醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)第5章線粒體

主要內(nèi)容線粒體的起源1線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)23線粒體的化學(xué)組成和酶的分布4線粒體的功能線粒體的半自主性56線粒體的增殖7線粒體與疾病當前1頁，總共27頁。教學(xué)要求掌握線粒體的化學(xué)組成和超微結(jié)構(gòu)1掌握線粒體基因組的基本結(jié)構(gòu)、線粒體的半自主性熟悉細胞氧化的基本過程、細胞能量轉(zhuǎn)換的分子機制.了解線粒體的起源432熟悉線粒體與疾病5當前2頁，總共27頁。第一節(jié)線粒體的起源一、內(nèi)共生假說二、非內(nèi)共生假說脂膜內(nèi)陷的結(jié)果當前3頁，總共27頁。形態(tài)：光鏡：線狀、粒狀、短桿狀；有的圓形、啞鈴形、星形；大?。阂话阒睆剑?.5—1.0μm;長度：3μm數(shù)目：正常細胞中：1000—2000個。分布：通常分布于細胞生理功能旺盛的區(qū)域和需要能量較多的部位?？傊壕€粒體的形態(tài)、大小、數(shù)目和分布在不同形態(tài)和類型的細胞中可朔性較大。一、線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)目和分布第二節(jié)線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)當前4頁，總共27頁。二、線粒體的超微結(jié)構(gòu)電鏡：由兩層單位膜

圍成的封閉性膜囊狀結(jié)構(gòu)。分為四部分外膜內(nèi)膜膜間腔基質(zhì)(內(nèi)腔)第二節(jié)線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)當前5頁，總共27頁。線粒體的超微結(jié)構(gòu)當前6頁，總共27頁。外膜內(nèi)膜膜間隙（膜間腔、外室）嵴嵴間隙（嵴間腔、內(nèi)室）基質(zhì)線粒體的超微結(jié)構(gòu)當前7頁，總共27頁。（一）外膜(outmembrane)厚6—7nm，外膜含有多種運輸?shù)鞍祝椎鞍祝?，圍成筒狀園柱體，中央有小孔，孔徑：2-3nm，允許分子量為5000以內(nèi)的物質(zhì)可以自由通過。線粒體的超微結(jié)構(gòu)當前8頁，總共27頁。（二）內(nèi)膜（innermembrane）

線粒體的超微結(jié)構(gòu)位于外膜內(nèi)側(cè)，由一層單位膜構(gòu)成，厚5nm，其通透性很差，但有高度的選擇通透性，借助載體蛋白控制內(nèi)外物質(zhì)的交換。當前9頁，總共27頁。線粒體的超微結(jié)構(gòu)(1)嵴：形態(tài)和排列方式差別很大主要有兩種類型：板層狀小管狀當前10頁，總共27頁。扁層狀線粒體當前11頁，總共27頁。管狀嵴線粒體當前12頁，總共27頁。(2)基粒（ATP合酶）內(nèi)膜和嵴的基質(zhì)面上許多帶柄的小顆粒。與膜面垂直而規(guī)律排列?；＃ˋTP酶復(fù)合體）4nm長4.5-6nm6-11.5nm高5-6nm9nm9nm頭部柄部基片:合成ATP:調(diào)節(jié)質(zhì)子通道:質(zhì)子的通道F1OSCPF0F1抑制蛋白線粒體的超微結(jié)構(gòu)當前13頁，總共27頁。F1F0柄部合成ATP

調(diào)節(jié)質(zhì)子通道質(zhì)子的通道ATP合酶當前14頁，總共27頁。外膜內(nèi)膜膜間腔（外室）嵴嵴間腔（內(nèi)室）嵴內(nèi)腔線粒體的超微結(jié)構(gòu)3.膜間隙

(intermembranespace)內(nèi)外膜之間的腔隙寬約6-8nm，又稱外室多種可溶性酶底物輔助因子當前15頁，總共27頁。

4.基質(zhì)（matrix）基質(zhì)腔為內(nèi)膜和嵴包圍的空間，又稱內(nèi)室。充滿了可溶性蛋白質(zhì)和脂肪等成分。當前16頁，總共27頁。

