2022年初中生物：線粒體和葉綠體是細胞中兩種能量轉(zhuǎn)換器

　　線粒體主要功能

 

　　能量轉(zhuǎn)化

 

　　線粒體是真核生物進行氧化代謝的部位，是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。線粒體負責(zé)的最終氧化的共同途徑是三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化，分別對應(yīng)有氧呼吸的第二、三階段。細胞質(zhì)基質(zhì)中完成的糖酵解和在線粒體基質(zhì)中完成的三羧酸循環(huán)在會產(chǎn)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced nicotinarnide adenine dinucleotide，NADH)和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸(reduced flavin adenosine dinucleotide，F(xiàn)ADH2)等高能分子，而氧化磷酸化這一步驟的作用則是利用這些物質(zhì)還原氧氣釋放能量合成ATP。在有氧呼吸過程中，1分子葡萄糖經(jīng)過糖酵解、三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化將能量釋放后，可產(chǎn)生30-32分子ATP(考慮到將NADH運入線粒體可能需消耗2分子ATP)。如果細胞所在環(huán)境缺氧，則會轉(zhuǎn)而進行無氧呼吸。此時，糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸便不再進入線粒體內(nèi)的三羧酸循環(huán)，而是繼續(xù)在細胞質(zhì)基質(zhì)中反應(yīng)(被NADH還原成乙醇或乳酸等發(fā)酵產(chǎn)物)，但不產(chǎn)生ATP。所以在無氧呼吸過程中，1分子葡萄糖只能在第一階段產(chǎn)生2分子ATP。

 

　　三羧酸循環(huán)

 

　　糖酵解中生成的每分子丙酮酸會被主動運輸轉(zhuǎn)運穿過線粒體膜。進入線粒體基質(zhì)后，丙酮酸會被氧化，并與輔酶A結(jié)合生成CO2、還原型輔酶Ⅰ和乙酰輔酶A。乙酰輔酶A是三羧酸循環(huán)(也稱為“檸檬酸循環(huán)”或“Krebs循環(huán)”)的初級底物。參與該循環(huán)的酶除位于線粒體內(nèi)膜的琥珀酸脫氫酶外都游離于線粒體基質(zhì)中。在三羧酸循環(huán)中，每分子乙酰輔酶A被氧化的同時會產(chǎn)生起始電子傳遞鏈的還原型輔因子(包括3分子NADH和1分子FADH2)以及1分子三磷酸鳥苷(GTP)。

 

　　氧化磷酸化

 

　　NADH和FADH2等具有還原性的分子(在細胞質(zhì)基質(zhì)

 

　　中的還原當(dāng)量可從由逆向轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)成的蘋果酸-天冬氨酸穿梭系統(tǒng)或通過磷酸甘油穿梭作用進入電子傳遞鏈)在電子傳遞鏈里面經(jīng)過幾步反應(yīng)最終將氧氣還原并釋放能量，其中一部分能量用于生成ATP，其余則作為熱能散失。在線粒體內(nèi)膜上的酶復(fù)合物(NADH-泛醌還原酶、泛醌-細胞色素c還原酶、細胞色素c氧化酶)利用過程中釋放的能量將質(zhì)子逆濃度梯度泵入線粒體膜間隙。雖然這一過程是高效的，但仍有少量電子會過早地還原氧氣，形成超氧化物等活性氧(ROS)，這些物質(zhì)能引起氧化應(yīng)激反應(yīng)使線粒體性能發(fā)生衰退。當(dāng)質(zhì)子被泵入線粒體膜間隙后，線粒體內(nèi)膜兩側(cè)便建立起了電化學(xué)梯度，質(zhì)子就會有順濃度梯度擴散的趨勢。質(zhì)子唯一的擴散通道是ATP合酶(呼吸鏈復(fù)合物V)。當(dāng)質(zhì)子通過復(fù)合物從膜間隙回到線粒體基質(zhì)時，電勢能被ATP合酶用于將ADP和磷酸合成ATP。這個過程被稱為“化學(xué)滲透”，是一種協(xié)助擴散。彼得·米切爾就因為提出了這一假說而獲得了1978年諾貝爾獎。1997年諾貝爾獎獲得者保羅·博耶和約翰·瓦克闡明了ATP合酶的機制。

 

　　儲存鈣離子

 

