細胞生物學：第六章細胞質和細胞器-2

第四節(jié)線粒體1894年——Altmann——光鏡——生命小體(bioblast)1897年——Benda——線粒體(mitochondria)一.線粒體的生理形態(tài)、數量及存在形式形態(tài)：光鏡：線狀、粒狀、桿狀大?。狠^大，直徑：0.5—1.0μm；長度：3μm數目：正常細胞中：1000—2000個，不同類型的細胞中差異較大分布：一般呈彌散均勻分布狀態(tài),在細胞生理功能旺盛、需要能量較多的部位更為集中線粒體的形狀、大小、數目和分布在不同類型細胞或不同生理狀態(tài)下差別較大二.線粒體的亞微結構電鏡下觀察線粒體是由兩層單位膜圍成的封閉膜囊結構包括：外膜、內膜、膜間腔、基質四個功能區(qū)1.外膜（outermembrane）厚5—7nm，含有多種轉運蛋白圍成的水相通道，形成直徑2-3nm的小孔，允許分子量為10000以內的物質可以自由通過2.內膜（innermembrane）平均厚4.5nm，通透性小，有高度選擇性，要借助轉運蛋白控制內外腔物質的交換嵴（cristae）：內膜向內突起形成，可增加內膜的表面積基粒(elementaryparticle)★★①內膜基質面附著許多突出于內腔的顆粒②由多種蛋白質亞基組成，分為頭部、柄部、基片三部分③化學本質是ATP合酶復合體，是將呼吸鏈傳遞過程中釋放的能量用于使ADP

磷酸化生成ATP的關鍵裝置基粒(elementaryparticle)★★2.內膜（innermembrane）F1由5種多肽組成α3β3γδε復合體，具有三個ATP合成的催化位點（每個β亞基具有一個）。F0由三種多肽組成ab2c12復合體，嵌入內膜，12個c亞基組成一個環(huán)形結構，具有質子通道。3.內外膜轉位接觸點（translocationcontactsite）內外膜相互接觸的地方，膜間隙變狹窄，稱為轉位接觸點，外膜受體和輸入裝置位于接觸點附近，是蛋白質等物質進出線粒體的通道4.基質（matrix）位于內腔中，充滿電子密度較低的物質，含有：脂類蛋白質酶類線粒體DNA線粒體mRNA線粒體tRNA線粒體核糖體三.線粒體的化學組成蛋白質:約占65-70%，多分布在內膜和基質。脂類:約占25-30%，大部分是磷脂。DNA和完整的遺傳系統(tǒng)水、輔酶、維生素、金屬離子等線粒體含有眾多酶系，目前已確認的有120種，是細胞中含酶最多的細胞器。有些酶可作為線粒體不同部位的標志酶：內膜：細胞色素氧化酶外膜：單胺氧化酶基質：蘋果酸脫氫酶膜間腔：腺苷酸激酶四.線粒體的功能線粒體的主要功能是氧化磷酸化，合成ATP，為細胞的生命活動提供能量參與細胞死亡的控制作用1、細胞呼吸：細胞呼吸的特點：⑴是在線粒體中進行的由一系列酶系所催化的氧化還原反應。⑵所產生的能量貯存于ATP的高能磷酸鍵中；⑶整個反應過程是分步進行的，能量也是逐步釋放的。⑷反應在恒溫和恒壓條件下進行的,需要水的參與。在細胞特定的細胞器內，在O2的參與下，分解各種大分子物質，產生CO2同時分解代謝所釋放的能量貯存于ATP中。這一過程成為細胞呼吸，也稱為生物氧化或細胞氧化。（一）參與細胞能量代謝2.細胞能量轉換分子：ATP——高能磷酸化合物，通過高能磷酸鍵放能、貯能，反應簡式：A-P~P~P去磷酸化磷酸化A-P~P+Pi+1.72KJ3．細胞氧化的基本過程：⑴糖酵解⑵三羧酸循環(huán)⑶電子傳遞和氧化磷酸化1分子葡萄糖徹底氧化生成38個ATP糖酵解：2個線粒體內：36個三羧酸循環(huán)：2個內膜氧化磷酸化：34個4．ATP的合成（一）參與細胞能量代謝糖、脂肪細胞質丙酮酸和脂肪酸線粒體乙酰coA（三羧酸循環(huán)）氫通過電子傳遞鏈到達氧生成水，同時ADP磷酸化生成ATP（二）參與細胞死亡細胞死亡的研究已經從細胞核控制死亡的過程的研究部分地轉移到線粒體控制死亡過程地研究上來。線粒體是決定細胞死亡的又一“戰(zhàn)場”。線粒體在能量代謝和自由基代謝中占據十分重要的地位，代謝過程中產生大量超氧陰離子，形成活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS)，當ROS水平較高時，損傷線粒體膜，啟動一系列促使細胞死亡的級聯(lián)反應發(fā)生，最終導致細胞死亡。五.線粒體的遺傳體系（一）線粒體基因組mtDNA:雙鏈環(huán)狀的DNA分子，裸露不與組蛋白結合,分散在線粒體基質中，分子量小,含16569個堿基對。37個基因2種編碼rRNA(12S和16S）基因22種編碼tRNA基因13種編碼蛋白質基因總之：mtDNA

