线粒体ppt课件

1、.,第五章 线粒体,返回：,.,需要掌握的问题,对线粒体的深层次的认识： 结构、组成与功能的关系。 线粒体的半自主作用！,.,第一节 线粒体的起源 第二节 线粒体的结构 第三节 线粒体的化学组成和酶的分布 第四节 线粒体的功能 第五节 线粒体的半自主性 第六节 线粒体的增殖 第七节 线粒体与疾病,目录,.,1890年R. Altaman首次发现，命名为bioblast。 1898年von Benda提出mitochondrion。 1900年L. Michaelis用Janus Green B染色，发现线粒体具有氧化作用。 Green（1948）证实线粒体含所有三羧酸循环的酶，Kennedy和

2、Lehninger（1949）发现脂肪酸氧化为CO2的过程是在线粒体内完成的。,.,第一节 线粒体的起源,一、内共生假说 细菌被原始的真核细胞吞噬后，没有被消化，留在细胞内。 二、非内共生假说 需氧细菌质膜内陷的结果。,.,.,第二节 线粒体的形态结构,一、形态、大小、数量、分布 粒状或杆状。 蛋白占干重的65-70%，脂类占25-30%。 直径0.51m，长1.53.0m，在胰脏外分泌细胞中可长达1020m，称巨线粒体。 肝细胞约1300个线粒体，占细胞体积的20%，许多哺乳动物成熟的红细胞无线粒体。,.,.,.,光镜下绿色颗粒显示线粒体,红色颗粒显示溶酶体,.,通常分布在细胞功能旺盛的区域

3、。 在肾细胞中靠近微血管，在精子中分布在鞭毛中区。 线粒体可以向细胞功能旺盛的区域迁移，微管是其导轨、马达蛋白提供动力。,.,线粒体围绕着精子尾部鞭毛的中轴,鼠动脉平滑肌细胞细胞核染成蓝色,绿色示线粒体,红色示肌动蛋白纤维,.,二、超微结构,分为外膜、内膜、膜间隙和基质四部分。,.,Structures of the mitochondrion,.,（）外膜 外膜 (out membrane)是包围在线粒体外表面的一层单位膜。 厚6-7nm，与内膜不相连。具有porin构成的亲水通道，允许分子量5KD以下的分子通过，1KD以下的分子可自由通过。 （二）内膜 内膜 （inner membrane

4、）厚5-6nm. 通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过。但具有高度的选择通透性。,.,内膜向线粒体内室褶入形成嵴（cristae），能扩大内膜表面积（达510倍） 嵴有两种：板层状、管状。 内膜和嵴上覆有许多带柄的球状小颗粒，称为基粒。也称ATP酶复合体。每个线粒体有104-105个基粒。 基粒由头部（F1）、柄部和基片（F0）构成 。,.,管状嵴线粒体,.,.,基粒,.,基粒的结构：,头部（ATP酶复合体）,基片,ADP+Pi,ATP,头部（ATP酶复合体） 基粒 柄部 基片（插入膜中）,基粒是氧化磷酸化的结构部位，其化学本质是F0F1ATP合成酶,柄部,.,（三）膜间隙 膜间隙 (i

5、ntermembrane space)是内外膜之间的腔隙，也称外腔宽约6-8nm。膜间腔向嵴内延伸的部分叫嵴内腔。,.,（四）内腔与基质 内腔为内膜和嵴包围的空间。其内充满着比较致密的物质，称为线粒体基质（matrix） 含有： 催化三羧酸循环，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。线粒体DNA（mtDNA），及线粒体特有的核糖体，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。 基质中还还有一些较大致密颗粒状物质，称为基质颗粒（matrical granule）。可能具有调节线粒体内离子环境的功能。,.,第三节 线粒体的化学组成和酶的分布,一、线粒体的化学组成 蛋白质，占65-70%,其中

6、内膜占60%。分为可溶性蛋 白和不溶性蛋白。 脂类，占25-30%,大部分是磷脂 内膜的心磷脂含量极高，胆固醇含量极低。 内外膜的根被区别在于脂类和蛋白质比例的差异 水：水是线粒体内数量最多的成分，分布在各组分中。,外膜：脂类52%,蛋白质48%； 内膜：脂类24%,蛋白质76%,.,二、线粒体中酶的分布,线粒体约有120种酶，分布在线粒体的各个部位。,.,基质标志酶-苹果酸脱氢酶,外膜标志酶-单胺氧化酶,内膜标志酶-细胞色素氧化酶,膜间腔标志酶-腺苷酸激酶,.,特点： 1.含酶最多的细胞器； 2.内膜为膜蛋白最丰富的膜； 3.唯一含DNA的细胞器。,第四节 线粒体的功能,细胞有氧呼吸的基地和

