線粒體優(yōu)秀課件

7.1線粒體形態(tài)7.2線粒體結(jié)構(gòu)與化學組成7.3導(dǎo)向信號與線粒體蛋白定位7.4線粒體功能—氧化磷酸化7.5線粒體遺傳、增殖和起源7.6過氧化物酶體第七章線粒體(Mitochondrion)和過氧化物酶體(peroxisome)17.1線粒體的形態(tài)27.1線粒體的形態(tài)37.2線粒體結(jié)構(gòu)與化學組成外膜(outermembrane)內(nèi)膜(innermembrane)膜間隙(intermembranespace)線粒體基質(zhì)(matrix)15線粒體結(jié)構(gòu)6

◆標志酶:單胺氧化酶

◆外膜含有較大的通道蛋白:孔蛋白

最大允許5000D的分子自由通過

外膜(outermembrane)

P2667◆線粒體進行電子傳遞和氧化磷酸化的部位，通透性差；◆含有大量的心磷脂(cardiolipin)，心磷脂與離子的不可滲透性有關(guān)；◆3類酶：運輸酶類、合成酶類、電子傳遞和ATP合成的酶類；◆內(nèi)膜的標志酶是細胞色素氧化酶。內(nèi)膜(innermembrane)29線粒體膜的運輸系統(tǒng)10線粒體的鈣調(diào)節(jié)作用11◆標志酶:蘋果酸脫氫酶線粒體基質(zhì)(matrix)◆功能:●TCA循環(huán)●脂肪酸氧化●氨基酸降解●合成部分線粒體蛋白13◆線粒體各部分的蛋白質(zhì)來自何方?◆定位機理如何?7.3前導(dǎo)肽與線粒體蛋白定位14線粒體中的蛋白質(zhì)來源核基因編碼，在細胞質(zhì)中合成p269線粒體基因編碼，在線粒體基質(zhì)中合成p295157.3.1前導(dǎo)肽(leadingpeptide)●游離核糖體(freeribosome)●膜結(jié)合核糖體(membrane-boundribosome)

附著核糖體◆細胞質(zhì)中的核糖體在合成蛋白質(zhì)時有兩種可能的存在狀態(tài)∶717◆蛋白質(zhì)的兩種運輸方式●翻譯后轉(zhuǎn)運(post-translationaltranslocation)●共翻譯轉(zhuǎn)運(co-translationaltranslocation)818細胞質(zhì)核糖體的蛋白質(zhì)合成與去向19前導(dǎo)肽與信號肽◆前導(dǎo)肽(leadingpeptide)導(dǎo)向序列(targetingsequence)、導(dǎo)向信號(targetingsignal)、轉(zhuǎn)運肽(transitpeptide)◆信號肽(signalpeptide)信號序列（signalsequence）21◆前導(dǎo)肽的結(jié)構(gòu)特點●長約20-80個氨基酸，通常帶正電荷的堿性氨基酸(特別是精氨酸和賴氨酸)含量較為豐富;●序列中不含有或基本不含有帶負電荷的酸性氨基酸，并且有形成兩性(既親水又疏水)α螺旋的傾向。622●具有細胞結(jié)構(gòu)的特異性●前導(dǎo)肽的不同片段含有不同的信息前導(dǎo)肽的特異性23前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)運蛋白時的特點●需要受體●從接觸點進入●需要解折疊●需要消耗能量●需要轉(zhuǎn)運肽酶●需要分子伴侶25◆如何證明前導(dǎo)肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)進入線粒體?267.3.2線粒體蛋白定位◆線粒體基質(zhì)蛋白定位◆線粒體膜間隙蛋白的定位◆線粒體內(nèi)膜蛋白的定位◆線粒體外膜蛋白的定位29線粒體基質(zhì)蛋白的轉(zhuǎn)運30需要兩個前導(dǎo)肽:◆基質(zhì)導(dǎo)向序列◆膜間間隙導(dǎo)向序列可分為兩種方式:◆保守性尋靶(conservativetargeting)◆非保守性尋靶(non-conservativetargeting)線粒體膜間隙蛋白的定位31線粒體膜間隙蛋白的轉(zhuǎn)運——保守性尋靶32線粒體膜間隙蛋白的轉(zhuǎn)運——非保守性尋靶33線粒體膜間間隙蛋白尋靶新說34外膜蛋白與內(nèi)膜蛋白的定位只需要一個引導(dǎo)肽引導(dǎo)外膜與內(nèi)膜蛋白穿膜。由于引導(dǎo)肽后有一段疏水的停止轉(zhuǎn)移序列，所以會停止跨膜。若停止轉(zhuǎn)移序列與外膜轉(zhuǎn)運酶結(jié)合，則為外膜蛋白；與內(nèi)膜轉(zhuǎn)運酶結(jié)合，則為內(nèi)膜蛋白。35線粒體內(nèi)膜蛋白定位的三種途徑?367.4線粒體的功能:氧化磷酸化作用7.4.1真核細胞中的氧化作用7.4.2呼吸鏈與電子傳遞

7.4.3電子傳遞與氧化磷酸化

637糖的有氧氧化(細胞氧化或生物氧化):◆糖氧化成丙酮酸◆丙酮酸脫羧生成乙酰CoA◆乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化

7.4.1真核細胞中的氧化作用38葡萄糖酵解生成丙酮酸

細胞質(zhì)中的葡萄糖(或糖原)在一系列酶的催化下生成丙酮酸的過程成為糖酵解(glycolysis)。39糖的酵解與氧化40線粒體基質(zhì)中乙酰輔酶A的生成◆丙酮酸跨膜進入線粒體基質(zhì)；◆在丙酮酸脫氫酶(pyruvatedehydrogenase)