基質(zhì)中含有：催化三羧酸循環(huán)，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶類。標志酶為蘋果酸脫氫酶。線粒體DNA（mtDNA），及線粒體特有的核糖體，tRNAs、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。纖維絲和電子密度很大的致密顆粒狀物質(zhì)，內(nèi)含Ca2+、Mg2+、Zn2+等離子。線粒體的超微結(jié)構(gòu)當前17頁，總共27頁?？扇苄缘鞍祝夯|(zhì)中的酶和膜的外周蛋白不溶性蛋白：為膜的鑲嵌蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白和部分酶蛋白第三節(jié)線粒體的化學(xué)組成和酶的分布

1.蛋白質(zhì)：占線粒體干重的65%-70%，內(nèi)膜含量較多。線粒體的蛋白質(zhì)可分為兩類：一、線粒體的化學(xué)組成當前18頁，總共27頁。2.脂類：占線粒體干重的25%-30%，主要成分為磷脂。外膜：脂類占52%、蛋白質(zhì)占48%，膽固醇和磷脂含量比內(nèi)膜高。內(nèi)膜：脂類占24%、蛋白質(zhì)占76%，膽固醇含量極少，心磷脂含量比任何膜都高。3.水、輔酶、維生素、金屬離子等。1.蛋白質(zhì)二、線粒體的化學(xué)組成

當前19頁，總共27頁。二、線粒體中酶的分布(約120種酶、最多)部位酶的名稱外膜單胺氧化酶、犬尿氨酸羥化酶、NADH-細胞色素C還原酶、脂類代謝有關(guān)的酶（酰基輔酶A合成酶、脂肪酸激酶等）膜間隙腺苷酸激酶、核苷酸激酶、二磷酸激酶、亞硫酸氧化酶特征酶：腺苷酸激酶內(nèi)膜細胞色素氧化酶、琥珀酸脫氫酶、NADH脫氫酶、肉堿?；D(zhuǎn)移酶、-羥丁酸和-羥丙酸脫氫酶、丙酮酸氧化酶、ATP合成酶系、腺嘌呤核苷酸載體。特征酶：細胞色素（c）氧化酶、琥珀酸脫氫酶基質(zhì)檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶、延胡索酸酶、谷氨酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、蛋白質(zhì)和核酸合成酶系、脂肪酸氧化酶系特征酶：蘋果酸脫氫酶特征酶：單胺氧化酶當前20頁，總共27頁。

線粒體是糖、脂肪、氨基酸等能源物質(zhì)最終氧化釋放能量的場所。生命活動中95%的能量來自線粒體——細胞的動力工廠。二、細胞氧化：概念：在酶的催化下，氧將細胞內(nèi)各種供能物質(zhì)氧化而釋放能量的過程。

由于細胞氧化過程中，要消耗O2釋放CO2和H2O，所以又稱細胞呼吸。第四節(jié)線粒體的功能一、線粒體的功能：當前21頁，總共27頁。偶聯(lián)磷酸化的關(guān)鍵裝置————基粒（ATP酶復(fù)合體）

OSCP—調(diào)節(jié)質(zhì)子通道F1—

合成ATPF0—質(zhì)子的通道當前22頁，總共27頁。一分子葡萄糖徹底氧化生成38個ATP酵解：2個線粒體：36個三羧酸循環(huán)：2個內(nèi)膜呼吸氧化過程：

34個細胞氧化當前23頁，總共27頁。外環(huán)含G較多，稱重鏈(H鏈)，內(nèi)環(huán)含C較多，稱輕鏈(L鏈)。雙鏈閉合環(huán)狀的DNA分子、裸露不與組蛋白結(jié)合，分散在線粒體基質(zhì)中，長5μm、分子量小，含16569個堿基對。一、線粒體DNA(mtDNA)第五節(jié)線粒體的半自主性當前24頁，總共27頁。人mtDNA

含37個基因

2種編碼rRNA基因22種編碼tRNA基因13種編碼蛋白質(zhì)基因

mtDNA排列緊湊、高效利用、可自我復(fù)制，但其遺傳密碼與“通用”的遺傳密碼表也不完全相同。如:UGA色氨酸而不是終止密碼。一、線粒體DNA(mtDNA)當前25頁，總共27頁。二、線粒體蛋白質(zhì)合成線粒體有自身的蛋白質(zhì)合成體系如：線粒體核糖體、氨基酸活化酶等