1、第七章线粒体的结构与功能第七章线粒体的结构与功能1894年年 Altmann 光镜光镜 生命小体生命小体 (bioblast)1897年年 Benda 线粒体线粒体(mitochondria)一一. .线粒体的形态、大小和分布线粒体的形态、大小和分布 形态：形态：光镜光镜： 线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃形、星形；还有分枝状、环状等形、星形；还有分枝状、环状等 线粒体的形态多线粒体的形态多种多样，种多样， 一般一般呈线状，也有粒呈线状，也有粒状或短线状。细状或短线状。细胞的生理状况发胞的生理状况发生变化时线粒体生变化时线粒体的形态亦将随之的形态亦将随之而改
2、变。而改变。 同一类型细胞中，线粒体的数目是相对稳定的。同一类型细胞中，线粒体的数目是相对稳定的。在不同类型的细胞中线粒体的数目相差很大。在不同类型的细胞中线粒体的数目相差很大。生理活动旺盛的细胞（心肌细胞）线粒体多生理活动旺盛的细胞（心肌细胞）线粒体多。 线粒体较多分布在需要线粒体较多分布在需要ATPATP的部位！的部位！ 返回目录返回目录 数目：数目：不同类型的细胞中差异较大。正常细胞中：不同类型的细胞中差异较大。正常细胞中：10002000个。个。 分布：分布：因细胞形态和类型的不同而存在差异。通常因细胞形态和类型的不同而存在差异。通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的分布于细
3、胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位。部位。 总之：线粒体的形态、大小、数目和分布在不总之：线粒体的形态、大小、数目和分布在不同形态和类型的细胞可朔性较大。同形态和类型的细胞可朔性较大。 大小：大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.51.0um; 长度：长度：3um。光镜下绿色颗粒光镜下绿色颗粒显示线粒体显示线粒体,红色红色颗粒显示溶酶体颗粒显示溶酶体 线粒体的形态线粒体的形态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。线粒体较多分布在需要ATP的部位！包围在线粒体外表面的一层单位膜。标志酶:腺苷酸激酶人 mt DNA 由16569 bp 的双链环
4、状 DNA 组成1个轻链和重链。13种 编码 蛋白质基因细胞的生理状况发生变化时线粒体的形态亦将随之而改变。其间任何环节缺陷将导致电子传递障碍。其间任何环节缺陷将导致电子传递障碍。13种 编码 蛋白质基因几乎全部基因组都是编码序列呼吸链即电子 (包括 H+) 的传递链，起自 NADH (Nicotine Adenylate Dinucleotide，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸)，终端为02， NADH02 共产生 3 个 ATP。总之：线粒体的形态、大小、数目和分布在不同形态和类型的细胞可朔性较大。线粒体：有自身的蛋白质合成体系，如：氨基酸活化酶、线粒体核糖体等。一分子的葡萄糖彻底氧化生成38个A
5、TP内膜向内腔折叠形成，可增加内膜的表面积。：先从线粒体上长出小芽，然后小芽与母线粒体分离，经过不断长大，形成新的线粒体。细胞的生理状况发生变化时线粒体的形态亦将随之而改变。基质面上许多带柄的小颗粒。外膜含有多套运输蛋白（通道蛋白） ，围成筒状园柱体，中央有小孔，孔径：2-3nm，允许分子量为10 000以内的物质可以自由通过。线粒体的形态线粒体的形态线粒体结构线粒体结构二二. .线粒体的亚微结构线粒体的亚微结构电镜：线粒体是由两层单位膜围成的封闭的囊状结构。电镜：线粒体是由两层单位膜围成的封闭的囊状结构。外外 膜膜内内 膜膜膜间隙膜间隙（膜间腔、外室）（膜间腔、外室）嵴嵴嵴间隙嵴间隙（嵴间腔
6、（嵴间腔 、内室、内室 ）内含基质内含基质由于细胞氧化过程中，要消耗O2释放CO2和H2O所以又称细胞呼吸。“通用”遗传密码与线粒体遗传密码的差异最大允许5000D的分子自由通过丙酮酸脱羧生成乙酰CoA当延伸到对侧内膜时，线粒体一分为二，成为只有外膜相连的两个独立细胞器，接着线粒体就完全分离。线粒体从细胞质中转运蛋白质线粒体的化学组分主要是由蛋白质、脂类和水份等组成基粒 （ATP酶复合体）线粒体蛋白质的合成更接近细菌。内共生假说线粒体体来源于被原始的前真核生物吞噬的好氧性细菌；脂肪酸氧化酶三羧酸循环酶系肌细胞和精子的线粒体分布 线粒体包围着脂肪滴又叫Krebs循环、柠檬酸循环。功能:建立电化学