7、供能的场所，供应细胞生命活动95%的能量 线粒体的主要功能是把氧化各种底物产生的自由能转化为可被细胞直接利用的形式ATP 细胞氧化（细胞呼吸）：将细胞内各种供能物质氧化而释放能量的过程。由于氧化过程中要消耗氧气，产生二氧化碳和水，又称细胞呼吸。,细胞氧化（细胞呼吸）的过程,.,细胞氧化的基本过程,1、酵 解： 在细胞质内进行，反应过程不需要氧无氧酵解,2、乙酰辅酶A生成: 线粒体基质进行。,3、三羧酸循环: 在线粒体基质内进行,4、电子传递和氧化磷酸化: 在线粒体内膜上进行,葡萄糖（C6H12O6）,2丙酮酸（C3H4O3) + 2H + 2ATP,C3H4O3 +辅酶A(CoA) +2NAD

8、,乙酰-CoA + 2NADH + 2H + CO2,.,三羧酸循环,葡萄糖,丙酮酸,NAD,NADH2,CO2,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,NAD,NADH2,CO2,-酮戊二酸,NAD,NADH2,CO2,琥珀酸,FAD,FADH2,延胡索酸,苹果酸,NAD,NADH2,1,2,3,1,注： NAD（辅酶I）:尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 FAD（黄酶）: 黄素腺嘌呤二核苷酸,H20,.,.,呼吸链,按一定顺序组成排列在线粒体内膜上的递氢和递电子酶体系。称为电子传递链（electron transport chain).由于该体系最

9、终是以氧作为电子受体，与细胞摄取氧有关，因此又称为呼吸链（respiratory chain).,氧化能能级逐渐降低，释放出来的自由能部分转化为 ATP，其余以热能释放,.,（一）呼吸链的复合物,呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列。 利用deoxycholate处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物。辅酶Q和细胞色素C不属于任何一种复合物。,.,1、复合物I：NADH脱氢酶。 组成：42条肽链组成，呈L型，含一个FMN和至少6个铁硫蛋白，分子量接近1MD，以二聚体形式存在。 作用：催化NADH的2个电子传递至辅酶Q，同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。 NADHF

10、MNFe-SQ NADH + 5H+M + QNAD+ + QH2 + 4H+C,.,2、复合物II：琥珀酸脱氢酶 组成：至少由4条肽链，含有一个FAD，2个铁硫蛋白。 作用：催化琥珀酸的低能量电子转至辅酶Q，但不转移质子。 琥珀酸FADFe-SQ。 琥珀酸+Q延胡索酸+QH2,.,3、复合物III：细胞色素c还原酶。 组成：至少11条不同肽链，以二聚体形式存在，每个单体包含两个细胞色素b（b562、b566）、一个铁硫蛋白和一个细胞色素c1 。 作用：催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 2还原态cyt c1 + QH2 + 2 H+M2氧化

11、态cyt c1 + Q+ 4H+C,.,复合物的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关,.,4、复合物IV：细胞色素c氧化酶 组成：为二聚体，每个单体含至少13条肽链，分为三个亚单位。 作用：将从细胞色素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。 cyt cCuAheme aa3- CuBO2 4还原态cyt c + 8 H+M + O24氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O,.,由复合物I、III、IV组成，催化NADH的脱氢氧化。 由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。 对应于每个复合物，大约需要3个复合物，7个复合物，任何两个

12、复合物之间没有稳定的连接结构，而是由辅酶Q和细胞色素c这样的可扩散性分子连接。,（二）两条主要的呼吸链,.,Transport of electrons from NADH,.,Transport of electrons from FADH2,.,两条呼吸链,鱼藤酮、阿米妥,抗霉素A,CN、CO,.,1、ATP合酶（ATP synthetase） 状如蘑菇，属F型质子泵。 分为球形的F1（头部）和嵌入膜中的F0（基部）。 F1由5种多肽组成33复合体，具有三个ATP合成的催化位点（每个亚基具有一个）。 F0由三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道

