细胞生物学课件讲义

医学细胞生物学MEDICALCELLBIOLOGY医学细胞生物学MEDICALCELLBIOLOGY第六章线粒体线粒体的形态结构线粒体的化学组成和酶的分布线粒体的主要功能线粒体的半自主性线粒体的增殖和起源第六章线粒体第一节线粒体的形态结构一.线粒体的基本性质1894年，Altmann，生命小体（bioblast）1897年，Benda命名线粒体（mitochondrion,mitochondria）1900年，L.Michaelis用JanusGreenB

染色，发现线粒体具有氧化作用。

第一节线粒体的形态结构一.线粒体的基本性质第一节线粒体的形态结构㈠形态：光镜下多种多样，有线状，短杆状，粒状，圆形，哑铃形等。与细胞种类、生理状态和外界环境等有关。

第一节线粒体的形态结构㈠形态：Snakelikemitochondriaofasnailepithelialcell,asvisualizedinahigh-voltageelectronmicroscope.Snakelikemitochondriaofasn第一节线粒体的形态结构㈡大小：一般直径在0.5~1.0μm，长3μm，另外有一些巨大线粒体，有的长度可达8~10μm，还有的长度甚至能达40μm。

与细胞种类、生理状态及环境条件有关。

第一节线粒体的形态结构㈡大小：第一节线粒体的形态结构㈢数目：正常细胞一般有1000~2000个线粒体。与细胞种类和生理状态有关。第一节线粒体的形态结构㈢数目：正常细胞一般有10㈣分布：与细胞种类和生理状态有关。线粒体的分布有一定的规律，通常分布在功能旺盛，需能较多的部位。Twininground

㈣分布：与细胞种类和生理状态有关。线Twiningro膜间腔嵴间腔DNA基粒外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质颗粒二.线粒体的超微结构——电镜下，线粒体是

两层单位膜围成的

封闭的囊状结构。膜间腔嵴间腔DNA外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质二.线粒体第一节线粒体的形态结构⑴外膜（outermembrane）

——位于线粒体外表面，

一层单位膜，厚6~7nm，

蛋白质与脂类的比例约

为1∶1。含有很多运输

蛋白，构成小溶质分子

可以穿过的通道。

Innermembraneoutermembraneporin第一节线粒体的形态结构⑴外膜（outermembr第一节线粒体的形态结构⑵内膜（innermembrane）

——位于外膜的内侧，一层单位膜，厚5~6nm，蛋白质与脂类的比例约为3∶1。胆固醇极少，但富含心磷脂，使内膜通透

性很小。另外，内膜上有一些转运蛋白。第一节线粒体的形态结构⑵内膜（innermemb⑶嵴（cristae）

——内膜向内折叠形成，有板层状，管状两种类型。

内膜和嵴上有许多重要蛋白质，与其功能密切相关（酶、电子传递链等）。⑶嵴（cristae）大鼠肝细胞ATP合成酶的电镜照片牛心脏细胞基粒的电镜照片内膜上的特殊结构——基粒(elementaryparticle)在内膜和嵴上有许多带柄的小体称为基粒，又称为ATP合酶复合体。

大鼠肝细胞ATP合成酶的电镜照片牛心脏细胞基粒的电镜照片内膜第一节线粒体的形态结构

⑷基粒（elementaryparticle）

——位于内膜和嵴的基质面的带柄的圆形颗粒，其实质是ATP合酶复合体，也称F0F1ATP合酶，

是偶联磷酸化的关键装置。包括：头部——含可溶性ATP合酶（F1），有合成ATP的功能，其上部有一个抑制多肽。柄部——是对寡霉素敏感的蛋白（OSCP），具有调节质子通道的作用。基片——又称偶联因子F0。嵌入内膜，为疏水蛋白（HP），其内有质子通道。第一节线粒体的形态结构抑制剂可溶性ATP酶（F1）对寡酶素敏感的蛋白（OSCP）F0，疏水蛋白（HP）抑制剂可溶性ATP酶（F1）对寡酶素敏感的蛋白（OSCP第一节线粒体的形态结构

⑸膜间腔（intermembranespace）

——内、外膜之间的间隙，宽6~8nm，其中有可溶性酶，底物等。⑹嵴内腔（intracristalspace）

——由嵴膜包围，与膜间腔相通⑺嵴间腔（intercristalspace）

——嵴与嵴之间的腔，也称内腔或内室。其内充满基质。

第一节线粒体的形态结构⑸膜间腔（intermem膜间腔嵴间腔DNA基粒外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质颗粒膜间腔嵴间腔DNA外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质膜间腔嵴内腔嵴间腔基粒膜间腔嵴内腔嵴间腔基粒第一节线粒体的形态结构⑻基质（matrix）

