第七章-线粒体.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013-10-30,#,第七章 线粒体,自养生物通过光合作用将无机物,(,如,CO,2,和,H,2,O,2,),，转变为自身利用的有机物；,异养生物以自养生物 合成的有机物为营养获得能量，这一过程又是怎样？,第一节 线粒体的基本特征,一、线粒体的形态、数量,线粒体的形态、数量与细胞,的类型和生理状态有关。,光镜下呈线状、粒状、或杆,状等。,二、线粒体的结构,由双层单位膜套叠而成的封闭膜囊结构。,外膜：最外层包绕的一层单位膜；,1/2,脂类，,1/2,蛋白质；含多种转运,蛋白构成小孔，允许分子量,10KD,以下的物质通过。,内膜：单位膜；,20%,脂类，,80%,蛋白质；通透性性很小，大于,150D,的,物质不能通过。,内膜将线粒体的空间分为两部分：由内膜直接包绕的空间称内腔或基,质腔，腔内含有基质；内外膜之间的空间称外腔或膜间腔。,内膜向腔内突起的折叠形成嵴，嵴与嵴之间的内腔部分称嵴间腔，由,于嵴向内腔突进造成的外腔向内伸入的部分称嵴内空间。,内膜,(,包括嵴,),的内表面附着许多突出内腔的颗粒称为基粒，化学本质为,ATP,合酶复合体。,内外膜转位接触点,3,内外膜间隙变狭窄，期间分布有通道蛋白和特异性受体，是蛋白质等进出,线粒体的通道，分别由内膜转位子和外膜转位子构成。,基质,由可溶性蛋白及脂肪构成，包括酶类：催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基,酸分解、蛋白质合成等；独特的双链环状,DNA,，一个或多个拷贝；核糖体。,基粒,5.,基粒,ATP,合酶复合体，又称,F,0,F,1,ATP,合酶，在形态结构上表现为基粒，由头,部和基片二部分组成。,头部：又称偶联因子,F1,由,五种亚基构成，可被,F1,抑制蛋白所抑制，合成,ATP,；,基片：,又称偶联因子,F0,，由,a b c,三种亚基构成，质子流向,F1,的穿膜通道。,The structure of the bacterial ATP synthase,三、化学组成,主要成分是蛋白质，多数分布于内膜和基质；脂类大部分是磷脂；是细,胞中含酶最多的细胞器；,含有,DNA,和完整的的遗传系统,。,四、遗传体系,线粒体,DNA,构成了线粒体基因组：,DNA,是裸露的；,1,至数个；主要编码,线粒体的,tRNA,、,rRNA,及一些蛋白质；基因组为一条双链环状,DNA,，一条,为重连，一条为轻链；非编码序列少。,线粒体,DNA,的两条链有各自的复制起点。,重连和轻链各有一个启动子启动基因的转录：,mRNA,不含内含子，无,帽结构；线粒体,mRNA,的翻译在线粒体的核糖体上进行。,线粒体的蛋白合成与原核细胞相似：转录和翻译几乎同时进行；蛋白,质合成的起始,tRNA,是,N-,甲酰甲硫氨酰,tRNA,四、核编码蛋白质向线粒体的转运,线粒体大约有,1000,个基因产物，仅,37,个有其自身基因组编码。,核编码蛋白质向线粒体基质中的转运：前体蛋白在线粒体外保持非,折叠状态，与众多分子伴侣结合,；,进入线粒体时需分子伴侣协助，,N,端含基质导入序列,(matrix-targeting sequence MTS),；,线粒体内外膜存在,膜受体，构成转运通道；分子运动产生的动力,(mthsp70,变构产生拖力,),协助多肽穿越；基质导入序列移除，多肽重新折叠形成有活性蛋白。,核编码蛋白向线粒体其他部位转运：,蛋白质向线粒体膜间腔转运,蛋白出具有,MTS,外，还具有膜间腔导入,序列；此外还可通过直接扩散从胞浆通过外膜进入膜间腔。,蛋白向线粒体外膜的转运,外膜上存在类孔蛋白。,蛋白向线粒体内膜的转运,机制不清楚。,线粒体,的半自主性,线粒体有独立的遗传系统,1.mtDNA,是环状，裸露，信息量较小，有独立的编码系统,和细菌,DNA,相似。,2.mtDNA,可进行自我复制，转录自己的,mRNA,、,tRNA,、,rRNA,3.,有自己的核糖体，能独立合成线粒体蛋白质（电子传递链酶复合体中的亚基：细胞色素,C,氧化酶、,ATP,酶复合体,F,0,的亚基等）,4.mtDNA,所用遗传密码和“通用”的遗传密码不完全相同。,线粒体遗传系统受核遗传系统的制约,1.mtDNA,复制所需的,DNA,聚合酶是由核,DNA,编码的，线粒体的遗传系统受控于细胞核遗传系统,2.90%,的线粒体蛋白质由核,DNA,编码,3.,线粒体的生长和增殖受两套系统控制,第二节 细胞呼吸与能量转换,一、细胞呼吸,定义：在细胞内特定的细胞器主要是线粒体，在,O,2,的参与下分解大分子,物质，分解代谢所释放的能量储存于,ATP,中。,特点：本质是酶催化的氧化还原反应；释放的能量储存于,ATP,的高,能磷酸键中；反应分步进行，能量逐级释放；反应在恒温恒压下进,行；需水参与。