线粒体和叶绿体的结构和功能
线粒体和叶绿体的结构和功能
叶绿体
C3植物主要叶肉细胞 C4植物主要叶肉细胞， 维管束鞘细胞
椭球形或球形
与周围细胞质基质分开
内膜光滑，无光合作用 有关的酶
圆柱状，由囊状结构 堆叠而成,分布有与光 反应有关色素、酶 液态，含有暗反应有关 酶，少量DNA
(1)没有线粒体的活细胞：
原核细胞(如细菌) 哺乳动物成熟的红细胞 厌氧型真核细胞(蛔虫细胞)
CH3COCOOH＋6H2O 酶 6CO2＋[H]+少量ATP 24[H]＋6O2 酶 12H2O＋大量ATP
O2
功能： 线粒体是有氧呼吸的主要场所 (1)分解丙酮酸的细胞器 (2)消耗O2的细胞器 (3)生成H2O、CO2的细胞器 (4)产生大量ATP的细胞器 (5)DNA的次要载体 进行场所：线粒体
2H2O 光 4H＋＋4e＋O2源自NADP＋＋H＋＋2e 酶 NADPH CO2＋C3
酶
C4
ADP＋Pi＋E 酶 ATP
维管束鞘细胞
C4 CO2＋C5 酶 2C3 2C3NAD酶PH ATP (CH2O)＋C5
功能
叶绿体是进行光合作用的场所
(1)将CO2、H2O合成有机物的细胞器 (2)吸收CO2、释放O2的细胞器 (3)把光能转变成化学能储存在有机物
问题：
（1）叶绿体中合成ATP的能量来源是
，合成的ATP用于
，
释放的氧气的来源是
， CO2除来自大气外，还来光源能
于
。
（2）线粒体中合成ATP的CO能2量的来还源原是
，合成的AT水P用的于分解
，吸收的氧气除来自大气外，还来源
于
。
线粒体的呼吸作用
有机物的分解
生命活动
线粒体叶绿体的结构和功能
• 2、方法步骤：
•
a.选材浸泡：取数粒新鲜、饱满的玉米种子，浸泡。
•
b.切割分组：每粒种子沿中线切开，平分成甲、乙两组。
•
c.不同处理：把甲组放入烧杯里，煮沸10分钟以上，使种子煮透
致死；乙组不作任何处理。
•
d.相同处理：把两组种子分别放入两只培养皿中，然后向两只培
养皿中注入已稀释的红墨水，在室温下浸染3-5分钟。
•
B、C、D项：以免疫调节、激素调节、神经调节为材料考察了细
胞膜的信息传递功能。
• 3．如图为叶肉细胞中两种细胞器的模式图。下列叙述中正
确的是(c )
• A．②③均具有光合色素 • B．①②③均具有合成ATP的酶 • C．②处具有合成和转化C3的酶 • D．①处生成的CO2可扩散至③处被利用 • 考点分析：
内膜向内折叠成嵴
基粒分布在内膜上，呈小 球状，含有ATP合成酶 基质含有呼吸作用酶 有氧呼吸的主要场所
内膜不向内折叠 基粒由囊状结构堆叠而成 含有光合色素和相关酶 基质含有光合作用酶 光合作用场所
结构：都具有双层膜 成分：基质中都含有DNA和RNA 功能：都能形成ATP
小结：线粒体、叶绿体的结构是与功能相适应的
异同点？
动物细胞亚显微结构
植物细胞亚显微结构
细胞质 细胞膜
（二）细胞膜的结构与功能
【自主学习】 1、细胞膜的结构包括哪两部分，结构特点是什么？ 2、细胞膜有什么功能？其功能特点是什么？ 3、糖蛋白有什么作用？
• 【合作交流】 • 1、哪些现象说明细胞膜具有流动性？
• 2、下列画面展示了什么现象？说明了什么问题？
4、识别细胞间信息交流的三种方式
直 接 交 流
间 接 交 流
细胞的能量转换─线粒体和叶绿体
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961) ●质子动力势的其他作用 ●线粒体能量转换过程略图
线粒体的形态结构
●线粒体的形态、大小、数量与分布 ●线粒体的超微结构
科学家把这一研究成果发表在2001年12月的《美国人类遗传学》杂志上
吉普赛人靠卖艺为生（摄于20世纪30年代） 图片来自微软Encarta百科全书。
一些结论－－仅供参考
2001年初，英国牛津大学遗传学家布赖恩·赛克斯对欧洲人线粒体DNA 的研究表明，99％的现代欧洲人同是来源于7位女性，她们可以称为欧 洲人的7位夏娃。
自受精卵形成后，线粒体也不断地分裂、增长。于 是在人类细胞的内部，线粒体通过氧化方式，夜以 继日地为人类细胞提供着能量。
人类在各种活动中，无论是学习，还是工作，都离 不开线粒体。