——内腔中所充满的较致密的物质。a.基质颗粒（matricalgranule）

——位于基质中的一种较大的颗粒，能调节线粒体内离子环境。b.核糖体c.DNA

——线粒体DNA第一节线粒体的形态结构⑻基质（matrix）膜间腔嵴间腔DNA基粒外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质颗粒膜间腔嵴间腔DNA外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质第二节线粒体的化学组成和酶的分布一.化学组成——蛋白质，脂类，水等。㈠蛋白质：占线粒体干重的65~70%，主要集中在内膜和基质。可溶性——基质中的酶，外周蛋白（膜表面）不溶性——膜镶嵌蛋白（结构蛋白，酶蛋白等）第二节线粒体的化学组成和酶的分布一.化学组成——蛋白质，脂第二节线粒体的化学组成和酶的分布㈡脂类：占线粒体干重的25~30%，以磷脂为主。外膜：脂类52%，磷脂和胆固醇含量比内膜高内膜：脂类24%，富含心磷脂，胆固醇极少㈢水：线粒体中数量最多的一种成分。其功能——

①酶促反应的溶剂②物理介质㈣其它：辅酶Q，NAD，FMN，FAD等成分第二节线粒体的化学组成和酶的分布㈡脂类：占线粒体干重的2第二节线粒体的化学组成和酶的分布二.酶的分布线粒体中约有120种酶（参见表8-1）线粒体各部分的标志酶外膜——单胺氧化酶膜间腔——腺苷酸激酶内膜——琥珀酸脱氢酶基质——苹果酸脱氢酶第二节线粒体的化学组成和酶的分布二.酶的分布第三节线粒体的主要功能细胞氧化（cellularoxidation）

——在O2的参与下，依靠各种酶的催化作用，将细胞内各种供能物质（单糖、脂肪酸、氨基酸等）彻底氧化，生成CO2和

H2O，同时将氧化反应释放的能量储存于ATP中。也称细胞呼吸（cellularrespiration），

或生物氧化（biologicaloxidation）。第三节线粒体的主要功能细胞氧化（cellularox第三节线粒体的功能细胞氧化过程包括——

①糖酵解（胞质中）②乙酰CoA生成（线粒体基质）③三羧酸循环(线粒体基质)④电子传递和氧化磷酸化(线粒体内膜)生成ATP第三节线粒体的功能细胞氧化过程包括——①糖酵解（胞质中Glucose细胞氧化产生ATPGlucose细胞氧化产生ATP㈠糖酵解：在细胞质基质中进行，脱掉2*2H

酵解酶系1分子葡萄糖2分子丙酮酸+2ATPWithoutO2㈠糖酵解：在细胞质基质中进行，脱掉2*2HWithout㈡乙酰CoA生成：在线粒体基质中进行，脱掉2*2H

丙酮酸脱氢酶系

丙酮酸+辅酶A乙酰CoA+CO2

Pyruvatedehydrogenasecomplex㈡乙酰CoA生成：在线粒体基质中进行，脱掉2*2H

丙㈢三羧酸循环：在线粒体基质中进行，脱掉2*4*2H，该过程生成2ATP。㈢三羧酸循环：在线粒体基质中进行，脱掉总共12对HH++e123总共12对HH++e123第三节线粒体的功能㈣电子传递和氧化磷酸化

电子传递链（呼吸链）——它是一组酶的复合体，分布在线粒体内膜上，并按一定顺序排列，可逆地释放和接受电子和质子。在电子沿呼吸链逐级传递过程中，完成氧化还原反应并释放能量。第三节线粒体的功能㈣电子传递和氧化磷酸化

化学渗透假说

化学渗透假说第三节线粒体的功能氧化磷酸化——（oxidativephosphorylation）在电子传递过程中，氧化所释放出来的能量被磷酸化转换成ATP（ADP+Pi+能量→ATP），这种伴随电子传递链的氧化过程所进行的能量转换和ATP的生成就是氧化磷酸化。也称氧化磷酸化偶联。

