細胞生物學課件講義

醫(yī)學細胞生物學MEDICALCELLBIOLOGY醫(yī)學細胞生物學MEDICALCELLBIOLOGY第六章線粒體線粒體的形態(tài)結構線粒體的化學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六章線粒體第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構一.線粒體的基本性質1894年，Altmann，生命小體（bioblast）1897年，Benda命名線粒體（mitochondrion,mitochondria）1900年，L.Michaelis用JanusGreenB

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)結構一.線粒體的基本性質第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈠形態(tài)：光鏡下多種多樣，有線狀，短桿狀，粒狀，圓形，啞鈴形等。與細胞種類、生理狀態(tài)和外界環(huán)境等有關。

第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈠形態(tài)：Snakelikemitochondriaofasnailepithelialcell,asvisualizedinahigh-voltageelectronmicroscope.Snakelikemitochondriaofasn第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈡大?。阂话阒睆皆?.5~1.0μm，長3μm，另外有一些巨大線粒體，有的長度可達8~10μm，還有的長度甚至能達40μm。

與細胞種類、生理狀態(tài)及環(huán)境條件有關。

第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈡大?。旱谝还?jié)線粒體的形態(tài)結構㈢數(shù)目：正常細胞一般有1000~2000個線粒體。與細胞種類和生理狀態(tài)有關。第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈢數(shù)目：正常細胞一般有10㈣分布：與細胞種類和生理狀態(tài)有關。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。Twininground

㈣分布：與細胞種類和生理狀態(tài)有關。線Twiningro膜間腔嵴間腔DNA基粒外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質顆粒二.線粒體的超微結構——電鏡下，線粒體是

兩層單位膜圍成的

封閉的囊狀結構。膜間腔嵴間腔DNA外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質二.線粒體第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑴外膜（outermembrane）

——位于線粒體外表面，

一層單位膜，厚6~7nm，

蛋白質與脂類的比例約

為1∶1。含有很多運輸

蛋白，構成小溶質分子

可以穿過的通道。

Innermembraneoutermembraneporin第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑴外膜（outermembr第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑵內膜（innermembrane）

——位于外膜的內側，一層單位膜，厚5~6nm，蛋白質與脂類的比例約為3∶1。膽固醇極少，但富含心磷脂，使內膜通透

性很小。另外，內膜上有一些轉運蛋白。第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑵內膜（innermemb⑶嵴（cristae）

——內膜向內折疊形成，有板層狀，管狀兩種類型。

內膜和嵴上有許多重要蛋白質，與其功能密切相關（酶、電子傳遞鏈等）。⑶嵴（cristae）大鼠肝細胞ATP合成酶的電鏡照片牛心臟細胞基粒的電鏡照片內膜上的特殊結構——基粒(elementaryparticle)在內膜和嵴上有許多帶柄的小體稱為基粒，又稱為ATP合酶復合體。

大鼠肝細胞ATP合成酶的電鏡照片牛心臟細胞基粒的電鏡照片內膜第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構

⑷基粒（elementaryparticle）

——位于內膜和嵴的基質面的帶柄的圓形顆粒，其實質是ATP合酶復合體，也稱F0F1ATP合酶，

是偶聯(lián)磷酸化的關鍵裝置。包括：頭部——含可溶性ATP合酶（F1），有合成ATP的功能，其上部有一個抑制多肽。柄部——是對寡霉素敏感的蛋白（OSCP），具有調節(jié)質子通道的作用?；址Q偶聯(lián)因子F0。嵌入內膜，為疏水蛋白（HP），其內有質子通道。第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構抑制劑可溶性ATP酶（F1）對寡酶素敏感的蛋白（OSCP）F0，疏水蛋白（HP）抑制劑可溶性ATP酶（F1）對寡酶素敏感的蛋白（OSCP第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構

⑸膜間腔（intermembranespace）

——內、外膜之間的間隙，寬6~8nm，其中有可溶性酶，底物等。⑹嵴內腔（intracristalspace）

——由嵴膜包圍，與膜間腔相通⑺嵴間腔（intercristalspace）

——嵴與嵴之間的腔，也稱內腔或內室。其內充滿基質。

第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑸膜間腔（intermem膜間腔嵴間腔DNA基粒外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質顆粒膜間腔嵴間腔DNA外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質膜間腔嵴內腔嵴間腔基粒膜間腔嵴內腔嵴間腔基粒第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑻基質（matrix）

