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主要内容

线粒体和叶绿体

线粒体和叶绿体的结构和功能。内共生。

要点:

  • 线粒体 是细胞的“发电厂”,分解燃料分子,通过细胞呼吸获取能量。
  • 叶绿体在植物和藻类中被发现。他们负责捕获光能来在光合作用中制造糖类。
  • 线粒体和叶绿体很可能是被更大细胞所吞噬的细菌。(内共生理论

介绍

你可能知道,你的细胞是由几万亿细胞所组成的。你还可能知道,你需要食物(比如蔬菜)的原因是你这样才可以获得做各种事情——如体育,学习,走路,甚至是呼吸——的能量。
但是在你的身体中究竟发生了什么来将花菜中的能量转化成你的身体可以使用的能量形式呢?能量又是怎么被储存在花菜中的呢?
对这些问题的回答与这两个细胞器很有关:线粒体和叶绿体。
  • 叶绿体是在花菜细胞中的细胞器,和别的植物和藻类一样。它们捕获光能,并在植物组织中以燃料分子的形式储存起来。
  • 线粒体在你的细胞里,和植物的细胞里均有存在。它们将花菜里面分子(或其他能量分子)的能量转化成细胞可用的形式。
让我们仔细研究这两个非常重要的细胞器。

叶绿体

叶绿体 只在植物和可光合作用的藻类中发现(人类和其他动物没有叶绿体)。叶绿体的作用是进行一个叫光合作用的过程。
光合作用中,光能被收集,用来从二氧化碳建造糖类。在光合作用中生产的能量可以被植物细胞所利用,或被食用植物的动物,例如人类,所利用。在这些糖类中的能量被一个叫做呼吸作用的过程所汲取。呼吸作用发生在动植物的线粒体中。
叶绿体是在细胞液中的碟形细胞器。它有外膜、内膜、和其中间的膜间隙。要是你通过了两层膜并到达了中间的地方,你会发现它具有叫做类囊体的由膜构成的碟子。类囊体由一叠一叠相互连接的基粒构成。
_图片改自 "叶绿体 小," by Kelvin Ma (CC BY 3.0)._
类囊体圆盘的膜含有光收集复合体,其中包括叶绿素,一种使植物呈现绿色的色素。类囊体圆盘是中空的,圆盘内的空间称为类囊体空间类囊体腔,类囊体周围的液体称为基质
你可以在光合作用章节中学到有关叶绿体,叶绿素,和光合作用更多的知识。

线粒体

线粒体(mitochondria,单数mitochondrion)经常被称为细胞的发电厂或能源站。他们的工作是保持稳定的三磷酸腺苷(ATP)供给。ATP是细胞的主要能量携带分子。通过如糖类的营养物得到化学能并制造ATP的过程被叫做呼吸作用。呼吸作用中的很多步骤都发生在线粒体中。
线粒体在细胞的果冻状细胞液中悬浮。他们是椭圆形的,有两个膜:一个包裹整个细胞器的外膜,和一个内膜。内膜具有很多向内的突出,叫做 ,以增加表面积。
_图片来源于: 上图, "真核细胞: 图7," 由 OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Matthew Britton修改; 比例尺数据来自Matt Russell. 下图: 改自"线粒体 小," 由 Kelvin Ma (公有领域)._
嵴曾被认为是广大的波浪形折叠,但正如Sal在他的线粒体视频中提到的,它们现在被认为是更像很长的洞穴1。这是一个3D建模的线粒体切片。
图片来自: "线粒体CAM," 由 Carmann (公有领域).2
在膜之间的空间叫做膜间隙 ,而被内膜包裹的隔间叫做线粒体基质 。这个基质包括线粒体DNA,和核糖体。我们将会很快讨论为什么线粒体和叶绿体有它们自己的DNA和核糖体。
线粒体的多格结构可能看起来很复杂。的确,但是这对细胞呼吸很有用,因为这允许反应分开,并在不同的“房间”内保持不同的分子浓度。
虽然线粒体在大多数人类细胞种类中发现(和其他动植物种的多数细胞),它们的数量因细胞的作用和能源需求而有所不同。例如,肌肉细胞通常有很高的能量需求和很多线粒体,而高度特化以运输氧气的红细胞则没有线粒体。3

这些细胞器哪来的?

线粒体和叶绿体都有它们自己的DNA和核糖体。既然细胞核内已经有DNA,胞液中已经有核糖体,为什么这些细胞器需要DNA和核糖体?
强有力的证据显示 内共生理论 可能是问题的解答。 共生是两个分开的生物在一个密切,互相依赖的关系中共生的关系。 共生是一种特殊的共生关系,一个生物生活在另一个内。
_图片改自: "真核细胞起源:图4," 由 OpenStax College, Biology, (CC BY 4.0)._
细菌,线粒体和叶绿体大小相似。细菌也有和叶绿体和线粒体很相似的DNA和核糖体。4基于这个和其他证据,科学家们认为,宿主细胞和细菌在很久以前就已形成内共生关系:当单独的宿主细胞吞噬需氧的或可进行光合作用的细菌、但没有摧毁他们时就出现了。通过几亿年的进化,需氧菌变成了线粒体,而光合作用细菌变成了叶绿体。

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