第三节线粒体的功能氧化磷酸化——葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循环2*4*2H电子传递链2e+2H++1/2O2→H2O2ATP2ATP34ATP2*2H2*2H细胞氧化和能量转换示意图38ATPCO2CO2葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸2*4*2H电子传递链2e+2H第四节线粒体的半自主性半自主性（semiautonomy）㈠自主性⒈具有mtDNA——双链，环状分子，裸露不与组蛋白结合，分散在基质中。每个mtDNA分子约含16，000bp。能自我复制（在基质中），不复制时与内膜结合。

第四节线粒体的半自主性半自主性（semiautonoMtDNA呈高度扭曲的双股环状，有多个复本

MtDNA呈高度扭曲的双股环状，有多个复本

第四节线粒体的半自主性⒉具有蛋白质合成系统——包括mtDNA编码的mtmRNA、mttRNA和mtrRNA以及核糖体，还有蛋白质合成的相关酶类。

第四节线粒体的半自主性⒉具有蛋白质合成系统——细胞生物学课件讲义第四节线粒体的半自主性⒊部分遗传密码与通用的遗传密码不同第四节线粒体的半自主性⒊部分遗传密码与通用的遗传密码“通用”密码与线粒体遗传密码的差异密码“通用”密码哺乳类线粒体编码酵母线粒体编码UGA终止色氨酸色氨酸AUA异亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸CUA亮氨酸亮氨酸苏氨酸AGA精氨酸终止精氨酸AGG精氨酸终止精氨酸“通用”密码与线粒体遗传密码的差异密码“通用”哺乳类线粒体编第四节线粒体的半自主性㈡非自主性⒈mtDNA所含信息量小，由它编码的蛋白质仅占线粒体中蛋白质的5~10%，其余的蛋白质由核基因编码。人mtDNA包含16569bp，含有37个基因，分别编码2种rRNA（12S和16S）、22种tRNA和13种蛋白质（电子传递链中复合物的亚基以及ATP合酶的亚基）。

第四节线粒体的半自主性㈡非自主性细胞生物学课件讲义第四节线粒体的半自主性⒉线粒体遗传系统受控于核遗传系统，离开细胞核，线粒体就无法进行转录和翻译，线粒体核糖体也无法组装。

第四节线粒体的半自主性⒉线粒体遗传系统受控于核遗传系第四节线粒体的半自主性

由此可见，线粒体是一个半自主性的细胞器

（semiautonomousorganelle），它的生长和繁殖由两套遗传系统（核遗传系统和线粒体遗传系统）控制。第四节线粒体的半自主性由此可见，线粒体是

第五节线粒体的增殖和起源

（一）线粒体的增殖普遍认为线粒体依靠本身分裂或出芽进行增殖。增殖分裂方式：

间壁分离（鼠肝细胞的线粒体）

收缩分离（酵母的线粒体）

出芽分裂（酵母的线粒体）

第五节线粒体的增殖和起源

（一）线粒体的增殖

间壁分离间壁分离收缩分离收缩分离

第五节线粒体的增殖和起源（二）线粒体的起源1.内共生假说线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。2.非内共生假说线粒体的发生是质膜内陷的结果。

第五节线粒体的增殖和起源（二）线粒体的起源*线粒体与医学一、线粒体疾病mtDNA突变帕金森病、线粒体心肌病、Leber遗传性视神经病二、线粒体与衰老三、线粒体与细胞凋亡mt中的细胞色素c通过活化与细胞凋亡相关的酶类而诱导细胞凋亡。*线粒体与医学一、线粒体疾病KEYTERMSMitochondriaCristaeCellularoxidationCellularrespirationsemiautonomyKEYTERMSMitochondriaTheEndTheEnd医学细胞生物学MEDICALCELLBIOLOGY医学细胞生物学MEDICALCELLBIOLOGY第六章线粒体线粒体的形态结构线粒体的化学组成和酶的分布线粒体的主要功能线粒体的半自主性线粒体的增殖和起源第六章线粒体第一节线粒体的形态结构一.线粒体的基本性质1894年，Altmann，生命小体（bioblast）1897年，Benda命名线粒体（mitochondrion,mitochondria）1900年，L.Michaelis用JanusGreenB

染色，发现线粒体具有氧化作用。

第一节线粒体的形态结构一.线粒体的基本性质第一节线粒体的形态结构㈠形态：光镜下多种多样，有线状，短杆状，粒状，圆形，哑铃形等。与细胞种类、生理状态和外界环境等有关。

