第06章線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換

1、第六第六章章 線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換mitochondrion and energy conversion in cells基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室 陳賢均教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求第一節(jié)第一節(jié) 線粒體的基本特征線粒體的基本特征一、線粒體的形態(tài)、數(shù)量和結(jié)構(gòu)一、線粒體的形態(tài)、數(shù)量和結(jié)構(gòu)（一）線粒體的形態(tài)、數(shù)量與分布（一）線粒體的形態(tài)、數(shù)量與分布1.1.形態(tài)：一般呈粒狀或桿狀。形態(tài)：一般呈粒狀或桿狀。&可呈線狀，啞鈴形、分杈狀或其它形狀，因生物或可呈線狀，啞鈴形、分杈狀或其它形狀，因生物或細(xì)胞種類和生理狀態(tài)而異。如肝細(xì)胞的呈橢球形和細(xì)胞種類和生理狀態(tài)而異。如肝

2、細(xì)胞的呈橢球形和棒狀，口腔粘膜上皮細(xì)胞的是球形顆粒，酵母菌的棒狀，口腔粘膜上皮細(xì)胞的是球形顆粒，酵母菌的是分支形的。低滲狀態(tài)下呈泡狀，高滲狀態(tài)下成線是分支形的。低滲狀態(tài)下呈泡狀，高滲狀態(tài)下成線狀；人胚肝細(xì)胞線粒體在發(fā)育早期是短棒狀，晚期狀；人胚肝細(xì)胞線粒體在發(fā)育早期是短棒狀，晚期長棒狀。長棒狀。2.大?。阂话阒睆酱笮。阂话阒睆?.51.0m , 長長1.53.0 m 。&在胰臟外分泌細(xì)胞中可長達(dá)在胰臟外分泌細(xì)胞中可長達(dá)1020 m，稱，稱巨線粒體巨線粒體3.3.數(shù)量：因細(xì)胞的種類而不同，一個細(xì)胞中的線粒體數(shù)量：因細(xì)胞的種類而不同，一個細(xì)胞中的線粒體數(shù)一般為幾百到幾千個。數(shù)一般為幾百到幾

3、千個。&哺乳動物成熟紅細(xì)胞中無線粒體。哺乳動物成熟紅細(xì)胞中無線粒體。&單細(xì)胞鞭毛藻單細(xì)胞鞭毛藻1 1個個&酵母細(xì)胞酵母細(xì)胞1 1個大型分支的線粒體個大型分支的線粒體&肝細(xì)胞約肝細(xì)胞約13001300個個&巨大變形蟲巨大變形蟲5050萬個萬個4.4.分布：與細(xì)胞能量需求相適應(yīng)。分布：與細(xì)胞能量需求相適應(yīng)。&代謝旺盛的細(xì)胞中較多代謝旺盛的細(xì)胞中較多&功能活動旺盛的區(qū)域中較多：如在肝細(xì)胞中呈均功能活動旺盛的區(qū)域中較多：如在肝細(xì)胞中呈均勻分布，在腎細(xì)胞中靠近微血管，呈平行或柵狀勻分布，在腎細(xì)胞中靠近微血管，呈平行或柵狀排列，腸表皮細(xì)胞中呈兩極性分

4、布，集中在頂端排列，腸表皮細(xì)胞中呈兩極性分布，集中在頂端和基部，在精子中分布在鞭毛中段。和基部，在精子中分布在鞭毛中段。&線粒體在細(xì)胞質(zhì)中可以向功能旺盛的區(qū)域遷移線粒體在細(xì)胞質(zhì)中可以向功能旺盛的區(qū)域遷移l光鏡下人口腔粘膜上皮細(xì)胞中光鏡下人口腔粘膜上皮細(xì)胞中的線粒體的線粒體l用離心法從小鼠肝臟分離的線粒體，詹那斯綠b染色。涂片相同區(qū)域不同焦平面的折光差異顯示線粒體為亮綠色（上圖）和暗綠色（下圖）。線粒體之間的雜質(zhì)為細(xì)胞碎片。（二）線粒體的結(jié)構(gòu)（二）線粒體的結(jié)構(gòu)1.外膜外膜(outer membrane)（1）形態(tài)：光滑平整，厚）形態(tài)：光滑平整，厚57nm（2）組成：脂類與蛋白質(zhì)各約）組成

