5-线粒体3学时.pptx

1 线粒体的基本特征 1 细胞呼吸与能量转换1 线粒体与医学线粒体线粒体线粒体线粒体1 线粒体的基本特征 v 线粒体的形态、数量和结构v 线粒体的化学组成v 线粒体的遗传体系v 线粒体的起源与发生线粒体线粒体线粒体线粒体线粒体的形态与数量线粒体的形态与数量线粒体的形态与数量线粒体的形态与数量与细胞类型、生理状态有关形态呈线状、粒状或杆状，具高度可塑性数量因细胞种类不同，1个50万个细胞代谢旺盛，线粒体数量较多细胞内线粒体分布具有空间差异性，往往伴随微管分布线粒体的形态线粒体的可塑性细胞内线粒体随微管分布移动线粒体的亚显微结构线粒体的亚显微结构电镜下的线粒体由双层单位膜套叠而成亚显微结构包括外膜、外腔、内膜、内腔其中内外膜可融合形成：内外膜转位接触点内腔充满基质：可溶性蛋白、脂肪、双链环状DNA、核糖体电镜下线粒体的结构电镜下线粒体的结构电镜下线粒体的结构电镜下线粒体的结构线粒体结构模型线粒体结构模型外腔=膜间腔内腔=基质腔嵴内空间-外腔嵴间腔-内腔内内外外膜膜转转位位接接触触点点3.内内外外膜膜转转位位接接触触点点3.基质导入序列（基质导入序列（MTS)1.1.外膜外膜外膜外膜n厚度:67 nmn蛋白质/脂类 1:1n允许相对分子量10000的分子通过，比如ATP,NAD,CoA,小分子多肽等。Inner membraneouter membraneporinIntermembrane space2.2.内膜内膜内膜内膜nn厚度厚度:5656 nm nmnn蛋白质蛋白质 /脂类脂类 =80:20=80:20nn内膜内膜通透性很小通透性很小，分子量大于，分子量大于150150的分子的分子不能通过不能通过nn具有具有高度选择透过性高度选择透过性（膜上转运蛋白）（膜上转运蛋白）nn 内膜上大量向内腔突起的折叠内膜上大量向内腔突起的折叠nn 增加内膜表面积，提高线粒体工作效率增加内膜表面积，提高线粒体工作效率nn 线粒体活动越旺盛，嵴的数量越多线粒体活动越旺盛，嵴的数量越多 嵴嵴嵴嵴基基 粒粒心肌细胞心肌细胞基粒（ATP合酶复合体）：参与ATP合成兔肝细胞兔肝细胞F1F0n 基粒：基粒：是存在于线粒是存在于线粒体内膜的体内膜的ATPATP酶复合体酶复合体，由头部（由头部（F F1 1）、柄部）、柄部(对对寡霉素敏感寡霉素敏感)和基片和基片(F(F0 0)构成，包括多个蛋白质亚构成，包括多个蛋白质亚基，具有催化基，具有催化ADPADP合成合成ATPATP的功能。的功能。基粒结构模式图基粒结构模式图ATP酶复合体（酶复合体（F0F1 ATP合酶合酶）头部（偶联因子头部（偶联因子F1）柄部柄部 基片（偶联因子基片（偶联因子F0）n 33多亚基复合体n 纯化F1 催化ATP水解 n 天然F1 合成ATPn 结合F1抑制蛋白抑制蛋白 抑制ATP的合成 n 连接头部与基片n 特异结合寡霉素 抑制ATP合成 n 嵌于内膜 n 连接F1与内膜n 质子流向F1的穿膜通道 ATPATP合酶复合体合酶复合体合酶复合体合酶复合体复合体V Timothy等人提出了等人提出了一个一个ATP合酶中能量转化合酶中能量转化过程的模型，该模型认为过程的模型，该模型认为由由ab33组成了组成了“定子定子（stator）”，c则形则形成成“转子（转子（rotor）”。当当H+穿过穿过a和和c之间的通之间的通道时产生了力矩，从而推道时产生了力矩，从而推动了转子与定子间的相对动了转子与定子间的相对转动，这样在转动，这样在F1中合成了中合成了ATP.F1F0结合变构模型（binding-change model）F1中的亚基作为C亚基旋转中心中固定的转动杆，旋转时引起复合物构型的改变。有三种不同的构型，对ATP和ADP具不同的结合力：O型几乎不与ATP、ADP和Pi结合；L型同ADP和Pi的结合较强；T型与ADP和Pi的结合很紧，并能自动形成ATP，并能与ATP牢牢结合。当亚基旋转并将复合物转变成O型则会释放ATP。ATPATP合成的结合变构机制合成的结合变构机制合成的结合变构机制合成的结合变构机制n 1997,Paul D.Boyer,Nobel Prize 电子传递链，呼吸链电子传递链，呼吸链电子传递链，呼吸链电子传递链，呼吸链 一系列能够可逆的接受和释放一系列能够可逆的接受和释放H H+和和e e-的酶体的酶体系，在内膜上有序的排列成相互关联的链状系，在内膜上有序的排列成相互关联的链状包括复合体包括复合体、及细胞色素及细胞色素C C。