第7章线粒体与能量代谢.ppt

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,*,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,*,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,*,Chapter 7,线粒体,与,能量代谢,主讲人：陈 晶,线粒体的形态、数量与分布,第一节,线粒体的结构与化学组成,第二节,线粒体的功能,第三节,线粒体的半自主性,第四节,线粒体的增殖与起源,第五节,过氧化物酶体,第六节,线粒体与医学,8.4,第七节,OUTLINE,线粒体,(mitochondrion),是存在于真核细胞中的一种较大细胞器，在光学显微镜下观察呈“短线状”或“颗粒状”的形态学特征而命名为线粒体，是细胞内氧化磷酸化和形成,ATP,的主要场所,细胞生命活动所需的能量有,95,来自线粒体，因此有细胞“动力工厂”之称。,线粒体的形态、数量与分布,第一节,返回目录,一、,线粒体的形态,光学显微镜下线粒体的形态,线粒体的形态多种多样，一般呈线状，也有粒状或短线状。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。,返回目录,二、,线粒体的数量,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。,生理活动旺盛的细胞（心肌细胞）线粒体多,。,返回目录,数百,数千个,3,10,5,万个,(,有些卵母细胞,),1,个,50,万个,(,巨大变形虫,),肌细胞和精子的线粒体分布 线粒体包围着脂肪滴,三、,线粒体的分布,线粒体较多分布在需要,ATP,的部位！,返回目录,8.2,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，主要由外膜、内膜、膜间腔和基质腔四部分组成,线粒体的结构与化学组成,第二节,返回目录,电子显微镜下线粒体的形态结构,A,、,B,扫描电镜图；,C,透射电镜图,一、,线粒体的超微结构,返回目录,电镜：线粒体是由,两层,单位膜,围成的,封闭的囊状结构,。,外 膜,内 膜,膜间腔,（外腔）,嵴,嵴间腔,（内腔）,内含基质，有,DNA,线粒体的超微结构,返回目录,外膜,内膜,膜间隙,嵴间腔,嵴,嵴：,基粒（,ATP,酶复合体）：,基质面,上许多带柄的小颗粒。与膜面垂直而规律排列。,基粒（,ATP,酶复合体）,3-4nm,长,4.5-6nm,6-11.5nm,高,5-6nm,9nm,9nm,头部,柄部,基片,:,合成,ATP,:,调控质子通道,：,质子的通道,（内腔）,（外腔）,内膜向内腔折叠形成，可增加内膜的表面积。,嵴和基粒,返回目录,基粒的结构,基粒结构模式图,返回目录,外膜,膜间隙,内膜,基质,细胞色素,b,5,NADH-,细胞色素,c,还原酶,单胺氧化酶,脂酰辅酶,A,合,成,酶,磷酸甘油酰基转移酶,孔蛋白,腺苷酸激酶,核苷酸激酶,二磷酸激酶,单磷酸激酶,NADH,脱氢酶,琥珀酸脱氢酶,细胞色素氧化酶,细胞色素,C,ATP,合成酶,(F,0,F,1,复合物,),运输蛋白,丙酮酸脱氢酶,脂肪酸,氧化酶,三羧酸循环酶系,苹果酸脱氢酶,DNA,聚合酶,RNA,聚合酶,核糖体,转移,RNAs,线粒体各部分蛋白及酶的分布,二、,线粒体的化学组成,线粒体的化学组分主要是由蛋白质、脂类和水份等组成,红色标注各部分的标志酶,返回目录,呼吸链,呼吸链（,respiratory chain,）又称为电子传递链（,electron transport chain,），是一系列具有递氢、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，与细胞摄氧有关，故称为呼吸链。