第13章 线粒体课件

能量的来源？第13章线粒体

线粒体是真核细胞进行氧化和能量转换的主要场所，被喻为细胞的“动力工厂”或“换能中心”。第十三章线粒体第13章线粒体概述1890年，Altmann首次在动物细胞中发现，并称之为“bioblast”（“生命小体”）；1897年，Benda依其在光学显微镜下的形态学特征而命名为线粒体(mitochondria)，被一直沿用至今。第13章线粒体目的要求一、掌握：1．线粒体的亚微结构。2．线粒体的功能。二、熟悉：1．呼吸链。2．线粒体ATP合成酶。3．线粒体的半自主性。三、了解：1．线粒体的生物发生。2．线粒体与医学第13章线粒体形态多样：通常是线状、粒状、短杆状。大小可变：直径0.2～

1.0μm;长度1～4μm。细胞内较大的细胞器。数量不等：正常细胞中1000—2000个。一.线粒体的结构

（一）形态、数量及分布

分布不均：通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位。第13章线粒体（二）线粒体的亚微结构双层膜结构外膜内膜膜间隙（外腔）基质腔（内腔）第13章线粒体外膜

厚5—7nm，平整、光滑。含多种孔蛋白，允许分子量为1KD以内的物质自由通过--通透性高。第13章线粒体蛋白含量高，约占其重量的3/4；通透性低，Ｈ＋、ATP、及丙酮酸等不能自由通过内膜，必需借助于膜转运蛋白的协助，才能进行跨膜运输；内膜第13章线粒体

宽6-8nm，又称外腔，含多种可溶性酶、底物及辅助因子。膜间隙第13章线粒体内突为嵴，增大膜的表面积，板状，管状，其量、形态与生理状态有关；嵴第13章线粒体基质嵴间腔嵴内空间基质内充满较致密的物质。如线粒体DNA、线粒体核糖体、各种蛋白和酶。

嵴和嵴围成的腔隙－－嵴间腔。第13章线粒体基粒

内膜和嵴膜基质面上许多带柄的小颗粒，与膜面垂直而规律排列。

其头部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，故又称为ATP合酶复合体。第13章线粒体线粒体的一般化学成分1.蛋白质：线粒体干重的65%-70%，内膜含量较多2.脂类：线粒体干重的25%-30%，主要为磷脂4.水、辅酶、维生素、金属离子、酶等二.线粒体的化学组成3.DNA、RNA第13章线粒体线粒体是细胞内酶含量最多的细胞器之一(120多种）线粒体的标志酶:外膜：单胺氧化酶内膜：细胞色素氧化酶膜间腔：腺苷酸激酶基质：苹果酸脱氢酶线粒体中酶的定位第13章线粒体呼吸链由线粒体内膜上有序排列的化学物质组成，能可逆地接受和释放电子或H+。因此又称为电子传递链。

呼吸链的成分：

四种脂蛋白复合物（复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ）

细胞色素c辅酶Q第13章线粒体主要功能：进行三羧酸循环和氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能源。

线粒体是糖、脂肪、氨基酸等能源物质最终氧化释放能量的场所。生命活动中95%的能量来自线粒体-细胞的动力工厂三.线粒体的功能其他功能：离子的跨膜转运、细胞信号转导、细胞内氧自由基的生成、细胞凋亡、衰老第13章线粒体细胞内的供能物质（葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等）在酶的作用下被彻底氧化分解成CO2和H2O，同时释放能量的过程。又称细胞呼吸。细胞氧化第13章线粒体葡萄糖的细胞氧化包括四个步骤：

糖酵解乙酰辅酶A形成三羧酸循环电子传递偶联氧化磷酸化细胞氧化第13章线粒体葡萄糖的细胞氧化糖酵解：葡萄糖→丙酮酸（细胞质中进行）（伴脱氢）有氧氧化（进入线粒体，转变为乙酰辅酶A）O2充足无氧氧化(分解成乳酸和CO2)