H2O HH e-电电 子子 传传 递递 链链O线粒体呼吸链的组成及性质复合体复合体辅基辅基结构结构与膜关系与膜关系催化部位催化部位功能功能复合体I(850Kd)1FMN,16-24FeS(6个FeS中心)二聚体 整合NADH部位:M侧CoQ部位:中央电子传递体、质子泵(NADHCoQ）复合体II(140kd)1FAD,8FeS,1cytb(3个FeS中心)单 体整合琥珀酸部位:M侧CoQ部位:中央电子传递体(琥珀酸CoQ)复合体III(480kd)2cytb,1cytc12FeS二聚体 整合CoQ部位:中央cytc1:C侧电子传递体、质子泵(CoQcytc)复合体IV(160kd)2cyta,2cyta32Cu二聚体 整合cyta部位:C侧O2部位:M侧电子传递体，质子泵(cytcO2)细胞色素c(13kd)1cytc-血红素单 体周边cytc1部位:C侧cyta部位:C侧电子传递体(CoQcyta)分布于线粒体内腔含数百种氧化酶类含可溶性蛋白、脂肪、可溶性中间产物独特的遗传体系：双链环状DNA、核糖体基质颗粒：Ca3(PO4)2沉积（注意与基粒区别）3.3.基质（凝胶状）基质（凝胶状）基质（凝胶状）基质（凝胶状）线粒体的化学组成线粒体的化学组成线粒体的化学组成线粒体的化学组成1、蛋白质、脂类（特色酶）膜由脂类和蛋白质组成，但有自己的特点，如：线粒体内膜具有高含量的心磷脂，保证了内膜具有离子不透过性蛋白质包括可溶蛋白和不溶性蛋白两大类，以内膜上蛋白含量最高2、核酸（特色DNA）3、其他线粒体的酶部位部位主要代表性酶主要代表性酶外外 膜膜单胺氧化酶单胺氧化酶*、NADH-细胞色素细胞色素c还原酶、磷酸甘油酰还原酶、磷酸甘油酰基转移酶、酰基基转移酶、酰基CoA合成酶、脂肪酸辅酶合成酶、脂肪酸辅酶A连接酶、犬连接酶、犬尿酸羟化酶尿酸羟化酶内内 膜膜细胞色素氧化酶系细胞色素氧化酶系*、琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶*、ATP合成酶、丙合成酶、丙酮酸氧化酶系、酮酸氧化酶系、NADH脱氢酶、脱氢酶、羟丙酸脱氢酶、羟丙酸脱氢酶、羟丁酸脱氢酶、羟丁酸脱氢酶、肉碱棕榈酰基转移酶、亚铁螯合酶、对肉碱棕榈酰基转移酶、亚铁螯合酶、对寡霉素敏感的寡霉素敏感的ATP酶酶膜间腔膜间腔腺苷酸激酶腺苷酸激酶*、核苷二磷酸激酶、核苷酸激酶、亚硫酸、核苷二磷酸激酶、核苷酸激酶、亚硫酸氧化酶氧化酶基基 质质苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶*、三羧酸循环酶系、三羧酸循环酶系*、脂肪酸氧化酶系、脂肪酸氧化酶系、柠檬酸循环酶系、核酸及蛋白质合成酶系柠檬酸循环酶系、核酸及蛋白质合成酶系注：带注：带*者为标志酶者为标志酶 线粒体的标志酶线粒体的标志酶线粒体的标志酶线粒体的标志酶线粒体各部分都具有特定的功能线粒体是细胞内酶含量最高的细胞器之一线粒体的标志酶*：外 膜：单胺氧化酶膜间腔：腺苷酸激酶内 膜：细胞色素氧化酶基 质：苹果酸脱氢酶线粒体的标志酶线粒体的标志酶线粒体的标志酶线粒体的标志酶线粒体各部分都具有特定的功能线粒体是细胞内酶含量最高的细胞器之一线粒体的标志酶*：外 膜：单胺氧化酶膜间腔：腺苷酸激酶内 膜：细胞色素氧化酶基 质：苹果酸脱氢酶含有独特的DNA分子 mtDNA,除细胞核外唯一含有DNA的细胞器,与mt核糖体构成相对独立的遗传信息复制、转录和翻译系统为裸露的双链环状DNA一个线粒体内有1至数个不等主要编码线粒体tRNA、rRNA、mRNA线粒体的遗传体系线粒体的遗传体系线粒体的遗传体系线粒体的遗传体系电镜下的线粒体DNA线粒体的遗传体系线粒体的遗传体系线粒体的遗传体系线粒体的遗传体系据据转转录录本本密密度度将将mtDNA分分为为重重链链(H链链)和和轻轻链链(L链链)，都具编码功能，都具编码功能人人类类mtDNA序序列列(剑剑桥桥序序列列)包包括括16,569bp，编编码码37种产物，其中种产物，其中:rRNA 2种种：12S，16S rRNA(H链链)tRNA 22种种：14种种(H链链)，8种种(L链链)mRNA13种种：12种种(H链链)，1种种(L链链)。rRNA-2：12S，16S rRNA(H)tRNA-22：14(H),8(L)mRNA-13：12(H),1(L)人类人类mtDNA图谱图谱半自主性；母系遗传。线粒体的遗传特性线粒体的遗传特性线粒体的遗传特性线粒体的遗传特性半自主性自主性：自主性：线粒体虽具线粒体虽具有自己的遗传物质，有自己的遗传物质，可以合成线粒体所需可以合成线粒体所需要的某些组分；要的某些组分；非自主性：非自主性：线粒体内线粒体内的绝大多数蛋白质仍的绝大多数蛋白质仍然需要依赖细胞核基然需要依赖细胞核基因；因；因而这种遗传上的自因而这种遗传上的自主性是不完整的，故主性是不完整的，故为为半自主性半自主性。