医用细胞生物学第六章课件

1、 第六章线粒体与细胞的能量转换制作团队：DNA成员：巨豪、王远帆 陈楠楠、陈丽君、 管小安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线粒体的起源内共生假说1970，Margulis，真核细胞祖先是种吞噬细胞；线粒体祖先是种革兰氏阴性菌。前者吞后者细胞分化假说原始的原核细胞质膜内陷包被DNA，然后再分化形成独立的细胞器。1850年R. Altaman首次发现，命名为bioblast。1898年von Benda提出mitochondrion。 1900年L. Michaelis用Janus Green B 对线粒体进行染色，发现线粒体具有氧化

2、作用。至20世纪50年代，在许多学者的努力下，证实三羧酸循环，氧化磷酸化和脂肪酸氧化等重要的能量代谢过程均发生在线粒体中。线粒体的发现 1976年Hatefi等纯化了呼吸链四个独立的复合体。 1961-1980提出了氧化磷酸化的化学偶联学说。 现在我们已经明确了线粒体是细胞能量转换的中心，细胞代谢中所需能量中大约有95%为线粒体提供。 线粒体数量：差别很大，如肝细胞中约有1000-2000个，而淋巴细胞中只有几个. 一、线粒体的形态、数量和结构形态：光镜： 线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃形、星形；还有分枝状、环状等大小：一般直径：0.51.0m; 长度： 3m。数目：正常细胞中：10002

3、000个。分布：通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位。总之：线粒体的形态、大小、数目和分布在不同形态和类型细胞中可朔性较大。线粒体结构的一般特征： 光镜结构：线粒体的超微结构模式平面图 线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构 电镜下，线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。两层膜将线粒体内部空间与细胞质隔离，并使线粒体内部空间分隔成两个膜空间，构成线粒体的支架。外膜的特点：1.通透性强： 膜上存在着多种转动蛋白，它们形成孔径为1-3nm的含水通道，这些蛋白称为2.孔蛋白：分子通道允许小于5KD的小分子通过3.膜中的蛋白质和脂类比例为1：1线粒体内膜的特点：高度特化的

4、单位膜，膜上蛋白质占膜总重量的76%；通透性小，是线粒体调节物质通过的主要的途径。内膜向内形成嵴，嵴的内表面上布满了颗粒基粒。除基粒外，还存在着许多蛋白复合体。4.无胆固醇，富含双磷脂酰甘油，即心磷脂。嵴与上面的基粒头部： 基粒由3、3、组成蛋白质复合体。其中3个亚基和3个亚基组成球形的头部，柄部： 柄部由、三个亚基组成，是头部与内膜的连接部分。 头部和柄组成了基粒的F1偶联因子，主要功能是合成ATP。基部：（三）膜间腔（外室）(intermembrane space / out chamber)： 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，

5、蛋白进出通道3 转位接触点内外膜接触点（四）基质腔（内室 / 嵴间腔） (matrix space / inner chamber) ：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,核糖体线粒体中的代谢功能定位外膜磷脂合成脂肪酸去饱和作用脂肪酸延长内膜电子传递氧化磷酸化代谢产物转运膜间腔核苷酸磷酸化基质丙酮酸酯氧化TCA 循环脂肪的 氧化DNA 复制, RNA 转录，蛋白质翻译1.蛋白质占总含量的2/3，主要分布于内膜和基质 氧化还原酶连接酶水解酶 37 1092.脂类约占总含量的1/3，大部分是磷脂（90%）此外还有DNA、多种辅酶、维生

6、素及无机离子等二、线粒体的化学组成（二）线粒体的起源尚无定论 线粒体可能起源于古老厌氧真核细胞共生的早期细菌。在之后的长期进化过程中，二者共生联系更加密切，共生物的大部分遗传信息转移到细胞核上，这样留在线粒体上的遗传信息大大减少，即线粒体起源的内共生学说。许多证据支持这一假说：线粒体的遗传系统与细菌相似，如DNA呈环状、不与组蛋白结合；线粒体的蛋白质合成方式与细菌相似，如核糖体为70S，抑制蛋白质合成的机制等。但这一机制也有不足之处，所以有学者提出了非共生假说。 线粒体起源的内共生学说 每一个人类细胞中带有数百个线粒体，每个线粒体中又含有若干个mtDNA分子。线粒体通过合成ATP而为细胞提供能

7、量，调节细胞质的氧化-还原（redox）状态，也是细胞内氧自由基产生的主要来源，后者则与细胞的许多生命活动有关。因此维持线粒体结构与功能的正常，对于细胞的生命活动至关重要。 在特定条件下线粒体与疾病的发生有着密切的关系，一方面是疾病状态下线粒体作为细胞病变的一部分，是疾病在细胞水平上的一种表现形式；另一方面线粒体作为疾病发生的主要动因，是疾病发生的关键，主要表现为mtDNA突变导致细胞结构和功能异常。一、疾病的发生发展过程中存在线粒体变化 线粒体对外界环境因素的变化很敏感，一些环境因素的影响可直接造成线粒体功能的异常。 二、mtDNA突变导致疾病 当突变线粒体DNA进行异常复制时，机体的免疫系

8、统并不能对此予以识别和阻止，于是细胞为了将突变的线粒体迅速分散到子细胞中去，即以加快分裂的方式对抗这种状态，以减轻对细胞的损害，但持续的损害将最终导致疾病的发生。这类以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因的疾病常称为线粒体疾病（mitochondrial disorders）。 三、mtDNA用于人种起源研究 近年来研究人体细胞的线粒体DNA（mtDNA）多态性分析的结果表明，尽管人种间在体型、肤色方面有很大的不同，而从不同人种所采集的样本分析，显示全人类的mtDNA 的差异却非常之小。 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，

9、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 2.Melas综合征3.Leber遗传性视神经病4.神经病伴运动性共济失调和视网膜 色素变性 (NARP)5.KSS1.MERRF综合征线粒体自身遗传病MERRF综合征又称为肌阵挛性癫痫和破碎红纤维病，是一种罕见的，异质性母系遗传病，具有多系统紊乱的症状。 大部分MERRF病例是线粒体基因组的tRNALys (赖氨酸) 基因点突变的结果（A8344G）。MERRF综合征（了解） 这个突变正式的名称为MTTK* MERRF8344G。 线粒体碱基替换疾病的命名包括三个部分： 第一部分是确定的位点，MTTK中的MT表示线粒体基因突变，第二个T代表转运RNA基因，K表示赖氨酸，这说明突变发生在线粒体的tRNALys基因上。 第二部分使用了描述临床特征的疾病字母缩略词，在这里，缩略词就是MERRF。 第三部分中术语8 344G表示在核苷酸8 344位