線粒體與能量代謝

線粒體與能量代謝第1頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體的形態(tài)、數(shù)量與分布第一節(jié)線粒體的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成第二節(jié)線粒體的功能

第三節(jié)線粒體的半自主性

第四節(jié)

線粒體的增殖與起源

第五節(jié)過(guò)氧化物酶體

第六節(jié)線粒體與醫(yī)學(xué)8.4第七節(jié)OUTLINE第2頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體(mitochondrion)是存在于真核細(xì)胞中的一種較大細(xì)胞器，在光學(xué)顯微鏡下觀察呈“短線狀”或“顆粒狀”的形態(tài)學(xué)特征而命名為線粒體，是細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化和形成ATP的主要場(chǎng)所,細(xì)胞生命活動(dòng)所需的能量有95％來(lái)自線粒體，因此有細(xì)胞“動(dòng)力工廠”之稱。線粒體的形態(tài)、數(shù)量與分布第一節(jié)返回目錄第3頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、線粒體的形態(tài)

光學(xué)顯微鏡下線粒體的形態(tài)線粒體的形態(tài)多種多樣，一般呈線狀，也有粒狀或短線狀。細(xì)胞的生理狀況發(fā)生變化時(shí)線粒體的形態(tài)亦將隨之而改變。返回目錄第4頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、線粒體的數(shù)量同一類型細(xì)胞中，線粒體的數(shù)目是相對(duì)穩(wěn)定的。在不同類型的細(xì)胞中線粒體的數(shù)目相差很大。生理活動(dòng)旺盛的細(xì)胞（心肌細(xì)胞）線粒體多。

返回目錄數(shù)百~數(shù)千個(gè)3105萬(wàn)個(gè)(有些卵母細(xì)胞)1個(gè)50萬(wàn)個(gè)(巨大變形蟲(chóng))第5頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

肌細(xì)胞和精子的線粒體分布線粒體包圍著脂肪滴三、線粒體的分布線粒體較多分布在需要ATP的部位??！返回目錄第6頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二8.2電鏡下，線粒體是由兩層高度特化的單位膜套疊而成的囊狀結(jié)構(gòu)，主要由外膜、內(nèi)膜、膜間腔和基質(zhì)腔四部分組成線粒體的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成

第二節(jié)返回目錄第7頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

電子顯微鏡下線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)A、B掃描電鏡圖；C透射電鏡圖一、線粒體的超微結(jié)構(gòu)

返回目錄第8頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二電鏡：線粒體是由兩層單位膜圍成的封閉的囊狀結(jié)構(gòu)。外膜內(nèi)膜膜間腔（外腔）嵴嵴間腔（內(nèi)腔）內(nèi)含基質(zhì)，有DNA線粒體的超微結(jié)構(gòu)返回目錄第9頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二外膜內(nèi)膜膜間隙嵴間腔嵴嵴：基粒（ATP酶復(fù)合體）：基質(zhì)面上許多帶柄的小顆粒。與膜面垂直而規(guī)律排列。

基粒（ATP酶復(fù)合體）

3-4nm長(zhǎng)4.5-6nm6-11.5nm高5-6nm9nm9nm頭部柄部基片:

合成ATP:調(diào)控質(zhì)子通道：質(zhì)子的通道（內(nèi)腔）（外腔）內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊形成，可增加內(nèi)膜的表面積。嵴和基粒返回目錄第10頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二基粒的結(jié)構(gòu)基粒結(jié)構(gòu)模式圖返回目錄第11頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二外膜膜間隙內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞色素b5

NADH-細(xì)胞色素c還原酶單胺氧化酶脂酰輔酶A合成酶

磷酸甘油?；D(zhuǎn)移酶

孔蛋白腺苷酸激酶核苷酸激酶二磷酸激酶單磷酸激酶NADH脫氫酶琥珀酸脫氫酶

細(xì)胞色素氧化酶

細(xì)胞色素CATP合成酶

(F0F1復(fù)合物)