7、梯度线粒体的形态多种多样， 一般呈线状，也有粒状或短线状。脂肪酸氧化酶三羧酸循环酶系柠檬酸合成酶、乌头酸酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、延胡索酸酶、谷氨酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶复合体、天冬氨酸氨基转移酶、蛋白质和核酸合成酶系、脂肪酸氧化酶系Human mtDNA, a circular molecule that has been completely sequenced, is among the smallest known mtDNAs, containing 16,569 base pairs.酶 的 名 称线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的sER相似；22种 编码 t
8、RNA基因蛋白质到线粒体的运输途径细菌的中膜体与线粒体非常相似均为凹陷的细胞膜。8.2电镜下，线粒体是由两层高度特电镜下，线粒体是由两层高度特化的单位膜套叠而成的囊状结构，化的单位膜套叠而成的囊状结构，主要由外膜、内膜、膜间腔和基主要由外膜、内膜、膜间腔和基质腔四部分组成质腔四部分组成 外外 膜膜内内 膜膜膜间腔膜间腔（外腔）（外腔）嵴嵴嵴间腔嵴间腔（内腔（内腔 ）内含基质，有内含基质，有DNA外膜外膜内膜内膜膜间隙膜间隙嵴间腔嵴间腔嵴嵴嵴：嵴：基粒（基粒（ATP酶复合体）：酶复合体）：基质面上许多带柄的小颗基质面上许多带柄的小颗粒。与膜面垂直而规律排粒。与膜面垂直而规律排列。列。 基粒基粒
9、（ATP酶复合体）酶复合体） 3-4nm长长4.5-6nm 6-11.5nm 高高5-6nm 9nm 9nm头部头部柄部柄部基片基片: 合成合成ATP: 调控质子通道调控质子通道：质子的通道：质子的通道（内腔）（内腔）（外腔）（外腔）内膜向内腔折叠形成，可增加内内膜向内腔折叠形成，可增加内膜的表面积。膜的表面积。返回目录返回目录包围在线粒体外表面的包围在线粒体外表面的一层单位膜。一层单位膜。厚厚67nm，平整、光滑。，平整、光滑。外膜含有多套运输蛋白外膜含有多套运输蛋白（通道蛋白）（通道蛋白） ，围成筒，围成筒状园柱体，中央有小孔，状园柱体，中央有小孔，孔径：孔径：2-3nm，允许分，允许分子
10、量为子量为10 000以内的物以内的物质可以自由通过。质可以自由通过。外膜外膜外外 膜膜位于外膜内侧，由一层位于外膜内侧，由一层单位膜构成。单位膜构成。厚厚5-6nm，其通透性很，其通透性很差，但有高度的选择通差，但有高度的选择通透性，借助载体蛋白控透性，借助载体蛋白控制内外物质的交换。制内外物质的交换。内膜向内突起形成内膜向内突起形成嵴嵴内外膜之间有内外膜之间有6-8nm宽宽间隙间隙膜间隙膜间隙嵴与嵴之间的腔嵴与嵴之间的腔嵴间腔嵴间腔嵴内的空隙嵴内的空隙嵴内腔嵴内腔外膜外膜内膜内膜膜间隙膜间隙（外室）（外室）嵴嵴嵴间腔嵴间腔（内室）（内室）嵴内腔嵴内腔内内 膜膜外膜外膜内膜内膜膜间隙膜间隙嵴
11、间腔嵴间腔嵴内腔嵴内腔嵴嵴嵴的形态和排列方式差嵴的形态和排列方式差别很大，别很大，主要有两种类型：主要有两种类型：板层状（大多数高等动板层状（大多数高等动物细胞中线粒体的嵴）物细胞中线粒体的嵴）;小管状（原生动物和其小管状（原生动物和其它一些较低等的动物细它一些较低等的动物细胞中线粒体的嵴）。胞中线粒体的嵴）。（内室）（内室）（外室）（外室）嵴：内膜向内室折叠形成，嵴：内膜向内室折叠形成，可增加内膜的表面积。可增加内膜的表面积。嵴嵴 与与 基基 粒粒可溶性的可溶性的ATP酶酶（F1) 360 000疏水蛋白（疏水蛋白（HP F0 ) 70 000外膜外膜内膜内膜膜间隙膜间隙嵴间腔嵴间腔嵴内腔嵴
12、内腔嵴嵴基粒（基粒（ATP酶复合体）：内酶复合体）：内膜和嵴膜基质面上许多带柄膜和嵴膜基质面上许多带柄的小颗粒。与膜面垂直而规的小颗粒。与膜面垂直而规律排列。律排列。 基粒基粒 （ATP酶复合体）酶复合体） 3-4nm长长4.5-6nm 6-11.5nm 高高5-6nm 9nm 9nm头部头部柄部柄部基片基片对寡酶素敏感蛋白对寡酶素敏感蛋白（OSCP) 18 000ATP酶复合体抑制酶复合体抑制多肽多肽 10 000（调节（调节酶活性）酶活性）: 合成合成ATP: 调节质子通道调节质子通道：质子的通道：质子的通道（内室）（内室）（外室）（外室）嵴嵴 与与 基基 粒粒cabH+F1F0转子转子定