排列緊湊、高效利用、可自我復制但其遺傳密碼與“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。★線粒體的半自主性

①線粒體有自己的DNA分子和蛋白質合成系統(tǒng)，即有獨立的遺傳系統(tǒng)，

故有一定的自主性。

②mtDNA

分子量小、基因數目少，只編碼線粒體蛋白質的10%，而絕大多數線粒體蛋白質（90%）是由核基因編碼，在細胞質中合成后轉運到線粒體中的。

③線粒體遺傳系統(tǒng)受控于細胞核遺傳系統(tǒng)。因此，線粒體為半自主性細胞器(semiautonomousorganelle)★

（二）核編碼蛋白質的線粒體轉運輸入線粒體的蛋白大多是在細胞質中合成后再運送的，蛋白質分子以前體形式存在。

蛋白質N端有一段20-80氨基酸組成的基質導入序列(matrix-targetingsequence,MTS)，在線粒體內膜和外膜上有其相應的受體。導肽具有牽引、識別、將蛋白質導入線粒體的作用。絕大多數前體蛋白都要和一種稱之為熱休克蛋白70（heatshockprotein70，hsp70）的分子伴侶結合，從而防止前體蛋白行成不可解開的構象。這種前體蛋白質與線粒體內的成熟蛋白質相比，具有兩個明顯特征：

①前體蛋白質的空間構型是以解折疊狀態(tài)存在。

②前體的N-末端含有一稱為導肽的前導序列。1、前體蛋白在線粒體外保持非折疊狀態(tài)2、多肽鏈穿越線粒體膜前體蛋白一旦和受體結合后，就和外膜和內膜上的膜通道發(fā)生作用進入線粒體。前體蛋白進入線粒體基質后，mthsp70一個接一個的結合在蛋白質線性分子上，像齒輪一樣將蛋白質“鉸進（handoverhand）”基質，這一過程也需要消耗ATP。3.多肽鏈進入線粒體基質的再折疊蛋白質進入線粒體基質后，必須恢復其天然構象以行使功能。在mthsp70和Hsp60的幫助下，前體蛋白進行正確折疊。由轉運肽酶切除導肽，成為成熟的線粒體基質蛋白。布朗棘輪模型核編碼蛋白質的線粒體轉運六.線粒體的生物發(fā)生（一）線粒體的增殖1、間壁分裂2、收縮分裂（二）線粒體的起源3、出芽分裂內共生起源學說

