细胞6,线粒体和叶绿体-2010.ppt
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1、第六章 细胞的能量转换 线粒体和叶绿体,线粒体 叶绿体与光合作用 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 线粒体和叶绿体的增殖与起源,主要内容:,一、线粒体与疾病,以线粒体结构或功能异常为主要病因的一大类疾病称为线粒体病。 线粒体病是一组多系统疾病,因中枢神经系统和骨骼肌对能量的依赖性最强,故临床症状以中枢神经系统和骨骼肌病变为特征。,Kearns-Sayre综合征(眼肌病) Pearson-骨髓/胰腺综合征 线粒体心肌病 帕金森病 Alzheimer病 肿瘤 糖尿病 冠心病 衰老,与线粒体有关的病变,第一节 线粒体,第二节 叶绿体与光合作用,1.叶绿体(Chloroplast)的形态结构,叶绿体与线
2、粒体形态结构比较 叶绿体内膜并不向内折叠成嵴;内膜不含电子传递链;除了膜间隙、基质外,还有类囊体; 捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上。,叶绿体的超微结构,基粒,类囊体间隙/内囊体腔,基质类囊体,叶绿体由3部分构成:叶绿体膜、类囊体和基质。 外膜通透性大,内膜是功能屏障。 全部内囊体是完整连续的封闭膜囊,使膜系统的膜囊与基质隔开。内囊体膜富含不饱和半乳糖糖脂,流动性很大,可促进膜上蛋白/蛋白复合体的移动,利于光合作用。 基质是光合作用固定CO2的场所。,2. 叶绿体的功能光合作用(photosynthesis),(1)光反应(Light Reaction) 光合电子传递反应,只
3、有在光照下才发生。 (2)暗反应(Dark Reaction) 碳固定反应,在光反应产物的驱动下进行。,光合作用:自然界将光能转换为化学能的主要途径,其本质是呼吸作用的逆过程。主要包括两个步骤:,2.1 光反应,在类囊体膜上由光引起的光化学反应,通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能,水光解放出 O2 ,并将光能转换为电能(生成高能电子),进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转换为活跃化学能, 形成ATP和NADPH的过程。包括原初反应和电子传递及光合磷酸化两个部分。,2.1.1 原初反应(primary reaction) 指光合色素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程,包括光能的吸
4、收、传递与转换,形成高能电子。 或者说:光能被天线色素分子吸收、并传递至反应中心,在反应中心发生最初的光化学反应,使电荷分离从而将光能转换为电能。 由光系统复合物完成, 特点:历时时间短,光能利用率高,可在低温下进行。,光合色素 一类含有能吸收可见光谱中特定波长光的化学基团的分子。主要包括以下3类: 叶绿素:一类含脂的色素家族,位于类囊体膜上,在光合作用的光吸收中起核心作用。 类胡萝卜素:可帮助叶绿素提高对光吸收的效率,还可从激发的叶绿素分子回收多余的能量并以热能释放,有防止光照损伤叶绿素的功能。 藻胆素,光合单位,在原初反应里,每吸收和传递1个光子到反应中心完成光化学反应所需要起协同作用的色
5、素分子,是能完成光化学反应的最小结构功能单位,包括聚光色素系统和光合反应中心两部分。一个光合单位包括大约300个叶绿素分子以及类胡萝卜素分子,但只有一个反应中心色素分子,可将光能转换为化学能,其余的光合色素为捕光色素分子/天线色素分子,它们吸收光能并将其传递到反应中心色素。,光系统 是进行光吸收的功能单位,是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物。有两个主要成分:捕光复合物(light-harvesting complex,LHC)和光反应中心复合物(reaction-center complex)。 捕光复合物由叶绿素及和蛋白连接的类胡萝卜素组成。光子被一个色素分子吸收并以共振能的方式
6、传递。 反应中心复合物作为电子供体和受体,含有一对特别的叶绿素a,吸收光能被激发,产生电荷分离和能量转换。,捕光复合物将吸收的光能通过共振机制迅速地传给反应中心色素分子。不断发生氧化还原反应(电荷分离),不断把电子传递给原初电子受体,完成光能转换为电能的过程。,光化学反应:反应中心色素分子吸收光能所引起的氧化还原反应。,2.1.2电子传递与光合磷酸化,电子在电子传递体之间传递和光合磷酸化,形成ATP和NADPH,将电能转换为活跃的化学能。 涉及水的裂解、电子传递及NDAP+还原,最初电子供体是H2O,最终电子受体是NADP+。 类囊体腔的质子浓度比叶绿体基质高,该浓度梯度产生的原因归于:H2O
7、光解、cytb6f 的H+-泵、NADPH的形成。 ATP、NADPH在叶绿体基质中形成。,是光反应的第二步。 电子传递链由一系列特殊的电子载体构成,包括光系统I、光系统II和细胞色素b6f复合物、质体蓝素(PC)等膜蛋白复合物。,电子传递,2H2O+2NADP+8光子O2+2NADPH+2H+,类囊体膜上有两种光系统:光系统II(PSII)和光系统I(PSI)。 PSII利用从光中吸收的能量将水裂解,并将其释放的电子传递给质体醌,同时在类囊体膜两侧建立H+质子梯度。 PSI将电子从质体蓝素传递给铁氧还蛋白(Fd),此过程需要光能的驱动。利用吸收的光能或传递来的激发能在内囊体膜的基质侧还原NA
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