線粒體mi教學講解課件

Mitochondria

線粒體Mitochondria線粒體1Mitochondria“Powerplants”ofthecellMitochondria“Powerplants”of2MitochondrionplaysanimportantroleinapoptosisMitochondrionplays3MitochondrialDNAmutationscontributetoagingMitochondrialDNAcontributeto4教學內(nèi)容一、線粒體的形態(tài)結構二、線粒體的功能（ATP合成）三、線粒體是半自主性細胞器五、線粒體的發(fā)生六、線粒體與醫(yī)學四、核編碼蛋白質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運教學內(nèi)容一、線粒體的形態(tài)結構二、線粒體的功能（ATP合成）三5線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑6線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線粒體的形態(tài)7線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑8線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

生理活動旺盛的細胞中線粒體數(shù)目較多哺乳動物成熟的紅細胞中沒有線粒體線粒體的數(shù)目一般動物細胞中有數(shù)百個，如大鼠肝細胞內(nèi)有500—1400個線粒體；線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布生理活動旺盛的細胞中線粒體數(shù)目較多9線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線粒體的分布能量需求大的區(qū)域分布較多線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線粒體的分布能量需求大的區(qū)域分布較10線粒體結構（Mitochondrialstructure）線粒體結構11線粒體結構（Mitochondrialstructure）外膜(outermembrane)內(nèi)膜(innermembrane)膜間腔(intermembranespace)嵴(crista)基質(zhì)腔(matrixspace)線粒體結構（Mitochondrialstructure）12Outermembrane脂類與蛋白質(zhì)比例：1:1富含轉(zhuǎn)運蛋白（孔蛋白）,通透性較高光滑平整Outermembrane脂類與蛋白質(zhì)比例：1:1富含轉(zhuǎn)13Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度特化，通透性小,分子量大于150的物質(zhì)不能自由通過折疊成嵴(crista),提高ATP生產(chǎn)能力Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度14第六章線粒體mi課件15Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高度特化，通透性小,分子量大于150的物質(zhì)不能自由通過。折疊成嵴(crista),提高ATP生產(chǎn)能力。有序排列的呼吸鏈組分;內(nèi)表面排列基粒Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高16Innermembrane呼吸鏈

在線粒體內(nèi)膜上，一系列相互關聯(lián)地有序排列成傳遞鏈的蛋白復合物，它們能可逆地接受和釋放H+和e-,與氧化磷酸化偶聯(lián)。

由四種復合物組成：復合物Ⅰ：NADH-CoQ還原酶復合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶復合物Ⅲ：CoQH2-細胞色素C還原酶復合物Ⅳ：細胞色素C氧化酶又稱電子傳遞鏈（Electron-transportchain）Innermembrane呼吸鏈在線粒體內(nèi)膜上，17InnermembraneElementaryparticle(基粒)嵴基粒InnermembraneElementarypart18InnermembraneElementaryparticle(基粒)StructureandATPsynthesis（ATP合成酶復合體、F0F1ATP酶）InnermembraneElementarypart19InnermembraneElementaryparticle

頭部

偶聯(lián)因子F1,催化ATP合成基部偶聯(lián)因子F0,連接F1與內(nèi)膜，是質(zhì)子通道aααβαββγbδccccε組分：α3β3γδε組分：a1b2c12ATP合成酶復合體F0F1ATP酶InnermembraneElementarypart20

兩個腔室膜間腔（Intermembranespace外腔）

轉(zhuǎn)位接觸點

位于內(nèi)外膜之間的封閉間隙。在膜間腔上有內(nèi)、外膜之間形成的接觸點，稱為轉(zhuǎn)位接觸點，是蛋白質(zhì)出入線粒體的通道。兩個腔室膜間腔（Intermembranespace21

兩個腔室基質(zhì)腔（Matrixspace

內(nèi)腔、嵴間腔）基質(zhì)

（Matrix

）催化三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、核酸與蛋白質(zhì)合成的各種酶系mtDNA,RNA,ribosomes（核糖體）進行三羧酸循環(huán)的重要場所兩個腔室基質(zhì)腔（Matrixspace內(nèi)腔、嵴間腔）22線粒體的功能能源物質(zhì)淀粉蛋白質(zhì)脂肪葡萄糖氨基酸脂肪酸甘油丙酮酸線粒體的功能能源物質(zhì)淀粉葡萄糖丙酮酸23