5、：脂類與蛋白質(zhì)各約1/2，標(biāo)志性酶是單氨，標(biāo)志性酶是單氨氧化酶氧化酶（3）功能特性：通透性較高。含多種轉(zhuǎn)運蛋白）功能特性：通透性較高。含多種轉(zhuǎn)運蛋白（孔蛋白，有直徑（孔蛋白，有直徑23nm的含水孔道），允的含水孔道），允許分子量在許分子量在10 000以下以下的物質(zhì)自由通過。的物質(zhì)自由通過。2.內(nèi)膜內(nèi)膜(inner membrane)（1）形態(tài)：向內(nèi)腔折疊形成嵴，表面積大；嵴上有特）形態(tài)：向內(nèi)腔折疊形成嵴，表面積大；嵴上有特化的基粒，膜厚化的基粒，膜厚4.5nm；（2）組成：脂類）組成：脂類20%，蛋白，蛋白80%，內(nèi)膜的標(biāo)志性酶是內(nèi)膜的標(biāo)志性酶是細(xì)胞色素氧化酶和琥珀酸脫氫酶。細(xì)胞色素氧化酶和

6、琥珀酸脫氫酶。（3）功能特性：通透性）功能特性：通透性較低，分子量大于較低，分子量大于150的物質(zhì)不能自由通過；的物質(zhì)不能自由通過；有多種轉(zhuǎn)運蛋白，選有多種轉(zhuǎn)運蛋白，選擇通透性強。擇通透性強。（4）結(jié)構(gòu)區(qū)域：）結(jié)構(gòu)區(qū)域：l基質(zhì)腔基質(zhì)腔(matrix space)：內(nèi)膜圍成，含基質(zhì)，：內(nèi)膜圍成，含基質(zhì)，l膜間腔膜間腔(intermembrane space)：內(nèi)外膜之間的腔：內(nèi)外膜之間的腔l嵴嵴(cristae): 嵴是內(nèi)膜向內(nèi)腔突起形成的嵴是內(nèi)膜向內(nèi)腔突起形成的板狀或管板狀或管狀折疊狀折疊。l嵴間腔嵴間腔(intercristae space)l嵴內(nèi)腔嵴內(nèi)腔(intracristae spac

7、e)return to page 11（1 1）定義：線粒體內(nèi)、外膜相互接觸的位置，此處膜）定義：線粒體內(nèi)、外膜相互接觸的位置，此處膜間腔的狹，稱為轉(zhuǎn)位接觸點，間腔的狹，稱為轉(zhuǎn)位接觸點，是物質(zhì)進(jìn)出線粒體的通是物質(zhì)進(jìn)出線粒體的通道。道。（2 2）功能性成分）功能性成分n外膜轉(zhuǎn)位子（外膜轉(zhuǎn)位子（tomtom）受體蛋白受體蛋白n內(nèi)膜轉(zhuǎn)位子（內(nèi)膜轉(zhuǎn)位子（timtim）通道蛋白通道蛋白4.基質(zhì)（基質(zhì)（matrix）基質(zhì)腔和嵴間腔中的膠狀物質(zhì)，成分有：基質(zhì)腔和嵴間腔中的膠狀物質(zhì)，成分有：（1）酶類：三羧酸循環(huán)，脂肪酸氧化，氨基酸分解，）酶類：三羧酸循環(huán)，脂肪酸氧化，氨基酸分解，蛋白質(zhì)合成等；蛋白質(zhì)合成等；

8、標(biāo)志酶是蘋果酸脫氫酶標(biāo)志酶是蘋果酸脫氫酶。（2）mtdna：雙鏈環(huán)狀：雙鏈環(huán)狀（3）核糖體：）核糖體：70s5.基?；?elementary particle)基粒是內(nèi)膜基質(zhì)腔面的基粒是內(nèi)膜基質(zhì)腔面的atp酶復(fù)合體，可催化酶復(fù)合體，可催化adp磷酸化生成磷酸化生成atp。二、線粒體的化學(xué)組成二、線粒體的化學(xué)組成線粒體的化學(xué)組成線粒體的化學(xué)組成（一）蛋白質(zhì)（一）蛋白質(zhì)（占干重的（占干重的6570%）（三）（三）dna及遺傳系統(tǒng)（及遺傳系統(tǒng)（有遺傳半自主性）有遺傳半自主性）（二）脂類（二）脂類( (占占干重的干重的25-30%25-30%) )1.1.成分：卵磷脂、腦磷脂、成分：卵磷脂、腦磷脂、

