第十章 线粒体与氧化磷酸化

第十章线粒体与氧化磷酸化第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

第一节线粒体的形态、大小和分布光镜下为线状或粒状，电镜下为“香肠”状，形态和大小可变。数量和分布：动物细胞比植物细胞多，代谢旺盛的细胞多；一般随机分布，可自由移动，需能部位比较集中。第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五精子尾巴横纹肌线粒体第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

脯乳类培养细胞的线粒体光镜照片用活性荧光染料rhodamine123染色，示线粒体长棒状。第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五上一细胞用荧光素标记的微管结合抗体染色的免疫荧光照片与上一照片相比，可知线粒体倾向于沿着微管排列第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五线粒体的超微结构第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

第二节

线粒体的超微结构电镜下由双层膜围成的一个封闭的长囊式结构。由四大部分组成：1、线粒体外膜：一层单位膜，其上的孔可让10KD以下的分子通过。第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五2、线粒体内膜：对物质透性低，通过专一性运载系统进行物质运输。内膜向内室的伸出部分称为嵴，其形状和数量可变，其作用是增大内膜的表面积和内膜的代谢率。嵴上的圆球状颗粒称为基本颗粒或F1颗粒或F1因子，也称F1-ATP酶，内膜中与F1因子结合的蛋白称为F0因子，其复合体称为F0F1-ATP酶或ATP合成酶。其作用：在氧化磷酸化中起偶联作用，将H+梯度势能转化为ATP。第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五内膜头部第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五3、膜间隙：内外膜间的空隙。嵴内的空间称为嵴内间隙，两者相通，充满液体，并含有可溶性酶、底物和辅助因子。4、线粒体基质：内膜包围的空间，充满胶状物质。主要成分：酶、核糖体、环状DNA、RNA、离子，线粒体也为钙离子储存器，具有控制细胞质中钙离子浓度的作用。

第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

第三节

线粒体化学组成外膜，蛋白：脂类=1：1；内膜，蛋白：脂类=4：1。线粒体中约含120多种酶。主要为氧化还原酶、合成酶、水解酶。各大组成部分有标志酶。

外膜

膜间隙

内膜

基质

单胺氧化酶，腺苷酸激酶，细胞色素氧化酶，苹果酸还原酶第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第四节

线粒体的功能功能：氧化磷酸化，产生ATP，储积钙离子。（一）氧化磷酸化的过程（或分区）（图10-10），三大阶段：蛋白、糖、脂丙酮酸三羧酸循环NADH呼吸链第一阶段(细胞质中)第二阶段(mit基质中)第三阶段(内膜)提供一对电子和一个H+第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（二）电子传递和氧化磷酸化的分子结构基础研究工具——亚线粒体小泡。

超声波段内外膜均破内膜自然形成内翻外小泡

亚线粒体小泡

蛋白酶处理

亚线粒体小泡调节条件基本颗粒(耦联因子F）Mt电子传递+氧化磷酸化电子传递电子传递+氧化磷酸化第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五实验结论：由NADH脱氢酶至细胞色素氧化酶的整个电子传递链存在于膜本身，而氧化磷酸化作用却由基本颗粒（ATP酶复合物）来承担。第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五1、电子传递链（呼吸链）电子传递链由结合在内膜上的许多酶和其他分子所组成，承担着电子传递的作用。组成该链的分子可分成4大类：黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶Q和细胞色素。这些呼吸链的主要成分以复合物的形式包埋在内膜中，4种复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成一条主呼吸链，催化NADH的氧化；复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

组成另一条呼吸链，催化琥珀酸的氧化。第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五两条主要的呼吸链（引自Lodish等1999）第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五2、ATP合成酶在氧化磷酸化过程中起耦联作用的结构是内膜上的ATP合成酶或ATP酶复合物，即F0-F1耦联因子。由16条肽链组成，分子量500kD。结构上分为头部（F1ATP酶）和膜部（F0因子）。第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（1）头部：即F1因子，10条多肽构成，分离下来后，可以水解ATP。（2）柄部：连接F1和F0的脂蛋白（柄部也可能是F0因子的伸出部分），为寡霉素敏感性传受蛋白，若去掉柄部，寡霉素就不能抑制F1因子的活性。（3）膜部：F0因子，多条多肽链。F0因子的功能和传递质子有关，是质子载体，可专一性地传递质子。第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五3、氧化磷酸化的耦联机制

葡萄糖丙酮酸、NADH、H＋

电子传递链（传给O2）

ATP电子传递与氧化磷酸化相偶联第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五电子传递链（呼吸链）：一对电子3次跨膜，向外室排放3对H+，结果合成了3个ATP分子。偶联假说：电子传递与ATP合成的偶联机制目前仍不清楚。三个相关假说：化学偶联假说；构象偶联假说；化学渗透假说。证据较多的是化学渗透假说。

第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五MitchellP.1961提出“化学渗透假说(ChemiosmoticHypothesis)”，70年代关于化学渗透假说取得大量实验结果的支持，成为一种较为流行的假说，Mitchell本人也因此获得1978年诺贝尔化学奖。第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五化学渗透学说胞质外膜基质膜间隙内膜第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五化学渗透假说的要点：5个要点（P304-305）①NADH提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所接受。②电子传递链中载氢体和电子传递体相间排列。每当电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的氢即以H+的形式释放到内膜外，1对电子在呼吸链中3次穿膜运动，向外室排放了3对质子。第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五③内膜对H+和OH-具有不可透性，所以随着电子传递过程的进行，H+在外室中积累，造成了膜两侧的质子浓度差，从而保持了一定的势能差。④外室中的质子有顺浓度差返回基质的倾向，当H+通过F1-F0复合物进入基质时，ATP酶利用这种势能合成了ATP。⑤F1-F0复合物需要2个质子合成一个ATP分子。第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五外室基质内膜在高能电子穿过呼吸链过程中，3个呼吸酶复合物利用电子势能将质子从基质抽提到外室中。质子的电化学梯度驱动H+经ATP合成酶返回基质，ATP合成酶则利用H+流的能量催化基质中的ADP和Pi合成ATP。第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五化学渗透假说的证据：A：随电子传递进行，外室酸性增加。（H+)B：消除[H+]差后，不能合成ATP。如何消除[H+]差？使用K+离子载体（缬氨霉素）。K+离子通过缬氨霉素到基质中，使基质中的[K+]升高，消除了内膜两边的电荷差，结果不能合成ATP。C：盐细菌的视紫质（H+泵）和F1-F0因子同时组装到脂质体中，能合成ATP。第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第五节线粒体的半自主性线粒体是一种半自主性细胞器，在其基质中含有环状DNA分子和蛋白质的合成机构。其DNA有为多种多肽以及所需rRNA、tRNA编码的基因。线粒体在核DNA和线粒体DNA的双重控制下活动。

第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五线粒体的生长与增殖所需要的大部分蛋白质是由核基因编码、在细胞质中合成的，仅有少部分蛋白质是由其自身基因编码、在线粒体内合成的。第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

第六节线粒体的来源

线粒体由线粒体分裂而来，与细胞分裂不同步，在细胞间期分裂。

第三十六页，共三十九页，编辑于