13、子定子外膜外膜内膜内膜膜间隙膜间隙嵴间腔嵴间腔（内室）（内室）嵴内腔嵴内腔嵴嵴 基粒基粒（ATP酶）酶）基质：内膜和嵴围成基质：内膜和嵴围成的腔隙，腔内充满较的腔隙，腔内充满较致密的物质致密的物质线粒线粒体基质。体基质。线粒体基质线粒体基质脂脂 类类蛋白质蛋白质酶酶 类类线粒体线粒体 DNA线粒体线粒体DNA线粒体线粒体 mRNA线粒体线粒体 tRNA线粒体核糖体线粒体核糖体线粒体核糖体线粒体核糖体基质颗粒基质颗粒基质颗粒基质颗粒（外室）（外室）基基 质质线粒体结构与化学组成线粒体结构与化学组成外膜外膜(outer membrane)内膜内膜(inner membrane)膜间隙膜间隙(int
14、ermembrane space)线粒体基质线粒体基质(matrix)1 标志酶标志酶: :单胺氧化酶单胺氧化酶 外膜含有较大的通道蛋白外膜含有较大的通道蛋白: :孔蛋孔蛋白白 最大允许最大允许5000D5000D的分子自由通过的分子自由通过 外膜外膜(outer membrane) 细细菌菌外外膜膜中中的的孔孔蛋蛋白白Organization and Function of Mitochondria线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的部位，线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的部位， 通透性差；通透性差； 含有大量的心磷脂含有大量的心磷脂(cardiolipin)，心磷脂与，心磷脂与 离子的不可渗透性
15、有关；离子的不可渗透性有关；3类酶：运输酶类、合成酶类、电子传递和类酶：运输酶类、合成酶类、电子传递和 ATP合成的酶类；合成的酶类；内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。 内膜内膜(inner membrane)2线粒体膜的运输系统线粒体膜的运输系统 标志酶标志酶: :腺苷酸激酶腺苷酸激酶 功能功能: :建立电化学梯度建立电化学梯度膜间间隙膜间间隙(intermembrane space)标志酶标志酶:苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶线粒体基质线粒体基质(matrix)功能功能:TCA循环循环脂肪酸氧化脂肪酸氧化氨基酸降解氨基酸降解合成部分线粒体蛋白合成部分线粒体蛋白线粒体中酶
16、的分布线粒体中酶的分布线粒体中约有线粒体中约有120120种酶种酶-部部 位位酶酶 的的 名名 称称外外 膜膜单胺氧化酶、犬尿氨酸羟化酶、单胺氧化酶、犬尿氨酸羟化酶、NADH-细胞色素细胞色素C还原酶、还原酶、脂类代谢有关的酶（酰基辅酶脂类代谢有关的酶（酰基辅酶A合成酶、脂肪酸激酶等）合成酶、脂肪酸激酶等）特征酶：单胺氧化酶特征酶：单胺氧化酶膜膜 间间 隙隙腺苷酸激酶、核苷酸激酶、二磷酸激酶、亚硫酸氧化酶腺苷酸激酶、核苷酸激酶、二磷酸激酶、亚硫酸氧化酶特征酶：腺苷酸激酶特征酶：腺苷酸激酶内内 膜膜细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、肉碱酰脱氢酶、肉碱酰基
17、转移酶、基转移酶、 -羟丁酸和羟丁酸和 -羟丙酸脱氢酶、丙酮酸氧化酶、羟丙酸脱氢酶、丙酮酸氧化酶、ATP合成酶系、腺嘌呤核苷酸载体。合成酶系、腺嘌呤核苷酸载体。特征酶：细胞色素（特征酶：细胞色素（c）氧化酶、琥珀酸脱氢酶）氧化酶、琥珀酸脱氢酶基基 质质柠檬酸合成酶、乌头酸酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢柠檬酸合成酶、乌头酸酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、延胡索酸酶、谷氨酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶复合体、酶、延胡索酸酶、谷氨酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶复合体、天冬氨酸氨基转移酶、蛋白质和核酸合成酶系、脂肪酸氧天冬氨酸氨基转移酶、蛋白质和核酸合成酶系、脂肪酸氧化酶系化酶系特征酶：苹果酸脱氢酶特征酶：苹果酸脱