母母系系遗遗传传线粒体通过分裂方式实现增殖l出芽分裂l收缩分裂l间壁分裂mtDNA随机、不均等地分配线粒体起源有两种假说：1、内共生假说：起源于共生的早期细菌2、非共生假说：起源于需氧细菌细胞膜内折线粒体的起源与发生线粒体的起源与发生线粒体的起源与发生线粒体的起源与发生线粒体起源的内共生学说线粒体起源的内共生学说？非共生假说非共生假说1 线粒体的基本特征 1 细胞呼吸与能量转换1 线粒体与医学线粒体线粒体线粒体线粒体细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换 细胞呼吸（cellular respiration）：生物体内的糖类、脂肪、蛋白质等有机物在细胞的某些细胞器（线粒体）内借助O2的作用，被氧化分解，产生CO2，同时释放能量存储于ATP中的过程，也称为生物氧化。是细胞内提供生物能源的主要途径细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换 细胞呼吸的特点：l 本质上是线粒体中一系列酶系催化的 氧化还原反应l 产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中l 反应分步进行，能量逐步释放l 反应在恒温恒压下进行l 需要O2的参与细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换能量转换的特点：细胞能量的转换分子ATP 细胞呼吸释放的能量储存于ATP的高能磷 酸键中 断裂一个高能磷酸键释放能量A-PPP A-PP+Pi+能量去磷酸化磷酸化n 细胞呼吸包括两个过程：能量物质的氧化和 ADP的磷酸化1、能量物质的氧化 生物体内的糖类、脂肪、蛋白质等有机物在细胞的 某些细胞器（线粒体）内借助O2的作用，被氧化分 解，产生CO2。2、ADP的磷酸化有两种方式：l 底物水平磷酸化：l 氧化磷酸化（电子传递体系磷酸化）细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换n 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 是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的过程。n 氧化磷酸化氧化磷酸化 是指生物氧化过程中所释放能量的转移过程与ADP的磷酸化过程结合起来，从而将生物氧化过程中释放出来的能量转移到ATP的高能磷酸键中，又称为氧化磷酸化偶联。l 能量物质的氧化1、脱羧CO22、脱氢H2OATPl ADP+Pi氧化磷酸化的结构基础氧化磷酸化的结构基础氧化磷酸化的结构基础氧化磷酸化的结构基础呼吸链ATP酶复合体HHe电子传递链OH2ONADHFADH2电子传递链，呼吸链电子传递链，呼吸链电子传递链，呼吸链电子传递链，呼吸链nn一系列能够可逆的接受和释放一系列能够可逆的接受和释放H H+和和e e-的酶体系，的酶体系，在内膜上有序的排列成相互关联的链状在内膜上有序的排列成相互关联的链状H2O HH e-电电 子子 传传 递递 链链O线粒体呼吸链的组成及性质复合体复合体辅基辅基结构结构与膜关系与膜关系催化部位催化部位功能功能复合体I(850Kd)1FMN,16-24FeS(6个FeS中心)二聚体 整合NADH部位:M侧CoQ部位:中央电子传递体、质子泵(NADHCoQ）复合体II(140kd)1FAD,8FeS,1cytb(3个FeS中心)单 体整合琥珀酸部位:M侧CoQ部位:中央电子传递体(琥珀酸CoQ)复合体III(480kd)2cytb,1cytc12FeS二聚体 整合CoQ部位:中央cytc1:C侧电子传递体、质子泵(CoQcytc)复合体IV(160kd)2cyta,2cyta32Cu二聚体 整合cyta部位:C侧O2部位:M侧电子传递体，质子泵(cytcO2)细胞色素c(13kd)1cytc-血红素单 体周边cytc1部位:C侧cyta部位:C侧电子传递体(CoQcyta)n 基粒：基粒：是存在于线粒是存在于线粒体内膜的体内膜的ATPATP酶复合体酶复合体，由头部（由头部（F F1 1）、柄部）、柄部(对对寡霉素敏感寡霉素敏感)和基片和基片(F(F0 0)构成，包括多个蛋白质亚构成，包括多个蛋白质亚基，具有催化基，具有催化ADPADP合成合成ATPATP的功能。