,由四种复合物组成,返回目录,The Electron Transport Chain,三个参与,H,+,传递，四个都参与传递电子,复合物,电子传递,序号,名称,多肽数,辅基,接收自,传递给,传递质子,NADH,还原酶,22,26,1,个,FMN 6-9,个,Fe/S,中心,NADH,辅酶,Q,是,琥珀酸还原酶,4,5,1,个,FAD,3,个,Fe/S,中心,琥珀酸,(,经由酶结合的,FAD),辅酶,Q,否,细胞色素,b-c,1,还原酶,8,10,细胞色素,b,细胞色素,c,1,个细胞色素,c,1,1,个,Fe/S,中心,辅酶,Q,细胞色素,c,是,细胞色素,c,氧化酶,9,细胞色素,a,细胞色素,c,氧,(O,2,),细胞色素,a,3,Cu,中心,(,其中细胞色素,a,3,是,Fe/Cu,中心,),细胞色素,c,O,2,是,线粒体呼吸链中四种复合物的性质,返回目录,呼吸链中复合物的排列及功能,返回目录,医学应用,线粒体中某些组分的治疗作用,细胞色素,c,已被作为一氧化碳中毒、新生儿窒息、肺功能不全、高山缺氧、心肌炎及心绞痛的急救药或辅助药。辅酶,Q,对高血压、牙周病、肌萎缩有疗效。,返回目录,部位,功能,外膜,磷脂的合成，脂肪酸链去饱和，脂肪酸链延伸,内膜,电子传递，氧化磷酸化，代谢物质运输,膜间腔,核苷的磷酸化,基质腔,丙酮酸氧化，三羧酸循环，脂肪酸的,氧化，,DNA,复制，,RNA,合成，蛋白质合成,8.3,线粒体的功能,一、,线粒体各部分的功能,第三节,返回目录,真核细胞中碳水化合物代谢俯瞰,二、,线粒体的能量转换机制,线粒体是真核生物氧化代谢的部位，是糖、脂肪和氨基酸最终氧化放能的场所。,返回目录,知识回顾：真核细胞中的氧化作用,糖的氧化,:,葡萄糖细胞 胞质中分解为丙酮酸,(,不需要氧，糖酵解,),糖氧化成丙酮酸,丙酮酸脱羧生成乙酰,CoA,乙酰,CoA,进入三羧酸循环彻底氧化,无氧：乳酸,糖的酵解与氧化,能量,:,高能分子,6C,3C,2C,1C,线粒体,线粒体基质中乙酰辅酶,A,的生成,丙酮酸跨膜进入线粒体基质；,在丙酮酸脱氢酶,(,pyruvate,dehydrogenase,),作用下氧化成乙酰辅酶,A,。,生物需要能量时首先利用多糖,多糖葡萄糖丙酮酸,脂肪 脂肪酸,蛋白质 氨基酸,乙酰辅酶,A,（乙酰,CoA,）,三羧酸循环,三,羧酸循环,(,tricarboxylic,acid cycle,TCA cycle),又叫,Krebs,循环、柠檬酸循环。,TCA,循环,葡萄糖酵解生成丙酮酸,乙酰,CoA,的生成,三羧酸循环,返回目录,2,分子,CO,2,1,分子,GTP,4,分子,NADH,1,分子,FADH,2,5,对电子,线粒体在能量转换中的作用,电子传递偶联氧化磷酸化,化学渗透偶联假说,(,chemiosmotic,coupling hypothesis),解释氧化磷酸化的偶联机理。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,。,返回目录,化学渗透学说示意图,返回目录,电子传递与氧化磷酸化,Oxidative,phosphorylation,活细胞中伴随着呼吸链的氧化作用所发生的能量转换和,ATP,的形成过程,。,线粒体,内膜,电化学梯度的建立,Electrochemical gradient,质子梯度,内膜两侧电位差,proton-motive force(,质子动势,),The establishment of a proton-motive force,F,0,-F,1,复合物是,ATP,合成部位,通过线粒体内膜重建实验证,明位于内膜上的,F,0,-F,1,颗粒是呼吸,链中,ATP,合成的部位。,合成,ATP,The Mechanism of Oxidative,Phosphorylation,英国生物化学家,P.Mitchell 1961,年提出了化学渗透假说,(,chemiosomotic,compling,hypothesis),解释氧化磷酸化的偶联机理。