18、氢酶氧化还原酶氧化还原酶 37% 线粒体：线粒体：提供细胞提供细胞95%95%以上的能量以上的能量- - 细胞内的动力工厂细胞内的动力工厂糖酵解：糖酵解：提供细胞少量的能量提供细胞少量的能量细胞内的供能物质：细胞内的供能物质：主要糖类主要糖类知识回顾真核细胞中的氧化作用知识回顾真核细胞中的氧化作用糖的氧化糖的氧化: 葡萄糖葡萄糖细胞细胞 胞质中分解为丙酮酸胞质中分解为丙酮酸(不不需要氧，糖酵解需要氧，糖酵解)糖氧化成丙酮酸糖氧化成丙酮酸丙酮酸脱羧生成乙酰丙酮酸脱羧生成乙酰CoA乙酰乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化进入三羧酸循环彻底氧化无氧：乳酸无氧：乳酸糖的酵解与氧化糖的酵解与氧化能量能量:高
19、能分子高能分子6C3C2C1C线粒体线粒体基质中乙酰辅酶线粒体基质中乙酰辅酶A A的生成的生成丙酮酸跨膜进入线粒体基质；丙酮酸跨膜进入线粒体基质；在丙酮酸脱氢酶在丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase)作用下氧化成乙酰辅酶作用下氧化成乙酰辅酶A A。生物需要能量时首先利用多糖生物需要能量时首先利用多糖多糖多糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸脂肪脂肪 脂肪酸脂肪酸蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸乙酰辅酶乙酰辅酶A（乙酰（乙酰CoA）三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)又叫又叫Krebs循环、柠檬酸循环。循环、柠檬
20、酸循环。葡萄糖酵解生成丙酮酸葡萄糖酵解生成丙酮酸 乙酰乙酰CoA的生成的生成 三羧酸循环三羧酸循环 返回目录返回目录2分子分子CO21分子分子GTP4分子分子NADH1分子分子FADH25对电子对电子电子传递偶联氧化磷酸化电子传递偶联氧化磷酸化 化学渗透偶联假说化学渗透偶联假说(chemiosmotic coupling hypothesis)解释氧化磷酸解释氧化磷酸化的偶联机理。该学说认化的偶联机理。该学说认为为:在电子传递过程中在电子传递过程中, 伴伴随着质子从线粒体内膜的随着质子从线粒体内膜的里层向膜间腔转移，形成里层向膜间腔转移，形成跨膜的氢离子梯度，这种跨膜的氢离子梯度，这种势能驱动
21、了氧化磷酸化反势能驱动了氧化磷酸化反应应(提供了动力提供了动力)，合成了，合成了ATP 。返回目录返回目录 细胞氧化：细胞氧化：在酶的催化下，氧将细胞内在酶的催化下，氧将细胞内各种供能物质氧化而释放能量的过程。各种供能物质氧化而释放能量的过程。由于细胞氧化过程中，要消耗由于细胞氧化过程中，要消耗O O2 2释放释放COCO2 2和和H H2 2O O所以又称细胞呼吸。所以又称细胞呼吸。知识回顾真核细胞中的氧化作用22种 编码 tRNA基因呼吸链（电子传递链）:3 105万个(有些卵母细胞)有的圆形、哑铃形、星形；NADH-细胞色素c还原酶基粒 （ATP酶复合体）基粒 （ATP酶复合体）The
22、Electron Transport Chain内共生假说线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。酶 的 名 称ATP合成酶(F0 F1 复合物) 运输蛋白至少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 。单胺氧化酶、犬尿氨酸羟化酶、NADH-细胞色素C还原酶、基质：内膜和嵴围成的腔隙，腔内充满较致密的物质线粒体基质。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 。由于线粒体内膜是质子屏障，造成膜两侧质子浓度失衡，产生跨膜的电化学质子梯度（PH
23、差和电位差，含很高的能量），外室中高浓度的质子有返回内室的趋势，当质子从外室通过基粒（ ATP酶复合体）F0上的质子通道进入内室,同时驱动F1因子中ATP酶,利用这种势能使ADP磷酸化合成ATP。脂类代谢有关的酶（酰基辅酶A合成酶、脂肪酸激酶等）呼吸链即电子 (包括 H+) 的传递链，起自 NADH (Nicotine Adenylate Dinucleotide，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸)，终端为02， NADH02 共产生 3 个 ATP。2丙酮酸（C3H4O3) + 2H + 2ATP第三节 线粒体的半自主性光镜下绿色颗粒显示线粒体,红色颗粒显示溶酶体细胞氧化的基本过程细胞氧化的基本过程1
