线粒体与细胞的能量转换PPT

1、第六章线粒体第六章线粒体( (mitochondrion)与细胞的能量转换与细胞的能量转换线粒体形态线粒体形态（mitochondria）Figure:Localization of mitochondria near sites of high ATP utilization in cardiac muscle and a sperm tail. 外膜外膜(outer membrane):内膜内膜(inner membrane)：, 膜间腔膜间腔(inter membrane space)：内外膜之间的腔隙，宽：内外膜之间的腔隙，宽约约68nm, 标志酶是标志酶是腺苷酸激酶腺苷酸激酶。在嵴内

2、的称。在嵴内的称嵴内腔。嵴内腔。嵴嵴(cristae)：内膜向内折入，能扩大内膜的面积达内膜向内折入，能扩大内膜的面积达510倍，倍， 嵴的形状有多样嵴的形状有多样基粒基粒(elementary particle) ：线粒体内膜内表面有线粒体内膜内表面有104105个，由个，由 头部、柄部和基部组成，基粒也称头部、柄部和基部组成，基粒也称F0F1ATP酶复合体酶复合体虚拟图象显示线粒体内膜虚拟图象显示线粒体内膜电子显微镜下的基粒电子显微镜下的基粒头部：头部：又称偶联因子又称偶联因子F1，是由五种亚基，是由五种亚基 组成。组成。作用作用: ATP合成酶的活性，但如果不和线粒体的内膜偶联，只能催化

3、合成酶的活性，但如果不和线粒体的内膜偶联，只能催化ATP水解，水解， F1抑制蛋白能抑制抑制抑制蛋白能抑制抑制ATP酶酶? 柄部：柄部：连接头部和基部，寡霉素可以抑制其中的一个蛋白，连接头部和基部，寡霉素可以抑制其中的一个蛋白，作用作用:柄部有调控质子通道的作用。柄部有调控质子通道的作用。基部基部：又称偶联因子：又称偶联因子F0，是由，是由a、b、c亚基和其它一些亚亚基和其它一些亚基组成。基组成。作用作用:质子通道：质子通道：内外膜转位接触点内外膜转位接触点(translocation contact site)：是内外膜的接触是内外膜的接触点，该处的点，该处的成孔膜蛋白成孔膜蛋白形成装置使细

4、胞质中合成的线粒体蛋白形成装置使细胞质中合成的线粒体蛋白质运输入线粒体内质运输入线粒体内 基质腔基质腔（matrix space): DNA，复制、转录和翻译装置，如，复制、转录和翻译装置，如 核糖体、核糖体、mRNA、tRNA、rRNA。DNA 聚合酶、聚合酶、RNA聚合酶聚合酶等；含有等；含有 脂肪酸氧化酶系，丙酮酸氧化酶系、氨基酸氧化酶脂肪酸氧化酶系，丙酮酸氧化酶系、氨基酸氧化酶系，三羧酸循环酶系、尿素合成酶系等。系，三羧酸循环酶系、尿素合成酶系等。标志酶是标志酶是苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶. 第二节第二节 线粒体的半自主性线粒体的半自主性一、线粒体的自主性一、线粒体的自主性含自身的含自身

5、的DNA（mtDNA） 210mtDNA/线粒体，双链闭合环状线粒体，双链闭合环状DNA ，大小为，大小为16，569bp （参照体：囊性纤维化（参照体：囊性纤维化CF基因为基因为250Kb；肌营养不良蛋白；肌营养不良蛋白DMD基因为基因为2300Kb），），mtDNA基因共有基因共有37个基因，其中个基因，其中13种多肽种多肽链基因（呼吸链酶复合体），链基因（呼吸链酶复合体），22种种tRNA基因和基因和2种种rRNA因。因。mtDNA的特点的特点：基因少，所有基因为线粒体用基因少，所有基因为线粒体用,?，无内含子，非编码，无内含子，非编码区只有一处，双链都编码，有重叠基因。无组蛋白保区只有

6、一处，双链都编码，有重叠基因。无组蛋白保护，无护，无DNA修复系统。修复系统。含自身复制、转录和翻译装置：含自身复制、转录和翻译装置：如如 核糖体、核糖体、mRNA、tRNA、rRNA。DNA 聚合酶、聚合酶、RNA聚合酶聚合酶等。等。核密码子与线粒体密码子的差异核密码子与线粒体密码子的差异密码子密码子核密码意义核密码意义线粒体密码意义线粒体密码意义UGA终止终止色氨酸色氨酸AUA异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸AGA精氨酸精氨酸终止终止AGG精氨酸精氨酸终止终止自我分裂繁殖：自我分裂繁殖： 线粒体的起源的两种不同的观点，线粒体的起源的两种不同的观点，1、内共生起源学说：、内共生起源学说：线粒

7、体起源于原始的需氧细菌线粒体起源于原始的需氧细菌内共生，它们与宿主细胞间形成互利的共生关系，内共生，它们与宿主细胞间形成互利的共生关系，在长期的进化过程中，分别演化为线粒体。在长期的进化过程中，分别演化为线粒体。2、非共生起源学说：、非共生起源学说：真核细胞的前身是一种好氧细真核细胞的前身是一种好氧细菌，这种细菌通过质膜内陷、扩张形成的双层膜分菌，这种细菌通过质膜内陷、扩张形成的双层膜分别将基因组包围在其中，后来在进化过程中发生了别将基因组包围在其中，后来在进化过程中发生了分化，从而逐渐形成了线粒体和细胞核等细胞器。分化，从而逐渐形成了线粒体和细胞核等细胞器。二、线粒体自主的受限性二、线粒体自