9、心磷脂及磷脂酰肌醇；心磷脂及磷脂酰肌醇；2.2.特征：卵磷脂含量最高，特征：卵磷脂含量最高，含心磷脂，膽固醇含量低含心磷脂，膽固醇含量低1.1.可溶性蛋白：基質(zhì)中的酶可溶性蛋白：基質(zhì)中的酶蛋白和膜外在蛋白蛋白和膜外在蛋白2.2.不溶性蛋白：嵌入膜內(nèi)的不溶性蛋白：嵌入膜內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白和酶蛋白結(jié)構(gòu)蛋白和酶蛋白三、線粒體的遺傳體系三、線粒體的遺傳體系線粒體有自己的基因表達(dá)系統(tǒng)，但線粒體有自己的基因表達(dá)系統(tǒng)，但只編碼只編碼10多種蛋白多種蛋白質(zhì)，線粒體中已確定的酶有質(zhì)，線粒體中已確定的酶有120多種，多種，是半自主性細(xì)是半自主性細(xì)胞器。胞器。（一）線粒體基因組特征（一）線粒體基因組特征1.線粒體基因組線

10、粒體基因組結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征（1）dna 分子特征：裸露、分子特征：裸露、環(huán)狀環(huán)狀，無內(nèi)含子，結(jié)構(gòu)緊，無內(nèi)含子，結(jié)構(gòu)緊密，編碼序列占密，編碼序列占93%，有，有重疊基因重疊基因，有，有特殊秘密特殊秘密；1個分子，個分子， 16 596 bp，多個拷貝。，多個拷貝。（2）基因數(shù)量與類別：重鏈）基因數(shù)量與類別：重鏈28個基因，輕鏈個基因，輕鏈9個基因，個基因，共共37個基因。個基因。2個個rrna基因基因22個個trna基因基因13個個蛋白質(zhì)基因蛋白質(zhì)基因return to page 19return to page 19線粒體遺傳系統(tǒng)的特殊密碼子線粒體遺傳系統(tǒng)的特殊密碼子return to pag

11、e 19密碼子密碼子核密碼編核密碼編碼氨基酸碼氨基酸線粒體密碼子編碼氨基酸線粒體密碼子編碼氨基酸哺乳動物哺乳動物果蠅果蠅鏈孢霉菌鏈孢霉菌 酵母酵母uga終止終止色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸aga,agg 精氨酸精氨酸終止終止絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸aua異亮氨酸異亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 異亮氨酸異亮氨酸 異亮氨酸異亮氨酸auu異亮氨酸異亮氨酸 異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸cuu,cuc cua,cug亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸蘇氨酸蘇氨酸亮氨酸亮氨酸2.線粒體基因組的線粒體基因組的功能特征功能

12、特征 （1）復(fù)制不受細(xì)胞周期限制；）復(fù)制不受細(xì)胞周期限制；（2）突變率高，缺乏修復(fù)能力；）突變率高，缺乏修復(fù)能力；（3）呈母系遺傳。）呈母系遺傳。（二）線粒體基因表達(dá)（特征）（二）線粒體基因表達(dá)（特征）1. 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是包括包括mrna和和trna的多順反子；的多順反子；2. mrna不含內(nèi)含子，很少有非翻譯區(qū)；不含內(nèi)含子，很少有非翻譯區(qū)；3. 成熟的成熟的mrna 5端沒有帽，端沒有帽，3端有端有55個多聚個多聚a的尾部；的尾部；4. 翻譯在線粒體核糖體中進(jìn)行（核糖體蛋白由核基因翻譯在線粒體核糖體中進(jìn)行（核糖體蛋白由核基因編碼，由細(xì)胞質(zhì)運往線粒體）編碼，由細(xì)胞質(zhì)運往線粒體）5. 所有