24、 1、酵、酵 解：解：在细胞质基质内进行，反应过程不需要氧在细胞质基质内进行，反应过程不需要氧无氧酵解无氧酵解2 2、乙酰辅酶、乙酰辅酶A A生成生成: : 线粒体基质线粒体基质内进行内进行3 3、三羧酸循环、三羧酸循环: : 在线粒体基质内进行在线粒体基质内进行4 4、电子传递和氧化磷酸化、电子传递和氧化磷酸化: : 在线粒体内膜上进行在线粒体内膜上进行葡萄糖（葡萄糖（C6H12O6）糖酵解酶系糖酵解酶系2丙酮酸（丙酮酸（C3H4O3) + 2H + 2ATPC3H4O3 +辅酶辅酶A(CoA) +2NAD 乙酰乙酰-CoA + 2NADH + 2H + CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系+
25、 Mg2+葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸NADNADH2CO2乙乙 酸酸CoA乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸三羧酸循环三羧酸循环（柠檬酸循环（柠檬酸循环）柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸NADNADH2CO2 -酮戊二酸酮戊二酸NADNADH2CO2琥珀酸琥珀酸FADFADH2延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸NADNADH21231注：注：NAD（辅酶（辅酶I）:尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸FAD（黄酶）（黄酶）: 黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸三羧酸循环三羧酸循环电子传递和氧化磷酸化：电子传递和氧化磷酸化：供能物质经过酵解乙酰辅酶供能物质经过酵解乙酰辅酶A呼吸链（电子
26、传递链）呼吸链（电子传递链）: :复合体复合体1 复合体复合体2 复合体复合体3 复合体复合体4 复合体复合体5 O2 伴随电子传递链的氧化过程所进行的能量转换和伴随电子传递链的氧化过程所进行的能量转换和ATP的生成称氧化磷酸化或称氧化磷酸化偶联。的生成称氧化磷酸化或称氧化磷酸化偶联。生成、三羧酸循环脱下的氢原子，通过内膜上的一系列呼生成、三羧酸循环脱下的氢原子，通过内膜上的一系列呼吸链酶系的电子传递吸链酶系的电子传递 ，最后与氧结合生成水，电子传递，最后与氧结合生成水，电子传递过程中释放的能量被用于过程中释放的能量被用于ADP磷酸化形成磷酸化形成ATP.电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸
27、化氧化磷酸化：氧化磷酸化：n n 由复合物由复合物I、III、IV组成，催化组成，催化NADH的脱氢氧化。的脱氢氧化。n n 由复合物由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。呼吸链 (resqiratory chain) 呼吸链即电子 (包括 H+) 的传递链，起自 NADH (Nicotine Adenylate Dinucleotide，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸)，终端为02， NADH02 共产生 3 个 ATP。其间任何环节缺陷将导致电子传递障碍。NADH CoQ CytC O2Complex I :NADH-CoQ 还原酶 Complex II
28、: 琥珀酸-CoQ 还原酶Complex III:细胞色素c还原酶Complex IV:细胞色素c氧化酶Complex V:ATP合成酶I琥珀酸琥珀酸IIIIIIVV 生成生成3个个ATPRNA聚合酶核糖体 转移RNAs基粒 （ATP酶复合体）线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的sER相似；人 mt DNA 由16569 bp 的双链环状 DNA 组成1个轻链和重链。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）。C3H4O3 +辅酶A(CoA) +2NAD英国生物化学家P.特征酶：细胞色素（c）氧化酶、琥珀酸脱氢酶在电子传递过程中,
