氧化磷酸化:
代谢物脱下的氢离子和电子经电子呼吸链传递到O,生成水,同时释放的能量使ADP磷酸化成ATP的过程即氧化磷酸化,也是电子传递与ATP形成的偶联机制。 具体过程:
1. 蛋白质、糖类、脂肪、经过分解后,产生相关产物,产生乙酰CoA后进入三羧酸循环
2. 三羧酸循环后产生含有高能电子的NADH与FADH2 3. 进入电子传递链(2条途径) 1)NADH呼吸链:
复合体Ⅰ(氧化NADH,获得高能电子并传递给CoQ)→CoQ →复合体Ⅲ(氧化UQH2,获得电子传递给 Cytc )→ Cytc →复合体Ⅳ(氧化 Cytc ,获得电子并传递给O2,泵出H+) →O2 2)FADH2呼吸链:
复合体Ⅱ →CoQ →复合体Ⅲ → Cytc →复合体Ⅳ→ O2 4. 高能电子通过电子传递链传递给氧生成水 5. 质子驱动,ATP合成
电子传递过程中,膜上电子传递复合物将基质中质子转运至膜间隙,形成ATP合成酶所需的质子梯度,使ADP磷酸化成ATP。
光合磷酸化
叶绿体的类囊体膜或光合细菌的载色体在光下催化ADP与磷酸(Pi)形成ATP的反应。在光合作用的光反应中,除了将一部分光能转移到NADPH中暂时储存外,还要利用另外一部分光能合成ATP,将光合作用与ADP的磷酸化偶联起来,这一过程称为光合磷酸化。 具体过程:
1. 捕光色素/天线色素(大部分叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)捕获光能光,不发生光化学反应
2. 反应中心色素(特殊状态的叶绿素a)将光能转变为化学能,分为P700与P680
3. 反映中心色素、原初电子供体(D)和原初电子受体(A)组成反应中心 4. 捕光色素捕获光能,通过共振,反应中心色素被激发,在原初电子供体处获得电子,并将电子传递给原初电子受体,反应中心色素被氧化,从原初电子供体处得电子恢复原初状态,电子供体被氧化。氧化还原不断发生,实现D被氧化A被还原,光能转换为化学能。 5. 电子传递:
LHCⅡ中天线色素分子吸收光能并将光能传递给P680,P680夺取水中电子,将水氧化成O2,Pheo将电子传递给PQ,PQ接受电子并将基质中的质子转移至类囊体。建立质子梯度。
Cytb6f将电子传递给PC,连接PSⅡ与PSⅠ。
PC接受电子后结合并传递给PSⅠ中激发态P700。电子传递到Fd-NADP+还原酶,合成NADPH。
6. 非循环式光合磷酸化:2H2O + 2NADP+ + 8光子/ 4e- O2 + 2NADPH + 2H+
7. 电子从H2O经PSII、PQ、Cytb6f、PC、PSI、Fd最终传递给NADP+ 生成ATP,同时还有NADPH的产生和O2的释放。
8. 循环光合磷酸化:由PSI单独完成,电子经PSI、Fd、Cytb6f、PC传回PSI。只生成质子梯度驱动ATP合成。无NADPH与O2生成。
❖ 为什么说线粒体和叶绿体是半自主性的细胞器?
叶绿体、线粒体中既存在DNA,又有蛋白质合成系统,可以编码并合成自
身某些蛋白质,具有自主性。但本身的遗传系统储存信息少,不能完全完成自身蛋白质的合成,还需要大量来自于细胞核DNA的遗传信息。
1. 线粒体和叶绿体DNA均呈双链环状,不含组蛋白,以半保留方式自我复制。 mtDNA在S期及G2期复制,而cpDNA在G1期复制。它们的复制受核控制,所需DNA聚合酶是由核基因编码的,在细胞质核糖体上合成。 2. 线粒体与叶绿体中的蛋白质
绝大多数蛋白质由核DNA编码,在细胞质核糖体上合成后运输到线粒体与叶绿体中。少量自身特异蛋白由自身DNA编码,并在自身核糖体上合成。其中,叶绿体中某些蛋白质可由核DNA编码,在叶绿体核糖体上合成。 3. 线粒体、叶绿体基因组与细胞核的关系
线粒体与叶绿体的生命活动受细胞核及自身基因的共同。细胞中细胞核与线粒体、叶绿体之间在遗传信息和基因表达等层次上建立的分子机制
称为核质互作。当核质互作相关的细胞核或线粒体、叶绿体基因单方面发生突变,引起细胞中分子协作机制出现严重障碍时,细胞或生物个体会表现出异常表型,这类表型背后的分子机制统称为核质冲突。
所以,它们的生物合成涉及两个彼此分开的遗传系统,遗传上由自身基因组和核基因共同控制,故称为半自主细胞器。
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