13、所有trna均由均由mtdna編碼編碼6. 多肽鏈起始氨基酸為多肽鏈起始氨基酸為甲酰甲酰甲硫氨酸。甲硫氨酸。（三）線粒體（三）線粒體dna的復(fù)制的復(fù)制1.重鏈、輕鏈各有一個復(fù)制起始點重鏈、輕鏈各有一個復(fù)制起始點2.重鏈先復(fù)制，順時針方向；輕鏈后復(fù)制，逆時針方向；重鏈先復(fù)制，順時針方向；輕鏈后復(fù)制，逆時針方向；復(fù)制需復(fù)制需2小時小時四、核基因編碼蛋白質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運四、核基因編碼蛋白質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運l線粒體內(nèi)含有線粒體內(nèi)含有10001500種蛋白質(zhì)，種蛋白質(zhì)，98以上是以上是由細(xì)胞核基因編碼、胞質(zhì)核糖體合成后運入線粒由細(xì)胞核基因編碼、胞質(zhì)核糖體合成后運入線粒體的。體的。l線粒體接受核編碼蛋白的區(qū)

14、域有：基質(zhì)、膜間隙、線粒體接受核編碼蛋白的區(qū)域有：基質(zhì)、膜間隙、外膜和內(nèi)膜外膜和內(nèi)膜l線粒體蛋白無論進(jìn)入線粒體的哪個區(qū)域均需要分線粒體蛋白無論進(jìn)入線粒體的哪個區(qū)域均需要分子伴侶的協(xié)助。子伴侶的協(xié)助。（一）蛋白向線粒體基質(zhì)的轉(zhuǎn)運（一）蛋白向線粒體基質(zhì)的轉(zhuǎn)運1.核編碼線粒體蛋白質(zhì)核編碼線粒體蛋白質(zhì)n端有基質(zhì)導(dǎo)入序列，該序列可端有基質(zhì)導(dǎo)入序列，該序列可被線粒體外膜和內(nèi)膜上的受體能識別并與之結(jié)合被線粒體外膜和內(nèi)膜上的受體能識別并與之結(jié)合2.核編碼線粒體蛋白前體與分子伴侶結(jié)合保持非折疊狀核編碼線粒體蛋白前體與分子伴侶結(jié)合保持非折疊狀態(tài)態(tài)3.蛋白質(zhì)分子運動產(chǎn)生的動力協(xié)助多肽鏈穿越線粒體膜蛋白質(zhì)分子運動產(chǎn)生

15、的動力協(xié)助多肽鏈穿越線粒體膜4.非折疊的多肽鏈在線粒體基質(zhì)內(nèi)重新折疊成活性蛋白非折疊的多肽鏈在線粒體基質(zhì)內(nèi)重新折疊成活性蛋白（二）線粒體蛋白進(jìn)入線粒體其他部位（二）線粒體蛋白進(jìn)入線粒體其他部位 1.核編碼蛋白向線粒體蛋白膜間腔運輸核編碼蛋白向線粒體蛋白膜間腔運輸l需要基質(zhì)導(dǎo)入序列和膜間腔導(dǎo)入序列需要基質(zhì)導(dǎo)入序列和膜間腔導(dǎo)入序列l(wèi)有兩種方式進(jìn)入膜間腔有兩種方式進(jìn)入膜間腔2.核編碼蛋白向線粒體內(nèi)膜和外膜的轉(zhuǎn)運核編碼蛋白向線粒體內(nèi)膜和外膜的轉(zhuǎn)運l機制不甚清楚機制不甚清楚五、線粒體的起源與發(fā)生五、線粒體的起源與發(fā)生（一）線粒體的起源：內(nèi)共生（二）線粒體的發(fā)生：二分裂第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞呼吸與能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞

