資源簡介

實驗：高倍顯微鏡的使用和觀察葉綠體
實驗原理
高等植物的葉綠體存在于細胞質中，葉綠體呈 色、 形，高倍顯微鏡下清晰可見。
實驗目的
1、初步掌握高倍顯微鏡的使用方法。 2、觀察葉綠體形態和分布。
實驗程序
觀察細胞質的流動
實驗原理
活細胞中的細胞質處于不斷流動的狀態，用 的運動作為標記可觀察細胞質的流動。
實驗目的
1、掌握高倍顯微鏡的使用方法。
2、通過顯微鏡的實際觀察的實際觀察，理解細胞質流動是一種生命現象。
實驗程序
光照、室溫條件下水中培養黑藻
取一片幼嫩的小葉
臨時裝片：清水+小葉+蓋玻片
低倍觀察葉片細胞
高倍觀察葉綠體的流動及流動方向
注意事項：
1、細胞質的流動受細胞的代謝狀況和外界環境因素的影響，增進細胞代謝作用的因素，如適宜的光照、溫度、PH值、生長素等，都可以促進細胞質的流動。反之，不利的環境變化和某些化學藥品，如麻醉劑等，則可抑制細胞質的流動。
2、在做此實驗時，如果發現細胞質不流動，或者流動很慢，應立即采取措施，加速其細胞質的流動。其方法有三種：一是進行光照，即在陽光或燈光下放置15~20分鐘；二是提高盛放黑藻的水溫，可加入熱水將水溫調至25℃左右；三是切傷一小部分葉片。
線粒體(mitochondrion)? ?? ? 線粒體是1850年發現的,1898年命名。線粒體由兩層膜包被,外膜平滑,內膜向內折疊形成嵴,兩層膜之間有腔,線粒體中央是基質。基質內含 有與三羧酸循環所需的全部酶類,內膜上具有呼吸鏈酶系及ATP酶復合體。線粒體是細胞內氧化磷酸化和形成ATP的主要場所,有細胞"動力工廠" (power plant)之稱。另外,線粒體有自身的DNA和遺傳體系, 但線粒體基因組的基因數量有限,因此,線粒體只是一種半自主性的細胞器。? ?? ? 線粒體的形狀多種多樣, 一般呈線狀,也有粒狀或短線狀。線粒體的直徑一般在0.5～1.0 μm, 在長度上變化很大, 一般為1.5～3μm, 長的可達10μm ,人的成纖維細胞的線粒體則更長,可達40μm。不同組織在不同條件下有時會出現體積異常膨大的線粒體, 稱為巨型線粒體(megamitochondria)? ?? ? 在多數細胞中,線粒體均勻分布在整個細胞質中,但在某些些細胞中,線粒體的分布是不均一的,有時線粒體聚集在細胞質的邊緣。在細胞質中,線粒體 常常集中在代謝活躍的區域,因為這些區域需要較多的ATP,如肌細胞的肌纖維中有很多線粒體。另外, 在精細胞、鞭毛、纖毛和腎小管細胞的基部都是線粒體分布較多的地方。線粒體除了較多分布在需要ATP的區域外,也較為集中的分布在有較多氧化反應底物的區 域,如脂肪滴,因為脂肪滴中有許多要被氧化的脂肪。
形態與分布? ?? ?線粒體一般呈粒狀或桿狀，但因生物種類和生理狀態而異，可呈環形，啞鈴形、線狀、分杈狀或其它形狀。主要化學成分是蛋白質和脂類，其中蛋白質占線粒體干重的65-70%，脂類占25-30%。一般直徑0.5~1μm，長1.5~3.0μm，在胰臟外分泌細胞中可長達10~20μm，稱巨線粒體。數目一般數百到數千個，植物因有葉綠體的緣故，線粒體數目相對較少；肝細胞約1300個線粒體，占細胞體積的20%；單細胞鞭毛藻僅1個，酵母細胞具有一個大型分支的線粒體，巨大變形中達50萬個；許多哺乳動物成熟的紅細胞中無線粒體。通常結合在維管上，分布在細胞功能旺盛的區域。如在肝細胞中呈均勻分布，在腎細胞中靠近微血管，呈平行或柵狀排列，腸表皮細胞中呈兩極性分布，集中在頂端和基部，在精子中分布在鞭毛中區。線粒體在細胞質中可以向功能旺盛的區域遷移，微管是其導軌，由馬達蛋白提供動力。