——內腔中所充滿的較致密的物質。a.基質顆粒（matricalgranule）

——位于基質中的一種較大的顆粒，能調節(jié)線粒體內離子環(huán)境。b.核糖體c.DNA

——線粒體DNA第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑻基質（matrix）膜間腔嵴間腔DNA基粒外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質顆粒膜間腔嵴間腔DNA外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布一.化學組成——蛋白質，脂類，水等。㈠蛋白質：占線粒體干重的65~70%，主要集中在內膜和基質。可溶性——基質中的酶，外周蛋白（膜表面）不溶性——膜鑲嵌蛋白（結構蛋白，酶蛋白等）第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布一.化學組成——蛋白質，脂第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布㈡脂類：占線粒體干重的25~30%，以磷脂為主。外膜：脂類52%，磷脂和膽固醇含量比內膜高內膜：脂類24%，富含心磷脂，膽固醇極少㈢水：線粒體中數(shù)量最多的一種成分。其功能——

①酶促反應的溶劑②物理介質㈣其它：輔酶Q，NAD，F(xiàn)MN，F(xiàn)AD等成分第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布㈡脂類：占線粒體干重的2第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布二.酶的分布線粒體中約有120種酶（參見表8-1）線粒體各部分的標志酶外膜——單胺氧化酶膜間腔——腺苷酸激酶內膜——琥珀酸脫氫酶基質——蘋果酸脫氫酶第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布二.酶的分布第三節(jié)線粒體的主要功能細胞氧化（cellularoxidation）

——在O2的參與下，依靠各種酶的催化作用，將細胞內各種供能物質（單糖、脂肪酸、氨基酸等）徹底氧化，生成CO2和

H2O，同時將氧化反應釋放的能量儲存于ATP中。也稱細胞呼吸（cellularrespiration），

或生物氧化（biologicaloxidation）。第三節(jié)線粒體的主要功能細胞氧化（cellularox第三節(jié)線粒體的功能細胞氧化過程包括——

①糖酵解（胞質中）②乙酰CoA生成（線粒體基質）③三羧酸循環(huán)(線粒體基質)④電子傳遞和氧化磷酸化(線粒體內膜)生成ATP第三節(jié)線粒體的功能細胞氧化過程包括——①糖酵解（胞質中Glucose細胞氧化產生ATPGlucose細胞氧化產生ATP㈠糖酵解：在細胞質基質中進行，脫掉2*2H

酵解酶系1分子葡萄糖2分子丙酮酸+2ATPWithoutO2㈠糖酵解：在細胞質基質中進行，脫掉2*2HWithout㈡乙酰CoA生成：在線粒體基質中進行，脫掉2*2H

丙酮酸脫氫酶系

丙酮酸+輔酶A乙酰CoA+CO2

Pyruvatedehydrogenasecomplex㈡乙酰CoA生成：在線粒體基質中進行，脫掉2*2H

丙㈢三羧酸循環(huán)：在線粒體基質中進行，脫掉2*4*2H，該過程生成2ATP。㈢三羧酸循環(huán)：在線粒體基質中進行，脫掉總共12對HH++e123總共12對HH++e123第三節(jié)線粒體的功能㈣電子傳遞和氧化磷酸化

電子傳遞鏈（呼吸鏈）——它是一組酶的復合體，分布在線粒體內膜上，并按一定順序排列，可逆地釋放和接受電子和質子。在電子沿呼吸鏈逐級傳遞過程中，完成氧化還原反應并釋放能量。第三節(jié)線粒體的功能㈣電子傳遞和氧化磷酸化

化學滲透假說

化學滲透假說第三節(jié)線粒體的功能氧化磷酸化——（oxidativephosphorylation）在電子傳遞過程中，氧化所釋放出來的能量被磷酸化轉換成ATP（ADP+Pi+能量→ATP），這種伴隨電子傳遞鏈的氧化過程所進行的能量轉換和ATP的生成就是氧化磷酸化。也稱氧化磷酸化偶聯(lián)。