的功能。基粒结构模式图基粒结构模式图线粒体是最主要的物质氧化场所线粒体是最主要的物质氧化场所 生物体内的糖类、脂类、蛋白质等都可作为能源物质，通过氧化分解形成丙酮酸，后者进入线粒体基质后进一步分解成为乙酰CoA，而后经三羧酸循环（TAC）氧化形成水和水和CO2，同时生成大量ATP分子。能量产生过程经典例子：葡萄糖氧化过程大体分成三个步骤：1、糖酵解（细胞质）2、三羧酸循环（TAC）（基质）3、氧化磷酸化（内膜）。蛋白质和脂肪的彻底氧化只在第一步与糖有所区别。脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸n 三羧酸循环（TAC）（线粒体基质中进行）2CH2COSCoA+6NAD+2FAD+2ADP+2Pi+6H2O 4CO2+6NADH+6H+2FADH2 +2HSCoA+2ATPn是各种有机物进行最后氧化的过程n1953,Hans Adolf Krebs,Nobel Prizen 糖酵解（细胞质中进行）C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2CH3COCOOH+2NADH+2H+2ATP丙酮酸葡萄糖 丙酮酸 乳酸 或 乙醇乙酰CoA TAC无氧有氧丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADH+H+葡萄糖的无氧酵解与有氧氧化葡萄糖的无氧酵解与有氧氧化葡萄糖的无氧酵解与有氧氧化葡萄糖的无氧酵解与有氧氧化n 丙酮酸脂溶性通过线粒体内膜 n NADH+H+经特异穿梭机制通过内膜三羧酸循环（三羧酸循环（TAC）氧化磷酸化机理n化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说1、NADH或FADH2提供2e-，经电子传递链 传递给O2；2、2e-传递过程中，向外腔排放2H+；3、线粒体内膜具有离子不通透性，能隔绝H+、OH-等，从而形成跨线粒体内膜的电化学质 子梯度；4、2H+顺浓度经F0F1 ATP合酶回流，释放自由能 产生1分子ATP。化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说1、呼吸链中的递氢递电子体起质子泵的作用。在电子传递过程中可以将H+从线粒体内膜的内侧泵至外侧。1对电子（2e-）经NADH传递到O2时,共泵出3对H+（6 H+）；若经FADH2，则共泵出2对H+（4 H+）。2、H+电化学势梯度建立。膜外侧的H+不能自由通过内膜返回内侧,从而在内膜两侧建立起跨膜的H+电化学势梯度。3、由质子动力推动ATP的合成。1对H+（2 H+）顺浓度经F0F1 ATP合酶回流，释放自由能产生1分子ATP。综上：1分子NADH+H+经过电子传递，释放的能量可以形成3分子ATP;1分子FADH2经过电子传递，释放的能量可以形成2分子ATP。电子传递途径电子传递途径电子传递途径电子传递途径 Complex I CoQ Complex Cytochrome c Complex NADH+H+O2+2H+Complex FADH2H2O2e-2e-质子泵质子泵3 ATP2 ATP电子传递途径电子传递途径 I ICyt c O2 (Complex)Cyt a3 Cyt aFMNFe-S(Complex)CoQCyt b Cyt c1 (Complex)NADH+H+2e-NAD+电子传递途径电子传递途径 IIIICyt c O2 (Complex)Cyt a3 Cyt aFADFe-S(Complex II)FADH22e-FADCyt b Cyt c1 (Complex)CoQ基质基质膜间腔1 1 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖(C6)C6)2 2 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸(C3)C3)糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解胞基质胞基质胞基质胞基质2 2对对对对HH+2 2ATPATP2 2 乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A(C2)A(C2)COCO2 