第一节线粒体的形态结构㈠形态：Snakelikemitochondriaofasnailepithelialcell,asvisualizedinahigh-voltageelectronmicroscope.Snakelikemitochondriaofasn第一节线粒体的形态结构㈡大小：一般直径在0.5~1.0μm，长3μm，另外有一些巨大线粒体，有的长度可达8~10μm，还有的长度甚至能达40μm。

与细胞种类、生理状态及环境条件有关。

第一节线粒体的形态结构㈡大小：第一节线粒体的形态结构㈢数目：正常细胞一般有1000~2000个线粒体。与细胞种类和生理状态有关。第一节线粒体的形态结构㈢数目：正常细胞一般有10㈣分布：与细胞种类和生理状态有关。线粒体的分布有一定的规律，通常分布在功能旺盛，需能较多的部位。Twininground

㈣分布：与细胞种类和生理状态有关。线Twiningro膜间腔嵴间腔DNA基粒外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质颗粒二.线粒体的超微结构——电镜下，线粒体是

两层单位膜围成的

封闭的囊状结构。膜间腔嵴间腔DNA外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质二.线粒体第一节线粒体的形态结构⑴外膜（outermembrane）

——位于线粒体外表面，

一层单位膜，厚6~7nm，

蛋白质与脂类的比例约

为1∶1。含有很多运输

蛋白，构成小溶质分子

可以穿过的通道。

Innermembraneoutermembraneporin第一节线粒体的形态结构⑴外膜（outermembr第一节线粒体的形态结构⑵内膜（innermembrane）

——位于外膜的内侧，一层单位膜，厚5~6nm，蛋白质与脂类的比例约为3∶1。胆固醇极少，但富含心磷脂，使内膜通透

性很小。另外，内膜上有一些转运蛋白。第一节线粒体的形态结构⑵内膜（innermemb⑶嵴（cristae）

——内膜向内折叠形成，有板层状，管状两种类型。

内膜和嵴上有许多重要蛋白质，与其功能密切相关（酶、电子传递链等）。⑶嵴（cristae）大鼠肝细胞ATP合成酶的电镜照片牛心脏细胞基粒的电镜照片内膜上的特殊结构——基粒(elementaryparticle)在内膜和嵴上有许多带柄的小体称为基粒，又称为ATP合酶复合体。

大鼠肝细胞ATP合成酶的电镜照片牛心脏细胞基粒的电镜照片内膜第一节线粒体的形态结构

⑷基粒（elementaryparticle）

——位于内膜和嵴的基质面的带柄的圆形颗粒，其实质是ATP合酶复合体，也称F0F1ATP合酶，

是偶联磷酸化的关键装置。包括：头部——含可溶性ATP合酶（F1），有合成ATP的功能，其上部有一个抑制多肽。柄部——是对寡霉素敏感的蛋白（OSCP），具有调节质子通道的作用。基片——又称偶联因子F0。嵌入内膜，为疏水蛋白（HP），其内有质子通道。第一节线粒体的形态结构抑制剂可溶性ATP酶（F1）对寡酶素敏感的蛋白（OSCP）F0，疏水蛋白（HP）抑制剂可溶性ATP酶（F1）对寡酶素敏感的蛋白（OSCP第一节线粒体的形态结构

⑸膜间腔（intermembranespace）

——内、外膜之间的间隙，宽6~8nm，其中有可溶性酶，底物等。⑹嵴内腔（intracristalspace）

——由嵴膜包围，与膜间腔相通⑺嵴间腔（intercristalspace）

——嵴与嵴之间的腔，也称内腔或内室。其内充满基质。

第一节线粒体的形态结构⑸膜间腔（intermem膜间腔嵴间腔DNA基粒外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质颗粒膜间腔嵴间腔DNA外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质膜间腔嵴内腔嵴间腔基粒膜间腔嵴内腔嵴间腔基粒第一节线粒体的形态结构⑻基质（matrix）

