細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換

自養(yǎng)生物與異養(yǎng)生物細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第1頁(yè)是一個(gè)氧化反應(yīng)有機(jī)化合物+O2→CO2+能量“燃料”：糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+熱量）主要在線粒體中進(jìn)行，溫和條件、酶參加調(diào)控細(xì)胞呼吸產(chǎn)生能量細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第2頁(yè)概述1850年，Altmann發(fā)覺(jué)存在于全部真核細(xì)胞中（哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞除外）提供細(xì)胞生命活動(dòng)80％能量數(shù)量與形態(tài)因細(xì)胞種類(lèi)而不一樣，短1～3μm，長(zhǎng)40多μm，數(shù)量少幾個(gè)，多達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)。*13000倍*16000倍細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第3頁(yè)第一節(jié)線粒體基本特征一、線粒體形態(tài)、數(shù)量和結(jié)構(gòu)光鏡下，呈線狀、粒狀或桿狀，直徑0.5～1.0μm

(一)線粒體形態(tài)、數(shù)量及分布與細(xì)胞類(lèi)型及其生理狀態(tài)相關(guān)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第4頁(yè)線粒體可塑性

（

一個(gè)活細(xì)胞線粒體快速改變形狀）

細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第5頁(yè)線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)（蘇木精HE染色）腎小管細(xì)胞圖中箭頭所表示顆粒狀線粒體細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第6頁(yè)線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)（熒光）細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第7頁(yè)線粒體細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第8頁(yè)線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)(電鏡)蝙蝠胰腺細(xì)胞線粒體細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第9頁(yè)管狀線粒體細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第10頁(yè)線粒體包圍著要被氧化脂肪滴細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第11頁(yè)

線粒體在心肌細(xì)胞和精子尾部分布及形態(tài)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第12頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第13頁(yè)線粒體內(nèi)膜向內(nèi)突起形成嵴（Cristae)線粒體超微結(jié)構(gòu)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第14頁(yè)1.外膜脂類(lèi)：蛋白質(zhì)＝1：1，厚約5－7nm允許經(jīng)過(guò)分子量小于10000D物質(zhì)2.內(nèi)膜脂類(lèi)：蛋白質(zhì)＝1：4，厚約4.5nm部分內(nèi)突，形成嵴允許經(jīng)過(guò)分子量小于150D物質(zhì)選擇通透性高，經(jīng)過(guò)膜上轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白控制3.膜間腔少許蛋白酶系細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第15頁(yè)4.轉(zhuǎn)位接觸點(diǎn)內(nèi)外膜接觸位置：特異受體和通道蛋白組成。細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第16頁(yè)肉毒堿-脂肪酰肉毒堿轉(zhuǎn)移酶（運(yùn)輸脂肪酸）內(nèi)膜轉(zhuǎn)位子：通道蛋白外膜轉(zhuǎn)位子：受體蛋白功效：蛋白質(zhì)等進(jìn)出線粒體通道細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第17頁(yè)５.基粒（ATP酶復(fù)合體）頭部可溶性ATP酶（偶聯(lián)因子F1）合成ATP

柄寡霉素敏感蛋白（OSCP），調(diào)控質(zhì)子通道基片偶聯(lián)因子F0，質(zhì)子通道。細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第18頁(yè)F1:5個(gè)亞單位百分比：3:3:1:1:1F0:1a：2b：12c

細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第19頁(yè)

6.基質(zhì)

含各種代謝酶系，DNA、mRNA、tRNA、核糖體、基質(zhì)顆粒細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第20頁(yè)線粒體中代謝功效定位外膜磷脂合成脂肪酸去飽和作用脂肪酸延長(zhǎng)內(nèi)膜電子傳遞氧化磷酸化代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)膜間腔核苷酸磷酸化基質(zhì)丙酮酸酯氧化TCA循環(huán)脂肪?氧化DNA復(fù)制,RNA轉(zhuǎn)錄，蛋白質(zhì)翻譯細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第21頁(yè)1.蛋白質(zhì)占總含量2/3，主要分布于內(nèi)膜和基質(zhì)