29、伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移, 形成跨膜的氢离子梯度,生理活动旺盛的细胞（心肌细胞）线粒体多。外膜含有较大的通道蛋白:孔蛋白由于细胞氧化过程中，要消耗O2释放CO2和H2O所以又称细胞呼吸。知识回顾真核细胞中的氧化作用荣获1978年诺贝尔化学奖 !Complex III:细胞色素c还原酶该学说认为:在电子传递过程中, 伴随着质子从线粒体内膜的里层向膜间腔转移，形成跨膜的氢离子梯度，这种势能驱动了氧化磷酸化反应(提供了动力)，合成了ATP 。几乎全部基因组都是编码序列小管状（原生动物和其它一些较低等的动物细胞中线粒体的嵴）。由于线粒体内膜是质子屏障，造成膜两侧质子浓度失衡，产生跨膜的电
30、化学质子梯度（PH差和电位差，含很高的能量），外室中高浓度的质子有返回内室的趋势，当质子从外室通过基粒（ ATP酶复合体）F0上的质子通道进入内室,同时驱动F1因子中ATP酶,利用这种势能使ADP磷酸化合成ATP。C3H4O3 +辅酶A(CoA) +2NAD由于细胞氧化过程中，要消耗O2释放CO2和H2O所以又称细胞呼吸。 呼吸链（呼吸链（respiratory chainrespiratory chain）又称为电子传递）又称为电子传递链（链（electron transport chainelectron transport chain），是一系列具），是一系列具有递氢、递电子作用的氢载体
31、和电子载体蛋白，有递氢、递电子作用的氢载体和电子载体蛋白，该体系最终以氧作为电子接受体，与细胞摄氧有该体系最终以氧作为电子接受体，与细胞摄氧有关，故称为呼吸链。关，故称为呼吸链。 由四种复合物组成由四种复合物组成返回目录返回目录The Electron Transport Chain三个参与三个参与H+传递，四个都参与传递电子传递，四个都参与传递电子复合物复合物电子传递电子传递序号序号 名称名称 多肽数多肽数 辅基辅基 接收自接收自 传递给传递给 传递质子传递质子 NADH还还原酶原酶 2226 1个个FMN 6-9个个Fe/S中心中心 NADH 辅酶辅酶Q是是 琥珀酸还琥珀酸还原酶原酶 45
32、 1个个FAD 3个个Fe/S中心中心 琥珀酸琥珀酸 (经由酶结经由酶结合的合的FAD) 辅酶辅酶Q 否否 细胞色素细胞色素b-c1 还原酶还原酶 810 细胞色素细胞色素b细胞色素细胞色素c 1个细胞色素个细胞色素c1 1个个Fe/S中心中心 辅酶辅酶Q 细胞色素细胞色素c 是是 细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶 9 细胞色素细胞色素a 细胞色素细胞色素c 氧氧(O2) 细胞色素细胞色素a3 Cu中心中心(其中细胞色素其中细胞色素a3是是Fe/Cu中心中心) 细胞色素细胞色素c O2是是 38个个ATP酵解：酵解：2个个线粒体内：线粒体内：36个个三羧酸循环：三羧酸循环：2个个内膜上呼吸氧化过
33、程：内膜上呼吸氧化过程：34个个偶联磷酸化的关键装置偶联磷酸化的关键装置 基粒（基粒（ATP酶复合体）酶复合体）一分子的葡萄糖彻底氧化生成一分子的葡萄糖彻底氧化生成3838个个ATPATPn n 由复合物由复合物I、III、IV组成，催化组成，催化NADH的脱氢氧化。的脱氢氧化。n n 由复合物由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。The Mechanism of Oxidative Phosphorylation 英国生物化学家英国生物化学家P.Mitchell 1961年提出年提出了化学渗透假说了化学渗透假说(chemiosomotic comp
34、ling hypothesis)解释氧化磷酸化解释氧化磷酸化的偶联机理。的偶联机理。化学渗透假说化学渗透假说在电子传递过程中在电子传递过程中, 伴随着质子从线伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移粒体内膜的里层向外层转移, 形成跨形成跨膜的氢离子梯度膜的氢离子梯度,这种势能驱动了氧化磷酸化反应这种势能驱动了氧化磷酸化反应(提提供了动力供了动力), 合成了合成了ATP。几乎全部基因组都是编码序列0um; 长度：3um。n 由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。线粒体拥有相对独立的 DNA 复制、转录和翻译系统，是半自主性细胞器。电子传递偶联氧化磷酸化重链主要编码2个 rRNA，1
