1、细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体与过氧化物酶体熊涛细胞生物学 长江大学生命科学学院第七章 线粒体与过氧化物酶体线粒体的形态结构线粒体的形态结构线粒体的结构与化学组成线粒体的结构与化学组成导向信号与线粒体蛋白定位导向信号与线粒体蛋白定位线粒体的功能氧化磷酸化作用线粒体的功能氧化磷酸化作用线粒体的遗传、增殖和起源线粒体的遗传、增殖和起源过氧化物酶体过氧化物酶体细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体的形态结构线粒体的发现与功能研究 1850年，德国生物学家Rudolph Klliker第一个发现线粒体，并推测 这种颗粒是由半透性的膜包被的。1898年对线粒体进行命名。1900年，Leonor
2、Michaelis用染料Janus green对肝细胞进行染色，发现细胞消耗氧之后，线粒体的颜色逐渐消失了，从而提示线粒体具有氧化还原反应的作用。又经过几十年的研究,逐步证明了线粒体具有Krebs循环、电子传递、氧化磷酸化的作用,从而证明了线粒体是真核生物进行能量转换的主要部位。细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体(Mitochondria)模式图模式图电镜下观察电镜下观察细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体的形态和分布 大小与形状：直径一般在0.5-1.0m，形状多种多样，一般呈线状，也有粒状或短线状。数量：在不同类型的细胞中线粒体的数目相差很大，但在同一类型的细胞中数目相对稳定。分布：
3、在多数细胞中，线粒体均匀分布在整个细胞质中，但在某些细胞中，线粒体的分布是不均一的。存在方式：线粒体在细胞中并非都是单个存在的，有时可形成由几个线粒体构成的网络结构，有些线粒体具有分支,可以相互交错在一起。细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体的结构与化学组成线粒体的结构细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体通透性研究 大多数的盐、糖、核苷和辅酶能够快速地进入线粒体，但是它们在线粒体内的最终浓度通常要比溶液中的浓度低，说明线粒体中只有部分区域能够接收外部环境中的溶质。细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体各组分的分离 由于线粒体外膜的通透性比内膜高，利用这一性质，分离线粒体内膜、外膜及其他组分
4、。破裂的内膜重新闭破裂的内膜重新闭合形成小泡，其表合形成小泡，其表面有面有F1颗粒。颗粒。细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体的化学组成 线粒体的化学组分主要是由蛋白质、脂类、水份等组成；蛋白质:占线粒体干重的6570%；脂类:线粒体的脂类只占干重的2030%；线粒体内、外膜在化学组成上的主要区别是脂类和蛋白质的比例不同。内膜上的脂类与蛋白质的比值低(0.3:1)外膜中的比值较高(接近1:1)细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体各部分的特性和功能 蛋白分布 线粒体由四个部分组成，在能量转换过程中分别起不同的作用。各部分功能的差异主要是化学组成的差异，特别是蛋白和酶分布的差异。细胞生物学 长
5、江大学生命科学学院 功能由于线粒体各部分结构的化学组成和性质的不同，它们的功能各异 标志酶外膜:单胺氧化酶内膜:细胞色素氧化酶膜间隙:腺苷酸激酶基质:苹果酸脱氢酶细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体内膜的主动运输系统线粒体对于大多数亲水物质的透性极低，所以它必须具备特殊的主动运输系统，完成下列运输作用:糖酵解产生的NADH必须进入电子传递链参与有氧氧化；线粒体产生的代谢物质如草酰辅酶A和乙酰辅酶A必须运输到细胞质中，它们分别是细胞质中葡萄糖和脂肪酸的前体物质；线粒体产生的ATP必须进入到胞质溶胶，以便供给细胞反应所需的能量，同时，ATP水解形成的ADP和Pi又要被运入线粒体作为氧化磷酸化的底