氧化還原酶連接酶水解酶

37％10％9％2.脂類(lèi)約占總含量1/3，大部分是磷脂另外還有DNA、各種輔酶、維生素及無(wú)機(jī)離子等二、線粒體化學(xué)組成細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第22頁(yè)三、線粒體遺傳體系線粒體有一套相對(duì)獨(dú)立DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成體系，是一個(gè)半自主細(xì)胞器。1.線粒體DNA（mtDNA）：雙鏈閉環(huán)結(jié)構(gòu)，獨(dú)立復(fù)制。全長(zhǎng)16,569bp，共有37個(gè)基因，包含2個(gè)rRNA（12S、16S），22個(gè)tRNA，13個(gè)與氧化磷酸化相關(guān)多肽。2.線粒體蛋白質(zhì)線粒體有自己DNA、mRNA、tRNA、rRNA及蛋白質(zhì)合成對(duì)應(yīng)酶，核糖體細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第23頁(yè)線粒體DNA雙鏈閉環(huán)，裸DNA。人mtDNA長(zhǎng)16,569bp,編碼一些線粒體蛋白：（1）細(xì)胞色素氧化酶1、2、3亞基（2）ATPase6、8亞基（3）CytB亞基（4）NADH-CoQ還原酶七個(gè)亞基

細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第24頁(yè)線粒體DNA尼安德特人線粒體基因組問(wèn)世（Cell），）細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第25頁(yè)線粒體：細(xì)胞質(zhì)中含有遺傳物質(zhì)DNA有三個(gè)“生理父母”猴寶寶(Nature,)有線粒體疾病母猴卵細(xì)胞核、健康母猴去核卵細(xì)胞、公猴精子細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第26頁(yè)線粒體與優(yōu)生細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第27頁(yè)有本身核糖體和tRNA22tRNAs

和rRNAs（16S，12S，5S）細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第28頁(yè)線粒體蛋白質(zhì)起源細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第29頁(yè)線粒體密碼子與通用密碼子略有不一樣主要表現(xiàn)：線粒體核內(nèi)CUA蘇氨酸（亮）

AUA甲硫氨酸（異亮）

UGA色氨酸（終止）細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第30頁(yè)3.線粒體DNA復(fù)制類(lèi)似于原核細(xì)胞輕鏈晚于重鏈復(fù)制，且方向相反不受細(xì)胞周期約束整個(gè)過(guò)程約2小時(shí)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第31頁(yè)四、線粒體增殖線粒體分裂細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第32頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第33頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第34頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第35頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第36頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第37頁(yè)細(xì)胞能量產(chǎn)生過(guò)程能量產(chǎn)生過(guò)程：糖酵解（胞質(zhì)）

丙酮酸（胞質(zhì)）乙酰輔酶A（內(nèi)膜）Kreb’s循環(huán)（基質(zhì)）電子傳遞和氧化磷酸化（內(nèi)膜）細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第38頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第39頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第40頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第41頁(yè)三、氧化磷酸化耦聯(lián)與ATP形成1.呼吸鏈（respiratorychain):

線粒體內(nèi)膜上傳遞電子系列酶復(fù)合體。復(fù)合體Ⅰ：NADH脫氫酶復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸脫氫酶復(fù)合體Ⅲ：細(xì)胞色素C還原酶復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素C氧化酶2.ATP合成酶（復(fù)合體Ⅴ）基粒（一）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第42頁(yè)ATP酶復(fù)合體：合成ATP細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第43頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第44頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第45頁(yè)（二）氧化過(guò)程伴隨磷酸化耦聯(lián)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第46頁(yè)呼吸鏈上電子傳遞和氧化還原過(guò)程細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第47頁(yè)英國(guó)科學(xué)家米切爾（P.Mitchell）1961年提出細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第48頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第49頁(yè)化學(xué)滲透假說(shuō)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第50頁(yè)（四）ATP合成分子機(jī)制：構(gòu)象偶聯(lián)學(xué)說(shuō)Boyerp1979年提出，F(xiàn)1β亞基在電化學(xué)勢(shì)能驅(qū)動(dòng)下依次產(chǎn)生L、T、O三種構(gòu)象細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能量轉(zhuǎn)換第51頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)線粒體與能