13、。,三 偶联磷酸化,.,ATP 合酶,.,.,第五节线粒体的半自主性,线粒体内存在DNA、蛋白质合成系统（mRNA、rRNA、tRNA、氨基酸活化酶等） 但仅有少数线粒体蛋白质是由mtDNA编码，大多数线粒体蛋白质（90%）还是由核DNA编码的,.,一、线粒体基因组,人类基因组包括细胞核内的核基因组及细胞质内的线粒体基因组。线粒体是除了动物细胞核之外唯一含有DNA的细胞器。 线粒体的基因组只含有一条双链环状的DNA称为线粒体DNA（mtDNA）。主要编码线粒体的tRNA rRNA和线粒体的蛋白质。,.,（一）线粒体基因组组成,每个线粒体DNA分子为一条双链共价闭合的环状DNA分子，外环为重链（

14、H链），内环为轻链（L链）。MtDNA的序列(剑桥序列)基因组由16569个碱基对组成，包含37个基因。整个基因最明显的特点是基因排列紧凑，无内含子。,.,2种rRNA；22种tRNA；13种蛋白质。 基因中不含非编码序列，多数情况下，几乎不含终止密码，mRNA在特定区域加PolyA。 转录与翻译均在线粒体中进行。 DNA不与组蛋白结合。,.,.,二、线粒体蛋白质合成,线粒体中有mtDNA，还有mtDNA编码的mRNA、tRNA、rRNA及其蛋白质合成的其它组分，如氨基酸氧化酶和线粒体核糖体等，表明线粒体有自身合成蛋白质的系统。 线粒体蛋白质合成的特点？,.,线粒体基因编码蛋白,3个为构成细胞

15、色素c氧化酶（COX）复合体（复合体）催化活性中心的亚单位（COX、COX和COX） 2个为ATP合酶复合体（复合体）F0部分的2个亚基（A6和A8） 7个为NADH-CoQ还原酶复合体（复合体）的亚基（ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5和ND6） 1个编码的结构蛋白质为CoQH2-细胞色素c还原酶复合体（复合体）中细胞色素b的亚基,.,绝大部分蛋白质亚基和其他维持线粒体结构和功能的蛋白质都依赖于核DNA（nuclear DNA，nDNA）编码，在细胞质中合成后，经特定转运方式进入线粒体； mtDNA基因的表达受nDNA的制约，线粒体氧化磷酸酶化系统的组装和维护需要nDNA和mt

16、DNA的协调，二者共同作用参与机体代谢调节。 因此线粒体是一种半自主细胞器，受线粒体基因组和核基因组两套遗传系统共同控制,.,mtDNA的遗传密码与通用的遗传密码的区别： UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码。 多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码；起始甲硫氨酸由AUG,AUA,AUU和AUC四个密码子编码； AGA,AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，因而，在线粒体密码系统中的4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）。,.,第六节 线粒体的增殖,线粒体来源于已有的线粒体的分裂。 间壁分离：分裂时先由内膜向中心皱褶，将线粒体分为两个，常见于鼠肝和植物分生组织中。 收缩

17、后分离：通过中部缢缩分裂为两个。 出芽：见于酵母和藓类植物，线粒体出现小芽，脱落后长大，发育为线粒体。,.,线粒体的增殖,间壁分离,收缩分离,出芽分裂,.,线粒体分裂 狗心肌细胞线粒体 新生鼠肝细胞线粒体,2,1,3,.,第七节 线粒体与医学,临床疾病诊断与测定环境因素的指标 一、线粒体肌病 二、与肿瘤的关系 肿瘤组织酵解增加，呼吸减弱 三、线粒体与细胞凋亡,四、对缺血性损伤的反应 短时间内，失去呼吸控制，可恢复；长时间缺血将导致不可逆的病变 五、 线粒体与疾病治疗 （一）细胞色素C （二）辅酶Q （三）辅酶I,返回：,.,细胞色素C 为生物氧化过程中的电子传递体，作用与辅酶相似，在酶存在的情况下，对组织的氧化、还原有迅速的酶促作用。当组织缺氧时，细胞通透性增高，注射本品后，可进入细胞内起到矫正细胞呼吸与促进物质代谢作用。 用于各种组织缺氧的急救或辅助治疗，如一氧化碳中毒、催眠药中毒、新生儿窒息、严重休克期缺氧、麻醉及肺部疾病引起的呼吸困难、高山缺氧、脑缺氧及心脏疾病引起的缺氧，但疗效有时不显著。,.,辅酶q,生物体内广泛存在的脂溶性醌类化合物，在人体呼吸链中质子移位及电子传递中起重要作用，可作为细胞代谢和细胞呼吸激活剂，还是重要的抗氧化剂和