第三節(jié)線粒體的功能氧化磷酸化——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++1/2O2→H2O2ATP2ATP34ATP2*2H2*2H細胞氧化和能量轉換示意圖38ATPCO2CO2葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸2*4*2H電子傳遞鏈2e+2H第四節(jié)線粒體的半自主性半自主性（semiautonomy）㈠自主性⒈具有mtDNA——雙鏈，環(huán)狀分子，裸露不與組蛋白結合，分散在基質中。每個mtDNA分子約含16，000bp。能自我復制（在基質中），不復制時與內膜結合。

第四節(jié)線粒體的半自主性半自主性（semiautonoMtDNA呈高度扭曲的雙股環(huán)狀，有多個復本

MtDNA呈高度扭曲的雙股環(huán)狀，有多個復本

第四節(jié)線粒體的半自主性⒉具有蛋白質合成系統(tǒng)——包括mtDNA編碼的mtmRNA、mttRNA和mtrRNA以及核糖體，還有蛋白質合成的相關酶類。

第四節(jié)線粒體的半自主性⒉具有蛋白質合成系統(tǒng)——細胞生物學課件講義第四節(jié)線粒體的半自主性⒊部分遺傳密碼與通用的遺傳密碼不同第四節(jié)線粒體的半自主性⒊部分遺傳密碼與通用的遺傳密碼“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“通用”密碼與線粒體遺傳密碼的差異密碼“通用”哺乳類線粒體編第四節(jié)線粒體的半自主性㈡非自主性⒈mtDNA所含信息量小，由它編碼的蛋白質僅占線粒體中蛋白質的5~10%，其余的蛋白質由核基因編碼。人mtDNA包含16569bp，含有37個基因，分別編碼2種rRNA（12S和16S）、22種tRNA和13種蛋白質（電子傳遞鏈中復合物的亞基以及ATP合酶的亞基）。

第四節(jié)線粒體的半自主性㈡非自主性細胞生物學課件講義第四節(jié)線粒體的半自主性⒉線粒體遺傳系統(tǒng)受控于核遺傳系統(tǒng)，離開細胞核，線粒體就無法進行轉錄和翻譯，線粒體核糖體也無法組裝。

第四節(jié)線粒體的半自主性⒉線粒體遺傳系統(tǒng)受控于核遺傳系第四節(jié)線粒體的半自主性

由此可見，線粒體是一個半自主性的細胞器

（semiautonomousorganelle），它的生長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。第四節(jié)線粒體的半自主性由此可見，線粒體是

第五節(jié)線粒體的增殖和起源

（一）線粒體的增殖普遍認為線粒體依靠本身分裂或出芽進行增殖。增殖分裂方式：

間壁分離（鼠肝細胞的線粒體）

收縮分離（酵母的線粒體）

出芽分裂（酵母的線粒體）

第五節(jié)線粒體的增殖和起源

（一）線粒體的增殖

間壁分離間壁分離收縮分離收縮分離

第五節(jié)線粒體的增殖和起源（二）線粒體的起源1.內共生假說線粒體是由共生于原始真核細胞內的細菌演變而來。2.非內共生假說線粒體的發(fā)生是質膜內陷的結果。

第五節(jié)線粒體的增殖和起源（二）線粒體的起源*線粒體與醫(yī)學一、線粒體疾病mtDNA突變帕金森病、線粒體心肌病、Leber遺傳性視神經病二、線粒體與衰老三、線粒體與細胞凋亡mt中的細胞色素c通過活化與細胞凋亡相關的酶類而誘導細胞凋亡。*線粒體與醫(yī)學一、線粒體疾病KEYTERMSMitochondriaCristaeCellularoxidationCellularrespirationsemiautonomyKEYTERMSMitochondriaTheEndTheEnd醫(yī)學細胞生物學MEDICALCELLBIOLOGY醫(yī)學細胞生物學MEDICALCELLBIOLOGY第六章線粒體線粒體的形態(tài)結構線粒體的化學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六章線粒體第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構一.線粒體的基本性質1894年，Altmann，生命小體（bioblast）1897年，Benda命名線粒體（mitochondrion,mitochondria）1900年，L.Michaelis用JanusGreenB

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)結構一.線粒體的基本性質第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈠形態(tài)：光鏡下多種多樣，有線狀，短桿狀，粒狀，圓形，啞鈴形等。與細胞種類、生理狀態(tài)和外界環(huán)境等有關。