16、呼吸與能量轉(zhuǎn)換一、細(xì)胞呼吸一、細(xì)胞呼吸1.定義：在特定細(xì)胞器（主要是線粒體）內(nèi)，在定義：在特定細(xì)胞器（主要是線粒體）內(nèi)，在o2的參的參與下，分解大分子物質(zhì)，釋放出能量并儲存于與下，分解大分子物質(zhì)，釋放出能量并儲存于atp的過程成為細(xì)胞呼吸，也稱為生物氧化。的過程成為細(xì)胞呼吸，也稱為生物氧化。2.特點特點l本質(zhì)上是在線本質(zhì)上是在線粒體中進(jìn)行的由一系列酶催化的氧化粒體中進(jìn)行的由一系列酶催化的氧化還原反應(yīng)；還原反應(yīng)；l所產(chǎn)生的能量儲存于所產(chǎn)生的能量儲存于atp的高能磷酸鍵中；的高能磷酸鍵中；l反應(yīng)在恒溫、恒壓條件下進(jìn)行；反應(yīng)過程中需要反應(yīng)在恒溫、恒壓條件下進(jìn)行；反應(yīng)過程中需要o2和和h2o的參與。的

17、參與。二、高能分子二、高能分子atp通過通過adp與與atp之間的相互轉(zhuǎn)化進(jìn)行細(xì)胞能量的轉(zhuǎn)之間的相互轉(zhuǎn)化進(jìn)行細(xì)胞能量的轉(zhuǎn)換與儲存。轉(zhuǎn)換過程可表示為：換與儲存。轉(zhuǎn)換過程可表示為：a-pp + pi + 1.72 kja-ppp磷酸化磷酸化去磷酸化去磷酸化第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)一、糖酵解和乙酰一、糖酵解和乙酰coa 的生成的生成 c6h12o6 2ch3cocooh+2h+ 在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行，不需氧。在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行，不需氧。丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶2ch3cocooh+2hscoa 2ch3co-scoa+2co2+2h+ 2nad+ 2nadh 在線粒體

18、基質(zhì)中進(jìn)行，不需氧。在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，不需氧。糖酵解糖酵解酶系酶系二、三羧酸循環(huán)二、三羧酸循環(huán) 3nad+fad 3nadh+fadh2 ch3co-scoa+3h2o 2co2+hscoa+3h+ gdp+pi gtp 在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，不需氧。在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，不需氧。三羧酸循環(huán)是各種有機物進(jìn)行最后氧化的過程，也是各三羧酸循環(huán)是各種有機物進(jìn)行最后氧化的過程，也是各類有機物相互轉(zhuǎn)化的樞紐。類有機物相互轉(zhuǎn)化的樞紐。線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸蘋果酸天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸蘋果酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸n

19、adh nad+nadh nad+123456線粒體內(nèi)膜的穿梭機制線粒體內(nèi)膜的穿梭機制蘋果酸蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)，說明天冬氨酸穿梭系統(tǒng)，說明nadh進(jìn)入線粒體的機制。進(jìn)入線粒體的機制。1.蘋果酸脫氫酶，蘋果酸脫氫酶，2.蘋果酸蘋果酸- 酮戊二酸逆向運輸載體，酮戊二酸逆向運輸載體，3.蘋果酸蘋果酸脫氫酶，脫氫酶，4.谷谷-草轉(zhuǎn)氨酶，草轉(zhuǎn)氨酶，5.谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸逆向轉(zhuǎn)運載體（可天冬氨酸逆向轉(zhuǎn)運載體（可交換運輸此二類物質(zhì)），交換運輸此二類物質(zhì)），6.谷谷-草轉(zhuǎn)氨酶草轉(zhuǎn)氨酶胞質(zhì)溶液胞質(zhì)溶液線粒體內(nèi)線粒體內(nèi) -磷酸甘油穿梭機制磷酸甘油穿梭機制甘油甘油3-磷酸磷酸脫氫酶復(fù)合體脫氫酶復(fù)合體 fad