——内腔中所充满的较致密的物质。a.基质颗粒（matricalgranule）

——位于基质中的一种较大的颗粒，能调节线粒体内离子环境。b.核糖体c.DNA

——线粒体DNA第一节线粒体的形态结构⑻基质（matrix）膜间腔嵴间腔DNA基粒外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质颗粒膜间腔嵴间腔DNA外膜内膜核糖体嵴嵴内腔基质基质第二节线粒体的化学组成和酶的分布一.化学组成——蛋白质，脂类，水等。㈠蛋白质：占线粒体干重的65~70%，主要集中在内膜和基质。可溶性——基质中的酶，外周蛋白（膜表面）不溶性——膜镶嵌蛋白（结构蛋白，酶蛋白等）第二节线粒体的化学组成和酶的分布一.化学组成——蛋白质，脂第二节线粒体的化学组成和酶的分布㈡脂类：占线粒体干重的25~30%，以磷脂为主。外膜：脂类52%，磷脂和胆固醇含量比内膜高内膜：脂类24%，富含心磷脂，胆固醇极少㈢水：线粒体中数量最多的一种成分。其功能——

①酶促反应的溶剂②物理介质㈣其它：辅酶Q，NAD，FMN，FAD等成分第二节线粒体的化学组成和酶的分布㈡脂类：占线粒体干重的2第二节线粒体的化学组成和酶的分布二.酶的分布线粒体中约有120种酶（参见表8-1）线粒体各部分的标志酶外膜——单胺氧化酶膜间腔——腺苷酸激酶内膜——琥珀酸脱氢酶基质——苹果酸脱氢酶第二节线粒体的化学组成和酶的分布二.酶的分布第三节线粒体的主要功能细胞氧化（cellularoxidation）

——在O2的参与下，依靠各种酶的催化作用，将细胞内各种供能物质（单糖、脂肪酸、氨基酸等）彻底氧化，生成CO2和

H2O，同时将氧化反应释放的能量储存于ATP中。也称细胞呼吸（cellularrespiration），

或生物氧化（biologicaloxidation）。第三节线粒体的主要功能细胞氧化（cellularox第三节线粒体的功能细胞氧化过程包括——

①糖酵解（胞质中）②乙酰CoA生成（线粒体基质）③三羧酸循环(线粒体基质)④电子传递和氧化磷酸化(线粒体内膜)生成ATP第三节线粒体的功能细胞氧化过程包括——①糖酵解（胞质中Glucose细胞氧化产生ATPGlucose细胞氧化产生ATP㈠糖酵解：在细胞质基质中进行，脱掉2*2H

酵解酶系1分子葡萄糖2分子丙酮酸+2ATPWithoutO2㈠糖酵解：在细胞质基质中进行，脱掉2*2HWithout㈡乙酰CoA生成：在线粒体基质中进行，脱掉2*2H

丙酮酸脱氢酶系

丙酮酸+辅酶A乙酰CoA+CO2

Pyruvatedehydrogenasecomplex㈡乙酰CoA生成：在线粒体基质中进行，脱掉2*2H

丙㈢三羧酸循环：在线粒体基质中进行，脱掉2*4*2H，该过程生成2ATP。㈢三羧酸循环：在线粒体基质中进行，脱掉总共12对HH++e123总共12对HH++e123第三节线粒体的功能㈣电子传递和氧化磷酸化

电子传递链（呼吸链）——它是一组酶的复合体，分布在线粒体内膜上，并按一定顺序排列，可逆地释放和接受电子和质子。在电子沿呼吸链逐级传递过程中，完成氧化还原反应并释放能量。第三节线粒体的功能㈣电子传递和氧化磷酸化

化学渗透假说

化学渗透假说第三节线粒体的功能氧化磷酸化——（oxidativephosphorylation）在电子传递过程中，氧化所释放出来的能量被磷酸化转换成ATP（ADP+Pi+能量→ATP），这种伴随电子传递链的氧化过程所进行的能量转换和ATP的生成就是氧化磷酸化。也称氧化磷酸化偶联。

第三节线粒体的功能氧化磷酸化——葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循环2*4*2H电子传递链2e+2H++1/2O2→H2O2ATP2ATP34ATP2*2H2*2H细胞氧化和能量转换示意图38ATPCO2CO2葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸2*4*2H电子传递链2e+2H第四节线粒体的半自主性半自主性（semiautonomy）㈠自主性⒈具有mtDNA——双链，环状分子，裸露不与组蛋白结合，分散在基质中。每个mtDNA分子约含16，000bp。能自我复制（在基质中），不复制时与内膜结合。

第四节线粒体的半自主性半自主性（semiautonoMtDNA呈高度扭曲的双股环状，有多个复本

MtDNA呈高度扭曲的双股环状，有多个复本

第四节线粒体的半自主性⒉具有蛋白质合成系统——包括mtDNA编码的mtmRNA、mttRNA和mtrRNA以及核糖体