2底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢2 2对对对对H+H+COCO2 2TACTAC线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质6 6对对对对HH+2 2对对对对HH+2 2ATPATPNADNAD6 6ATPATP2 2ATPATPNADNAD6 6ATPATPNADNAD1818ATPATPFADFAD4 4ATPATP2 2ATPATP线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜电子传递和电子传递和电子传递和电子传递和氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化HH2 2OOFADFAD4 4ATPATP线粒体与线粒体与能量形成能量形成 1 1分分分分子子子子葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖完完完完全全全全氧氧氧氧化化化化可可可可形形形形成成成成36383638分分分分子子子子ATPATP，其其其其中中中中34363436分分分分子子子子是是是是在在在在线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内形形形形成成成成的的的的，糖糖糖糖酵酵酵酵解解解解仅仅仅仅产产产产生生生生2 2分分分分子子子子ATPATP，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。1 1 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖(C6)C6)2 2 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸(C3)C3)糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解胞基质胞基质胞基质胞基质2 2对对对对HH+2 2ATPATP2 2 乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A(C2)A(C2)COCO2 2底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢2 2对对对对H+H+COCO2 2TACTAC线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质6 6对对对对HH+2 2对对对对HH+2 2ATPATPNADNAD6 6ATPATP2 2ATPATPNADNAD6 6ATPATPNADNAD1818ATPATPFADFAD4 4ATPATP2 2ATPATP线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜电子传递和电子传递和电子传递和电子传递和氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化HH2 2OOFADFAD4 4ATPATP线粒体与线粒体与能量形成能量形成1 1 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖(C6)C6)2 2 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸(C3)C3)糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解胞基质胞基质胞基质胞基质2 2对对对对HH+2 2ATPATP2 2 乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A(C2)A(C2)COCO2 2底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢2 2对对对对H+H+COCO2 2TACTAC线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质6 6对对对对HH+2 2对对对对HH+2 2ATPATPNADNAD6 6ATPATP2 2ATPATPNADNAD6 6ATPATPNADNAD1818ATPATPFADFAD4 