運(yùn)輸?shù)鞍妆崦摎涿钢舅幡卵趸?/p>

三羧酸循環(huán)酶系蘋(píng)果酸脫氫酶DNA聚合酶RNA聚合酶

核糖體

轉(zhuǎn)移RNAs線粒體各部分蛋白及酶的分布

二、線粒體的化學(xué)組成

線粒體的化學(xué)組分主要是由蛋白質(zhì)、脂類和水份等組成紅色標(biāo)注各部分的標(biāo)志酶返回目錄第12頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二呼吸鏈呼吸鏈（respiratorychain）又稱為電子傳遞鏈（electrontransportchain），是一系列具有遞氫、遞電子作用的氫載體和電子載體蛋白，該體系最終以氧作為電子接受體，與細(xì)胞攝氧有關(guān)，故稱為呼吸鏈。由四種復(fù)合物組成返回目錄第13頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二TheElectronTransportChain三個(gè)參與H+傳遞，四個(gè)都參與傳遞電子第14頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)合物電子傳遞序號(hào)名稱多肽數(shù)輔基接收自傳遞給傳遞質(zhì)子Ⅰ

NADH還原酶22～261個(gè)FMN6-9個(gè)Fe/S中心NADH輔酶Q是Ⅱ

琥珀酸還原酶

4～5

1個(gè)FAD3個(gè)Fe/S中心琥珀酸(經(jīng)由酶結(jié)合的FAD)輔酶Q

否

Ⅲ

細(xì)胞色素b-c1

還原酶8～10

細(xì)胞色素b細(xì)胞色素c1個(gè)細(xì)胞色素c11個(gè)Fe/S中心輔酶Q

細(xì)胞色素c

是

Ⅳ

細(xì)胞色素c氧化酶9細(xì)胞色素a細(xì)胞色素c氧(O2)細(xì)胞色素a3Cu中心(其中細(xì)胞色素a3是Fe/Cu中心)細(xì)胞色素cO2是

線粒體呼吸鏈中四種復(fù)合物的性質(zhì)返回目錄第15頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二呼吸鏈中復(fù)合物的排列及功能返回目錄第16頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二醫(yī)學(xué)應(yīng)用線粒體中某些組分的治療作用細(xì)胞色素c已被作為一氧化碳中毒、新生兒窒息、肺功能不全、高山缺氧、心肌炎及心絞痛的急救藥或輔助藥。輔酶Q對(duì)高血壓、牙周病、肌萎縮有療效。返回目錄第17頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二部位功能外膜磷脂的合成，脂肪酸鏈去飽和，脂肪酸鏈延伸內(nèi)膜電子傳遞，氧化磷酸化，代謝物質(zhì)運(yùn)輸膜間腔核苷的磷酸化基質(zhì)腔丙酮酸氧化，三羧酸循環(huán)，脂肪酸的β氧化，DNA復(fù)制，RNA合成，蛋白質(zhì)合成

8.3線粒體的功能

一、線粒體各部分的功能第三節(jié)返回目錄第18頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

真核細(xì)胞中碳水化合物代謝俯瞰二、線粒體的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制

線粒體是真核生物氧化代謝的部位，是糖、脂肪和氨基酸最終氧化放能的場(chǎng)所。返回目錄第19頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二知識(shí)回顧：真核細(xì)胞中的氧化作用糖的氧化:

葡萄糖→細(xì)胞→胞質(zhì)中分解為丙酮酸(不需要氧，糖酵解)◆糖氧化成丙酮酸◆丙酮酸脫羧生成乙酰CoA◆乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化無(wú)氧：乳酸第20頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二糖的酵解與氧化能量:高能分子6C3C2C1C第21頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體第22頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體基質(zhì)中乙酰輔酶A的生成◆丙酮酸跨膜進(jìn)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。第23頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二●生物需要能量時(shí)首先利用多糖▲多糖→葡萄糖→丙酮酸▲脂肪脂肪酸▲蛋白質(zhì)氨基酸→乙酰輔酶A（乙酰CoA）三羧酸循環(huán)↓第24頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle,TCAcycle)又叫Krebs循環(huán)、檸檬酸循環(huán)。第25頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二TCA循環(huán)葡萄糖酵解生成丙酮酸乙酰CoA的生成

三羧酸循環(huán)返回目錄2分子CO21分子GTP4分子NADH1分子FADH25對(duì)電子第26頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體在能量轉(zhuǎn)換中的作用電子傳遞偶聯(lián)氧化磷酸化化學(xué)滲透偶聯(lián)假說(shuō)(chemiosmoticcouplinghypothesis)解釋氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為:在電子傳遞過(guò)程中,伴隨著質(zhì)子從線粒體內(nèi)膜的里層向膜間腔轉(zhuǎn)移，形成跨膜的氫離子梯度，這種勢(shì)能驅(qū)動(dòng)了氧化磷酸化反應(yīng)(提供了動(dòng)力)，合成了ATP。返回目錄第27頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)示意圖