35、2个多肽及 14个 rRNA；厚67nm，平整、光滑。外膜含有多套运输蛋白（通道蛋白） ，围成筒状园柱体，中央有小孔，孔径：2-3nm，允许分子量为10 000以内的物质可以自由通过。单胺氧化酶、犬尿氨酸羟化酶、NADH-细胞色素C还原酶、与膜面垂直而规律排列。线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的sER相似；细胞内的供能物质：主要糖类线粒体具有独立的遗传体系，能够合成蛋白质，但是合成能力有限。mtDNA: 是双链环状的DNA分子、裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中，长约5um、分子量小,含15 000碱基对。膜间隙(intermembrane space)膜间隙(interm
36、embrane space)其间任何环节缺陷将导致电子传递障碍。人类线粒体的基因组排列非常紧凑，除与 mt DNA 复制及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。“通用”遗传密码与线粒体遗传密码的差异人类线粒体基因组示意图线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的sER相似； 化学渗透学说化学渗透学说1961年年英国英国P.Mitchell1978年年诺贝尔奖诺贝尔奖认为：认为：2 线粒体内膜上的基粒（线粒体内膜上的基粒（ATP酶复合体）也能可逆地跨酶复合体）也能可逆地跨线粒体内膜转运质子（线粒体内膜转运质子（H+），一方面：它可以水解），一方面：它可以水解ATP产生能量将质子从内室转移
37、到外室；另一方面：产生能量将质子从内室转移到外室；另一方面：当外室存在大量质子时使线粒体内膜内外存在足够的当外室存在大量质子时使线粒体内膜内外存在足够的质子电化学梯度，质子则从外室通过基粒（质子电化学梯度，质子则从外室通过基粒（ ATP酶复酶复合体）合体）F0上的质子通道进入内室同时驱动上的质子通道进入内室同时驱动F1因子中因子中ATP酶利用这种势能合成酶利用这种势能合成ATP。线粒体内膜上的电子传递链同时起质子（线粒体内膜上的电子传递链同时起质子（H+）泵的）泵的作用，可以在电子传递的同时将质子（作用，可以在电子传递的同时将质子（H+）从线粒）从线粒体基质腔（内室）转移到膜间腔（外室）。体基
38、质腔（内室）转移到膜间腔（外室）。1提出：提出： 电子传递过程中所释放的能量并非直接用于合成电子传递过程中所释放的能量并非直接用于合成ATP，而是用来将质子从内室泵到外室。由于线粒体内，而是用来将质子从内室泵到外室。由于线粒体内膜是质子屏障，造成膜两侧质子浓度失衡，产生跨膜的膜是质子屏障，造成膜两侧质子浓度失衡，产生跨膜的电化学质子梯度（电化学质子梯度（PH差和电位差，含很高的能量），外差和电位差，含很高的能量），外室中高浓度的质子有返回内室的趋势，当质子从外室通室中高浓度的质子有返回内室的趋势，当质子从外室通过基粒（过基粒（ ATP酶复合体）酶复合体）F0上的质子通道进入内室上的质子通道进入
39、内室,同同时驱动时驱动F1因子中因子中ATP酶酶,利用这种势能使利用这种势能使ADP磷酸化合成磷酸化合成ATP。4 线粒体内膜上有一系列介导基本代谢物质和选择性转运线粒体内膜上有一系列介导基本代谢物质和选择性转运无机离子进出内膜的载体蛋白。无机离子进出内膜的载体蛋白。3 线粒体内膜本身具有离子不通透性，能隔绝包括线粒体内膜本身具有离子不通透性，能隔绝包括H+、OH-在内的各种正负离子。在内的各种正负离子。一一.线线 粒粒 体体 DNA ( mtDNA )mtDNA: 是双链环状的是双链环状的DNA分子、裸露不与组蛋白结合分子、裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中，长约分散在线粒体基质中，长约
40、5um、分子量小、分子量小,含含15 000碱碱基对。基对。1981年年人胎盘人胎盘AndersonmtDNA全部核苷酸序列全部核苷酸序列全长全长16 569个碱基对个碱基对mtDNA 16569 bp 37个基因个基因2种种 编码编码 rRNA(12S和和16S）基因）基因22种种 编码编码 tRNA基因基因13种种 编码编码 蛋白质基因蛋白质基因Human mtDNA, a circular molecule that has been completely sequenced, is among the smallest known mtDNAs, containing 16,569 b