超微結構? ?? ? 線粒體由內外兩層膜封閉，包括外膜、內膜、膜間隙和基質四個功能區隔。在肝細胞線粒體中各功能區隔蛋白質的含量依次為：基質67%，內膜21%，外8%膜，膜間隙4%。1、外膜 (out membrane)含40%的脂類和60%的蛋白質，具有孔蛋白（porin）構成的親水通道，允許分子量為5KD以下的分子通過，1KD以下的分子可自由通過。標志酶為單胺氧化酶。它是包圍在線粒體外面的一層單位膜結構。厚6nm, 平整光滑, 上面有較大的孔蛋白, 可允許相對分子質量在5kDa左右的分子通過。外膜上還有一些合成脂的酶以及將脂轉變成可進一步在基質中代謝的酶。2、內膜 （inner membrane）含100種以上的多肽，蛋白質和脂類的比例高于3:1。心磷脂含量高（達20%）、缺乏膽固醇，類似于細菌。通透性很低，僅允許不帶電荷的小分子物質通過，大分子和離子通過內膜時需要特殊的轉運系統。如：丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度協同運輸。線粒體氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內膜，因此從能量轉換角度來說，內膜起主要的作用。內膜的標志酶為細胞色素C氧化酶。它是位于外膜內層的一層單位膜結構, 厚約6nm。內膜對物質的通透性很低, 只有不帶電的小分子物質才能通過。內膜向內折褶形成許多嵴, 大大增加了內膜的表面積。內膜含有三類功能性蛋白:①呼吸鏈中進行氧化反應的酶; ②ATP合成酶復合物; ③一些特殊的運輸蛋白, 調節基質中代謝代謝物的輸出和輸入。3、膜間隙(intermembrane space)是內外膜之間的腔隙，延伸至嵴的軸心部，腔隙寬約6-8nm。由于外膜具有大量親水孔道與細胞質相通，因此膜間隙的pH值與細胞質的相似。標志酶為腺苷酸激酶。它是內膜和嵴包圍著的線粒體內部空間, 含有很多蛋白質和脂類,催化三羧酸循環中脂肪酸和丙酮酸氧化的酶類, 也都存在于基質中。此外, 還含有線粒體DNA、 線粒體核糖體、tRNAs、rRNAs以及線粒體基因表達的各種酶。基質中的標志酶是蘋果酸脫氫酶。4、基質（matrix）為內膜和嵴包圍的空間。除糖酵解在細胞質中進行外，其他的生物氧化過程都在線粒體中進行。催化三羧酸循環，脂肪酸和丙酮酸氧化的酶類均位于基質中，其標志酶為蘋果酸脫氫酶。基質具有一套完整的轉錄和翻譯體系。包括線粒體DNA（mtDNA），70S型核糖體，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。基質中還含有纖維絲和電子密度很大的致密顆粒狀物質，內含Ca2+、Mg2+、Zn2+等離子。 線粒體內膜向基質折褶形成的結構稱作嵴(cristae), 嵴的形成使內膜的表面積大大增加。嵴有兩種排列方式:一是片狀(lamellar), 另一是管狀(tubular)。在高等動物細胞中主要是片狀的排列, 多數垂直于線粒體長軸。在原生動物和植物中常見的是管狀排列。線粒體嵴的數目、形態和排列在不同種類的細胞中差別很大。一般說需能多的細胞,不僅線粒體多,而且線粒體嵴的數目也多。線粒體內膜的嵴上有許多排列規則的顆粒稱為線粒體基粒(elementary particle)，每個基粒間相距約10 nm。基粒又稱偶聯因子1(coupling factor 1),簡稱F1,實際是ATP合酶(ATP synthase),又叫F0 F1 ATP酶復合體, 是一個多組分的復合物。
