细胞生物学--线粒体与细胞的能量转换

第六章线粒体与细胞的能量转换,生物的各种活动都需要能量能量的80-95%由线粒体提供动力工厂存在于除红细胞以外的一切真核细胞中,第一节线粒体的基本特征一线粒体的形态结构和数量光镜下：线状、粒状或杆状不同生理条件下形状、大小、数目及分布不一,电镜下（超微结构）：,外膜,内膜,膜间腔,基质腔,（一）外膜(outmembrane)：一层单位膜7nm，脂类和蛋白各1/2,含直径1-3nm通道的孔蛋白,可通过10000以下分子量的物质,（二）内膜和内部空间内膜(innermembrane)：一层单位膜4.5nm，蛋白占80%,高度的选择通透性,大于150分子量的物质不能自由通过,嵴(cristae)：内膜上向内腔突起的折叠，增加内膜面积,基粒(elemetaryparticle)（ATP合酶/F0F1ATP酶）头部(偶联因子F1)：圆球形，突入内腔，具有酶活性，催化ADPATP柄部：连接头部和基部，调控质子通道基部(F0偶联因子)：嵌于内膜中，有物种差异，连接F1和内膜，质子流向F1的穿膜通道,（三）膜间腔（外室）(intermembranespace/outchamber)：内外膜之间包括嵴内腔含多种可溶性酶，含底物和辅助因子转位接触点：内外膜相互接触部位，蛋白进出通道,（四）基质腔（内室/嵴间腔）(matrixspace/innerchamber)：内膜包围的空间，三羧酸循环的重要场所基质(matrix)：含多种酶，双链环状DNA、RNA,核糖体,二线粒体的化学组成蛋白质脂类DNA/RNA/核糖体辅酶：如CoQ,FMN,FAD,NAD+维生素无机离子：Na+,K+,Mg2+,Zn2+,(一)蛋白质：占65%-70%，分布在内膜和基质中可溶性蛋白：基质中的酶和膜外周蛋白不溶性蛋白：膜结构蛋白和部分酶120多种酶：是细胞中含酶最多的细胞器内膜细胞色素氧化酶，琥珀酸脱氢酶标志酶：外膜单胺氧化酶基质苹果酸脱氢酶膜间腔腺苷酸激酶,（二）脂类：占25%-30%，主要是磷脂(卵/脑/心磷脂),少量胆固醇外膜所含磷脂比内膜多（卵磷脂、脑磷脂）胆固醇含量比内膜多内膜主要是心磷脂，胆固醇含量较少,三、线粒体的半自主性（一）线粒体具有自身的遗传系统1.线粒体DNA（mtDNA）:2.线粒体蛋白质合成:（二）核编码蛋白质向线粒体转运（三）线粒体遗传系统与细胞核遗传系统的相互关系:,1.线粒体DNA（mtDNA）基因组的结构:是动物细胞除核以外唯一含有DNA的细胞器线粒体基因组：一条双链环状DNA分子16569bp,重链，轻链编码线粒体22种tRNA2种rRNA13种蛋白质,人类线粒体基因组特点：（1）mtDNA结构紧密无内含子，无或少量非编码序列（2）mtDNA没有蛋白包绕，两条链编码不对称L链9个，H链28个（3）不严格的密码子配对tRNA识别密码子的前两个碱基（4）密码子的意义有所不同4个密码子不同与通用密码子,2.mtDNA能进行半保留复制含两个单向复制叉（H、L合成方向相反）复制可分布整个细胞周期所需酶由核基因组提供3.mtDNA的转录核基因组提供mtRNA聚合酶、转录因子,2.线粒体蛋白质合成:有自己的蛋白质翻译系统:(1)蛋白质的合成与mRNA的转录几乎同时完成（2）起始密码子（AUA）与胞质不同（AUG）（3）与胞质蛋白合成对药物的敏感性不同（4）线粒体合成蛋白数量有限，但是线粒体功能活动的关键酶（5）所需的tRNA、mRNA和核糖体是自身专用的。所编码的RNA和蛋白质并不运出线粒体外,二.核编码蛋白质的线粒体转运1.前体蛋白在分子伴侣的作用下在线粒体外去折叠:与线粒体膜上受体结合2.在导肽的帮助下穿越线粒体膜：膜上通道（转位接触点）导肽(leadersequence):3.在线粒体基质内重新折叠:水解导肽，分子伴侣协助,核编码蛋白质的线粒体转运,三线粒体遗传系统与细胞核遗传系统的相互关系:线粒体中由自身合成的蛋白质仅占10%,其余均为细胞核基因组编码.因此,线粒体有自己的DNA和蛋白质合成体系,即独立的遗传系统,但又受核基因组遗传系统的控制,故为半自主性细胞器.,第二节细胞呼吸与能量转换一细胞呼吸（cellularrespiration）概念：线粒体内，在氧的参与下分解大分子物质，产生CO2、释放能量并储存于ATP中的过程，又称细胞氧化（cellularoxidation）,二细胞能量转换分子释放能量：ADP+PiATP（储存）需要能量：ATP-PiADP（释放）ATP既是细胞内能量转换的中间携带者“能量货币”又是细胞生命活动的直接供能者,三、细胞的氧化过程包括四个阶段:糖酵解：细胞质中进行，无需氧乙酰辅酶A生成：线粒体内膜和基质中三羧酸循环：基质中电子传递的氧化磷酸化偶联：线粒体内膜呼吸链和基粒,电子传递链/呼吸链：按一定顺序组成排列在线粒体内膜上的递氢和递电子酶体系称为电子传递链，由于该体系最终以氧作为电子受体，与细胞摄取氧有关，所以又称呼吸链,mtDNA裸露，无组蛋白包被，在整个细胞周期都可复制，故易受各种理化因素的影响，易突变，线粒体内膜缺损，mtDNA片段游离于细胞质，整合至核基因组中，引起细胞癌变。嵴减少或消失肿瘤细胞内线粒体结构异常：肿胀内膜缺损基质密度降低,线粒体与癌症,第五节线粒体与医学一线粒体疾病的特征是细胞病变、损伤时最敏感的指标之一1.高突变率mtDNA缺少组蛋白的保护,且无DNA损伤修复系统2.多质性mtDNA突变异质性线粒体3.母系遗传受精卵的mtDNA都来自卵子4.阈值效应突变的mtDNA达到一定的比例时,才有受损表型出现,线粒体的生物发生目前普遍接受的观点：以分裂的方式增殖分两个阶段：线粒体膜生长、复制线粒体本身分化分化和生长分别接受细胞核与线粒体两个独立的遗传系统控制,思考题为什么说线粒体是半自主性细胞器？试述线粒体的结构及