認為線粒體來源于細菌，即細菌被真核生物吞噬后，在長期的共生過程中，通過演變，形成了線粒體

非共生起源學說認為線粒體的發(fā)生是質膜內陷的結果第五節(jié)細胞骨架細胞骨架是由蛋白纖維交織而成的立體網架結構，它充滿整個細胞質的空間，與外側的細胞膜和內側的核膜存在一定的結構聯(lián)系，以保持細胞特有的形狀并與細胞運動有關。細胞骨架類型細胞骨架類型一、微管(microtubule，MT)(一)微管的結構與化學組成化學組成——微管蛋白-微管蛋白-微管蛋白——微管結合蛋白微管相關蛋白微管聚合蛋白形態(tài)結構中空的圓柱狀結構，橫斷面上看是由13根原纖維呈縱向平行排列而成，具有極性。一、微管(microtubule，MT)(一)微管的結構與化學組成一、微管(microtubule，MT)(二)微管的存在類型微管的三種存在形式12345678910111213單管

AB二聯(lián)管

ABC三聯(lián)管一、微管(microtubule，MT)(三)微管的組裝微管的體外組裝影響微管聚合與解聚的因素1、溫度：溫度超過20℃有利于組裝，低于4℃引起分解。2、藥物：秋水仙素和長春花堿引起分解，紫杉酚促進組裝。3、離子：Ca2+低時促進組裝，高時引起分解。一、微管(microtubule，MT)(三)微管的組裝微管的體內組裝微管的體內組裝嚴格的時間和空間的控制時間控制細胞生命活動的特殊時刻（紡錘絲微管的聚合與解聚發(fā)生在細胞分裂期）空間控制微管聚合從特異性的核心形成位點開始，主要是中心體和纖毛的基體，稱微管組織中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC)一、微管(microtubule，MT)(四)微管的功能構成細胞的網狀支架，維持細胞的形態(tài)，并固定和支持細胞器在細胞中的位置。構成纖毛、鞭毛和中心粒，參與細胞運動；參與細胞器的位移、細胞分裂過程中染色體的運動；參與細胞內物質運輸，特別是大分子和顆粒物質的運輸；參與細胞內信號轉導。1、微管的主要功能微管參與細胞器的定位1、微管的主要功能深綠：微管淺蘭：內質網黃色：高爾基體上圖：內質網抗體染色下圖：微管抗體染色上圖：高爾基抗體染色下圖：微管抗體染色1、微管的主要功能參與細胞內的物質運輸·神經元軸突運輸的模式染色體的分離一、微管(microtubule，MT)(四)微管的功能2、微管與其他細胞結構的關系微管常密集地分布于細胞膜內側，控制膜內在蛋白的位置。游離核糖體可能附著于微管與微絲的交叉點上；有些微管可直接連于GC小泡上，提示微管可能于小泡物質運輸有關；線粒體周圍，?？梢娕c其長軸平行的微管分布；細胞核周圍，微管分布特別緊密，并存在接觸聯(lián)系，核孔的生理功能也與微管有聯(lián)系。一、微管(microtubule，MT)(五)微管組成的細胞結構1.中心粒（centriole）光鏡：中心粒連同周圍物質呈球狀小顆粒橫切面上，其圓柱狀小體的壁有9組三聯(lián)管斜向排列呈風車狀。功能在細胞中起微管組織中心的作用，參與有絲分裂。一、微管(microtubule，MT)(五)微管組成的細胞結構2.纖毛和鞭毛伸出細胞表面并能運動的特化結構在來源和結構上基本相同，細胞膜包繞一根軸絲少而長的叫鞭毛；多而短的叫纖毛結構圖式：