严格地讲，线粒体并不属于人类。线粒体有自己的 名称、历史和性格特点，它是单独的生命体。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
●线粒体的超微结构 ●线粒体的化学组成及酶的定位 ●线粒体是物质氧化与能量转换的场所 ●线粒体与人类疾病和衰老
●叶绿体(Chloroplast)的形态结构 ●叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)
叶绿体(Chloroplast)的形态结构
●叶绿体与线粒体形态结构比较 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，还有类囊体腔； 捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体 膜上。 ●叶绿体超微结构
电子传递与氧化磷酸化的结构基础
◆氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机 分子中储藏的能量高能电子质子动力势ATP
线粒体和叶绿体
-（1）蛋白质：占叶绿体的0.3-0.5% -（2）脂质：主要是磷脂与糖脂 -（3）酶类：ATP酶、腺苷酸激酶等
2、类囊体
• 1）类囊体的结构
-(1)类囊体腔 -(2) 基 质 类 囊 体 （ 基 质 片 层 ） -(3)基粒（类囊体膜） 光合作用能量转换功能的组 分 – A、天线色素（LHC）
定位
细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜。电子传递链存在于 内膜上，氧化磷酸化作用由基粒 承担
（二）有机物的氧化分解
1、糖酵解
指细胞将葡萄糖分 子（6碳糖）分解 成3碳糖，最终形 成丙酮酸的过程。 细胞质中，不需要 O2的参与。 丙酮酸进入线粒体 氧化形成乙酰CoA。 底物磷酸化：
2、三羧酸循环 产生高能电子
• 内膜不含电子传 递链
• 除了膜间隙、基 质外，还有类囊 体(3个腔）
• 捕光系统、电子 传 递 链 和 ATP 合 成酶都位于类囊 体膜上
二、叶绿体的功能——光合作用
• 光合作用
• 光合作用的意义：
一切生命得以生存的基础 -合成有机物 -提供能量 -物质循环 -提供氧气 -防止紫外线
光合作用
❖有氧呼吸？
NADHO2: 2.5ATP/2e; FADH2 O2 : 1.5ATP/2e
生物氧化产生ATP的统计
一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATP？
糖酵解：底物水平磷酸化产生 4 ATP（细胞质） 己糖分子活化消耗 2 ATP（细胞质） 产生 2NADH，经电子传递产生 3或 5 ATP
形成“转子”； 2）嵌入膜中的F0（基
部），组成“定子”；
F1:3:3:1:1:1 具3个ATP合成的催 化位点
F0: 1a：2b：12c 环形结构，具质 子通道
2.2.1叶绿体与线粒体-教学设计-2023-2024学年高一上学期生物北师大版(2019)必修1
作用与目的：
-帮助学生初步了解叶绿体与线粒体的结构和功能，为课堂讨论打下基础。
-培养学生的自主学习能力和独立思考能力，提高他们对生物学概念的理解。
2.课中强化技能
教师活动：
-导入新课：通过展示叶绿体和线粒体在细胞中的作用实例，引起学生对主题的兴趣。
2.科学思维：培养学生运用比较、分析等科学方法，探究叶绿体与线粒体的异同点，训练学生的科学思维能力。
3.科学探究：通过小组合作、讨论等方式，培养学生主动探究生物现象的兴趣和能力，提升学生的科学探究技能。
4.社会责任：引导学生关注生物学与人类生活的关系，认识生物学知识在解决实际问题中的重要性，培养学生的社会责任感。
-提问与讨论：学生针对不理解的地方提出问题，参与小组内的讨论和汇报。
教学方法/手段/资源：
-讲授法：通过教师的详细讲解，确保学生对知识点有全面的理解。
-小组合作学习法：通过小组讨论和汇报，培养学生的团队合作和沟通能力。
-多媒体资源：利用动画和实物模型等资源，提供直观的学习材料。
作用与目的：
