細(xì)胞生物學(xué)課件

1、醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)MEDICAL CELL BIOLOGY第六章 線 粒 體 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 線粒體的化學(xué)組成和酶的分布 線粒體的主要功能 線粒體的半自主性 線粒體的增殖和起源第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 一. 線粒體的基本性質(zhì) 1894年，Altmann，生命小體（bioblast） 1897年，Benda命名線粒體（ mitochondrion, mitochondria） 1900年，L. Michaelis用Janus Green B 染色，發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用。 第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 形態(tài)： 光鏡下多種多樣，有線狀，短桿狀，粒狀，圓形，啞鈴形等。與細(xì)胞種類、生理狀態(tài)和外界環(huán)境等有關(guān)。

2、 Snakelike mitochondria of a snail epithelial cell, as visualized in a high-voltage electron microscope.第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 數(shù)目：正常細(xì)胞一般有10002000個(gè) 線粒體。與細(xì)胞種類和生理狀態(tài) 有關(guān)。 分布：與細(xì)胞種類和生理狀態(tài)有關(guān)。線 粒體的分布有一定的規(guī)律，通常 分布在功能旺盛，需能較多的部 位。Twining round 第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 外膜（outer membrane） 位于線粒體外表面， 一層單位膜，厚67nm， 蛋白質(zhì)與脂類的比例約 為11。含有很多運(yùn)輸 蛋白，

3、構(gòu)成小溶質(zhì)分子 可以穿過的通道。 Inner membraneouter membraneporin第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 內(nèi)膜（inner membrane） 位于外膜的內(nèi)側(cè)，一層單位膜，厚56nm，蛋白質(zhì)與脂類的比例約為31。 膽固醇極少，但富含心磷脂，使內(nèi)膜通透 性很小。另外，內(nèi)膜上有一些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。 嵴（cristae） 內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成，有板層狀，管狀兩種類型。 內(nèi)膜和嵴上有許多重要蛋白質(zhì)，與其功能密切相關(guān)（酶、電子傳遞鏈等）。第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 基粒（elementary particle） 位于內(nèi)膜和嵴的基質(zhì)面的帶柄的圓形顆粒， 其實(shí)質(zhì)是ATP合酶復(fù)合體，也稱F0 F1 A

4、TP合酶， 是偶聯(lián)磷酸化的關(guān)鍵裝置。包括： 頭部含可溶性ATP合酶（F1），有合成 ATP的功能，其上部有一個(gè)抑制多肽。 柄部是對(duì)寡霉素敏感的蛋白（OSCP）， 具有調(diào)節(jié)質(zhì)子通道的作用。 基片又稱偶聯(lián)因子F0。嵌入內(nèi)膜，為疏 水蛋白（HP），其內(nèi)有質(zhì)子通道。抑制劑可溶性 ATP 酶（F1）對(duì)寡酶素敏感的蛋白（OSCP）F0，疏水蛋白（HP）膜間腔嵴間腔DNA基粒 外膜內(nèi)膜核糖體嵴嵴內(nèi)腔基質(zhì)基質(zhì)顆粒膜間腔嵴內(nèi)腔嵴間腔基粒第一節(jié) 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 基質(zhì)（matrix） 內(nèi)腔中所充滿的較致密的物質(zhì)。 a. 基質(zhì)顆粒（matrical granule） 位于基質(zhì)中的一種較大的顆粒，能調(diào)節(jié) 線粒體內(nèi)離子

5、環(huán)境。b. 核糖體c. DNA 線粒體DNA膜間腔嵴間腔DNA基粒 外膜內(nèi)膜核糖體嵴嵴內(nèi)腔基質(zhì)基質(zhì)顆粒第二節(jié) 線粒體的化學(xué)組成和酶的分布一.化學(xué)組成蛋白質(zhì)，脂類，水等。 蛋白質(zhì)：占線粒體干重的6570%， 主要集中在內(nèi)膜和基質(zhì)。 可溶性基質(zhì)中的酶，外周蛋白 （膜表面） 不溶性膜鑲嵌蛋白（結(jié)構(gòu)蛋白， 酶蛋白等） 第二節(jié) 線粒體的化學(xué)組成和酶的分布 脂類：占線粒體干重的2530%，以磷脂為主。 外膜：脂類52%，磷脂和膽固醇含量比內(nèi)膜高 內(nèi)膜：脂類24%，富含心磷脂，膽固醇極少 水：線粒體中數(shù)量最多的一種成分。其功能 酶促反應(yīng)的溶劑 物理介質(zhì) 其它：輔酶Q，NAD，F(xiàn)MN，F(xiàn)AD等成分第三節(jié) 線粒