20、h2 fad磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮甘油甘油3-磷酸磷酸nadh+h胞質(zhì)胞質(zhì)甘油甘油3-磷酸磷酸脫氫酶脫氫酶nad膜間腔膜間腔基質(zhì)基質(zhì)2eq+-三、氧化磷酸化與三、氧化磷酸化與atp生成生成（一）呼吸鏈和（一）呼吸鏈和atp酶復(fù)合體酶復(fù)合體1.呼吸鏈呼吸鏈l糖酵解和三羧酸循環(huán)中脫下的氫，以質(zhì)子和電子的形糖酵解和三羧酸循環(huán)中脫下的氫，以質(zhì)子和電子的形式通過多種酶和輔酶構(gòu)成的傳遞體系逐步傳遞，最后式通過多種酶和輔酶構(gòu)成的傳遞體系逐步傳遞，最后與氧結(jié)合成水。這樣的遞氫和遞電子體系稱為呼吸鏈與氧結(jié)合成水。這樣的遞氫和遞電子體系稱為呼吸鏈或電子傳遞鏈?；螂娮觽鬟f鏈。l呼吸鏈中的酶和輔酶先構(gòu)成呼吸鏈中的酶

21、和輔酶先構(gòu)成酶復(fù)合體酶復(fù)合體，再由酶復(fù)合體，再由酶復(fù)合體構(gòu)成呼吸鏈。呼吸鏈中酶復(fù)合體按照嚴(yán)格的順序排列構(gòu)成呼吸鏈。呼吸鏈中酶復(fù)合體按照嚴(yán)格的順序排列在線粒體內(nèi)膜上；在線粒體內(nèi)膜上；l在電子傳遞過程中逐步釋放出能量，并儲存于在電子傳遞過程中逐步釋放出能量，并儲存于atp中中&線粒體內(nèi)有兩條主要的呼吸鏈：線粒體內(nèi)有兩條主要的呼吸鏈：（1）由復(fù)合體）由復(fù)合體i、iii、iv組成，催化組成，催化nadh的脫氫氧的脫氫氧化。化。（2）由復(fù)合體）由復(fù)合體ii、iii、iv組成，催化組成，催化fadh2的脫氫氧的脫氫氧化?；?。n任何兩個復(fù)合物之間沒有穩(wěn)定的連接結(jié)構(gòu)，而是由任何兩個復(fù)合物之間沒有穩(wěn)定的

22、連接結(jié)構(gòu)，而是由這樣的可擴散性分子連接。這樣的可擴散性分子連接。turn to page 51 fmn, fes fad, fes, cyt bcyt b, cyt c1, fescyt a, cyt a3, cu*伴隨伴隨h+跨膜轉(zhuǎn)運，跨膜轉(zhuǎn)運，#不伴隨不伴隨h+跨膜轉(zhuǎn)運。跨膜轉(zhuǎn)運。不參與復(fù)合體構(gòu)成的載體成分：不參與復(fù)合體構(gòu)成的載體成分：nad, coq, cyt creturn to page 46 transport of electrons from nadhreturn to page 47 transport of electrons from fadh2琥珀酸琥珀酸h+retur

23、n to page 472.atp合酶合酶(atp synthetase)復(fù)合體（基粒）復(fù)合體（基粒）基?；?atp合酶復(fù)合體的分布、形態(tài)與結(jié)構(gòu)合酶復(fù)合體的分布、形態(tài)與結(jié)構(gòu)2.atp合酶合酶(atp synthetase)復(fù)復(fù)合體合體（1）形態(tài)：狀如蘑菇，由）形態(tài)：狀如蘑菇，由8種種22個蛋白亞單位構(gòu)成，分子個蛋白亞單位構(gòu)成，分子量量500kd，。分為球形的頭，。分為球形的頭部（部（f1）和嵌入膜中的基部）和嵌入膜中的基部（f0）。每個肝細(xì)胞線粒體）。每個肝細(xì)胞線粒體通常含通常含15000個個atp合酶，每合酶，每個酶每秒鐘可產(chǎn)生個酶每秒鐘可產(chǎn)生100個個atp。atp合酶的結(jié)構(gòu)（lodis

24、h等1999）（2）頭部（）頭部（f1）：）： f1由由5種多種多肽組成肽組成 3 3復(fù)合體，具有復(fù)合體，具有三個三個atp合成的催化位點合成的催化位點（每個（每個 亞基具有一個）。亞基具有一個）。 和和 單位交替排列，狀如桔單位交替排列，狀如桔瓣。瓣。 貫穿貫穿 復(fù)合體，并與復(fù)合體，并與f0接觸，接觸， 幫助幫助 與與f0結(jié)合。結(jié)合。 與與f0的兩個的兩個b亞基形成固定亞基形成固定復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。atp合酶的結(jié)構(gòu)（lodish等1999）（3）基片（）基片（f0）：）： f0由三種多肽組成由三種多肽組成ab2c12復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，12個個c亞基組成一個環(huán)亞基組