,二、细胞的能量转换,细胞能量的转换分子,ATP,：,AP,P,P AP,P+Pi+,能量,ATP,中携带的能量来源于糖、氨基酸和脂肪，这些物质的氧化到,ATP,的,生成是一个复杂的过程，以葡萄糖为例大致包括三个步骤糖酵解,(gly-,colysis),三羧酸循环,(tricarboxylic acid cycle TAC),氧化磷酸化,(oxidative,phosphorylation),去磷酸化,磷酸化,An overview of carbohydrate metabolism in eukaryotic cells,葡萄糖在细胞 质中,的糖酵解：,1,分子葡萄,糖净生成,2,分子,ATP,。,底物水平磷酸化：由高能底物水解,放能，使,ADP,磷酸化生成,ATP,的作用,线粒体基质中的三羧酸循环：,1,分子葡萄糖净生成,2,分子,GTP,(,可转变为,2,分子,ATP),。,线粒体氧化磷酸化偶联与,ATP,形成,氧化磷酸化：,NADH,和,FADH,2,所携带的电子，经线粒体内膜上的呼吸链逐级定向,传递给,O,2,在此过程中释放的能量被,F,0,F,1,ATP,酶复合体用来催化,ADP,磷酸化而合成,ATP,。,偶联：在正常情况下，没有磷酸化就不能进行电子传递。,呼吸链和,ATP,合酶复合体是氧化磷酸化的结构基础,呼吸链又称电子传递链，是由一系列能可逆接受和释放氢质子和电子的化学,物质组成，分别形成四个脂类蛋白质复合体。,The electron-transport chain of the inner mitochondrial membrane,ATP,合酶复合体，又称,F,0,F,1,ATP,合酶，在形态结构上表现为基粒，由头,部和基片二部分组成。,头部：又称偶联因子,F1,由,五种亚基构成，可被,F1,抑制蛋白所抑制，合成,ATP,；,基片：,又称偶联因子,F0,，由,a b c,三种亚基构成，质子流向,F1,的穿膜通道。,The structure of the bacterial ATP synthase,氧化过程伴随磷酸化的偶联,电子传递时氢质子穿膜形成电化学梯度,化学渗透假说：,NADH,和,FADH,2,提供,1,对电子，经电子传递,链最终被,O,2,接收；,电子传递,链同时起氢泵的作用；线粒体,内膜对氢质子具有不可通透性，,氢质子的积累形成电化学梯度；,膜间腔中的氢质子有顺浓度返,回基质的倾向，通过,ATP,合酶合,成,ATP,。,电化学梯度所包含的能量转换成,ATP,的化学能,The binding change mechanism for ATP synthesis,结合变构机制；当质子穿过,F1,因子的活性部位是时，可引起,F1,颗粒构象的,变化，导致底物,(ADP+Pi),同活性部位的紧密结合及产物,(ATP),的释放；,ADP,和,Pi,合成,ATP,的反应不需要能量，而,F1,因子构象的变化需要能量。,葡萄糖氧化磷酸化作用：,1,分子葡萄糖可生成,34,分,子,ATP,第三节 线粒体与医学,一、线粒体与细胞死亡,二、线粒体与疾病,Mitochondrial abnormalities in skeletal muscle.,症状,:a woman who had been suffering from long-standing fatigue and muscle weakness and who exhibited an elevated metabolic rate and body temperature.,原因：,The mitochondria from this patient were somehow released from their normal respiratory control.Normally,when ADP levels are low,isolated mitochondria stop oxidizing substrate.In contrast,the mitochondria from this patient continued to oxidize substrate at a high rate,even in the absence of ADP to phosphorylate,producing heat rather than mechanical work.,A premature-aging phenotype caused by increased mutations in mtDNA,The photograph shows a 13-month-old normal mouse and its“aged”littermate whose mitochondrial DNA harbors an abnormally high number of mutations.These“mutator”mice appear normal for the rst 6 to 9 months of age,but then rapidly develop signs of premature aging,such as hearing loss,graying hair,and osteoporosis,