O2不足第13章线粒体葡萄糖的细胞氧化糖酵解：

乙酰辅酶A形成：丙酮酸→乙酰辅酶A（乙酰CoA

）（线粒体基质中进行）第13章线粒体葡萄糖丙酮酸NADNADH2CO2乙酸CoA乙酰CoA草酰乙酸三羧酸循环（柠檬酸循环）柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸NADNADH2CO2

-酮戊二酸NADNADH2CO2琥珀酸FADFADH2延胡索酸苹果酸NADNADH21231三羧酸循环（线粒体基质中进行）脱羧、脱氢（4对）第13章线粒体电子传递和氧化磷酸化：

供能物质经过酵解、乙酰辅酶A生成、三羧酸循环脱下的H，不能直接与O2结合生成H2O。一般认为H须首先离解→H++e-，电子经过线粒体内膜上的呼吸链逐级传递，最终使1/2O2成为O2-，后者再与基质中的2个H+

结合生成H2O。葡萄糖的细胞氧化第13章线粒体呼吸链由线粒体内膜上有序排列的化学物质组成，能可逆地接受和释放电子或H+。因此又称为电子传递链。

呼吸链的成分：

四种脂蛋白复合物（复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ）

细胞色素c辅酶Q第13章线粒体复合物Ⅰ辅酶Q复合物Ⅲ细胞色素C复合物ⅣFADH2复合物Ⅱ2e－2e－2e－2e－2e－2e－1/2O22e－2e－NADH电子传递链组分及反应序列示意图复合物Ⅰ：NADH-CoQ氧化还原酶复合物Ⅱ:琥珀酸－CoQ还原酶复合物Ⅲ:CoQ－细胞色素c还原酶复合物Ⅳ:细胞色素c氧化酶第13章线粒体两条主要的呼吸链复合物Ⅰ→辅酶Q→Ⅲ→细胞色素c→Ⅳ（电子供体：NADH）复合物Ⅱ→辅酶Q→Ⅲ→细胞色素c→Ⅳ（电子供体：FADH2）线粒体-电子传递链.mov第13章线粒体电子传递和氧化磷酸化：当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时，电子传递过程中释放的能量被用于ADP磷酸化形成ATP，这一过程称为氧化磷酸化。氧化磷酸化是生成ATP的一种主要方式。氧化磷酸化的偶联机制：化学渗透假说。葡萄糖的细胞氧化第13章线粒体

1961年，由英国的生物化学家米切尔（Mitchell）提出氧化磷酸化的化学渗透假说，他因此获得了1978年诺贝尔化学奖化学渗透假说第13章线粒体化学渗透假说基本思想：线粒体内膜上的呼吸链起质子泵的作用，利用高能电子传递过程中释放的能量将H电离形成的H+泵出内膜外，造成内膜内外的一个H+浓度梯度。H+顺浓度梯度进入线粒体内部时,失去的势能则通过ATP合成酶的作用转化为化学能储存在ATP分子中.第13章线粒体氧化磷酸化：生成ATP（化学渗透假说）第13章线粒体ATP合成酶的工作原理是什么？

------------ATP合成酶的作用机制第13章线粒体α3β3γδε，其中α和β单位交替排列，状如桔瓣。每个β亚基有一个ATP合成的催化位点。γ贯穿αβ复合体，并与F0接触，ε帮助γ与F0结合（相当于发电机的转子）

。δ与F0的ab2形成固定αβ复合体的结构（相当于发电机的定子）。ab2c12，嵌入内膜，具有质子（H+）通道。ATP合成酶（ATPsynthase）ADP+PiATP第13章线粒体“结合变化机制”

