线粒体医学知识讲座.ppt

文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,第一节线粒体结构与细胞能量转换,有的呈,线状，颗粒,或短杆状,，,有的呈圆形、哑铃形、星形；还有的呈分枝状、环状等。但以圆柱状与椭圆球形为最多。,一、线粒体的结构,形态：,光镜：线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃形、星形；,还有分枝状、环状等,大小,：,一般直径：,0.51.0,m;,长度：,3,m,。,数目：,正常细胞中：,10002000,个。,分布：,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,。,总之：,线粒体的形态、大小、数目和分布在不同形态和类型,的细胞中可朔性较大。,电镜：,线粒体是由两层单位膜围成的封闭的囊状结构,。,分为,外膜、内膜、膜间隙,和,基质,四部分。,1,1,、外膜,包围在线粒体外表面的一层单位膜，厚,6,7nm,，平整光滑,与内膜不连接。,含有多种孔蛋白形成的水相通道，允许分子量为,5kD,以下的分子通过。所以外膜的通透性非常高,使得膜间隙中的环境几乎与细胞质相似。,2,、内膜,位于外膜的内侧包裹线粒体基质的一层单位膜，平均厚,45nm,。,内膜的通透性较低，一般不允许离子和大多数带电的小分子通过。,线粒体内膜向基质折褶形成嵴，增加内膜的表面积。嵴上有,ATP,合酶，又叫基粒。,内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的主要部位。,标志酶为,细胞色素,C,氧化酶,3,、膜 间 腔,线粒体内膜和外膜之间的间隙称为膜间隙，宽,6,8 nm,，由于外膜通透性很强，而内膜的通透性又很低，所以膜间隙中的化学成分接近于细胞质。,标志酶：,腺苷酸激酶,功能：,建立和维持质子梯度。,4,、基质,内膜和嵴包围着的线粒体内部空间是线粒体基质,1,基质中含有：,酶：催,化三羧酸循环、脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧,化，标,志酶为苹果酸脱氢酶。,线粒体,DNA,（,mtDNA,），,及线粒体特有的核糖体，,tRNAs,、,rRNA,、,DNA,聚合酶、氨基酸活化酶等。,基质颗粒：,电子密,度大，内含,Ca,2,+,、,Mg,2+,、,Zn,2+,等离子,。多见于转运水和无机离子的细胞中。,将呼吸链电子传递过程中释放的能量用于使,ADP,磷酸化生成,ATP,的关键装置，由多种多肽构成的,ATP,合酶复合体，也叫,F0F1-ATP,合酶。,ATPase,既能催化,ATP,的合成,又能催化,ATP,的水解,(F1,解离,),。,一种蛋白质,OSCP,，能与寡霉素特异结合以抑制,ATP,合成。,耦联因子,F0,，镶嵌于内膜的脂双层中，是质子流向,F1,的穿膜通道,。,耦联因子,F1,，由五种亚基组成，既可催化,ATP,水解，自然状态下的功能是合成,ATP,柄部,5,、基粒（,ATP,合酶复合体）,ATP,合成酶：具双向性，结合时合成,ATP,、解离时水解,ATP,。,1979,年提出结合变构、旋转催化模型（质子驱动）,o:open;L:loose;T:tight,可溶性蛋白,：基质中的酶和膜的外周蛋白。其中酶已确认的,有,120,多种，是细胞中含酶最多的细胞器；,不溶性蛋白,：为膜的镶嵌蛋白、结构蛋白和部分酶蛋白。,二、线粒体的化学组成,1.,蛋白质：,占线粒体干重的,65%-70%,，内膜含量较多。,线粒体的蛋白质可分为两类：,2.,脂 类：,占线粒体干重的,25%-30%,，主要成分为磷脂。,4.,水、辅酶、维生素、金属离子等。,3.,线粒体,DNA(mtDNA),具独立的遗传系统，存在于基质或依,附于内膜，它与细胞核的遗传系统构成一个整体。,三、线粒体的遗传体系,线粒体具有一套完整的转录和翻译体系，包括,mtDNA,，,70,型核糖体，,tRNAs,rRNA,DNA,聚合酶、氨基酸活化酶等。表明有一定的自主性。