9X3+0

二、微絲(microfilament,MF)（一）微絲的結構和分子組成在電鏡下，單根的微絲呈雙螺旋結構，每14個球狀肌動蛋白分子旋轉一圈1、肌動蛋白(actin)——基本單位微絲具有極性，一端有氨基和羧基的暴露，稱為正端，另一端則稱為負端存在方式：球狀肌動蛋白(肌動蛋白單體G-actin)纖維狀肌動蛋白(肌動蛋白聚合體F-actin)一類由蛋白纖維組成的實心纖維細絲，5-9nm，長短不一，廣泛存在于所有真核細胞中，以束狀、網狀或纖維狀分散分布于細胞質的特定空間位置上：在細胞膜內側的細胞皮質區(qū)比較集中二、微絲(microfilament,MF)（一）微絲的結構和分子組成2、肌動蛋白結合蛋白對肌動蛋白絲具有調節(jié)作用主要包括四類：原肌球蛋白：調節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結合肌球蛋白：特殊的ATP酶，能水解ATP引起構象改變而沿微絲移動肌鈣蛋白：可同時結合原肌球蛋白和Ca++，抑制肌球蛋白ATP酶的活性非肌細胞中肌動蛋白結合蛋白：與微絲組裝和微絲功能密切相關從不同的水平調控微絲的組裝，影響微絲的穩(wěn)定性、長度和構型，控制微絲的形成、交聯(lián)、蓋帽和截斷，并可移動細胞中的微絲。二、微絲(microfilament,MF)（二）微絲的組裝G-actin三聚體核心F-actin適當的鹽濃度下肌動蛋白的踏車行為微絲組裝的動態(tài)調節(jié)ATP是調節(jié)微絲組裝的動力學不穩(wěn)定性行為的主要因素。肌動蛋白結合蛋白對微絲的組裝也具有調控作用。影響微絲聚合與解聚的特異性藥物：細胞松弛素：特異性的破壞微絲組裝。鬼筆環(huán)肽：穩(wěn)定微絲、促進微絲聚合。二、微絲(microfilament,MF)（三）微絲的分布類型張力絲：上皮深層細胞，參與構成橋粒，起支架作用肌絲：肌肉細胞，起收縮作用神經絲：神經細胞，起支架作用，參與物質運輸（四）微絲的主要功能（一）構成細胞的支架，維持細胞的形態(tài)（二）作為肌纖維的組成成分，參與肌肉收縮（三）參與細胞分裂（四）參與細胞運動（五）參與細胞內物質運輸（六）參與細胞內信號轉導三、中間絲（intermediatefilament）直徑介與微管與微絲之間，結構穩(wěn)定，沒有極性（一）中間絲蛋白及其結合蛋白中間絲蛋白（IF）-螺旋桿狀區(qū)：310個氨基酸

非螺旋區(qū)：頭部（N-端）、尾部（C-端）中間絲蛋白類型與分布結構三、中間絲（intermediatefilament）（一）中間絲蛋白及其結合蛋白中間絲相關蛋白（IFAP）凝聚素：可在中間絲與微絲、微管間形成橫橋絲連蛋白：在非神經細胞中與波形蛋白結合中間絲相關蛋白300：把中間絲錨定于橋粒上BPAG1蛋白：維持角蛋白纖維與橋粒的連接絲聚蛋白：使角蛋白纖維聚集共同特點：

具有IF特異性表達有細胞專一性，且與細胞的功能發(fā)育狀態(tài)有關不同的IFAP可存在于同一細胞中與不同的IF組織狀態(tài)相聯(lián)系

三、中間絲（intermediatefilament）（二）中間絲的分子結構和組裝中間纖維蛋白X2平行對齊雙股超螺旋二聚體反向平行四聚體（基本亞基）半分子長度交錯X2八聚體原纖維X4中間纖維組裝過程：三、中間絲（intermediatefilament）（三）中間絲的功能支持作用，特別是對細胞核的定位和固定。參與物質的定向運輸。在細胞癌變過程中具有一定作用。與mＲＮＡ胞內定位和運輸有關。參與胞內的信號轉導過程。胞質骨架三種組分的比較四、細胞的運動及其機制細胞的位置移動細胞形態(tài)的改變鞭毛、纖毛的擺動阿米巴樣運動褶皺運動細胞內結構的運動細胞質流動膜泡運輸軸突運輸染色體分離（細胞蠕動）細胞運動形式鞭毛、纖毛的擺動機制纖毛和鞭毛的擺動是通過動位蛋白臂水解ATP釋放能量，促使動位蛋白沿相鄰的B