返回目錄第28頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

電子傳遞與氧化磷酸化

◆Oxidativephosphorylation活細(xì)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(guò)程。第29頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體內(nèi)膜電化學(xué)梯度的建立◆Electrochemicalgradient

●質(zhì)子梯度●內(nèi)膜兩側(cè)電位差◆proton-motiveforce(質(zhì)子動(dòng)勢(shì))第30頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二Theestablishmentofaproton-motiveforce第31頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第32頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二F0-F1

復(fù)合物是ATP合成部位

通過(guò)線粒體內(nèi)膜重建實(shí)驗(yàn)證明位于內(nèi)膜上的F0-F1顆粒是呼吸鏈中ATP合成的部位。第33頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二合成ATP第34頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二TheMechanismofOxidativePhosphorylation

英國(guó)生物化學(xué)家P.Mitchell1961年提出了化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosomoticcomplinghypothesis)解釋氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理。榮獲1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)!第35頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二化學(xué)滲透假說(shuō)在電子傳遞過(guò)程中,伴隨著質(zhì)子從線粒體內(nèi)膜的里層向外層轉(zhuǎn)移,形成跨膜的氫離子梯度,這種勢(shì)能驅(qū)動(dòng)了氧化磷酸化反應(yīng)(提供了動(dòng)力),合成了ATP。第36頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第37頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)線粒體的半自主性

線粒體具有獨(dú)立的遺傳體系，能夠合成蛋白質(zhì)，但是合成能力有限。大多數(shù)線粒體蛋白都是由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體的，因此線粒體被稱為半自主性細(xì)胞器（semiautonomousorganelle）。返回目錄第38頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

人類線粒體基因組示意圖一、線粒體DNA人類線粒體基因組是一個(gè)環(huán)狀雙鏈DNA包括37個(gè)基因可以編碼2種rRNA、22種tRNA和13種蛋白返回目錄第39頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體疾病Leber遺傳性視神經(jīng)病(Leber'shereditaryopticneuropathy，LHON)是一例典型的由mtDNA點(diǎn)突變引起的線粒體病。LHON是一種罕見(jiàn)的，母系遺傳的疾病，患者會(huì)在年輕時(shí)失明，最終視神經(jīng)萎縮。大約90%的LHON病例的ND1、ND4或ND6基因都發(fā)生了點(diǎn)突變。

醫(yī)學(xué)應(yīng)用返回目錄第40頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、線粒體基因組的特點(diǎn)1.幾乎全部基因組都是編碼序列2.密碼子的特殊性3.裸露的DNA，不與組蛋白結(jié)合返回目錄第41頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二密碼子“通用”遺傳密碼線粒體遺傳密碼UGA終止色氨酸AUA異亮氨酸甲硫氨酸AGA精氨酸終止AGG精氨酸終止

“通用”遺傳密碼與線粒體遺傳密碼的差異返回目錄第42頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三、線粒體從細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)輸入線粒體基質(zhì)的過(guò)程返回目錄第43頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

蛋白質(zhì)到線粒體的運(yùn)輸途徑返回目錄第44頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

線粒體的增殖方式（A）間壁分離；(B)收縮分離；(C)出芽分離第五節(jié)線粒體的增殖與起源

一、線粒體的增殖返回目錄第45頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二線粒體的進(jìn)化途徑

二、線粒體的起源內(nèi)共生學(xué)說(shuō)非內(nèi)共生學(xué)說(shuō)返回目錄第46頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二動(dòng)物細(xì)胞中的過(guò)氧化物酶體第六節(jié)過(guò)氧化物酶體

過(guò)氧化物酶體，又稱微體（microbody），是由單層膜圍繞的、內(nèi)含一種或幾種氧化酶類的細(xì)胞器返回目錄第47頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、過(guò)氧化物酶體的結(jié)構(gòu)以及所含酶類氧化酶過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化物酶：很少RH2+O2→R+H2O2

H2O2+RH2→R+2H2O2H2O2→O2+2H2O結(jié)構(gòu)：與初級(jí)溶酶體類似所含酶類：主要有三種，其中過(guò)氧化氫酶是標(biāo)志酶返回目錄第48頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、過(guò)氧化物酶體的功能

使毒性物質(zhì)失活

對(duì)氧濃度的調(diào)節(jié)作用

脂肪酸的氧化

脂類合成返回目錄第49頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二過(guò)氧化