备课素材：线粒体与叶绿体ATP-ADP转运体 2023—2024学年高一上学期生物人教版必修1

线粒体与叶绿体ATP/ADP转运体 线粒体产生的ATP是可以被线粒体外的吸能反应利用，因为线粒体是“动力工厂”，可以为细胞的生命活动提供能量，同时也说明线粒体产生的ATP可以通过线粒体膜进入细胞质基质，原因是膜上有ADP/ATP转运体。叶绿体能利用由细胞呼吸产生的外源性ATP。也有ATP/ADP转运体？ 那么，线粒体与叶绿体有没有ATP/ADP转运体机制是怎样的？ ADP/ATP转运体，也叫ADP/ATP移位酶。该运输蛋白主要存在于线粒体内膜、某些寄生细菌（如衣原体和立克次体）的质膜、内质网膜等。线粒体是产生ATP的主要场所，ATP必须跨膜运送到细胞质中，利用跨膜运送的载体是位于膜上的ATP/ADP转运体，转运体将ATP送出膜外。 1.线粒体ADP/ATP转运体 一项最新的研究（2019年），线粒体ADP/ATP转运体参与线粒体中的ADP和ATP转运。 线粒体ADP/ATP载体在两种状态之间循环：在一种称为细胞质开放状态的状态下，它的中心结合位点可用于结合ADP，而在另一种称为基质开放状态的状态下，这种结合位点可用于结合新合成的ATP（如图）。 一个关键问题是这种蛋白如何能够在这两种状态之间进行转换，改变它的形状以便特异性地转运ADP和ATP，同时不让其他的小分子或离子穿过这种脂质膜。 具体的过程是，在线粒体内膜上存在许许多多的ATP/ADP反向转运体，把ATP送到细胞质中供给其它细胞器使用，同时把能量消耗后的副产品ADP和磷酸根再送回线粒体基质中继续合成ATP，磷酸根运输有另外的通道（磷酸转运体）。 线粒体内膜上的各种通道蛋白结构，要么是阳离子通道，要么是阴离子通道，不带电荷的物质是无法穿膜的，ATP必须携带4个负电荷才能穿膜出去，而ADP必须携带3个负电荷才能进来。一进一出之间，就有一个负电荷易位到了内膜外侧空腔。这一个负电荷就是贴到磷酸根上，通过这种方式把磷酸根送进来。这个负电荷进来的时候，也必然结合了一个质子。于是，ADP和ATP每一次反向转运，就有一个质子通过内膜上的ATP和ADP的转运体（AAC）渗漏到基质中。所以，线粒体内质子渗漏是常态，这其实是恒温动物维持体温的最重要的方式，这个质子的电化学势能直接转化成热能。 2.叶绿体有没有ATP/ADP转运体 据《细胞生物学》可知，叶绿体内膜上有很多转运蛋白，其运输靠浓度梯度驱动，这些转运蛋白的一个重要运输机制是交换转运，如磷酸交换载体（磷酸转运体），能够将细胞质中的无机磷转运到叶绿体基质，同时将叶绿体基质中产生的磷酸甘油醛释放到细胞质。 叶绿体是半自主细胞器，有自身的DNA与核糖体，需要自行合成mRNA与蛋白质，以提供叶绿体自身所需的一部分蛋白。 在没有光照的条件下，叶绿体也并不会停止这些反应。事实上，即便是在完全黑暗的情况下，叶肉细胞中的叶绿体也需要进行正常的蛋白质合成以及自身的复制。这种情况下，这些过程所需要的ATP不可能从光反应得到，只能通过呼吸作用获得，即主要来自于线粒体。 一些证据表明，从细胞溶胶中吸收ATP可补充叶绿体的合成代谢，这至少在某些条件下或者某些类型的叶绿体中是如此。当光合作用不能为CO2还原（C3的还原）或其它合成代谢提供足量的ATP时，叶绿体就需要吸收ATP。叶绿体应该有ATP/ADP转运体负责将线粒体产生的ATP从细胞质基质转运到叶绿体基质中。 《中国科学报》（2022年），华中农业大学油菜团队在《细胞报告》发表研究论文，阐明了转运蛋白BnaNTT1在调控油菜代谢和生长中的功能和分子机制。文章中指出，植物细胞内质体（如叶绿体）与细胞质之间交换ATP/ADP的转运蛋白为核苷酸三磷酸转运蛋白NTT，它负责从胞质中转运ATP进入质体，交换等量的ADP，维持质体内ATP/ADP的动态平衡，满足质体内脂肪酸和氨基酸合成等ATP依赖的代谢活动。 例1、研究发现,线粒体内膜上存在专门运输ATP和ADP的转运体(AAC)，AAC只能1:1交换ADP和ATP，确保细胞正常代谢的能量需求。泡发过久的黑木耳会被椰毒假单胞杆菌污染，该细菌会分泌毒性极强的米酵菌酸，米酵菌酸可以竞争性地结合在AAC上，从而抑制ADP和ATP的交换，进而引发人体中毒。由上述信息能得出下列哪项结论(    ) A.线粒体通过内膜向内腔折叠形成嵴增大内膜的表面积 B.为维持细胞的正常生活，细胞内必然储存大量ATP C.椰毒假单胞杆菌会导致人体细胞严重缺少能量而死亡 D.AAC在将ATP转入线粒体的同时将ADP转出线粒体 解析：题干信息可说明线粒体有内膜，但得不出“线粒体通过内膜向内腔折叠形成嵴，增大内膜的表面积”这一结论，A错误；细胞中含有的ATP量很少,但ATP和ADP相互转化迅速，B错误；由题干信息可知，椰毒假单胞杆菌分泌的米酵菌酸可以竞争性地结合在AAC上，从而抑制ADP