡胚肝细胞线粒体中发现DNADNA;线粒体和叶绿体中还有各种线粒体和叶绿体中还有各种RNARNA、核糖体、氨基酸活、核糖体、氨基酸活、核糖体、氨基酸活、核糖体、氨基酸活化酶等。化酶等。化酶等。化酶等。线粒体和叶绿体由自身编码合成的蛋白质分别为约线粒体和叶绿体由自身编码合成的蛋白质分别为约20和和6060余种;大部分是由核基因编码,细胞质基质内合余种;大部分是由核基因编码,细胞质
10、基质内合余种;大部分是由核基因编码,细胞质基质内合余种;大部分是由核基因编码,细胞质基质内合成,然后转移至线粒体和叶绿体的。成,然后转移至线粒体和叶绿体的。成,然后转移至线粒体和叶绿体的。成,然后转移至线粒体和叶绿体的。第13页,此课件共48页哦一、线粒体和叶绿体的一、线粒体和叶绿体的DNAmtDNA呈双链环状,裸露,与细菌呈双链环状,裸露,与细菌DNA相相似。人的似。人的mtDNA为为16569bp,含,含37个结构个结构基因。基因。ctDNA亦呈双链环状。亦呈双链环状。每个线粒体和叶绿体中每个线粒体和叶绿体中DNA的数量分别为的数量分别为约约6个和个和12个。个。mtDNAmtDNA165
11、69bp16569bp3737个基因个基因个基因个基因2 2种种种种 编码编码编码编码 rRNA(12SrRNA(12S和和和和16S)16S)基因基因基因基因2222种种种种 编码编码编码编码 tRNAtRNA基因基因基因基因1313种种种种 编码编码编码编码 蛋白质基因蛋白质基因蛋白质基因蛋白质基因第14页,此课件共48页哦mtDNA和和ctDNA均可自我复制(半保留方均可自我复制(半保留方式)。式)。mtDNA的复制时间主要在的复制时间主要在S期和期和G2期期;ctDNA的复制时间在的复制时间在G1期期。复制所需的。复制所需的DNA聚合酶由核基因编码并在细胞质基质聚合酶由核基因编码并在细
12、胞质基质核糖体上合成。核糖体上合成。第15页,此课件共48页哦线粒体与叶绿体的相似性线粒体与叶绿体的相似性均由两层膜包被,内外膜的性质、结构有显均由两层膜包被,内外膜的性质、结构有显著的差异。著的差异。均为半自主性细胞器,具有自身的均为半自主性细胞器,具有自身的DNA及及转录翻译体系。因此绿色植物细胞内存在转录翻译体系。因此绿色植物细胞内存在3个遗传系统。个遗传系统。线粒体和叶绿体的线粒体和叶绿体的DNA都不足以编码其所都不足以编码其所需的全部蛋白质,必须依靠核基因来编码其需的全部蛋白质,必须依靠核基因来编码其余的蛋白质。通过定向转运进入线粒体和叶余的蛋白质。通过定向转运进入线粒体和叶绿体的各
13、部分。绿体的各部分。第16页,此课件共48页哦第17页,此课件共48页哦二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成组成线粒体各部分的蛋白质,绝大多数都是组成线粒体各部分的蛋白质,绝大多数都是由核由核DNA编码并在细胞质核糖体上合成后编码并在细胞质核糖体上合成后再转运到线粒体各自的功能位点上。再转运到线粒体各自的功能位点上。由由mtDNA编码的编码的RNA和多肽有:线粒体核和多肽有:线粒体核糖体中的糖体中的2种种rRNA(12S和和16S)、22种种tRNA、13种多肽(复合物种多肽(复合物I中中7个亚基、复合物个亚基、复合物III中中1个亚基、复合物个亚基、复合物IV中中3个
14、亚基、个亚基、F0中中2个亚基)。个亚基)。第18页,此课件共48页哦组成叶绿体的蛋白质有组成叶绿体的蛋白质有3种来源:种来源:ctDNA编码,叶绿体核糖体上合成;编码,叶绿体核糖体上合成;核核DNA编码,细胞质核糖体上合成;编码,细胞质核糖体上合成;核核DNA编码,叶绿体核糖体上合成。编码,叶绿体核糖体上合成。第19页,此课件共48页哦由由ctDNA编码的编码的RNA和多肽有:叶绿体核和多肽有:叶绿体核糖体中的糖体中的4种种rRNA(23S、16S、4.5S、5S),),30种(烟草)或种(烟草)或31种(地钱)种(地钱)tRNA,100多种多肽。多种多肽。由叶绿体核糖体合成的重要蛋白质有:
15、由叶绿体核糖体合成的重要蛋白质有:RuBP羧化酶的大亚基、羧化酶的大亚基、PSI的的2个亚基、个亚基、PSII的的8个亚基、个亚基、ATP合酶的合酶的6个亚基、个亚基、Cytb6f复合物的复合物的3个亚基)。个亚基)。第20页,此课件共48页哦三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与装配三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与装配线粒体前体蛋白质在运输以前,以未折叠线粒体前体蛋白质在运输以前,以未折叠的形式存在,的形式存在,N端有一段信号序列称为端有一段信号序列称为导导肽(肽(leaderpeptide),),完成转运后被信号完成转运后被信号肽酶(肽酶(signalpeptidase)切除,就成为成)切除,就
16、成为成熟蛋白,这种现象就叫做熟蛋白,这种现象就叫做后转移(后转移(post-translocation)。)。第21页,此课件共48页哦导肽的特点:导肽的特点:多位于肽链的多位于肽链的N端,由大约端,由大约2080个氨基酸个氨基酸残基构成;残基构成;形成一个既具亲水性又具疏水性的两性形成一个既具亲水性又具疏水性的两性螺螺旋,带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏旋,带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧;水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧;对所牵引的蛋白质没有特异性要求。对所牵引的蛋白质没有特异性要求。带正电荷的氨基酸(如带正电荷的氨基酸(如Arg)和羟基氨基酸)和羟基氨基酸
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- 细胞 能量 转换 线粒体 叶绿体 课件
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