25、成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)子通形結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)子通道，可使質(zhì)子由膜間道，可使質(zhì)子由膜間隙流回基質(zhì)。隙流回基質(zhì)。atp合酶的結(jié)構(gòu)（lodish等1999）（二）氧化磷酸化的作用機理（二）氧化磷酸化的作用機理1.質(zhì)子動力勢質(zhì)子動力勢根據(jù)根據(jù)“化學(xué)滲透假說化學(xué)滲透假說”，當(dāng)電子沿呼吸鏈傳遞時，當(dāng)電子沿呼吸鏈傳遞時，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜間隙，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜間隙，使膜間隙的質(zhì)子濃使膜間隙的質(zhì)子濃度高于基質(zhì)，在度高于基質(zhì)，在內(nèi)膜的兩側(cè)形成內(nèi)膜的兩側(cè)形成ph梯度及電位梯梯度及電位梯度，兩者共同構(gòu)度，兩者共同構(gòu)成電化學(xué)梯度，成電化學(xué)梯度，即即質(zhì)子動力勢質(zhì)子動力勢。2.atp合酶

26、作用機理合酶作用機理(1)質(zhì)子動力勢質(zhì)子動力勢的存在使膜間腔中的質(zhì)子順的存在使膜間腔中的質(zhì)子順電化學(xué)梯電化學(xué)梯度度經(jīng)經(jīng)atp酶復(fù)合體的質(zhì)子通道由酶復(fù)合體的質(zhì)子通道由f0f1返回基質(zhì)返回基質(zhì)中，同時釋中，同時釋放放能量能量改變改變atp合酶的構(gòu)象合酶的構(gòu)象，從而改變從而改變atp合酶與底物的合酶與底物的親和力，催化親和力，催化adp與與pi形成形成atp。123在在l構(gòu)象，構(gòu)象，adp、pi與酶疏松結(jié)合與酶疏松結(jié)合在一起；在在一起；在t構(gòu)象構(gòu)象adp、 pi與酶緊與酶緊密結(jié)合在一起，密結(jié)合在一起，在這種情況下可在這種情況下可將兩者加合在一將兩者加合在一起成起成atp；在；在o構(gòu)構(gòu)象象atp與酶的

27、親與酶的親和力很低，被釋和力很低，被釋放出去。放出去。(3)質(zhì)子通過質(zhì)子通過f0時，釋放能量引時，釋放能量引起起c亞基環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動亞基環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動 亞基旋轉(zhuǎn)，亞基旋轉(zhuǎn)， 亞基的旋轉(zhuǎn)引亞基的旋轉(zhuǎn)引起起 亞基催化位點構(gòu)象的周亞基催化位點構(gòu)象的周期性變化期性變化(l, t, o)，不斷將，不斷將adp和和pi加合在一起，形成加合在一起，形成atp。第四節(jié)第四節(jié) 線粒體與細(xì)胞凋亡線粒體與細(xì)胞凋亡一、與細(xì)胞死亡有關(guān)的線粒體機制一、與細(xì)胞死亡有關(guān)的線粒體機制線粒體產(chǎn)生大量超氧陰離子形成活性氧線粒體產(chǎn)生大量超氧陰離子形成活性氧組分組分（reactive oxygen species, ros）1.ros水平低時，促進(jìn)細(xì)胞增生水平低時，促進(jìn)細(xì)胞增生2.ros水平高時，線粒體內(nèi)膜非特異性通透性孔道開水平高時，線粒體內(nèi)膜非特異性通透性孔道開放，放，caspase級聯(lián)活化，級聯(lián)活化， caspase-3啟動凋亡。啟動凋亡。二、線粒體控制細(xì)胞死亡的假說二、線粒體控制細(xì)胞死亡的假說第五節(jié)第五節(jié) 線粒體與醫(yī)學(xué)線粒體與醫(yī)學(xué)一、疾病過程中的線粒體變化一、疾病過程中的線粒體變化l線粒體對外界