6、物。细胞生物学 长江大学生命科学学院丙酮酸、脂肪酸、Pi等的运输细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体对细胞内Ca2+的调节系统系统1是由膜动力势引起的是由膜动力势引起的Ca2+离子流向线粒体基质离子流向线粒体基质;系统系统2是通过与是通过与Na+离子的交换将离子的交换将Ca2+离子输出到胞质溶胶离子输出到胞质溶胶细胞生物学 长江大学生命科学学院导向信号与线粒体蛋白定位线粒体中的蛋白质绝大多数都是核基因编码，在细胞质的游离核糖体上合成后运输到线粒体的。表表7-3 细胞质中合成的某些线粒体蛋白质细胞质中合成的某些线粒体蛋白质细胞生物学 长江大学生命科学学院翻译后转运与蛋白质寻靶(protein
7、targeting)游离核糖体上合成的蛋白质释放到胞质溶胶后被运送到不同的部位，即先合成，后运输。由于在游离核糖体上合成的蛋白质在合成释放之后需要自己寻找目的地，因此又称为蛋白质寻靶。细胞生物学 长江大学生命科学学院共翻译转运与蛋白质分选(protein sorting)膜结合核糖体上合成的蛋白质通过定位信号，一边翻译，一边进入内质网，由于这种转运定位是在蛋白质翻译的同时进行的，故称为共翻译转运。在膜结合核糖体上合成的蛋白质通过信号肽，经过连续的膜系统转运分选才能到达最终的目的地，这一过程又称为蛋白质分选。细胞生物学 长江大学生命科学学院导向序列与信号序列 导向序列 将游离核糖体上合成的蛋白质
8、的N-端信号称为导向信号(targeting signal)，或导向序列(targeting sequence)，由于这一段序列是氨基酸组成的肽，所以又称为转运肽(transit peptide)，或导肽(leading peptide)。信号序列 将膜结合核糖体上合成的蛋白质的N-端的序列称为信号序列(signal sequence)，将组成该序列的肽称为信号肽（signal peptide)。在不需要特别区分时，可将它们统称为信号序列或信号肽。细胞生物学 长江大学生命科学学院九九年诺贝尔医学奖得主九九年诺贝尔医学奖得主布洛贝尔布洛贝尔细胞生物学 长江大学生命科学学院 需要受体 从接触点进入
9、 蛋白质要解折叠 需要能量 需要转运肽酶 需要分子伴侣的帮助线粒体转运肽（前导肽）的一般特性细胞生物学 长江大学生命科学学院 线粒体有四个组成部分,其中有两层膜,所以由细胞质核糖体合成的蛋白质转运到线粒体基质必须穿过两层膜障碍。线粒体蛋白转运细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体基质蛋白(mitochondrial matrix protein)转运线粒体基质蛋白是如何定位的线粒体基质蛋白是如何定位的?细胞生物学 长江大学生命科学学院 线粒体膜间隙蛋白的转运线粒体膜间隙蛋白，如细胞色素c的定位需要两个导向序列，位于N端最前面的为基质导向序列，其后还有第二个导向序列，即膜间隙导向序列，功能是将蛋
10、白质定位于内膜或膜间隙，这类蛋白有两种转运定位方式。保守性寻靶 非保守性寻靶细胞生物学 长江大学生命科学学院 保守性寻靶(conservative targeting)细胞生物学 长江大学生命科学学院 非保守性寻靶(nonconservative targeting)细胞生物学 长江大学生命科学学院 线粒体外膜和内膜蛋白的定位只需要一个引导肽，外膜和内膜蛋白穿膜，至于这些蛋白质如何结合在相应的膜上，则是靠引导肽后面的一段疏水的停止转运序列阻止了蛋白质进一步穿膜，从而被结合在线粒体的膜上。疏水的停止转运序列同外膜转运酶（Tom）结合，则成为外膜蛋白，若是与内膜转运酶（Tim）结合，则是内膜蛋白。
11、线粒体内膜和外膜蛋白的转运细胞生物学 长江大学生命科学学院过氧化物酶体过氧化物酶体的酶类 氧化酶：共同特征是氧化底物的同时将氧还原成过氧化氢。过氧化氢酶：是过氧化物酶体的标志酶，其作用是使过氧化氢还原成水。过氧化物酶体的功能 使毒性物质失活 对氧浓度的调节作用 脂肪酸的氧化 含氮物质的代谢细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体的分布 线粒体较多分布在需要ATP的部位，如肌细胞和精细胞尾部;或较为集中分布在有较多氧化反应底物的区域，如脂肪滴，因为脂肪滴中有许多要被氧化的脂肪。细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞中线粒体分支交织连接而成的网状二维结构细胞生物学 长江大学生命科学学院线粒体的分裂和融合在表达线粒体定位在表达线粒体定位GFP的酵母细胞内，实时动态地监测线粒的酵母细胞内，实时动态地监测线粒体的网状结构。膜融合和分裂事件不断地改变线粒体的形态。体的网状结构。膜融合和分裂事件不断地改变线粒体的形态。