4ATPATP2 2ATPATP线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜电子传递和电子传递和电子传递和电子传递和氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化HH2 2OOFADFAD4 4ATPATP线粒体与线粒体与能量形成能量形成 1 1分分分分子子子子葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖完完完完全全全全氧氧氧氧化化化化可可可可形形形形成成成成36383638分分分分子子子子ATPATP，其其其其中中中中34363436分分分分子子子子是是是是在在在在线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内形形形形成成成成的的的的，糖糖糖糖酵酵酵酵解解解解仅仅仅仅产产产产生生生生2 2分分分分子子子子ATPATP，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。，因此线粒体是生物细胞的动力工厂。1 线粒体的基本特征 1 细胞呼吸与能量转换1 线粒体与医学线粒体线粒体线粒体线粒体细胞的能量转换与医学关系细胞的能量转换与医学关系细胞的能量转换与医学关系细胞的能量转换与医学关系n线粒体对环境变化十分敏感n许多疾病状态下，线粒体的结构和功能发生相应改变，并成为疾病病理变化的一部分n线粒体的异常也可成为疾病发生原因n这种以线粒体结构或功能异常为主要病因的一大类疾病称为线粒体病。n中毒、感染中毒、感染线粒体亦可发生肿胀甚至破裂。线粒体亦可发生肿胀甚至破裂。n原原发发性性肝肝癌癌细细胞胞癌癌变变线线粒粒体体嵴嵴的的数数目目逐逐渐渐下下降降而而最最终终成为液泡状线粒体；成为液泡状线粒体；n缺血性损伤缺血性损伤线粒体也会出现结构变异如凝集、肿胀等；线粒体也会出现结构变异如凝集、肿胀等；n坏坏血血病病组组织织中中有有时时也也可可见见二二到到三三个个线线粒粒体体融融合合成成一一个个大的线粒体的现象，称为线粒体球；大的线粒体的现象，称为线粒体球；n氰氰化化物物、CO等等可可阻阻断断呼呼吸吸链链上上的的电电子子传传递递，造造成成生生物氧化中断、细胞死亡。物氧化中断、细胞死亡。疾病过程中的线粒体变化疾病过程中的线粒体变化疾病过程中的线粒体变化疾病过程中的线粒体变化DNADNA突变与线粒体病突变与线粒体病突变与线粒体病突变与线粒体病nnDNA改变引起的线粒体功能障碍线粒体遗传的半自主性nmtDNA突变引起的线粒体功能障碍nnDNA改变引起的线粒体功能障碍 呈孟德尔遗传编码线粒体蛋白的基因缺陷 线粒体蛋白质转运的缺陷 基因组间交流的缺损 mtDNAmtDNA突变与疾病突变与疾病突变与疾病突变与疾病n线粒体含有独特环状裸露线粒体含有独特环状裸露DNADNA，易发生突变且难修复，易发生突变且难修复n野生型野生型mtDNAmtDNA与与突变型突变型mtDNAmtDNA的比例的比例n细胞加速分裂，稀释突变型细胞加速分裂，稀释突变型mtDNAmtDNAn中中枢枢神神经经系系统统和和骨骨骼骼肌肌对对能能量量的的依依赖赖性性最最强强，故故临临床床症症状状以以中中枢枢神神经经系系统统和和骨骨骼骼肌肌病病变变为为特特征征，统统称称脑脑肌肌病病（mitochondrial encephalopathymitochondrial encephalopathy）n不同疾病，或同一疾病不同个体的临床表现不同不同疾病，或同一疾病不同个体的临床表现不同mtDNAmtDNA突变与疾病突变与疾病突变与疾病突变与疾病 mtDNAmtDNA点突变引起的疾病点突变引起的疾病 突变突变 相关基因表型相关基因表型 nt-3243 tRNALeu(UUR)MELAS PEO NIDDM/耳聋耳聋 nt-3256 tRNALeu(UUR)PEO nt-3271 tRNALeu(UUR)MELAS nt-3303 tRNALeu(UUR)心肌病心肌病 nt-3260 tRNALeu(UUR)心肌病心肌病/肌病肌病 nt-4269 tRNAIle 心肌病心肌病 nt-5730 tRNAAsn 肌病肌病(PEO)nt-8344 tRNALys MERRF nt-8356 tRNALys MERRF/MELAS nt-15990 tRNAPro 肌病肌病 nt-8993 A6 NARP/LEIGH nt-11778 ND4 LHON nt-4160 ND1 LHON nt-3460 ND1 LHON nt-7444 COX1 LHON nt-14484 ND6 LHON nt-15257 Cyt6 LHON n mtDNA缺失、重复导致的疾病 存存在在于于许许多多神神经经肌肌肉肉性性疾疾病病及及一一些些退退化化性性疾疾病病、肾病和肝病中，甚至衰老也与之有关。