线粒体与氧化磷酸化.ppt

第十章 线粒体与氧化磷酸化,第一节 线粒体的形态、大小和分布 光镜下为线状或粒状，电镜下为“香肠”状，形态和大小可变。 数量和分布：动物细胞比植物细胞多，代谢旺盛的细胞多；一般随机分布，可自由移动，需能部位比较集中。,脯乳类培养细胞的线粒体光镜照片 用活性荧光染料rhodamine 123染色，示线粒体长棒状。,上一细胞用荧光素标记的微管结合抗体染色的免疫荧光照片 与上一照片相比，可知线粒体倾向于沿着微管排列,线粒体的超微结构,第二节 线粒体的超微结构 电镜下由双层膜围成的一个封闭的长囊式结构。 由四大部分组成： 1、线粒体外膜：一层单位膜，其上的孔可让10KD以下的分子通过。,2、线粒体内膜： 对物质透性低，通过专一性运载系统进行物质运输。内膜向内室的伸出部分称为嵴，其形状和数量可变，其作用是增大内膜的表面积和内膜的代谢率。 嵴上的圆球状颗粒称为基本颗粒或F1颗粒或F1因子，也称F1-ATP酶，内膜中与F1因子结合的蛋白称为F0因子，其复合体称为F0F1-ATP酶或ATP合成酶。其作用：在氧化磷酸化中起偶联作用，将H+梯度势能转化为ATP。,内膜,头部,3、膜间隙： 内外膜间的空隙。嵴内的空间称为嵴内间隙，两者相通，充满液体，并含有可溶性酶、底物和辅助因子。 4、 线粒体基质： 内膜包围的空间，充满胶状物质。主要成分：酶、核糖体、环状DNA、RNA、离子，线粒体也为钙离子储存器，具有控制细胞质中钙离子浓度的作用。,第三节 线粒体化学组成 外膜，蛋白：脂类=1：1； 内膜，蛋白：脂类=4：1。 线粒体中约含120多种酶。主要为氧化还原酶、合成酶、水解酶。各大组成部分有标志酶。 外膜 膜间隙 内膜 基质 单胺氧化酶，腺苷酸激酶，细胞色素氧化酶，苹果酸还原酶,第四节 线粒体的功能 功能：氧化磷酸化，产生ATP，储积钙离子。 （一）氧化磷酸化的过程（或分区）（图10-10），三大阶段： 蛋白、糖、脂 丙酮酸 三羧酸循环 NADH 呼吸链 第一阶段(细胞质中) 第二阶段(mit基质中) 第三阶段(内膜) 提供一对电子和一个H+,（二）电子传递和氧化磷酸化的分子结构基础 研究工具亚线粒体小泡。 超声波 段 内外膜均破 内膜自然形成内翻外小泡 亚线粒体小泡 蛋白酶处理 亚线粒体小泡,调节条件,基本颗粒(耦联因子F）,Mt,电子传递+氧化磷酸化,电子传递,电子传递+氧化磷酸化,实验结论：由NADH脱氢酶至细胞色素氧化酶的整个电子传递链存在于膜本身，而氧化磷酸化作用却由基本颗粒（ATP酶复合物）来承担。,1、电子传递链（呼吸链） 电子传递链由结合在内膜上的许多酶和其他分子所组成，承担着电子传递的作用。组成该链的分子可分成4大类：黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶Q和细胞色素。 这些呼吸链的主要成分以复合物的形式包埋在内膜中，4种复合物、 。复合物、 组成一条主呼吸链，催化NADH的氧化；复合物、 组成另一条呼吸链，催化琥珀酸的氧化。,两条主要的呼吸链（引自Lodish等1999）,2、ATP合成酶 在氧化磷酸化过程中起耦联作用的结构是内膜上的ATP合成酶或ATP酶复合物，即F0-F1耦联因子。 由16条肽链组成，分子量500 kD。结构上分为头部（F1 ATP酶）和膜部（F0因子）。,（1）头部：即F1因子，10条多肽构成，分离下来后，可以水解ATP。 （2）柄部：连接F1和F0的脂蛋白（柄部也可能是F0因子的伸出部分），为寡霉素敏感性传受蛋白，若去掉柄部，寡霉素就不能抑制F1因子的活性。 （3）膜部： F0因子，多条多肽链。F0因子的功能和传递质子有关，是质子载体，可专一性地传递质子。,3、氧化磷酸化的耦联机制,葡萄糖 丙酮酸、NADH、H 电子传递链（传给O2） ATP 电子传递与氧化磷酸化相偶联,电子传递链（呼吸链）：一对电子3次跨膜，向外室排放3对H+，结果合成了3个ATP分子。 偶联假说：电子传递与ATP合成的偶联机制目前仍不清楚。三个相关假说：化学偶联假说；构象偶联假说；化学渗透假说。证据较多的是化学渗透假说。,Mitchell P.1961提出“化学渗透假说(Chemiosmotic Hypothesis)”，70年代关于化学渗透假说取得大量实验结果的支持，成为一种较为流行的假说，Mitchell本人也因此获得1978年诺贝尔化学奖。,化学渗透学说,胞质,外膜,基质,膜间隙,内膜,化学渗透假说的要点：5个要点（P304-305） NADH提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所接受。 电子传递链中载氢体和电子传递体相间排列。每当电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的氢即以H+的形式释放到内膜外，1对电子在呼吸链中3次穿膜运动，向外室排放了3对质子。,内膜对H+和OH-具有不可透性，所以随着电子传递过程的进行，H+在外室中积累，造成了膜两侧的质子浓度差，从而保持了一定的势能差。 外室中的质子有顺浓度差返回基质的倾向，当H+通过F1-F0复合物进入基质时，ATP酶利用这种势能合成了ATP。 F1-F0复合物需要2个质子合成一个ATP分子。,外室,基质,内膜,在高能电子穿过呼吸链过程中，3个呼吸酶复合物利用电子势能将质子从基质抽提到外室中。 质子的电化学梯度驱动H+经ATP合成酶返回基质，ATP合成酶则利用H+流的能量催化基质中的ADP和Pi合成ATP。,化学渗透假说的证据： A：随电子传递进行，外室酸性增加。（H+) B：消除H+差后，不能合成ATP。如何消除H+差？使用K+离子载体（缬氨霉素）。K+离子通过缬氨霉素到基质中，使基质中的K+升高，消除了内膜两边的电荷差，结果不能合成ATP。 C：盐细菌的视紫质（H+泵）和F1-F0因子同时组装到脂质体中，能合成ATP。,第五节 线粒体的半自主性 线粒体是一种半自主性细胞器，在其基质中含有环状DNA分子和蛋白质的合成机构。其DNA有为多种多肽以及所需rRNA、tRNA编码的基因。线粒体在核DNA和线粒体DNA的双重控制下活动。,线粒体的生长与增殖所需要的大部分蛋白质是由核基因编码、在细胞质中合成的，仅有少部分蛋白质是由其自身基因编码、在线粒体内合成的。,第六节 线粒体的来源 线粒体由线粒体分裂而来，与细胞分裂不同步，在细胞间