细胞生物学线粒体PPT学习教案

1、会计学1第1页/共48页 1. 线粒体的形态、大小、数量与分布线粒体的形态、大小、数量与分布第2页/共48页第3页/共48页线粒体结构模式图线粒体结构模式图 第4页/共48页线粒体外膜孔蛋白第5页/共48页线粒体内膜中的运输系统线粒体内膜中的运输系统 第6页/共48页第7页/共48页线粒体组分的分离线粒体组分的分离 第8页/共48页第9页/共48页部位酶的名称部 位酶 的 名 称外膜单胺氧化酶NADH- 细胞色素 c还原酶 （对鱼藤酮不敏感）犬尿酸羟化酶酰基辅酶 A合成酶膜间隙腺苷酸激酶二磷酸激酶核苷酸激酶内膜细胞色素 b，c，c1，a，a3氧化酶ATP合成酶系琥珀酸脱氢酶-羟丁酸和 -羟丙酸

2、脱氢酶肉毒碱酰基转移酶丙酮酸氧化酶NADH 脱氢酶 （对鱼藤酮敏感）基质柠檬酸合成酶、苹果酸脱氢酶延胡索酸酶、异柠檬酸脱氢酶顺乌头酸酶、谷氨酸脱氢酶脂肪酸氧化酶系、天冬氨酸转氨酶、蛋白质和核酸合成酶系、丙酮酸脱氢酶复合物第10页/共48页线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATPATP，为细胞，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。及电解质稳态平衡的调控有关。第11页/共4

3、8页第12页/共48页细胞质细胞质线粒体内膜线粒体内膜天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酮戊二酸酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、 、 、 为膜上的转运载体）为膜上的转运载体）呼吸呼吸链链苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭途径天冬氨酸穿梭途径第13页/共48页3-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭途径途径（线粒体基质）（线粒体基质）磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟

4、丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHNAD+线线粒粒体体内内膜膜NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2（细胞质）（细胞质）第14页/共48页1. 电子载体电子载体黄素蛋白黄素蛋白：由一条多肽与黄素腺嘌呤单核苷酸（FMN）或FAD组成的结合蛋白，线粒体中主要的黄素蛋白有NADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶。细胞色素细胞色素：带有含铁血红素辅基而对可见光具有特征性强吸收的蛋白。泛醌泛醌：辅酶Q，唯一不与蛋白结合的电子载体，可在膜中自由扩散，在单电子受体和双电子受体之间起作用。Fe-S蛋白蛋白：一类含非血红素铁的蛋白质,靠Fe3+和Fe2+的变换传递电子。铜原子铜原子：在

5、线粒体内膜的单个蛋白质分子内，传递单个电子。第15页/共48页 特点特点： 以以FAD或或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白递氢机理：递氢机理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2第16页/共48页传递电子机理传递电子机理：Fe3+ Fe2+-e+e 波长/nm 还原型还原型Cytc的吸收光谱的吸收光谱第17页/共48页CoQ+2H CoQH2第18页/共48页传递电子机理传递电子机理：Fe3+ Fe2+-e+e第19页/共48页第20页/共48页酶Q； 泵出4 H+第21页/共48页猪心粒体膜蛋白复合物猪心粒体膜蛋白复合物II的三维结构的三维结构 （饶

6、子和饶子和 等，等，2005，Cell） 3. 电子传递链的四种复合物电子传递链的四种复合物(哺乳类哺乳类)第22页/共48页3. 电子传递链的四种复合物电子传递链的四种复合物(哺乳类哺乳类)第23页/共48页细胞色素C氧化酶的三维结构与作用第24页/共48页（三）两条氧化呼吸链（三）两条氧化呼吸链1NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 2琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链(FADH2氧化呼吸氧化呼吸链链)第25页/共48页第26页/共48页氧化磷酸化氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电子传递链与氧结合成水的过程中，释放的能量使ADP磷酸化生成ATP的过程称之氧化磷酸化，即氢的氧化和ADP的磷酸化相耦联，又称

7、为耦联磷酸化。 氧化磷酸化偶联部位：磷酸化磷酸化：将ADP转变为ATP的过程称为磷酸化。第27页/共48页第28页/共48页1. ATP合酶的结构与组成合酶的结构与组成第29页/共48页第30页/共48页第31页/共48页 线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两个不 同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性第32页/共48页ATP合酶合酶可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成 ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙第33页/共48页19781978年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖19971997年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖第34页/共4

8、8页4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+ ADP+PiATP高质子浓高质子浓度度H2O2e-+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜磷酸磷酸化化 氧氧化化 第35页/共48页第36页/共48页第37页/共48页 英国科学家英国科学家Walker通过通过x光衍射获得高分辩率的牛心光衍射获得高分辩率的牛心线粒体线粒体ATP酶晶体的三维结构，酶晶体的三维结构， 证明在证明在ATP酶合成酶合成ATP的催的催化循环中三个化循环中三个亚基的确有不同构象，亚基的确有不同构象， 从而有力地支持了从而有力地支持了Boyer的假说

9、。的假说。 Boyer和和Walker共同获得共同获得1997年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。 美国科学家美国科学家Boyer为解释为解释ATP酶作用机理酶作用机理,提出提出结合变构结合变构假说，认为假说，认为ATP合成酶合成酶亚基有三种不同的构象，一种构象亚基有三种不同的构象，一种构象(L)有利于有利于ADP和和Pi结合，一种构象结合，一种构象(T)可使结合的可使结合的ADP和和Pi合成合成ATP，第三种构象，第三种构象(O)使合成的使合成的ATP容易被释放出来。容易被释放出来。在在ATP合成过程中，三个合成过程中，三个亚基依次进行上述三种构象的交亚基依次进行上述三种构象的交替变化，所需能量

10、由跨膜替变化，所需能量由跨膜H+提供。提供。第38页/共48页第39页/共48页第40页/共48页利用分子马达检测病原利用分子马达检测病原菌菌第41页/共48页利用分子马达检测病原菌原理利用分子马达检测病原菌原理 色素体色素体-free F0F1-ATPase可作为一种新型的生物传感器去检可作为一种新型的生物传感器去检测反应体系中的目的测反应体系中的目的miRNA。首先将特异的。首先将特异的miRNA探针连接到探针连接到F0F1-ATPase的的亚基上。亚基上。 -free F0F1-ATPase在光驱动下质子进在光驱动下质子进行连续的改变，从而引发分子马达的旋转。连接在行连续的改变，从而引发

11、分子马达的旋转。连接在亚基上的亚基上的探针与探针与miRNA反应，这个杂交反应会影响到分子马达的旋转，反应，这个杂交反应会影响到分子马达的旋转，可以通过对分子马达进行标记即用可以通过对分子马达进行标记即用pH-敏感型的敏感型的CdTe原子团标原子团标记来检测其改变。总的反应体系可以通过荧光强度的变化来记来检测其改变。总的反应体系可以通过荧光强度的变化来监测。由于探针的特异性及检测的灵敏性可以很容易的区分监测。由于探针的特异性及检测的灵敏性可以很容易的区分反应体系中的反应体系中的miRNA家族。家族。 由于不同病原菌具有不同的特异性核苷酸序列，所以可将由于不同病原菌具有不同的特异性核苷酸序列，所以可将该方法用于病原菌的检测。具体的操作同上，只是探针换成该方法用于病原菌的检测。具体的操作同上，只是探针换成了特异性引物，检测对象变成