細胞氧化(cellularoxidation)：線粒體內(nèi),在O2的參與下，分解各種供能物質(zhì)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(cellularrespiration)、生物氧化(biologicaloxidation)線粒體的功能細胞氧化(cellularoxidation)：線24細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：在細胞質(zhì)基質(zhì)進行2.三羧酸循環(huán)(TAC)：在線粒體基質(zhì)進行3.電子傳遞和氧化磷酸化：在線粒體內(nèi)膜進行細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：2.三羧酸循環(huán)25高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉(zhuǎn)移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP。糖酵解細胞質(zhì)基質(zhì)葡萄糖丙酮酸2ATP(底物水平磷酸化)TCA乙酰CoATCATCA34ATP+CO2+H2O伴隨線粒體內(nèi)膜電子傳遞鏈的氧化過程所進行的能量轉(zhuǎn)換和ATP的生成。電子傳遞偶聯(lián)氧化磷酸化線粒體2ATP(底物水平磷酸化)H高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉(zhuǎn)移到ADP上，使A26Cellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解：細胞質(zhì)中進行三羧酸循環(huán)(TAC)：線粒體基質(zhì)中進行反應過程不需要氧——無氧酵解2分子丙酮酸生成乙酰CoA,產(chǎn)生2對H

每次循環(huán)生成2CO2，產(chǎn)生4對H產(chǎn)生2分子丙酮酸,2對H

底物水平磷酸化產(chǎn)生2ATP

底物水平磷酸化產(chǎn)生2ATPCellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解271分子葡萄糖經(jīng)氧化:產(chǎn)生12對H，10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FAD（黃酶）黃素腺嘌呤二核苷酸經(jīng)電子傳遞鏈，進行氧化磷酸化作用。1分子葡萄糖經(jīng)氧化:NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FA28氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransportchain）氧化磷酸化呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransp29氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基粒10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體進入電子傳遞鏈，1分子NADH+H+可形成3分子ATP；1分子FADH2形成2分子ATP。

氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基30氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

氧化磷酸化偶聯(lián)機制氧化磷酸化氧化磷酸化偶聯(lián)機制31化學滲透假說化學滲透假說3234ATP38ATP34ATP38ATP33線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環(huán)狀，裸露，不與組蛋白結合，分散在基質(zhì)中具有蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)——包括mtmRNA、mttRNA、mtrRNA、核糖體㈡非自主性⒈mtDNA信息量小，僅編碼5~10%的蛋白質(zhì)，其余的蛋白質(zhì)由核基因編碼。⒉線粒體遺傳系統(tǒng)受控于核遺傳系統(tǒng)，（一）自主性線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環(huán)狀，裸露，不34mtDNA的電鏡照片mtDNA的電鏡照片35線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatrix線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatri36核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運核編碼蛋白質(zhì)向線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)運游離Ri合成前體蛋白導肽（基質(zhì)導入序列）線粒體蛋白質(zhì)除少數(shù)由mtDNA編碼外，大多數(shù)蛋白質(zhì)都是由核基因組編碼并由胞質(zhì)核糖體合成轉(zhuǎn)運入線粒體的。這些轉(zhuǎn)運入線粒體的蛋白質(zhì)稱為前體蛋白。前體蛋白的N-端都有一段20～80個氨基酸組成的序列，富含堿性氨基酸，內(nèi)含定向運往線粒體的信息，稱為導肽。分子伴侶（熱休克蛋白70或Hsp90）核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運核編碼蛋白質(zhì)向線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)運游離Ri37核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運㈠前體蛋白進入線粒體前的去折疊

這一過程主要是在“分子伴侶”蛋白的協(xié)助下完成。熱休克蛋白（HSP）是一類重要的“分子伴侶”蛋白核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運㈠前體蛋白進入線粒體前的去折疊38核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運㈡多肽鏈穿膜的過程這一過程是在導肽的引導下，先與線粒體膜上受體分子相識別并結合。再通過膜上蛋白通道進入線粒體“分子伴侶”此時的作用是防止蛋白重新折疊。核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運㈡多肽鏈穿膜的過程39核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運㈢蛋白進入線粒體后的重新折疊蛋白進入線粒體后首先將導肽切除，然后重新折疊，恢復其原有的自然狀態(tài)即可發(fā)揮功能。核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運㈢蛋白進入線粒體后的重新折疊40線粒體增殖線粒體的發(fā)生線粒體增殖線粒體的發(fā)生41線粒體的起源（theoriginofmitochondria）內(nèi)共生學說線粒體的起源內(nèi)共生學說42一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標志二.mtDNA突變導致疾病母系遺傳線粒體與醫(yī)學一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標43