肾病和肝病中，甚至衰老也与之有关。1Kearns-Sayre综合征(眼肌病)2Pearson-骨髓/胰腺综合征3线粒体心肌病4帕金森病 5 Alzheimer病6非胰岛素依赖型糖尿病 mtDNAmtDNA突变与疾病突变与疾病突变与疾病突变与疾病LeberLeber遗传性视神经病（遗传性视神经病（遗传性视神经病（遗传性视神经病（Leber hereditary Leber hereditary optic neuropathyoptic neuropathy，LHONLHON）n nLeberLeberLeberLeber遗遗遗遗传传传传性性性性视视视视神神神神经经经经病病病病是是是是被被被被证证证证实实实实的的的的第第第第一一一一种种种种母母母母系系系系遗遗遗遗传传传传的的的的疾疾疾疾病病病病，至至至至今今今今尚尚尚尚未未未未发发发发现现现现一一一一个个个个男男男男性患者将此病传给后代。性患者将此病传给后代。性患者将此病传给后代。性患者将此病传给后代。n nLHONLHONLHONLHON是是是是以以以以1871187118711871德德德德国国国国眼眼眼眼科科科科医医医医生生生生Theodor Theodor Theodor Theodor LeberLeberLeberLeber的的的的名名名名字字字字命命命命名名名名的的的的，为为为为一一一一种种种种急急急急性性性性或或或或亚亚亚亚急急急急性性性性发发发发作作作作的的的的母母母母系系系系遗遗遗遗传传传传病病病病。男男男男女女女女病病病病人比例人比例人比例人比例5:15:15:15:1。Leber T 医生n临床症状临床症状 主要症状为视神经退行性变，故又称Leber视神经萎缩。患者多在1820岁发病，男性较多见，个体细胞中突变mtDNA超过96时发病，少于80时男性病人症状不明显。临床表现为双侧视神经严重萎缩引起的急性或亚急性双侧中央视力丧失，可伴有神经、心血管、骨骼肌等系统异常，如头痛、癫痫及心律失常等。LeberLeber遗传性视神经病（遗传性视神经病（遗传性视神经病（遗传性视神经病（Leber Leber hereditary optic neuropathyhereditary optic neuropathy，LHONLHON）视神经与视网膜神经元退化，发病较早，表现为急性亚急性视力减退，导致失明。男性发病率为女性5倍，原因不明。n遗传学遗传学 诱发LHON的mtDNA突变均为点突变。如：G11778A、G14459A（ND6）、G3460A（ND1）、T14484C（ND6）、G15257A（cyt b）。LeberLeber遗传性视神经病（遗传性视神经病（遗传性视神经病（遗传性视神经病（Leber Leber hereditary optic neuropathyhereditary optic neuropathy，LHONLHON）mtDNA11778mtDNA11778位点位点GAGA的突变的突变一个一个LHONLHON的典型系谱的典型系谱注：死亡注：先证者男女注：发病注：正常或携带者本章提要本章提要本章提要本章提要 线粒体是真核细胞内一个特殊的细胞器，属于内膜成分但并非内膜系统的成员。电镜下线粒体是一个由双层单位膜包被起来形成的套囊状结构，分为外膜、膜周间隙、内膜以及基质，内膜往往突出形成特化的线粒体嵴，内膜及嵴上存在许多与电子传递及氧化磷酸化有关的各种酶系统，基质中除了含有与细胞呼吸相关的酶系统外，还具有独特的遗传信息表达体系，其基因的缺失或缺失将导致多种临床疾病的产生，首先累及于能耗较高的脑或心脏。线粒体在遗传上表现为母性遗传和半自主性遗传。线粒体最主要的功能是参与能量分子ATP的形成，是细胞的动力工厂。复习思考题一、名词 内外膜转位接触点 细胞呼吸（生物氧化）氧化磷酸化 底物水平磷酸化 电子传递链（呼吸链）电子传递途径 ATP酶复合体（基粒）二、简答 1.简述线粒体结构及各部分标志酶。2.说明线粒体DNA特性及产物种类。3.以图表方式解析1分子葡萄糖完全氧化可形成 多少分子ATP？4.化学渗透假说。5.简述线粒体的线粒体的母性遗传。6.简述线粒体的半自主性线粒体的半自主性。