简述线粒体和叶绿体适应其功能的结构特点.

Question

简述线粒体和叶绿体适应其功能的结构特点.

Answer 1

线粒体由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质.基质内含 有与三羧酸循环所需的全部酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体.线粒体能为细胞的生命活动提供场所,是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所,有细胞"动力工厂" (power plant)之称.另外,线粒体有自身的DNA和遗传体系, 但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器. 外膜 　　(out membrane)含40%的脂类和60%的蛋白质,具有孔蛋白（porin）构成的亲水通道,允许分子量为5KD以下的分子通过,1KD以下的分子可自由通过.标志酶为单胺氧化酶.它是包围在线粒体外面的一层单位膜结构.厚6nm,平整光滑,上面有较大的孔蛋白,可允许相对分子质量在5kDa左右的分子通过.外膜上还有一些合成脂的酶以及将脂转变成可进一步在基质中代谢的酶. 内膜 　　（inner membrane）含100种以上的多肽,蛋白质和脂类的比例高于3:1.心磷脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇,类似于细菌.通透性很低,仅允许不带电荷的小分子物质通过,大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统.如：丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度协同运输.线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜,因此从能量转换角度来说,内膜起主要的作用.内膜的标志酶为细胞色素C氧化酶.它是位于外膜内层的一层单位膜结构,厚约6nm.内膜对物质的通透性很低,只有不带电的小分子物质才能通过.内膜向内折褶形成许多嵴,大大增加了内膜的表面积.内膜含有三类功能性蛋白:①呼吸链中进行氧化反应的酶； ②ATP合成酶复合物; ③一些特殊的运输蛋白,调节基质中代谢代谢物的输出和输入. 　　线粒体内膜向基质折褶形成的结构称作嵴(cristae),嵴的形成使内膜的表面积大大增加.嵴有两种排列方式：一是片状(lamellar),另一是管状(tubular).在高等动物细胞中主要是片状的排列,多数垂直于线粒体长轴.在原生动物和植物中常见的是管状排列.线粒体嵴的数目、形态和排列在不同种类的细胞中差别很大.一般说需能多的细胞,不仅线粒体多,而且线粒体嵴的数目也多.线粒体内膜的嵴上有许多排列规则的颗粒称为线粒体基粒(elementary particle),每个基粒间相距约10 nm.基粒又称偶联因子1(coupling factor 1),简称F1,实际是ATP合酶(ATP synthase),又叫F0 F1 ATP酶复合体,是一个多组分的复合物. 膜间隙 　　(intermembrane space)是内外膜之间的腔隙,延伸至嵴的轴心部,腔隙宽约6-8nm.由于外膜具有大量亲水孔道与细胞质相通,因此膜间隙的pH值与细胞质的相似.标志酶为腺苷酸激酶. 基质 　　（matrix）为内膜和嵴包围的空间.除糖酵解在细胞质中进行外,其他的生物氧化过程都在线粒体中进行.催化三羧酸循环,脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类均位于基质中,其标志酶为苹果酸脱氢酶.基质具有一套完整的转录和翻译体系.包括线粒体DNA（mtDNA）,70S型核糖体,tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等.基质中还含有纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质,内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等离子. 叶绿体扁球状,厚约2.5微米,直径约5微米.具双层膜,内有间质,间质中含呈溶解状态的酶和片层.片层由闭合的中空盘状的类囊体垛堆而成,类囊体是形成高能化合物三磷酸腺苷(ATP)所必需.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、C5糖双磷酸酯,C糖磷酸酯,NADP+及焦磷酸不能透过内膜,需要特殊的转运体（translator）才能通过内膜. （二）类囊体 　　是单层膜围成的扁平小囊,沿叶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,又称光合膜. 　　许多类囊体象圆盘一样叠在一起,称为基粒,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（grana lamella）.基粒直径约0.25~0.8μm,由10~100个类囊体组成.每个叶绿体中约有40~60个基粒. 　　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,它们形成了内膜系统的基质片层（stroma lamella）. 　　由于相邻基粒经网管状或扁平状基质类囊体相联结,全部类囊体实质上是一个相互贯通的封闭系统.类囊体做为单独一个封闭膜囊的原始概念已失去原来的意义,它所表示的仅仅是叶绿体切面的平面形态. 　　类囊体膜的主要成分是蛋白质和脂类（60：40）,脂类中的脂肪酸主要是不饱和脂肪酸（约87%）,具有较高的流动性.光能向化学能的转化是在类囊体上进行的,因此类囊体膜亦称光合膜,类囊体膜的内在蛋白主要有细胞色素b6/f复合体、质体醌（PQ）、质体蓝素（PC）、铁氧化还原蛋白、黄素蛋白、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ复合物等. （三）基质 　　是内膜与类囊体之间的空间,主要成分包括： 　　碳同化相关的酶类：如RuBP羧化酶占基质可溶性蛋白总量的60%. 　　叶绿体DNA、蛋白质合成体系：如,ctDNA、各类RNA、核糖体等. 　　一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等.叶绿体的功能叶绿体(chloroplast)：藻类和植物体中含有叶绿素进行光合作用的器官. 主要含有叶绿素、胡萝卜素和叶黄素,其中叶绿素的含量最多,遮蔽了其他色素,所有呈现绿色.主要功能是进行光合作用.几乎可以说一切生命活动所需的能量来源于太阳能（光能）.绿色植物是主要的能量转换者是因为它们均含有叶绿体（Chloroplast）这一完成能量转换的细胞器,它能利用光能同化二氧化碳和水,合成贮藏能量的有机物,同时产生氧.所以绿色植物的光合作用是地球上有机体生存、繁殖和发展的根本源泉.