第七章-线粒体教学教材

1、第七章-线粒体 一、线粒体的形态一、线粒体的形态 光镜下，线粒体的形光镜下，线粒体的形状多种多样：状多种多样： 有粒状、杆状、圆形、有粒状、杆状、圆形、亚铃形、亚铃形、“丫丫”形，形， 以粒状、杆状为最多。以粒状、杆状为最多。粒状粒状杆状杆状圆形圆形亚铃形亚铃形颗粒状颗粒状线状线状“丫丫”形形线粒体的形态线粒体的形态二、线粒体的大小、数目和分布二、线粒体的大小、数目和分布1. 大小：大小： 一般一般0.51.0m，长，长达达210m, 2. 数目数目: 因细胞、组织不同差异很大因细胞、组织不同差异很大（150万万个）个） 如肝细胞中约有如肝细胞中约有10002000个，个， 淋巴细胞中只有几个

2、；淋巴细胞中只有几个；3.分布：分布： 随机，代谢旺盛随机，代谢旺盛集中。集中。 （肌细胞和精细胞肌细胞和精细胞) 。 三、线粒体的超微结构三、线粒体的超微结构 电镜下，为两层单位电镜下，为两层单位膜套装、封闭的囊状结构：膜套装、封闭的囊状结构：外膜外膜内膜（嵴、基粒）内膜（嵴、基粒）膜间腔膜间腔基质腔基质腔（基质，（基质，mtDNA,核糖体）核糖体）电镜下看到的线粒体内含内含mt核糖体、核糖体、 mtRNA、环状、环状的的mtDNA基质腔基质腔内膜与外膜之间的内膜与外膜之间的腔隙。含许多酶类、腔隙。含许多酶类、底物、辅助因子。底物、辅助因子。膜间腔膜间腔厚厚5.5nm，由整齐圆柱状蛋白组成；

3、由整齐圆柱状蛋白组成；较高通透性较高通透性厚厚4.5 nm，高度选择通透性。高度选择通透性。膜蛋白丰富，膜蛋白丰富，形成许多呼吸链。形成许多呼吸链。嵴嵴基粒基粒内膜上垂直内膜上垂直分布的颗粒分布的颗粒状结构状结构嵴有多嵴有多种种形态形态嵴的形态嵴的形态基粒基粒ATPATP合成酶复合体合成酶复合体（跨膜蛋白，催化（跨膜蛋白，催化ADPATPADPATP） 线线粒体的化学组学组成及酶的定位二二线线粒体的化学组学组成及酶的定位二二.占干重的占干重的65-70%多数分布于内膜（多数分布于内膜（60%）分为：）分为：可溶性的（基质酶、膜周边蛋白）可溶性的（基质酶、膜周边蛋白）不溶性的（膜内在蛋白及酶蛋白

4、）不溶性的（膜内在蛋白及酶蛋白）占干重的占干重的25-30%内膜含丰富的内膜含丰富的心磷脂心磷脂(二磷脂酰甘油二磷脂酰甘油)。内外膜脂类内外膜脂类/蛋白质比例不同蛋白质比例不同蛋白质蛋白质脂类脂类 一、化学组成一、化学组成蛋白质蛋白质脂类脂类少量少量DNA（5%）多种辅酶、维生素多种辅酶、维生素无机离子、水等无机离子、水等 二、线粒体中酶的定位二、线粒体中酶的定位呼吸链酶系呼吸链酶系ATP合成酶系合成酶系合成线粒体脂类的酶合成线粒体脂类的酶三羧酸循环反应酶系三羧酸循环反应酶系丙酮酸与脂肪酸氧化酶系丙酮酸与脂肪酸氧化酶系蛋白质与核酸合成酶系蛋白质与核酸合成酶系基质基质- - 苹果酸脱氢酶苹果酸脱

5、氢酶外膜外膜- - 单胺氧化酶单胺氧化酶内膜内膜- - 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶膜间腔膜间腔-腺苷酸激酶腺苷酸激酶 线粒体各部分的标志酶线粒体各部分的标志酶线线粒体的功能三.线粒体的功能三. 线粒体是细胞氧化的场所线粒体是细胞氧化的场所 能量转换的中心能量转换的中心 参与多种生命现象。参与多种生命现象。 细胞氧化的过程细胞氧化的过程 细胞氧化细胞氧化:在酶的催化下，细胞将供能物质（氨基酸、在酶的催化下，细胞将供能物质（氨基酸、脂肪、糖等）氧化并释放能量的过程。又称细胞呼吸脂肪、糖等）氧化并释放能量的过程。又称细胞呼吸（消耗（消耗O2，放出，放出CO2 、H2O）。）。 酵解酵解 （胞质中）