,mtDNA,分子量小、基因数量少、编码的蛋白质有限，只编码线粒体蛋白质的,10%,，大多数线粒体蛋白质（,90%,）由核基因编码的，并在细胞质中合成后转运到线粒体中。同时线粒体遗传体系受控于细胞核遗传系统，必须依靠核内的遗传信息才能完成自我的复制。,因此，线粒体为半自主性细胞器。,A-PPP A-PP+Pi+,能量,(1.72kj),去磷酸,磷酸化,一、细胞的能量货币,ATP(,三磷酸腺苷,),ATP,的作用：,1,、是细胞生命活动的直接供能者；,2,、是细胞能量转换的中间携带者，“能量货币”,3,、是细胞的能量获得、转换、储存和利用的枢纽。,四、,线粒体的功能,产生的途径：,氧化磷酸化和底物水平磷酸化,1,、氧化磷酸化：高能电子在线粒体内膜呼吸链的电子传递过程中释放出的能量被线粒体内膜或者嵴上的基粒用来催化,ADP,磷酸化，合成,ATP,。是主要形式，占,80%,。,2,、底物水平磷酸化：由高能底物水解放能，直接将高能磷酸键从底物转移到,ADP,上，使,ADP,磷酸化生成,ATP,。占,1020%,。,线粒体功能区隔：,外膜：转运蛋白质,内膜：产生能量,基质：三羧酸循环,线粒体是糖类、脂肪和蛋白质最终彻底氧化释放能量并转换能量的场所,-,“,细胞的动力工厂,”,具体体现在：,三羧酸循环,（,tricarboxylic acid cycle,TCA,）和,氧化磷酸化,细胞氧化,：指在活细胞的线粒体中，在氧气的参与下，胞内糖类、脂肪和蛋白质等有机物彻底氧化分解为二氧化碳和水，且伴随着能量释放和,ATP,生成的过程。也称细胞呼吸,(cellular respiration),。,细胞氧化分,4,个阶段：,1,、葡萄糖分解生成丙酮酸，细胞质基质中进行；,2,、丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧，生成乙酰,CoA,；,3,、,，在线粒体基质中进行；,4,、电子传递（氧化）及磷酸化，在线粒体内膜进行。（,O O,2-,;H H,+,）,34,三羧酸循环：,2,次脱羧、,4,次脱氢（,3,次,NAD+,，,1,次,FAD,接受）、,1,次底物水平磷酸化。,一分子的葡萄糖彻,底氧化生成,38,个,ATP,糖酵解：,2,个,线粒体内：,36,个,三羧酸循环：,2,个,内膜上呼吸氧化过程：,34,个,细胞氧化结果,1,分子葡萄糖,6CO2,12H,氧化、丙酮酸脱氢、,TAC,线粒体内膜上酶体系逐级传递,O,2-,传递电子的酶体系是由一系列能够可逆地接受和释放,H,和,e-,的化学物质所组成，在内膜上有序地排列成相互关联的传递链，称为,呼吸链,或电子传递呼吸链,呼吸链（电子传递链）需要,4,种复合物（,p96,）,:,NAD+NADH,FAD2+FADH2,氧化磷酸化（,oxidative phosphorylation,）,物质氧化,高能电子,氧,氧化过程（释能）,内膜上,ADP+Pi,ATP,质子动力势,energy,energy,磷酸化过程（储能），基粒,氧化磷酸化作用,-,氧化过程伴随磷酸化的耦联,ATP,形成,经糖酵解和三羧酸循环产生的,NADH,和,FADH2,是两种还原性的电子载体，它们所携带的电子经线粒体内膜的呼吸链逐级定向传递给,O2,，本身则被氧化。电子传递过程中释放出的能量被,F0F1ATP,酶复合体用来催化,ADP,磷酸化而合成,ATP,，这就是,氧化磷酸化作用,五 线粒体与人类疾病和衰老,一、线粒体病（,mitochondrial diseases,，,MD,）,特点：,1.MD,多数由于线粒体,DNA,改变而引起。,2.MD,具有母系遗传的特点。,3.MD,多为神经、肌肉系统疾病。,二、线粒体与衰老：与,mtDNA,有关,Leber,遗传性视神经病（,LHON,）：,ND4*,11778,GA,，精氨酸组氨酸,ND1*,3460,GA,，丙氨酸丝氨酸,肌阵挛性癫痫和粗糙红纤维综合征（,MERRF,）：,tRNA,Lys,:,8334,AG,；,8356,TC,神经性肌虚弱,共济失调及色素性视网膜炎综合征,(NARP):,H,+,-ATP,酶,:,8993,TG,，亮氨酸精氨酸,本章小结,线粒体结构特点和分布。,线粒体半自主性。,线粒体功能（,氧化磷酸化作用,）。,