　　線粒體可以儲存鈣離子，可以和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細胞外基質(zhì)等結(jié)構(gòu)協(xié)同作用，從而控制細胞中的鈣離子濃度的動態(tài)平衡。線粒體迅速吸收鈣離子的能力使其成為細胞中鈣離子的緩沖區(qū)。在線粒體內(nèi)膜膜電位的驅(qū)動下，鈣離子可由存在于線粒體內(nèi)膜中的單向運送體輸送進入線粒體基質(zhì);排出線粒體基質(zhì)時則需要鈉-鈣交換蛋白的輔助或通過鈣誘導(dǎo)鈣釋放(calcium-induced-calcium-release，CICR)機制。在鈣離子釋放時會引起伴隨著較大膜電位變化的“鈣波”(calcium wave)，能激活某些第二信使系統(tǒng)蛋白，協(xié)調(diào)諸如突觸中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放及內(nèi)分泌細胞中激素的分泌。線粒體也參與細胞凋亡時的鈣離子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

 

　　其他功能

 

　　除了合成ATP為細胞提供能量等主要功能外，線粒體還承擔(dān)了許多其他生理功能。·調(diào)節(jié)膜電位并控制細胞程序性死亡：當(dāng)線粒體內(nèi)膜與外膜接觸位點處生成了由己糖激酶(細胞質(zhì)基質(zhì)蛋白)、外周苯并二氮受體和電壓依賴陰離子通道(線粒體外膜蛋白)、肌酸激酶(線粒體膜間隙蛋白)、ADP-ATP載體(線粒體內(nèi)膜蛋白)和親環(huán)蛋白D(線粒體基質(zhì)蛋白)等多種蛋白質(zhì)組成的通透性轉(zhuǎn)變孔道(PT孔道)后，會使線粒體內(nèi)膜通透性提高，引起線粒體跨膜電位的耗散，從而導(dǎo)致細胞凋亡。線粒體膜通透性增加也能使誘導(dǎo)凋亡因子(AIF)等分子釋放進入細胞質(zhì)基質(zhì)，破壞細胞結(jié)構(gòu)。細胞增殖與細胞代謝的調(diào)控;·合成膽固醇及某些血紅素。線粒體的某些功能只有在特定的組織細胞中才能展現(xiàn)。例如，只有肝臟細胞中的線粒體才具有對氨氣(蛋白質(zhì)代謝過程中產(chǎn)生的廢物)造成的毒害解毒的功能。

 

　　葉綠體簡介

 

　　葉綠體是植物細胞中由雙層膜圍成，含有葉綠素能進行光合作用的細胞器。葉綠體基質(zhì)中懸浮有由膜囊構(gòu)成的類囊體，內(nèi)含葉綠體DNA。是一種質(zhì)體。質(zhì)體有圓形、卵圓形或盤形3種形態(tài)。葉綠體含有的葉綠素a、b吸收綠光最少，綠光被反射，故葉片呈綠色。容易區(qū)別於另類兩類質(zhì)體──無色的白色體和黃色到紅色的有色體。葉綠素a、b的功能是吸收光能，少數(shù)特殊狀態(tài)下的葉綠素a能夠傳遞電子，通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。葉綠體扁球狀，厚約2.5微米，直徑約5微米。具雙層膜，內(nèi)有間質(zhì)，間質(zhì)中含呈溶解狀態(tài)的酶和片層。片層由閉合的中空盤狀的類囊體垛堆而成，類囊體是形成高能化合物三磷酸腺苷(ATP)所必需。是植物的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”。能發(fā)生堿基互補配對。

 

　　線粒體和葉綠體是細胞中兩種能量轉(zhuǎn)換器例題及解析

 

　　所有的細胞中都含有葉綠體和線粒體，他們是細胞中的能量轉(zhuǎn)換器()

 

　　錯

 

　　試題分析：細胞中的能量轉(zhuǎn)換器有葉綠體和線粒體，線粒體是廣泛存在于動物細胞和植物細胞中的細胞器，是細胞呼吸產(chǎn)生能量的主要場所，葉綠體是綠色植物細胞中廣泛存在的一種含有葉綠素等色素的質(zhì)體，是植物細胞進行光合作用的場所，葉綠體中的葉綠素能吸收光能，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲存在它所制造的有機物中，因此說法錯誤。

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