6、胞质中）乙酰辅酶生成乙酰辅酶生成（线粒体基质）（线粒体基质）电子传递电子传递氧化磷酸化氧化磷酸化（内膜上）（内膜上）三羧酸循环三羧酸循环（线粒体基质）（线粒体基质）生成生成ATPATP丙酮酸丙酮酸脂肪酸脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A氧化氧化过程过程磷酸化磷酸化电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化氧化能级逐氧化能级逐渐降低，释渐降低，释放出来的自放出来的自由能部分转由能部分转化为化为 ATPATP，其余以热能其余以热能释放。释放。ADP+PiATP1/2 O2H2O呼呼吸吸链链e-HH+e-O2是呼吸链的是呼吸链的最后一环！最后一环！结合变构机制和结合变构机制和旋转催化假说旋转催化假说化学渗透

7、假说化学渗透假说英英国国Michell1978年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖美国美国BoyerWalker揭示牛心线粒体揭示牛心线粒体F1-ATP酶的晶体酶的晶体结构，提供了结结构，提供了结构学上的证据构学上的证据1997年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖线线粒体的遗传遗传和半自主性四线线粒体的遗传遗传和半自主性四四.多为双链闭环分子，裸露。多为双链闭环分子，裸露。 重链（重链（H链）链）G较多较多轻链（轻链（L链）链）C较多较多1.mtDNA的复制：的复制： 半保留复制半保留复制2. mtDNA的转录：的转录： 全长对称转录全长对称转录一、线粒体一、线粒体DNA的结构特点的结构特点 全长全长1656

8、9bp编码编码 2个个rRNA , 22个个tRNA , 13种蛋白质种蛋白质线粒体密码线粒体密码 核核 密密 码码起始密码起始密码 色氨酸终止密码终止密码AGA、AGGUAA、UAG、UGA mtDNA与核与核DNA的遗传密码比较的遗传密码比较AUAAUGUGA 可自我复制、转录和翻译。可自我复制、转录和翻译。 有特殊的蛋白质合成系统。有特殊的蛋白质合成系统。有特殊的物质转运系统。有特殊的物质转运系统。 mtDNA信息量小，信息量小， 仅合成约仅合成约10% %的内膜蛋白，的内膜蛋白， 约约90% %蛋白为核基因编码蛋白为核基因编码 1. 1.自主性自主性2.2.非自主性非自主性 二二 线粒

9、体的半自主性线粒体的半自主性三、线粒体蛋白质的运输三、线粒体蛋白质的运输 线线粒体与医学与医学五线线粒体与医学与医学五.一一. .疾病的诊断指标疾病的诊断指标1.1.缺血缺血: : 内室浓缩、外室扩大、体积增加、凝集、肿胀、内室浓缩、外室扩大、体积增加、凝集、肿胀、基质成分变性基质成分变性, ,解体。解体。2.2.肿瘤肿瘤: : 线粒体数目减少，嵴减少。线粒体数目减少，嵴减少。1.1.一氧化碳中毒一氧化碳中毒: : 缺氧、呼吸链受阻缺氧、呼吸链受阻2.2.氰化物中毒氰化物中毒: : 分子小、扩散快、与细胞色素氧化酶结合，阻断电子传递分子小、扩散快、与细胞色素氧化酶结合，阻断电子传递二二. .药物或毒物对线粒体的作用药物或毒物对线粒体的作用 三三. . 线粒体病线粒体病退化性疾病（如帕金森病、早老性痴呆症等）退化性疾病（如帕金森病、早老性痴呆症等）线粒体病：线粒体异常导致的疾病。主线粒体病：线粒体异常导致的疾病。主要与要与mtDNAmtDNA的碱基突变、缺失、插入有关，的碱基突变、缺失、插入有关，线粒体病表现为母系遗传。线粒体病表现为母系遗传。线粒体病有较多的临床症状，通常与需线粒体病有较多的临床症状，通常与需要能量较多