-确保学生对叶绿体和线粒体的结构和功能有深入的理解。
2.过程与方法方面的学习效果：
-学生能够通过自主学习，对叶绿体和线粒体的结构和功能有一个初步的理解。
-学生能够在小组合作中，运用比较、分析等科学方法，探究叶绿体与线粒体的异同点，并提出自己的见解。
-学生能够通过实验和观察，如显微镜下的叶绿体和线粒体观察，加深对叶绿体和线粒体结构和功能的理解。
3.情感态度与价值观方面的学习效果：
-结构：双层膜结构、类囊体薄膜、基质
-功能：光合作用
2.线粒体的结构与功能
线粒体与叶绿体(1)
叶绿体外被由双层膜组成，膜间为10~20nm的膜间隙。外膜的渗透性大，如核苷、 无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。
内膜对通过物质的选择性很强，，CO2、O2、Pi、H2O、磷酸甘油酸、丙糖磷酸， 双羧酸和双羧酸氨基酸可以透过内膜，ADP、ATP已糖磷酸，葡萄糖及果糖等透 过内膜较慢。蔗糖，NADP+及焦磷酸等不能透过内膜，需要特殊的转运体 translator）才能通过内膜。
线粒体一般呈粒状或杆状，但因生物种类和生理状态而异，可呈环形， 哑铃形、线状、分杈状或其它形状。数目一般数百到数千个，线粒体通常 分布在细胞功能旺盛的区域。
线粒体的超微结构 图1 图2
外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。标志酶为单 胺氧化酶。 图2 内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴。 （cristae），嵴能显著扩大内膜表面积（达5~10倍）。含有与能量转换 相关的蛋白 （执行氧化反应的电子传递链酶系、 ATP合成酶、线粒体内 膜转运蛋白）。标志酶为细胞色素氧化酶。 膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。 标志酶为腺苷酸激酶。 基质（matrix）：含三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化等酶系、线粒体 基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
个体发育：由前质体（proplastid）分化 而来。
增殖：分裂增殖
24
二、 线粒体和叶绿体的起源
内共生起源学说（endosymbiosis hypothesis)
叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻：ereschkowsky，1905 年
Margulis，1970年：线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰 氏阴性细菌：叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌 （Cyanobacteria），即蓝藻。
细胞生物学第七章线粒体与叶绿体知识点整理
《第七章 线粒体与叶绿体》知识点整理一、线粒体与氧化磷酸化 1． 形态结构 外膜：标志酶：单胺氧化酶 是线粒体最外面一层平滑的单位膜结构; 通透性高；50％蛋白，50％脂类； 内膜：标志酶:细胞色素氧化酶 是位于外膜内侧的一层单位膜结构；缺乏胆固醇，富含心磷脂-—决定了内膜的不透性（限制所有分子和离子的自由通过)；蛋白质/ 脂类:3:1； 氧化磷酸化的关键场所 膜间隙:标志酶:腺苷酸激酶 其功能是催化ATP 大分子末端磷酸基团转移到AMP ，生成ADP 嵴：内膜内折形成,增加面积；需能大的细胞线粒体嵴数多 片状(板状）:高等动物细胞中，垂直于线粒体长轴 管状：原生动物和植物中 基粒（ATP 合成酶)：位于线粒体内膜的嵴上的规则排列的颗粒 基质：标志酶：苹果酸脱氢酶 为内膜和嵴包围的空间,富含可溶性蛋白质的胶状物质，具有特定的pH 和渗透压； 三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化进行场所 含有大量蛋白质和酶，DNA,RNA ，核糖体，Ca2+ 2． 