作用下氧化成乙酰輔酶A。41乙酰輔酶A的生成42●生物需要能量時首先利用多糖;●必要時也會利用脂肪:▲脂肪被水解生成脂肪酸;▲脂肪酸能夠進入線粒體基質(zhì)，通過β氧化途徑(β-oxidationpathway)循環(huán)氧化生成乙酰輔酶A。43β氧化44三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle,TCA)又叫Krebs循環(huán)、檸檬酸循環(huán)。45三羧酸循環(huán)467.4.2呼吸鏈與電子傳遞線粒體能量轉(zhuǎn)換策略

◆三羧酸循環(huán)中的能量轉(zhuǎn)換-高能電子中蘊藏著巨大能量NAD+→NADH自由能增加FAD+→FADH2自由能增加◆NADH和FADH2必須被氧化才能維持三羧酸循環(huán)NADH+1/2O2→NAD++H2O+能量FADH2+1/2O2→FAD++H2O+能量◆NADH和FADH2被氧化時釋放的H+、電子和能量如何安置?47幾種輔酶的結(jié)構(gòu)48呼吸鏈(respiratorychain)◆又稱電子傳遞鏈◆功能是參與對還原型輔酶的氧化●H+的傳遞●電子傳遞49TheElectronTransportChain50●ComplexINADH-dehydrogenaseorNADH-ubiquinone(UQ)oxidoreductase●ComplexⅡsuccinate-dehydrogenaseorsuccinate-ubiquinone(UQ)oxidoreductase●CoenzymeQ

●ComplexⅢcytochromebc1orubiquinol(UQH2)-cytochromecoxidoreductase●Cytochromec

●ComplexⅣcytochromecoxidase呼吸鏈的組成p28651遞電子體與遞氫體◆遞電子體：復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、輔酶Q和細胞色素c◆遞氫體：復(fù)合物Ⅰ（質(zhì)子泵）、Ⅲ（質(zhì)子泵）、Ⅳ（質(zhì)子泵）和輔酶Q52細胞色素氧化酶的質(zhì)子泵作用實驗53TypesofElectronCarriers◆黃素蛋白(Flavoproteins)◆細胞色素(Cytochromes)

◆銅原子(Copperatoms)

◆泛醌(Ubiquinone)◆鐵硫蛋白(Iron-sulfurproteins)

p28654泛醌的氧化與還原55Q循環(huán)線粒體基質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)56主次電子傳遞鏈◆主呼吸鏈∶復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ構(gòu)成主呼吸鏈，從NADH來的電子依次經(jīng)過這三個復(fù)合物,進行傳遞。◆次呼吸鏈∶復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ構(gòu)成次呼吸鏈，來自FADH2的電子不經(jīng)過Ⅰ。57

7.4.3電子傳遞與氧化磷酸化

◆Oxidativephosphorylation活細胞中伴隨著呼吸鏈的氧化作用所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和ATP的形成過程。58線粒體內(nèi)膜電化學梯度的建立◆電化學梯度（Electrochemicalgradient

）●質(zhì)子梯度●內(nèi)膜兩側(cè)電位差◆proton-motiveforce(質(zhì)子動勢)59質(zhì)子動勢的建立60FO-F1顆粒的結(jié)構(gòu)和功能◆酶活性:兩種酶活性●ATP水解酶(hydrolase)

●ATP合成酶(synthetase)故FO-F1顆粒又稱為ATP合酶(ATPsynthase)。F1-FO復(fù)合物是ATP合成部位61StructureofATPsynthase

62

◆結(jié)構(gòu)●Headsection:即F1，由5種多肽組成九聚體(α3β3γδε)，3個β亞基各有1個催化ATP合成的位點。●Stalksection:由F1的γ亞基和ε亞基構(gòu)成，γ亞基穿過頭部作為頭部旋轉(zhuǎn)的軸。●Membranesection:即FO，由3種不同的亞基組成的十五聚體(1a∶2b∶12c)。c亞基:b亞基:a亞基:63TheMechanismofOxidativePhosphorylation

英國生物化學家P.Mitchell1961年提出了化學滲透假說(chemiosomoticcouplinghypothesis)，解釋氧化磷酸化的偶聯(lián)機理。964化學滲透學說29265

結(jié)合改變模型（binding-changemodel）ATP合酶合成ATP的機制66◆一層單位膜包裹的囊泡◆與植物中的乙醛酸循環(huán)體(glyoxysome)統(tǒng)稱為微體(microbody)◆直徑0.1－1.0μm◆含有大量的氧化酶和過氧化氫酶◆標志酶：過氧化氫酶7.6過氧化物酶體(peroxisome)1067電鏡下的過氧化物酶體Crystallinecore(alwaysurate(尿酸鹽)oxidase)687.6.1過氧化物酶體的酶類◆氧化酶(oxidases)

●約占過氧化物酶體酶總量的一半●各種氧化酶作用于不同的底物●將氧還原成過氧化氫。RH2+O2→R+H2O269◆過氧化氫酶(catalase)●是過氧化物酶體的標志酶●約占過氧化物酶體酶總量的40%●作用是將過氧化氫還原成水

2H2O2→O2+2H2O707.6.2基本功能◆合成和降解H202◆使毒性物質(zhì)失活(解酒