8、主的受限性mtDNAmtDNA上的基因太少，线粒体的蛋白绝大部分是细上的基因太少，线粒体的蛋白绝大部分是细胞核基因编码，线粒体本身的胞核基因编码，线粒体本身的DNADNA复制、转录、翻译复制、转录、翻译装置是细胞核基因编码装置是细胞核基因编码观察发现观察发现mtDNAmtDNA有进入细胞核基因现象。有进入细胞核基因现象。mtDNAmtDNA可以可以稳定的整合到核基因组中。稳定的整合到核基因组中。线粒体为细胞核基因的复制、转录、翻译提供能量。线粒体为细胞核基因的复制、转录、翻译提供能量。三、蛋白质转运入线粒体的过程三、蛋白质转运入线粒体的过程转运条件：转运条件：导肽导肽(1eader seque

9、nce)。N端一段端一段2080个氨基酸序列，富含带正电个氨基酸序列，富含带正电荷氨基酸和疏水氨基酸，形成一边正电荷一边是疏水的螺旋荷氨基酸和疏水氨基酸，形成一边正电荷一边是疏水的螺旋结构。线粒体基质腔带负电多，电荷引力！结构。线粒体基质腔带负电多，电荷引力！内外膜转位接触点：内外膜转位接触点：成孔膜蛋白形成通道成孔膜蛋白形成通道分子伴侣分子伴侣(molecular chaperone)：热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein，HSP )类：类：HSP70、HSP60、HSP10；新生多肽相关复合物；新生多肽相关复合物(nascent associated complex，

10、NAC), ATP。转运过程：转运过程：蛋白质合成后蛋白质合成后分子伴侣去折叠（分子伴侣去折叠（HSP70、HSP60、HSP10； NAC)导肽引导导肽引导,ATP水解水解内外膜转位接触点，内外膜转位接触点，ATP水解水解穿穿膜（电荷引力和分子绞力）膜（电荷引力和分子绞力）导肽切除导肽切除,分子伴侣帮助折叠。分子伴侣帮助折叠。第三节第三节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换一、引言一、引言 ：细胞呼吸细胞呼吸(cellular respiration) ：细胞利用氧氧化有机细胞利用氧氧化有机物成为无机物（物成为无机物（CO2 H2O），同时释放能量的过程。与），同时释放能量的过程。与动物中

11、呼吸现象相似，也称为生物氧化动物中呼吸现象相似，也称为生物氧化(biological oxidation)或细胞氧化或细胞氧化(cellular oxidation)。22表表 线粒体电子传递链复合物的组成和定位线粒体电子传递链复合物的组成和定位复合物复合物酶复合物及分子量酶复合物及分子量与膜结合方式与膜结合方式辅基辅基复合物复合物INADH-C0Q氧化还原酶氧化还原酶嵌入嵌入FMN，FeS85000复合物复合物II琥珀酸琥珀酸-Q氧化还原酶氧化还原酶嵌入嵌入FAD,FeS,Cytb97000/140000复合物复合物III细胞色素细胞色素c氧化还原酶氧化还原酶嵌入嵌入Cytb,Cytc1,F

12、eS280000/250000复合物复合物IV细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶嵌入嵌入Cyta,Cyta3,Cu200000/160000复合物复合物VATP酶复合体酶复合体嵌入嵌入5000001989，Paul DBoyer提出结合变构机制结合变构机制(binding-change mechanism)来解释FI ATP合成的过程。过程：过程：ADP + PiADP + Pi进入进入O O位，同时位，同时L L位位已经存在松散结合已经存在松散结合ADP + PiADP + Pi，T T已经形成已经形成ATPATP但是紧密结合。但是紧密结合。质子流通过质子流通过F1F1变构，变构，亚亚基基120

13、120旋转，在旋转时使旋转，在旋转时使L L位位 ADP + PiADP + Pi紧密结合，并紧密结合，并且使原来在且使原来在T T的的ATPATP松散并释松散并释放，放， 继续旋转并变构到继续旋转并变构到T T位合位合成成ATPATP。循环。循环第五节第五节 线粒体与疾病线粒体与疾病引言：引言：线粒体结构损伤可导致功能改变，使机体病变。这与线粒线粒体结构损伤可导致功能改变，使机体病变。这与线粒体数量、体数量、mtDNA的拷贝、修复系统等有关。，的拷贝、修复系统等有关。，一、线粒体疾病特点一、线粒体疾病特点突变率高突变率高母系遗传母系遗传多质性多质性阈值效应阈值效应突变率高突变率高母系遗传母系

14、遗传765432165432121IIIIII阈值效应阈值效应二、线粒体遗传病发病特征：二、线粒体遗传病发病特征：例例2. 帕金森病帕金森病(Parkinsonsdiseaes，PD) 临床症状：临床症状：运动失调症，动作迟缓，肌张力增高，有震颤运动失调症，动作迟缓，肌张力增高，有震颤病因：病因：与与mtDNA缺失突变有关缺失突变有关目前发现目前发现糖尿病、糖尿病、Huntington舞蹈症、舞蹈症、Alzeimer病病等，都与等，都与mtDNA缺失突变有关。缺失突变有关。四、线粒体与癌症发生四、线粒体与癌症发生五、线粒体与细胞凋亡五、线粒体与细胞凋亡(apoptosis)填空：填空：题目：题目：A: 内质网的标志酶是 1 ，线粒体外膜的标志酶是 2 ，线粒体内膜的标志酶是 3 ，线粒体内腔（基质腔）的标志酶是 4 。B: 电子传递链