依照Boyer的结合变化机制假说，ATP合成过程中，主要涉及的是F１中3个β亚基在“转子”转动驱动下的构象变化。

β亚基有三种构象：①空置态（O态）：与ATP、ADP和Pi亲和力弱；②松散结合态（L态）：同ADP和Pi的亲和力较强；③紧密结合态（T态）：与ADP和Pi的结合很紧，因ADP与Pi靠近，因此生成ATP。

第13章线粒体“结合变化机制”每一个β亚基催化合成1分子ATP时，均要顺序经历O态→L态→T态。3个β亚基在同一时刻处于不同的构象状态。线粒体ATP合酶.mov第13章线粒体四.线粒体的半自主性

线粒体具有自我繁殖所必需的基本组分和功能→自主的一面线粒体的自我繁殖及一系列功能活动，还受细胞核基因组控制→不自主的一面∴线粒体具有半自主性第13章线粒体

自主的一面：

1）含DNA（mitochodrionDNA，mtDNA）；双链环状、裸露不与组蛋白结合、一个或多个全长：16569bp37个基因2种编码rRNA(12S和16S）基因22种编码tRNA基因13种编码蛋白质基因第13章线粒体自主的一面：

2）有自己的蛋白质翻译系统，如：氨基酸活化酶、核糖体等。3）有自己的遗传密码；密码子通用密码编码线粒体密码编码AUA，AUU异亮氨酸蛋氨酸UAG终止色氨酸AGA，AGG精氨酸终止第13章线粒体不自主的一面：1）90%的线粒体蛋白都是由细胞核DNA编码，并在细胞质核糖体上合成后再运送到线粒体中（进口）；2）mtDNA复制、转录和翻译过程所需的酶等都由核DNA编码。3）线粒体核糖体蛋白也由细胞核DNA编码；所以，如果没有细胞核遗传系统，mtDNA就不能表达。第13章线粒体五.核编码蛋白质向线粒体的转运特点：先合成后转移需导肽序列（定位信号）的牵引导肽（leaderpeptide）线粒体蛋白质前体肽链N端的一段特殊序列。一般约由10～80个氨基酸残基组成，能指引线粒体蛋白前体运输至线粒体中。第13章线粒体（一）mtDNA突变与疾病mtDNA突变

→

线粒体病线粒体病（mitochondrialdiseases，MD）特点：1.MD多数由于线粒体DNA改变而引起。2.MD具有母系遗传的特点。3.MD多为神经、肌肉系统疾病。

六.线粒体与医学第13章线粒体mtDNA突变类型主要基因突变疾病名称mtDNA重排(缺失和重复)慢性进行性外侧眼肌麻痹(CPEO)Keams-Sayre综合征(KSS)糖尿病(DM)伴耳聋mtDNA点突变编码蛋白质基因G11778A,T14484C,G3460ALeber's遗传性视神经病(LHON)G14459A,T14569ALeber's遗传性视神经病/肌张力障碍T8993G/C神经性肌无力，共济失调，视网膜色素变性T8993G/CLeigh's综合征人类线粒体病分类及主要mtDNA突变类型

第13章线粒体tRNA基因A3243G,T3271C,A3252G线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和中风样发作(MELAS)A8344G,T8356C肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病(MERRF)A3243G,T4274C慢性进行性外侧眼肌麻痹(CPEO)T14709C,A12320G肌病A3243G,A4269G心肌病A3243G,C12258A糖尿病伴耳聋G1606A,T10010C脑肌病G1664TLeigh's综合征rRNA基因A7445G非综合征感觉性神经性耳聋A1555G氨基糖甙类诱导的非综合征性耳聋第13章线粒体Leber遗传性视神经病双胞胎患病兄弟视乳头盘血管膨胀、视神经萎缩,急性视觉丧失，通常在20岁左右发病。第13章线粒体（二）线粒体与疾病1、抗线粒体抗体（AMA）AMA主要出现在原发性胆汁性肝硬化病人的血清中，常用于黄疸及肝病病因的辅助诊断。

阳性见于：原发性胆