第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈠形態(tài)：Snakelikemitochondriaofasnailepithelialcell,asvisualizedinahigh-voltageelectronmicroscope.Snakelikemitochondriaofasn第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈡大?。阂话阒睆皆?.5~1.0μm，長3μm，另外有一些巨大線粒體，有的長度可達8~10μm，還有的長度甚至能達40μm。

與細胞種類、生理狀態(tài)及環(huán)境條件有關。

第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈡大小：第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈢數(shù)目：正常細胞一般有1000~2000個線粒體。與細胞種類和生理狀態(tài)有關。第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構㈢數(shù)目：正常細胞一般有10㈣分布：與細胞種類和生理狀態(tài)有關。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。Twininground

㈣分布：與細胞種類和生理狀態(tài)有關。線Twiningro膜間腔嵴間腔DNA基粒外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質顆粒二.線粒體的超微結構——電鏡下，線粒體是

兩層單位膜圍成的

封閉的囊狀結構。膜間腔嵴間腔DNA外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質二.線粒體第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑴外膜（outermembrane）

——位于線粒體外表面，

一層單位膜，厚6~7nm，

蛋白質與脂類的比例約

為1∶1。含有很多運輸

蛋白，構成小溶質分子

可以穿過的通道。

Innermembraneoutermembraneporin第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑴外膜（outermembr第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑵內膜（innermembrane）

——位于外膜的內側，一層單位膜，厚5~6nm，蛋白質與脂類的比例約為3∶1。膽固醇極少，但富含心磷脂，使內膜通透

性很小。另外，內膜上有一些轉運蛋白。第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑵內膜（innermemb⑶嵴（cristae）

——內膜向內折疊形成，有板層狀，管狀兩種類型。

內膜和嵴上有許多重要蛋白質，與其功能密切相關（酶、電子傳遞鏈等）。⑶嵴（cristae）大鼠肝細胞ATP合成酶的電鏡照片牛心臟細胞基粒的電鏡照片內膜上的特殊結構——基粒(elementaryparticle)在內膜和嵴上有許多帶柄的小體稱為基粒，又稱為ATP合酶復合體。

大鼠肝細胞ATP合成酶的電鏡照片牛心臟細胞基粒的電鏡照片內膜第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構

⑷基粒（elementaryparticle）

——位于內膜和嵴的基質面的帶柄的圓形顆粒，其實質是ATP合酶復合體，也稱F0F1ATP合酶，

是偶聯(lián)磷酸化的關鍵裝置。包括：頭部——含可溶性ATP合酶（F1），有合成ATP的功能，其上部有一個抑制多肽。柄部——是對寡霉素敏感的蛋白（OSCP），具有調節(jié)質子通道的作用?；址Q偶聯(lián)因子F0。嵌入內膜，為疏水蛋白（HP），其內有質子通道。第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構抑制劑可溶性ATP酶（F1）對寡酶素敏感的蛋白（OSCP）F0，疏水蛋白（HP）抑制劑可溶性ATP酶（F1）對寡酶素敏感的蛋白（OSCP第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構

⑸膜間腔（intermembranespace）

——內、外膜之間的間隙，寬6~8nm，其中有可溶性酶，底物等。⑹嵴內腔（intracristalspace）

——由嵴膜包圍，與膜間腔相通⑺嵴間腔（intercristalspace）

——嵴與嵴之間的腔，也稱內腔或內室。其內充滿基質。

第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑸膜間腔（intermem膜間腔嵴間腔DNA基粒外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質顆粒膜間腔嵴間腔DNA外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質膜間腔嵴內腔嵴間腔基粒膜間腔嵴內腔嵴間腔基粒第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑻基質（matrix）

——內腔中所充滿的較致密的物質。a.基質顆粒（matricalgranule）

——位于基質中的一種較大的顆粒，能調節(jié)線粒體內離子環(huán)境。b.核糖體c.DNA

——線粒體DNA第一節(jié)線粒體的形態(tài)結構⑻基質（matrix）膜間腔嵴間腔DNA基粒外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質顆粒膜間腔嵴間腔DNA外膜內膜核糖體嵴嵴內腔基質基質第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布一.化學組成——蛋白質，脂類，水等。㈠蛋白質：占線粒體干重的65~70%，主要集中在內膜和基質。可溶性——基質中的酶，外周蛋白（膜表面）不溶性——膜鑲嵌蛋白（結構蛋白，酶蛋白等）第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布一.化學組成——蛋白質，脂第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布㈡脂類：占線粒體干重的25~30%，以磷脂為主。外膜：脂類52%，磷脂和膽固醇含量比內膜高內膜：脂類24%，富含心磷脂，膽固醇極少㈢水：線粒體中數(shù)量最多的一種成分。其功能——