41、ase pairs. It encodes the two rRNAs found in mitochondrial ribosomes and the 22 tRNAs used to translate mitochondrial mRNAs. l人类线粒体基因组人类线粒体基因组是一个环状双链是一个环状双链DNAl包括包括37个基因个基因 l可以编码可以编码2种种rRNA、22种种tRNA和和13种蛋白种蛋白 线粒体具有独立的遗传体系，能够合成线粒体具有独立的遗传体系，能够合成蛋白质，但是合成能力有限。大多数线蛋白质，但是合成能力有限。大多数线粒体蛋白都是由核基因编码，粒体蛋白都是由核基因
42、编码， 在细胞质在细胞质中合成后，定向转运到线粒体的，因此中合成后，定向转运到线粒体的，因此线粒体被称为半自主性细胞器线粒体被称为半自主性细胞器（semiautonomous organellesemiautonomous organelle）。）。返回目录返回目录 Mt DNA 的结构特点的结构特点To be continued. Mt DNA 的结构特点的结构特点 1.1.几乎全部基因组都是编码序列几乎全部基因组都是编码序列 2.2.密码子的特殊性密码子的特殊性3.3.裸露的裸露的DNADNA，不与组蛋白结合，不与组蛋白结合二二 . .线粒体蛋白质合成线粒体蛋白质合成 线粒体：有自身的蛋白
43、质合成体系，如：氨基酸活线粒体：有自身的蛋白质合成体系，如：氨基酸活化酶、线粒体核糖体等。化酶、线粒体核糖体等。线粒体的蛋白质合成与原核细胞相似，而与真核细胞不线粒体的蛋白质合成与原核细胞相似，而与真核细胞不同。同。mtDNA排列紧凑、高效利用、可自我复制排列紧凑、高效利用、可自我复制,但其遗但其遗传密码与传密码与“通用通用”的遗传密码表也不完全相同的遗传密码表也不完全相同 如如:UGA色氨酸而不是终止密码。色氨酸而不是终止密码。总之：总之： 线粒体有自己的线粒体有自己的DNADNA和蛋白质合成系统和蛋白质合成系统独立独立的遗传系统的遗传系统, ,表明有一定的自主性。表明有一定的自主性。 mt
44、DNA分子量小、基因数量少、编码的蛋白质分子量小、基因数量少、编码的蛋白质有限，只占线粒体蛋白质的有限，只占线粒体蛋白质的10%，而大多数线粒体蛋，而大多数线粒体蛋白质（白质（90%）由核基因编码的，并在细胞质中合成后）由核基因编码的，并在细胞质中合成后转运到线粒体中去。同时线粒体遗传系统受控于细胞转运到线粒体中去。同时线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统。核遗传系统。因此，线粒体为半自主性细胞器。因此，线粒体为半自主性细胞器。由此可见：由此可见： 返回目录返回目录 返回目录返回目录 返回目录返回目录一、线粒体的增殖一、线粒体的增殖线粒体的增殖线粒体的增殖间壁分离间壁分离收缩分离收缩分离出芽分裂
45、出芽分裂：线粒体的内膜向中心内褶形成间壁，：线粒体的内膜向中心内褶形成间壁，或某一个嵴的延伸。当延伸到对侧内膜或某一个嵴的延伸。当延伸到对侧内膜时，线粒体一分为二，成为只有外膜相时，线粒体一分为二，成为只有外膜相连的两个独立细胞器，接着线粒体就完连的两个独立细胞器，接着线粒体就完全分离。全分离。：线粒体中央部分收缩并向两端拉长，：线粒体中央部分收缩并向两端拉长，中央形成很细的颈，整个线粒体成哑铃中央形成很细的颈，整个线粒体成哑铃形，最后断裂为二形成两个新线粒体。形，最后断裂为二形成两个新线粒体。：先从线粒体上长出小芽，然后小芽：先从线粒体上长出小芽，然后小芽与母线粒体分离，经过不断长大，形与母线粒体分离，经过不断长大，形成新的线粒体。成新的线粒体。间壁分离间壁分离收缩分离收缩分离出芽分裂出芽分裂线粒体的增殖线粒体的增殖 返回目录返回目录二、线粒体的起源假说 线粒体的起源线粒体的起源u内共生学说内共生学说u非内共生学说非内共生学说返回目录返回目录一一 . 线粒体肌病和心肌线粒体病线粒体肌病和心肌线粒体病二二 . 线粒体与肿瘤线粒体与肿瘤三三 . 线粒体对缺血性损伤的反应线粒体对缺血性损伤的反应四四 . 药物和毒物对线粒体的影响药物和毒物对线粒体的影响