線粒體與醫(yī)學

Leber遺傳性視神經(jīng)病(LHON)

LHON是青少年早期發(fā)病的由眼神經(jīng)炎引起的視神經(jīng)萎縮,表現(xiàn)為急性的視力減退,眼底早期有視乳頭輕度充血,邊緣不清,此后遺留視乳頭顳側(cè)蒼白.線粒體與醫(yī)學Leber遺傳性視神經(jīng)病(LHON)44一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標志二.mtDNA突變導致疾病母系遺傳線粒體與醫(yī)學三.mtDNA-nDNA突變交互作用引起的疾病一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標45Summary線粒體的形態(tài)結構線粒體的功能：ATP合成線粒體：半自主的細胞器核編碼蛋白質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運Summary線粒體的形態(tài)結構線粒體的功能：ATP合成線粒46Review描述線粒體的結構.描述線粒體結構與ATP合成的聯(lián)系.為什么你認為線粒體是半自主性的細胞器?Review描述線粒體的結構.描述線粒體結構與ATP合成的聯(lián)47Mitochondria

線粒體Mitochondria線粒體48Mitochondria“Powerplants”ofthecellMitochondria“Powerplants”of49MitochondrionplaysanimportantroleinapoptosisMitochondrionplays50MitochondrialDNAmutationscontributetoagingMitochondrialDNAcontributeto51教學內(nèi)容一、線粒體的形態(tài)結構二、線粒體的功能（ATP合成）三、線粒體是半自主性細胞器五、線粒體的發(fā)生六、線粒體與醫(yī)學四、核編碼蛋白質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運教學內(nèi)容一、線粒體的形態(tài)結構二、線粒體的功能（ATP合成）三52線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑53線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線粒體的形態(tài)54線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑55線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

生理活動旺盛的細胞中線粒體數(shù)目較多哺乳動物成熟的紅細胞中沒有線粒體線粒體的數(shù)目一般動物細胞中有數(shù)百個，如大鼠肝細胞內(nèi)有500—1400個線粒體；線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布生理活動旺盛的細胞中線粒體數(shù)目較多56線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布

線粒體的分布能量需求大的區(qū)域分布較多線粒體的形態(tài)、數(shù)量和分布線粒體的分布能量需求大的區(qū)域分布較57線粒體結構（Mitochondrialstructure）線粒體結構58線粒體結構（Mitochondrialstructure）外膜(outermembrane)內(nèi)膜(innermembrane)膜間腔(intermembranespace)嵴(crista)基質(zhì)腔(matrixspace)線粒體結構（Mitochondrialstructure）59Outermembrane脂類與蛋白質(zhì)比例：1:1富含轉(zhuǎn)運蛋白（孔蛋白）,通透性較高光滑平整Outermembrane脂類與蛋白質(zhì)比例：1:1富含轉(zhuǎn)60Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度特化，通透性小,分子量大于150的物質(zhì)不能自由通過折疊成嵴(crista),提高ATP生產(chǎn)能力Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度61第六章線粒體mi課件62Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高度特化，通透性小,分子量大于150的物質(zhì)不能自由通過。折疊成嵴(crista),提高ATP生產(chǎn)能力。有序排列的呼吸鏈組分;內(nèi)表面排列基粒Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高63Innermembrane呼吸鏈

在線粒體內(nèi)膜上，一系列相互關聯(lián)地有序排列成傳遞鏈的蛋白復合物，它們能可逆地接受和釋放H+和e-,與氧化磷酸化偶聯(lián)。

由四種復合物組成：復合物Ⅰ：NADH-CoQ還原酶復合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶復合物Ⅲ：CoQH2-細胞色素C還原酶復合物Ⅳ：細胞色素C氧化酶又稱電子傳遞鏈（Electron-transportchain）Innermembrane呼吸鏈在線粒體內(nèi)膜上，64InnermembraneElementaryparticle(基粒)嵴基粒InnermembraneElementarypart65InnermembraneElementaryparticle(基粒)StructureandATPsynthesis（ATP合成酶復合體、F0F1ATP酶）InnermembraneElementarypart66InnermembraneElementaryparticle