功能 (1) 通过基质中的三羧酸循环，进行糖类、脂肪和氨基酸的最终氧化 (2) 通过内膜上的电子传递链，形成跨内膜的质子梯度 (3) 通过内膜上的ATP 合成酶，合成ATP ATP 合成酶的结合变化和旋转催化机制（书P90）头部F 1(α3β3γδε) 亲水性 α、β亚基具有ATP 结合位点，β亚基具有催化ATP 合成的活性 γε结合为转子,旋转以调节β亚基的3种构象状态δ与a 、b 亚基结合为定子基部F 0(a 1b 2c 10-12） 疏水性 C 亚基12 聚体形成一个环状结构定子在一侧将α3β3与F 0连接起来>〉氧化磷酸化的具体过程① 细胞内的储能大分子糖类、脂肪经酵解或分解形成丙酮酸和脂肪酸,氨基 酸可被分解为丙酮酸,脂肪酸或氨基酸进入线粒体后进一步分解为乙酰CoA;② 乙酰CoA 通过基质中的TCA 循环,产生含有高能电子的NADH 和FADH2； ③ 这两种分子中的高能电子通过电子传递链，在过程中形成跨内膜的质子梯度； 氧化磷酸化*Delta *epsilon《第七章 线粒体与叶绿体》知识点整理④ 质子梯度驱动ATP 合成酶将ADP 磷酸化成ATP,势能转变为化学能。
线粒体与叶绿体
线粒体和叶绿体是细胞内能量转换的主要场所。
线粒体大小不一，形状大多为棒状，细丝状或球状颗粒，长1~2纳米。
线粒体超微结构可大致分为外膜，内膜，膜间隙与基质。
外膜通透性较高，含孔蛋白，是线粒体的通道蛋白，允许较大的分子通过，如蛋白质，rRNA等。
内膜具有高度不通透性，向内折叠形成嵴。
含有与能量转换相关的蛋白，如ATP合成酶，线粒体内膜转运蛋白等，是执行氧化反应的电子传递链所在地。
膜间隙含许多可溶性酶，底物及辅助因子。
基质含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
核糖体主要由蛋白质与脂质组成，蛋白质占线粒体干重的65~70%，脂类占线粒体干重的25～30％，磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。
在内膜上，脂类与蛋白质的比值为0.3：1，在外膜上为1：1。
在线粒体的不同部位含有不同数量不同种类的酶，外膜上含有单胺氧化酶，NADH-细胞色素c还原酶等；内膜上含有细胞色素b,c,c1,a,a3氧化酶，ATP合成酶系等；膜间隙上含有腺苷酸激酶，二磷酸激酶等；基质上含有柠檬酸合成酶，苹果酸脱氢酶等。
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。
线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两个不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP 酶活性，ATP合成酶是可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙，这是ATP合成酶磷酸化的分子基础。
化学渗透假说：电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。
在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。
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e
d b
a
n c b a b d A f B (1)题中所说的“适宜的条件”主要是指 水、光照充足 _________________( 至少答出两点) b d f (2)图A中哪几个字母代表O2___________ 。 (3)请在图B中绘出b点之前的部分，使曲线完整， 与Y轴的交点为a。 (4)当CO2浓度分别为c和n时，图A中，对应的a a b 和________ a b e f。 －f过程分别是______ (5)图A中的b若指的是葡萄糖，图示还正确吗？ 说明原因。 不正确. 葡萄糖在细胞质基质中分解 ____________________________ 成丙酮酸后才能进入线粒体 .
