备课素材：通过叶绿体内外膜的结构和功能学习建立结构和功能观.docx

通过叶绿体内外膜的结构和功能学习建立结构和功能观结构与功能观是基本的生命观念之一，它体现为结构与功能的辩证统一。高中生物学必修教材中普遍渗透了结构与功能观。在生命世界里，结构与功能是一个不可分割的整体。在探究某一功能时会先分析其结构基础；对结构有了一定的了解后，会寻找它相应的功能。关于结构与功能关系的探索一直都是生物学研究的基础工作。学生结构与功能观的形成应该伴随着整个生物学学习过程。树立正确的结构与功能观不仅有助于他们深化对生命现象的认识，还可以提高他们的生物科学素养，指导自主学习。试题解析试题1：马铃薯叶片光合作用制造的淀粉，如何贮藏在马铃薯块茎中？ 答：许多同学可能认为淀粉是直接运输到淀粉的。其实不然，淀粉是在叶绿体中合成，但不能直接通过叶绿体内外膜，再通过输导组织运输到贮藏器官马铃薯块茎。而是以三碳糖（磷酸丙糖）的形式运输到叶绿体外，再转化成蔗糖，以蔗糖形式运输到贮藏器官，转化为淀粉贮藏。（具体的转化和运输可以参考文章后的链接）试题2：下图为叶肉细胞中部分代谢途径示意图。请回答以下问题：（1）上图所示的生理过程为 循环，该循环的关键步骤是 ，NADPH在该循环中的作用为 。（2）淀粉运出叶绿体时先水解成TP或葡萄糖，后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中，然后与 一起合成蔗糖，再运出叶肉细胞。（3）若将光照撤离，短时间内叶绿体中RuBP的含量 (填“下降”“上升”或“不变”)，此时叶肉细胞中产生ATP的场所是 。（4）在供给C18O2较长时间后，光合产物中含18O的除糖类外，还有 。答案：（1）卡尔文三碳酸的还原(CO2的还原、每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团，形成三碳糖均可)供氢(作还原剂)和供能（2）果糖（3）下降线粒体和细胞溶胶（4）H2O、O2（或H218O、18O2）解析：（1）题图生理过程为卡尔文循环，该循环的关键步骤是三碳酸的还原，NADPH既供氢又供能。（2）蔗糖是由葡萄糖和果糖组成的。（3）若将光照撤离，NADPH和ATP无法生成，短时间内RuBP的含量会下降，此时叶肉细胞中产生ATP的场所是线粒体和细胞溶胶。（4）供给C18O2较长时间后，会生成H218O和含18O的蔗糖，H218O在光反应中生成18O2。叶绿体的结构和功能叶绿体由叶绿体外被、类囊体和基质三部分组成，叶绿体含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜和3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔。1外被膜的结构和特性叶绿体外被由双层膜组成，膜间为1020nm的膜间隙。（1）外膜外膜的渗透性大，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。叶绿体外膜上也有孔蛋白（通道蛋白）的存在,不过与线粒体外膜中的孔蛋白稍有不同,叶绿体孔蛋白的通道孔径要大一些,最大可允许相对分子质量在1000013000道尔顿的分子通过。由于胞质溶胶中的大多数分子都能通过孔蛋白,所以叶绿体膜间隙的环境与细胞质中的环境相差无几。（2）内膜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+及焦磷酸不能透过内膜，需要特殊的转运体才能通过内膜。叶绿体的内膜并不向内折成嵴,但在某些植物中，内膜可皱折形成相互连接的泡状或管状结构，称为周质网。这种结构的形成可增加内膜的表面积。叶绿体内膜含有较多的膜整合蛋白（内在膜蛋白）,因此内膜的蛋白与脂的比值比外膜高。内膜上的蛋白质大多是与糖脂、磷脂合成有关的酶类。研究结果表明叶绿体的被膜不仅是叶绿体脂合成的场所，也是整个植物细胞的脂合成的主要场所。叶绿体中转运蛋白的一个重要运输机制是通过交换进行的，叶绿体内膜中的转运蛋白-磷酸交换载体能够通过交换将细胞质膜中的无机Pi转运到叶绿体基质，并将叶绿体基质中形成的3磷酸甘油醛（3PGAL）释放到细胞质。叶绿体内膜中Pi-3PGAL转运蛋白叶绿体内膜中还有其他一些转运载体和穿梭转运载体。叶绿体内膜中的运输系统2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。基粒直径约0.250.8m，由10100个类囊体组成。每个叶绿体中约有4060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。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、光系统复合物等（具体可以参考文章后的链接）。3基质基质是内膜与类囊体之间的空间，主要成分包括：（1）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%；（2）叶绿体DNA、蛋白质合成体系：如，叶绿体DNA（ctDNA）、各类RNA、核糖体等；（3）一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球（含脂类物质）和植物铁蛋白（铁与蛋白形成的复合物）等。