頭部

偶聯(lián)因子F1,催化ATP合成基部偶聯(lián)因子F0,連接F1與內(nèi)膜，是質(zhì)子通道aααβαββγbδccccε組分：α3β3γδε組分：a1b2c12ATP合成酶復合體F0F1ATP酶InnermembraneElementarypart67

兩個腔室膜間腔（Intermembranespace外腔）

轉(zhuǎn)位接觸點

位于內(nèi)外膜之間的封閉間隙。在膜間腔上有內(nèi)、外膜之間形成的接觸點，稱為轉(zhuǎn)位接觸點，是蛋白質(zhì)出入線粒體的通道。兩個腔室膜間腔（Intermembranespace68

兩個腔室基質(zhì)腔（Matrixspace

內(nèi)腔、嵴間腔）基質(zhì)

（Matrix

）催化三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、核酸與蛋白質(zhì)合成的各種酶系mtDNA,RNA,ribosomes（核糖體）進行三羧酸循環(huán)的重要場所兩個腔室基質(zhì)腔（Matrixspace內(nèi)腔、嵴間腔）69線粒體的功能能源物質(zhì)淀粉蛋白質(zhì)脂肪葡萄糖氨基酸脂肪酸甘油丙酮酸線粒體的功能能源物質(zhì)淀粉葡萄糖丙酮酸70

細胞氧化(cellularoxidation)：線粒體內(nèi),在O2的參與下，分解各種供能物質(zhì)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(cellularrespiration)、生物氧化(biologicaloxidation)線粒體的功能細胞氧化(cellularoxidation)：線71細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：在細胞質(zhì)基質(zhì)進行2.三羧酸循環(huán)(TAC)：在線粒體基質(zhì)進行3.電子傳遞和氧化磷酸化：在線粒體內(nèi)膜進行細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：2.三羧酸循環(huán)72高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉(zhuǎn)移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP。糖酵解細胞質(zhì)基質(zhì)葡萄糖丙酮酸2ATP(底物水平磷酸化)TCA乙酰CoATCATCA34ATP+CO2+H2O伴隨線粒體內(nèi)膜電子傳遞鏈的氧化過程所進行的能量轉(zhuǎn)換和ATP的生成。電子傳遞偶聯(lián)氧化磷酸化線粒體2ATP(底物水平磷酸化)H高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉(zhuǎn)移到ADP上，使A73Cellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解：細胞質(zhì)中進行三羧酸循環(huán)(TAC)：線粒體基質(zhì)中進行反應過程不需要氧——無氧酵解2分子丙酮酸生成乙酰CoA,產(chǎn)生2對H

每次循環(huán)生成2CO2，產(chǎn)生4對H產(chǎn)生2分子丙酮酸,2對H

底物水平磷酸化產(chǎn)生2ATP

底物水平磷酸化產(chǎn)生2ATPCellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解741分子葡萄糖經(jīng)氧化:產(chǎn)生12對H，10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FAD（黃酶）黃素腺嘌呤二核苷酸經(jīng)電子傳遞鏈，進行氧化磷酸化作用。1分子葡萄糖經(jīng)氧化:NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FA75氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransportchain）氧化磷酸化呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransp76氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基粒10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體進入電子傳遞鏈，1分子NADH+H+可形成3分子ATP；1分子FADH2形成2分子ATP。

氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基77氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

氧化磷酸化偶聯(lián)機制氧化磷酸化氧化磷酸化偶聯(lián)機制78化學滲透假說化學滲透假說7934ATP38ATP34ATP38ATP80線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環(huán)狀，裸露，不與組蛋白結合，分散在基質(zhì)中具有蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)——包括mtmRNA、mttRNA、mtrRNA、核糖體㈡非自主性⒈mtDNA信息量小，僅編碼5~10%的蛋白質(zhì)，其余的蛋白質(zhì)由核基因編碼。⒉線粒體遺傳系統(tǒng)受控于核遺傳系統(tǒng)，（一）自主性線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環(huán)狀，裸露，不81mtDNA的電鏡照片mtDNA的電鏡照片82線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatrix線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatri83核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運核編碼蛋白質(zhì)向線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)運游離Ri合成前體蛋白導肽（基質(zhì)導入序列）線粒體蛋白質(zhì)除少數(shù)由mtDNA編碼外，大多數(shù)蛋白質(zhì)都是由核基因組編碼并由胞質(zhì)核糖體合成轉(zhuǎn)運入線粒體的。這些轉(zhuǎn)運入線粒體的蛋白質(zhì)稱為前體蛋白。前體蛋白的N-端都