细胞生物学线粒体与细胞的能量转换.ppt

1、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 (out membrane)： 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 (inner membrane)：一层单位膜 4.5nm， 蛋白占80%, 高度的选择通透性, 大于

2、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 (elemetary particle) （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） (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，蛋白进出通道,（四）基质

3、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,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

4、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tRNA 2种rRNA 1

5、3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

6、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(leader sequence) : 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

7、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（cellular respiration） 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（cellular oxidation）,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

8、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