学习评价： 如图所示，图 A 表示某植物细胞的部分细胞 结构和相关代谢情况，a－f指的是O2或CO2。图 B 表示在适宜的条件下，环境中的 CO2 浓度与 CO2吸收量之间的关系曲线，m点是能够进行光 合作用的CO2最低浓度。据图回答下列问题： c e d a m b n c b d A f B
c
(二)线粒体和叶绿体功能
1、线粒体与有氧呼吸 C6H12O6 CH3COCOOH
CH3COCOOH＋6H2O 酶 6CO2＋[H]+少量ATP 24[H]＋6O2 酶 12H2O＋大 线粒体是有氧呼吸的主要场所
(1)分解丙酮酸的细胞器
(2)消耗O2的细胞器
(3)生成H2O、CO2的细胞器
（三）线粒体和叶绿体功能上的联系
(1)黑暗时
CO2
O2 在黑暗或无光照条件下，常用来测定 呼吸作用强度
(2)当光照强度小于光补偿点时
CO2 CO2
O2
O2
此时植物体的有机物仍然在减少，但幅度减小。
(3)光照强度为光补偿点时
CO2
O2
此时植物既不吸收CO2，又不释放CO2；
既不吸收O2又不释放O2；既不增重，又不减轻。 光合作用速率等于呼吸作用速率。
(1)光反应有关最核心的色素是： 少数处于特殊状态的叶绿素 a (2)电子最终供体是：水 (3)电子的最终受体是：NADP+ (4)电能转变成活跃的化学能储存在： ATP、NADPH
(5) NADPH的功能： 还原剂、提供能量
(6)C4植物暗反应的场所：叶肉细胞叶绿体的基质 维管束鞘细胞叶绿体的基质
(1)没有线粒体的活细胞： 原核细胞(如细菌) 哺乳动物成熟的红细胞 厌氧型真核细胞(蛔虫细胞) (2)C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体的特点： 数目多，形态大，且无基粒 (3)线粒体有氧呼吸酶分布在： 内膜和基质
（4)光合作用有关的酶分布在叶绿体： 基粒和基质
(5)叶绿体和线粒体的共同点：
双层膜、基质、少量DNA、不同类型的酶。
谢谢！
形
态 外 双 膜 层 内 膜 膜
与周围细胞质基质分开
向内折叠形成嵴，扩 大内膜面积，分布有 与有氧呼吸有关酶
与周围细胞质基质分开
内膜光滑，无光合作用 有关的酶
结
构 腔
基 粒
基 质 液态，含有氧呼吸有 关酶，少量DNA
圆柱状，由囊状结构 堆叠而成,分布有与光 反应有关色素、酶
液态，含有暗反应有关 酶，少量DNA
植物细胞亚显微结构图
细胞质基质 线粒体 细胞质
叶绿体
内质网 细胞器： 高尔基体 液泡
核糖体
中心体
(一)线粒体和叶绿体结构
线粒体结构模式图
叶绿体结构模式图
线粒体和叶绿体的比较
线粒体
分 布 需氧型的真核生物细胞 代谢旺盛的细胞数目多 椭球形
叶绿体
C3植物主要叶肉细胞 C4植物主要叶肉细胞， 维管束鞘细胞 椭球形或球形
(4)产生大量ATP的细胞器
(5)DNA的次要载体 进行场所：线粒体 真核生物进行有氧 呼吸的条件 分解物质：丙酮酸 外界条件：O2
2、叶绿体与光合作用 C3 植物
O2
CO2
叶肉细胞
2H2O 光 4H＋＋4e＋O2 NADP＋＋H＋＋2e ADP＋Pi＋E
酶
酶
NADPH 2C3 C5
CO2＋C5 酶
(4)当光照强度大于光补偿点时
O2
O2
CO2 CO2 把叶绿体消耗CO2的总量或产生O2的总量所 代表的光合作用叫做真正的光合作用。把叶绿 体从大气中吸收CO2的量或释放到大气中O2的量 所代表的光合作用叫做表观光合作用
高考连接：（2005年广东高考试题） 在高等植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量转换 的重要细胞器。请回答以下问题： （1）叶绿体中合成ATP的能量来源是 光能 ，合 成的ATP用于 CO2的还原 ， 释放的氧气的来 源是 水的分解 ， CO2除来自大气外，还来源 于 线粒体的呼吸作用 。 （2）线粒体中合成ATP的能量来源是 有机物的分解 ，合成的ATP用于 生命活动 ，吸收的氧气除来自 大气外，还来源于 叶绿体的光合作用。
NADPH ATP
2C3
(CH2O) ＋
ATP
酶
C4植物
2H2O 光 4H＋＋4e＋O2
O2
CO2 叶肉细胞
NADP＋＋H＋＋2e
酶
NADPH
CO2＋C3 酶
C4
ADP＋Pi＋E 酶 ATP
维管束鞘细胞 C4
CO2＋C5
2C3 NADPH
酶
酶
ATP
2C3
(CH2O)＋C5
功能
叶绿体是进行光合作用的场所 (1)将CO2、H2O合成有机物的细胞器 (2)吸收CO2、释放O2的细胞器 (3)把光能转变成化学能储存在有机物 中的细胞器 (4)DNA的次要载体