,荣获,1978,年诺贝尔化学奖,!,化学渗透假说,在电子传递过程中,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,这种势能驱动了氧化磷酸化反应,(,提供了动力,),合成了,ATP,。,第四节 线粒体的半自主性,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。大多数线粒体蛋白都是由核基因编码，在细胞质中合成后，定向转运到线粒体的，因此线粒体被称为半自主性细胞器（,semiautonomous organelle,）。,返回目录,人类线粒体基因组示意图,一、,线粒体,DNA,人类线粒体基因组是一个环状双链,DNA,包括,37,个基因,可以编码,2,种,rRNA,、,22,种,tRNA,和,13,种蛋白,返回目录,线,粒,体,疾,病,Leber,遗传性视神经病,(,Lebers,hereditary optic neuropathy,，,LHON),是一例典型的由,mtDNA,点突变引起的线粒体病。,LHON,是一种罕见的，母系遗传的疾病，患者会在年轻时失明，最终视神经萎缩。大约,90%,的,LHON,病例的,ND1,、,ND4,或,ND6,基因都发生了点突变。,医学应用,返回目录,二、,线粒体基因组的特点,1.,几乎全部基因组都是编码序列,2.,密码子的特殊性,3.,裸露的,DNA,，不与组蛋白结合,返回目录,密码子,“通用”遗传密码,线粒体遗传密码,UGA,终止,色氨酸,AUA,异亮氨酸,甲硫氨酸,AGA,精氨酸,终止,AGG,精氨酸,终止,“,通用”遗传密码与线粒体遗传密码的差异,返回目录,三、,线粒体从细胞质中转运蛋白质,蛋白质输入线粒体基质的过程,返回目录,蛋白质到线粒体的运输途径,返回目录,线粒体的增殖方式,（,A,）间壁分离；,(B),收缩分离；,(C),出芽分离,第五节 线粒体的增殖与起源,一、,线粒体的增殖,返回目录,线粒体的进化途径,二、线粒体的起源,内共生学说,非内共生学说,返回目录,动物细胞中的过氧化物酶体,第六节 过氧化物酶体,过氧化物酶体，又称微体（,microbody,），是由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器,返回目录,一、过氧化物酶体的结构以及所含酶类,氧化酶,过氧化氢酶,过氧化物酶：很少,RH,2,+O,2,R+H,2,O,2,H,2,O,2,+RH,2,R+2H,2,O,2H,2,O,2,O,2,+2H,2,O,结构：与初级溶酶体类似,所含酶类：主要有三种，其中,过氧化氢酶,是标志酶,返回目录,二、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,脂类合成,返回目录,过,氧,化,物,酶,体,疾,病,可分为两类。,第一类：由某一种过氧化物酶缺乏导致的疾病。如，,X,连锁的脑白质肾上腺萎缩症（,X-,adrenoleukodystrophy,X-ALD,）。本病具有肾上腺皮质机能不全与进行性脑白质变性导致视觉丧失、痴呆、四肢轻瘫等征象，且可致命。,第二类：由过氧化物酶体生物合成缺陷导致的疾病。,如，泽韦格综合征（或脑,-,肝,-,肾综合征）（,Zellwegers,syndrome,）。由于无法将外部的蛋白转运到过氧化物酶体内，过氧化物酶体的功能完全丧失，该病临床症状严重，是一种致死的遗传性疾病。,医学应用,返回目录,三、过氧化物酶体的生物合成,过氧化物酶体中所有的蛋白都是“进口的”。,定位在过氧化物酶体的蛋白有着特定的过氧化物酶,体定位信号（,peroxisomal,targeting,siginals,PTS,）。,过氧化物酶体的基质蛋白和膜蛋白的定位信号是不,同的。,返回目录,第七节 线粒体与医学,线粒体病,线粒体,mtDNA,突变与衰老,线粒体与细胞凋亡,返回目录,复习题,1.,线粒体的超微结构,2.,线粒体的功能,3.,电子传递偶联磷酸化的机制,4.,线粒体的半自主性,5.,过氧化物酶体的标志酶。,返回目录,