①酶促反應的溶劑②物理介質㈣其它：輔酶Q，NAD，F(xiàn)MN，F(xiàn)AD等成分第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布㈡脂類：占線粒體干重的2第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布二.酶的分布線粒體中約有120種酶（參見表8-1）線粒體各部分的標志酶外膜——單胺氧化酶膜間腔——腺苷酸激酶內膜——琥珀酸脫氫酶基質——蘋果酸脫氫酶第二節(jié)線粒體的化學組成和酶的分布二.酶的分布第三節(jié)線粒體的主要功能細胞氧化（cellularoxidation）

——在O2的參與下，依靠各種酶的催化作用，將細胞內各種供能物質（單糖、脂肪酸、氨基酸等）徹底氧化，生成CO2和

H2O，同時將氧化反應釋放的能量儲存于ATP中。也稱細胞呼吸（cellularrespiration），

或生物氧化（biologicaloxidation）。第三節(jié)線粒體的主要功能細胞氧化（cellularox第三節(jié)線粒體的功能細胞氧化過程包括——

①糖酵解（胞質中）②乙酰CoA生成（線粒體基質）③三羧酸循環(huán)(線粒體基質)④電子傳遞和氧化磷酸化(線粒體內膜)生成ATP第三節(jié)線粒體的功能細胞氧化過程包括——①糖酵解（胞質中Glucose細胞氧化產生ATPGlucose細胞氧化產生ATP㈠糖酵解：在細胞質基質中進行，脫掉2*2H

酵解酶系1分子葡萄糖2分子丙酮酸+2ATPWithoutO2㈠糖酵解：在細胞質基質中進行，脫掉2*2HWithout㈡乙酰CoA生成：在線粒體基質中進行，脫掉2*2H

丙酮酸脫氫酶系

丙酮酸+輔酶A乙酰CoA+CO2

Pyruvatedehydrogenasecomplex㈡乙酰CoA生成：在線粒體基質中進行，脫掉2*2H

丙㈢三羧酸循環(huán)：在線粒體基質中進行，脫掉2*4*2H，該過程生成2ATP。㈢三羧酸循環(huán)：在線粒體基質中進行，脫掉總共12對HH++e123總共12對HH++e123第三節(jié)線粒體的功能㈣電子傳遞和氧化磷酸化

電子傳遞鏈（呼吸鏈）——它是一組酶的復合體，分布在線粒體內膜上，并按一定順序排列，可逆地釋放和接受電子和質子。在電子沿呼吸鏈逐級傳遞過程中，完成氧化還原反應并釋放能量。第三節(jié)線粒體的功能㈣電子傳遞和氧化磷酸化

化學滲透假說

化學滲透假說第三節(jié)線粒體的功能氧化磷酸化——（oxidativephosphorylation）在電子傳遞過程中，氧化所釋放出來的能量被磷酸化轉換成ATP（ADP+Pi+能量→ATP），這種伴隨電子傳遞鏈的氧化過程所進行的能量轉換和ATP的生成就是氧化磷酸化。也稱氧化磷酸化偶聯(lián)。

第三節(jié)線粒體的功能氧化磷酸化——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++1/2O2→H2O2ATP2ATP34ATP2*2H2*2H細胞氧化和能量轉換示意圖38ATPCO2CO2葡萄糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸2*4*2H電子傳遞鏈2e+2H第四節(jié)線粒體的半自主性半自主性（semiautonomy）㈠自主性⒈具有mtDNA——雙鏈，環(huán)狀分子，裸露不與組蛋白結合，分散在基質中。每個mtDNA分子約含16，000bp。能自我復制（在基質中），不復制時與內膜結合。

第四節(jié)線粒體的半自主性半自主性（semiautonoMtDNA呈高度扭曲的雙股環(huán)狀，有多個復本

MtDNA呈高度扭曲的雙股環(huán)狀，有多個復本

第四節(jié)線粒體的半自主性⒉具有蛋白質合成系統(tǒng)——包括mtDNA編碼的mtmRNA、mttRNA和mtrRNA以及核糖體