線粒體的半自主性
? ?? ? 1963年M. 和 S. Nass發現線粒體DNA（mtDNA）后，人們又在線粒體中發現了RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、tRNA、核糖體、氨基酸活化酶等進行DNA復制、轉錄和蛋白質翻譯的全套裝備，說明線粒體具有獨立的遺傳體系。? ?? ? 雖然線粒體也能合成蛋白質，但是合成能力有限。線粒體1000多種蛋白質中，自身合成的僅十余種。線粒體的核糖體蛋白、氨酰tRNA 合成酶、許多結構蛋白， 都是核基因編碼， 在細胞質中合成后，定向轉運到線粒體的，因此稱線粒體為半自主細胞器。? ?? ? 利用標記氨基酸培養細胞，用氯霉素和放線菌酮分別抑制線粒體和細胞質蛋白質合成的方法，發現人的線粒體DNA編碼的多肽為細胞色素c氧化酶的3個亞基，F0的2個亞基，NADH脫氫酶的7個亞基和細胞色素b等13條多肽。此外線粒體DNA還能合成12S和16SrRNA及22種tRNA。? ?? ? mtDNA分子為環狀雙鏈DNA分子，外環為重鏈（H），內環為輕鏈（L ）。基因排列非常緊湊，除與mtDNA復制及轉錄有關的一小段區域外，無內含子序列。每個線粒體含數個m tDNA，動物m tDNA 約16-20kb，大多數基因由H鏈轉錄， 包括2個rRNA ， 14個tRNA 和12個編碼多肽的mRNA ， L鏈編碼另外8個tRNA和一條多肽鏈。mtDNA上的基因相互連接或僅間隔幾個核苷酸序列， 一些多肽基因相互重疊， 幾乎所有閱讀框都缺少非翻譯區域。很多基因沒有完整的終止密碼， 而僅以T或TA 結尾，mRNA的終止信號是在轉錄后加工時加上去的? ?? ? 線粒體在形態，染色反應、化學組成、物理性質、活動狀態、遺傳體系等方面，都很像細菌，所以人們推測線粒體起源于內共生。按照這種觀點，需氧細菌被原始真核細胞吞噬以后，有可能在長期互利共生中演化形成了現在的線粒體。在進化過程中好氧細菌逐步喪失了獨立性，并將大量遺傳信息轉移到了宿主細胞中，形成了線粒體的半自主性。? ? 線粒體遺傳體系確實具有許多和細菌相似的特征，如：①DNA為環形分子，無內含子；②核糖體為70S型；③RNA聚合酶被溴化乙錠抑制不被放線菌素D所抑制；④tRNA、氨酰基-tRNA合成酶不同于細胞質中的；⑤蛋白質合成的起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA，對細菌蛋白質合成抑制劑氯霉素敏感對細胞質蛋白合成抑制劑放線菌酮不敏感。? ?? ? 此外哺乳動物mtDNA的遺傳密碼與通用遺傳密碼有以下區別：①UGA不是終止信號，而是色氨酸的密碼；②多肽內部的甲硫氨酸由AUG和AUA兩個密碼子編碼，起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四個密碼子編碼；③AGA，AGG不是精氨酸的密碼子，而是終止密碼子，線粒體密碼系統中有4個終止密碼子（UAA，UAG，AGA，AGG）。 ? mtDNA表現為母系遺傳。其突變率高于核DNA，并且缺乏修復能力。有些遺傳病，如Leber遺傳性視神經病，肌陣攣性癲癇等均與線粒體基因突變有關。

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