复旦大学细胞与遗传医学系__教学课件____03线粒体.ppt

1、,CELL MONEY ATP: ENERGY COIN,线粒体的研究进展,复旦大学上海医学院 细胞遗传医学系 左伋,线粒体研究的几个方面,核编码蛋白进入线粒体的机制 线粒体与细胞死亡 线粒体医学 线粒体疾病 线粒体治疗 线粒体的起源,一、核编码蛋白进入mt的机制,线粒体中有大约有1000个基因产物，其中仅37个基因产物由线粒体基因组编码，因此线粒体内大多数参与电子传递链的蛋白都是核编码的线粒体蛋白。,部分核编码的线粒体蛋白 线粒体定位 蛋白质 基质 乙醇脱氢酶（酵母） 氨甲酰磷酸合酶（哺乳动物） 柠檬酸合酶（citrate synthase）与其他柠檬酸酶 DNA聚合酶 F1ATP酶亚单位（

2、除植物外），、（某些真菌） Mn2+超氧物岐化酶 鸟氨酸转氨酶（哺乳动物） 鸟氨酸转氨甲酰酶（哺乳动物） 核糖体蛋白质 RNA聚合酶 内膜 ADP/ATP 反向转运体（antiporter） 复合体亚基1、2、5（铁-硫蛋白）、6、7 复合体（COX）亚基4，5，6，7 F0ATP酶 生热蛋白（thermogenin） 膜间腔 细胞色素c 细胞色素c过氧化物酶 细胞色素b2和c1（复合体亚基） 外膜 线粒体孔蛋白（porin）P70,绝大多数线粒体蛋白被输入到基质，少数输入到膜间腔以及插入到内膜和外膜上。 输入到线粒体的蛋白质都在其N-端具有一段 基质导入顺序(matrix-targeting

3、 sequence，MTS) 线粒体外膜和内膜上的受体能识别并结合各种不同的但相关的MTS，在这些顺序中，富含有精氨酸、赖氨酸、丝氨酸和苏氨酸，但少见天冬氨酸和谷氨酸。,The TIM complexes mediating import of mitochondrial carrier proteins,Outer membrane (OM) proteins 5, 6, 7, 20, 22, 37, 40, and 70 are subunits of the TOM system that transports proteins across the outer membrane Pro

4、teins 9, 10, 12, 22 and 54 are subunits of the TIM system that mediates import of multispanning carrier proteins into the inner membrane (IM),The TIM complexes mediating import of mitochondrial carrier proteins,A carrier precursor exiting the TOM channel is captured by the 70 kDa Tim9/10-complex in

5、the intermembrane space and transferred to the 300 kDa inner membrane complex that contains Tim9p, Tim10p, Tim12p, Tim22p and Tim54p,The TIM complexes mediating import of mitochondrial carrier proteins,Binding to the Tim22-complex triggers the membrane potential dependent insertion of mulitspanning

6、carrier into the inner membrane Inner membrane proteins 11, 17, 23 and 44 are members of, or closely adjacent to, the second TIM system (Tim17-complex)that mediates transport of precursors carrying a targeting presequence,分子伴侣,分子伴侣（molecular chaperone）是一类能够协助其它多肽进行正常折叠、组装、转运、降解的蛋白，并在DNA的复制、转录、细胞骨架功能

7、、细胞内的信号转导等广泛的领域都发挥着重要的生理作用。,二、线粒体与细胞死亡,细胞凋亡的研究已经从细胞核控制凋亡过程的研究部分地转移到线粒体控制凋亡过程的研究上来。现在人们已接近达成一个共识，即接受线粒体是决定细胞死亡的又一“战场”。,线粒体控制细胞死亡的证据,不管死亡细胞的类型是什么，也不管导致细胞死亡的因素是什么，细胞死亡（包括凋亡和坏死）的共同特征是在细胞死亡前都有线粒体膜通透性改变（mitochondrial permeability transition）； 相对于其他细胞生物学指标（包括caspase）而言，线粒体通透性的改变是预测细胞死亡更有价值的指标； 加大原凋亡效应物（pro

8、apoptotic effectors）的作用剂量可通过作用于线粒体膜而诱导线粒体膜通透性的改变； Bcl-2家族中抑制凋亡的成员能与线粒体膜蛋白产生交叉反应，通过其抑制线粒体膜通透性而抑制细胞凋亡； 通过特异性药物抑制线粒体膜的通透性可阻止或延缓细胞死亡； 无细胞系统（cell-free system）已分离出一些线粒体蛋白，它们具有水解酶（如caspase和nuclease）活性。 这些研究都说明线粒体构成了导致细胞死亡的一个或几个关键步骤。,Effect of glucose deprivation on the mitochondrial transmembrane potential

9、(m) of PC12 cells.(a) control cells (b) cells treated with 100M carbonyl cyanide chlorophenylhydrazone(CCCP) to fully depolarize mitochondria (c) glucose treatment for 3 hours (d) glucose treatment for 6 hours (e) glucose treatment for 24 hours (f) glucose treatment for 48 hours,与细胞死亡有关的线粒体机制,活性氧在启动

10、和调节细胞凋亡过程中扮演着重要角色 MPTP是细胞凋亡的环节之一 细胞色素c渗漏到胞质可以导致细胞凋亡 Bcl-2家族对细胞凋亡过程实施着调控 p53蛋白易位也是控制细胞凋亡的重要途径,线粒体控制细胞死亡的假说,与线粒体有关的细胞死亡的三个时限(phase) 线粒体前期（premitochondrial phase） 是诱导细胞死亡的因子通过信号转导途径级联传递或损伤途径被激活的过程，因此也称为诱导期（induction phase）或起始期（initiation phase），由于不同的诱导因子有不同的作用途径，所以这一时期也属于私有途径（private pathway）； 线粒体期（mit

11、ochondrial phase） 在这一时期线粒体膜的通透性发生改变，这是线粒体控制细胞死亡的关键时期，一旦进入这一点（point-of-no-return），细胞将不可避免地发生后续过程，故也称为效应期（effector phase）或决定期（decisive phase）； 线粒体后期（postmitochondrial phase） 也称为降解期（degredation phase），从线粒体释放的蛋白质，激活蛋白酶和核酸酶，后者进一步介导后续的死亡机制。由于第二期和第三期是不同因素导致细胞死亡的共同途路，因此也称为共有途径（common pathway）。,三、线粒体医学,线粒体对外

12、界环境因素的变化很敏感，一些环境因素的影响可直接造成线粒体功能的异常，因此线粒体的改变是一些疾病的表现； 线粒体本身也可能成为疾病发生的原因。,线粒体疾病的特点,The United Mitochondrial Disease Foundation In cooperation with: Pittsburgh Mercy Health System The Mitochondrial Medicine Society (MMS) The Mitochondria Research Society (MRS) Is pleased to announce: Mitochondrial Medicine 2004 August 5-8, 2004: