素材：線粒體的研究 高一上學(xué)期生物人教版必修1

線粒體的研究線粒體是真核細(xì)胞非常重要的細(xì)胞器，有自身的DNA、RNA和核糖體，能合成一部分自身所需的蛋白質(zhì)，是一種半自主性的細(xì)胞器。線粒體通過氧化磷酸化作用，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，提供細(xì)胞進(jìn)行各種生命活動所需要的能量。

線粒體的研究簡史

1890年，德國生物學(xué)家Altmann首先在光學(xué)顯微鏡下觀察到動物細(xì)胞內(nèi)存在著一種顆粒狀的結(jié)構(gòu)，稱作生命小體（bioblast）。1897年Benda重復(fù)了以上實驗，并將之命名為線粒體（mitochondrion，源于希臘字mito：線，chondrion：顆粒）。1904年Meves在植物細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了線粒體，從而確認(rèn)線粒體是普遍存在于真核生物所有細(xì)胞中的一種重要細(xì)胞器。1900年Michaelis用詹納斯綠B（健那綠）對線粒體進(jìn)行活體染色，并證實了線粒體可進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。1912年Kingsbury第一個提出線粒體是細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)的場所。1913年Engelhardt證明磷酸化和氧的消耗偶聯(lián)在一起。1943-1950年，Kennedy和Lehninger進(jìn)一步證明，檸檬酸循環(huán)、氧化磷酸化和脂肪酸氧化均發(fā)生在線粒體內(nèi)。其后，Lehninger又發(fā)現(xiàn)氧化磷酸化需要電子傳遞。1952-1953年，Palade和Sjostrand各自利用電鏡技術(shù)觀察到線粒體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。1963-1964年又確定線粒體內(nèi)有DNA存在。從而在分子水平上對線粒體的結(jié)構(gòu)及其功能有了較全面而深入的認(rèn)識。

線粒體研究的經(jīng)典實驗

亞線粒體小泡的分離和重組實驗1968年E.Racker等人用超聲波將線粒體破碎，獲得線粒體內(nèi)膜碎片自然卷成顆粒朝外的小膜泡。利用這膜泡證明了電子傳遞和磷酸化功能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。1．用胰蛋白酶或尿素處理時，小泡外的顆粒可解離下來，這種小泡只能進(jìn)行電子傳遞，而不能使ADP磷酸化生成ATP。2．將顆粒重新裝配到無顆粒的小泡上，則小泡又恢復(fù)了電子傳遞和磷酸化偶聯(lián)的能力。3．說明：線粒體呼吸鏈的各組分均存在于線粒體內(nèi)膜中，而顆粒是氧化磷酸化的偶鏈因子，位于內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)，它是基粒（ATP酶復(fù)合物）的組分之一。試題解析

試題：科學(xué)家在研究線粒體組分時，首先將線粒體放在低滲溶液中獲得漲破的外膜，經(jīng)離心后將外膜與線粒體內(nèi)膜包裹的基質(zhì)分開，再用超聲波破壞線粒體內(nèi)膜，破裂的內(nèi)膜自動閉合成小泡，然后用尿素處理這些小泡，實驗結(jié)果如下圖1所示。請分析回答：（1）研究人員發(fā)現(xiàn)，在適宜成分溶液中，線粒體含F(xiàn)0－F1顆粒內(nèi)膜小泡能完成有氧呼吸第三階段的反應(yīng)，即實現(xiàn)

的氧化，生成

，并能合成大量ATP。（2）線粒體內(nèi)膜上的F0－F1顆粒是ATP合成酶(見圖2)，其結(jié)構(gòu)由突出于膜外的親水頭部和嵌入膜內(nèi)的

尾部組成，其功能是在跨膜H+濃度梯度推動下合成ATP。為了研究ATP合成酶的結(jié)構(gòu)與合成ATP的關(guān)系，用尿素破壞內(nèi)膜小泡將F1顆粒與小泡分開，檢測處理前后ATP的合成。若處理之前，在

條件下，含

顆粒內(nèi)膜小泡能合成ATP；處理后含

顆粒內(nèi)膜小泡不能合成ATP，說明F1顆粒的功能是催化ATP的合成。（3）將線粒體放入低滲溶液中，外膜漲破的原理是

。用離心方法能將外膜與線粒體內(nèi)膜包裹的基質(zhì)分開，原因是

。（4）線粒體基質(zhì)中可能含有的化學(xué)成分有

(填選項前的字母)。a．水

b．丙酮酸c．葡萄糖

d．ATP

e．核苷酸f．氨基酸答案：(1)[H](或還原氫)水(2)疏水有跨膜H+濃度梯度F0－F1F0(3)滲透作用兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)的大小、密度、質(zhì)量不同

abdef解析：（1）線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行的是有氧呼吸的第三階段，將還原氫氧化生成水，合成大量ATP。（2）膜中磷脂分子的尾部由疏水脂肪鏈構(gòu)成，F(xiàn)0－F1顆粒的尾部也應(yīng)該是疏水的，這樣的結(jié)構(gòu)才能保持穩(wěn)定。由題意可知，ATP合成酶的功能是在跨膜H+濃度梯度推動下合成ATP。F1顆粒的功能是催化ATP的合成，F(xiàn)0顆粒的功能是將H+跨膜運輸，將F1顆粒與F0分開，可研究其功能。（3）由于線粒體膜具有選擇透過性，將線粒體放入低滲溶液中，線粒體吸水，外膜脹破。由于外膜與線粒體內(nèi)膜包裹的基質(zhì)的大小、密度、質(zhì)量不同，可用離心的方法將它們分開。（4）線粒體基質(zhì)中可進(jìn)行有氧