6、體的主要功能 細(xì)胞氧化（cellular oxidation） 在O2的參與下，依靠各種酶的催化 作用，將細(xì)胞內(nèi)各種供能物質(zhì)（單糖、脂 肪酸、氨基酸等）徹底氧化，生成 CO2 和 H2O， 同時(shí)將氧化反應(yīng)釋放的能量?jī)?chǔ)存 于ATP中。 也稱細(xì)胞呼吸（cellular respiration）， 或生物氧化（biological oxidation）。第三節(jié) 線粒體的功能 細(xì)胞氧化過程包括 糖酵解（胞質(zhì)中）乙酰CoA生成（線粒體基質(zhì)）三羧酸循環(huán)(線粒體基質(zhì))電子傳遞和氧化磷酸化(線粒體內(nèi)膜)生成ATP 糖酵解：在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行，脫掉2*2H 酵解酶系 1分子葡萄糖 2分子丙酮酸+2ATPWith

7、out O2 乙酰CoA生成：在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，脫掉2*2H 丙酮酸脫氫酶系 丙酮酸+輔酶A 乙酰CoA+CO2Pyruvate dehydrogenase complex 三羧酸循環(huán)：在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，脫掉 2*4*2H，該過程生成2ATP。總共12對(duì)H H + + e123第三節(jié) 線粒體的功能 電子傳遞和氧化磷酸化 電子傳遞鏈（呼吸鏈）它是一組酶的復(fù)合體，分布在線粒體內(nèi)膜上，并按一定順序排列，可逆地釋放和接受電子和質(zhì)子。在電子沿呼吸鏈逐級(jí)傳遞過程中，完成氧化還原反應(yīng)并釋放能量?；瘜W(xué)滲透假說第三節(jié) 線粒體的功能 氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） 在電子傳遞

8、過程中，氧化所釋放出來(lái)的能量被磷酸化轉(zhuǎn)換成ATP（ADP+Pi+能量ATP），這種伴隨電子傳遞鏈的氧化過程所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換和ATP的生成就是氧化磷酸化。也稱氧化磷酸化偶聯(lián)。 葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)2*4*2H電子傳遞鏈2e+2H+1/2O2H2O2ATP2ATP34ATP2*2H2*2H細(xì)胞氧化和能量轉(zhuǎn)換示意圖38ATPCO2CO2第四節(jié) 線粒體的半自主性 半自主性（ semiautonomy） 自主性 具有mt DNA雙鏈，環(huán)狀分子，裸露不與組蛋白結(jié)合，分散在基質(zhì)中。每個(gè)mt DNA分子約含16，000 bp。能自我復(fù)制（在基質(zhì)中），不復(fù)制時(shí)與內(nèi)膜結(jié)合。 Mt DNA呈高度扭曲的雙

9、股環(huán)狀，有多個(gè)復(fù)本第四節(jié) 線粒體的半自主性 具有蛋白質(zhì)合成系統(tǒng) 包括mt DNA編碼的mt mRNA、mt tRNA和mt rRNA以及核糖體，還有蛋白質(zhì)合成的相關(guān)酶類。 第四節(jié) 線粒體的半自主性 部分遺傳密碼與通用的遺傳密碼不同“通用”密碼與線粒體遺傳密碼的差異密碼“通用”密碼哺乳類線粒體編碼酵母線粒體編碼UGA終止色氨酸色氨酸AUA異亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸CUA亮氨酸亮氨酸蘇氨酸AGA精氨酸終止精氨酸AGG精氨酸終止精氨酸第四節(jié) 線粒體的半自主性 非自主性 mtDNA所含信息量小，由它編碼的蛋白質(zhì)僅占線粒體中蛋白質(zhì)的510%，其余的蛋白質(zhì)由核基因編碼。人mt DNA包含16 569 bp，含有

10、37個(gè)基因，分別編碼2種rRNA（12S和16S）、22種tRNA和13種蛋白質(zhì)（電子傳遞鏈中復(fù)合物的亞基以及ATP合酶的亞基）。 第四節(jié) 線粒體的半自主性 線粒體遺傳系統(tǒng)受控于核遺傳系統(tǒng)，離開細(xì)胞核，線粒體就無(wú)法進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，線粒體核糖體也無(wú)法組裝。 第四節(jié) 線粒體的半自主性 由此可見，線粒體是一個(gè)半自主性的細(xì)胞器 （semiautonomous organelle），它的生長(zhǎng)和繁殖由兩套遺傳系統(tǒng)（核遺傳系統(tǒng)和線粒體遺傳系統(tǒng)）控制。第五節(jié) 線粒體的增殖和起源 （一）線粒體的增殖普遍認(rèn)為線粒體依靠本身分裂或出芽進(jìn)行增殖。增殖分裂方式： 間壁分離（鼠肝細(xì)胞的線粒體） 收縮分離（酵母的線粒體） 出芽分裂（酵母的線粒體） 間壁分離收縮分離第五節(jié) 線粒體的增殖和起源（二）線粒體的起源1.內(nèi)共生假說 線粒體是由共生于原始真核細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌演變而來(lái)。2.非內(nèi)共生假說 線粒體的發(fā)生是質(zhì)膜內(nèi)陷的結(jié)果。*線粒體與醫(yī)學(xué)一、線粒體疾病mtD