細(xì)胞基本知識(shí)概要

第七章

細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換－－線粒體和葉綠體細(xì)胞基本知識(shí)概要第1頁(yè)第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化一、線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)二、線粒體化學(xué)組成及酶定位三、線粒體功效四、線粒體與疾病第二節(jié)線粒體是半自主性細(xì)胞器一、線粒體DNA二、線粒體蛋白質(zhì)合成第三節(jié)線粒體增殖與起源細(xì)胞基本知識(shí)概要第2頁(yè)細(xì)胞能量流生物基本能量起源是太陽(yáng)光輻射能細(xì)胞是生物能量生成、利用基本單位，進(jìn)行著能量吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化等過程能被生物利用能量形式多樣，但基礎(chǔ)能源是化學(xué)能和光能細(xì)胞基本知識(shí)概要第3頁(yè)化學(xué)能細(xì)胞能量利用是以化學(xué)能為關(guān)鍵，并僅能利用化合物總能量中可釋出一部分當(dāng)一個(gè)化合物水解時(shí)釋放自由能多少取決于該化合物整個(gè)分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞內(nèi)大部分物質(zhì)都遵照氧化反應(yīng)普通規(guī)律進(jìn)行氧化反應(yīng)，常見氧化方式有脫e-、脫氫和加氧等類型；最終氧化分解產(chǎn)物是CO2和H2O，同時(shí)釋放能量細(xì)胞基本知識(shí)概要第4頁(yè)生物能量?jī)?chǔ)存和釋放細(xì)胞內(nèi)氧化反應(yīng)主要以生成高能磷酸化合物方式儲(chǔ)存所釋放能量，從而為生物體所利用細(xì)胞最常見高能磷酸化合物是ATP：一游離核苷酸，由腺嘌呤、核糖與三分子磷酸組成，磷酸與磷酸間借磷酸酐鍵連接細(xì)胞內(nèi)ATP生成三種方式：光合磷酸化（photophosphorylation），氧化磷酸化（oxidativephosphorylation），底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）細(xì)胞基本知識(shí)概要第5頁(yè)pppp&能量ppATPADPp&能量pppAMPpp&能量+能量ATP經(jīng)過磷酸基團(tuán)等轉(zhuǎn)移特殊方式，既可儲(chǔ)備光合或物質(zhì)分解產(chǎn)生能量，也可為各種生物酶促反應(yīng)或合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)分子和營(yíng)養(yǎng)分子提供能量細(xì)胞基本知識(shí)概要第6頁(yè)第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化1890年R.Altaman首次發(fā)覺線粒體，命名為bioblast，認(rèn)為它可能是共生于細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立生活細(xì)菌1898年Benda首次將這種顆命名為mitochondrion1900年L.Michaelis用JanusGreenB對(duì)線粒體進(jìn)行染色，發(fā)覺線粒體含有氧化作用Green（1948）證實(shí)線粒體含全部三羧酸循環(huán)酶，Kennedy和Lehninger（1949）發(fā)覺脂肪酸氧化為CO2過程是在線粒體內(nèi)完成；Hatefi等（1976）純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立復(fù)合體Mitchell（1961－1980）提出了氧化磷酸化化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說細(xì)胞基本知識(shí)概要第7頁(yè)一、線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)形狀多樣，普通呈線狀，也有粒狀或短線狀不一樣類型細(xì)胞中線粒體數(shù)目相差很大，但在同一類型細(xì)胞中數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定直徑普通在0.5~1.0μm，在長(zhǎng)度上改變很大蛋白占干重65-70%，脂類占25-30%細(xì)胞基本知識(shí)概要第8頁(yè)1、分布多數(shù)細(xì)胞中，線粒體均勻分布在整個(gè)細(xì)胞質(zhì)中；但在一些細(xì)胞中，線粒體分布不均一，有時(shí)線粒體聚集在細(xì)胞質(zhì)邊緣在細(xì)胞質(zhì)中，線粒體經(jīng)常集中在代謝活躍區(qū)域線粒體含有自由運(yùn)動(dòng)特征，能向細(xì)胞需能部位轉(zhuǎn)移，或者固定在需能部位附近，方便運(yùn)輸ATP線粒體除較多分布在需要ATP區(qū)域外，也較為集中分布在有較多氧化反應(yīng)底物區(qū)域細(xì)胞基本知識(shí)概要第9頁(yè)細(xì)胞基本知識(shí)概要第10頁(yè)2、超微結(jié)構(gòu)細(xì)胞基本知識(shí)概要第11頁(yè)蛋白質(zhì)：占線粒體干重65～70%；線粒體蛋白質(zhì)分為可溶性和不溶性－－可溶性蛋白質(zhì)主要是基質(zhì)酶和膜外周蛋白；不溶性蛋白質(zhì)組成膜本體，其中一部分是鑲嵌蛋白，也有一些是酶蛋白脂類：線粒體脂類只占干重20～30%；在線粒體脂類中多數(shù)是磷脂，占總脂3/4以上；含豐富心磷脂和較少膽固醇是線粒體在組成上與細(xì)胞其它膜結(jié)構(gòu)顯著差異二、線粒體化學(xué)組

成及酶定位細(xì)胞基本知識(shí)概要第12頁(yè)線粒體最外一層全封閉單位膜結(jié)構(gòu)，是線粒體界膜組成外膜脂與蛋白含量幾乎相等含有porin組成親水通道，允許分子量5KD以下分子經(jīng)過，1KD以下分子可自由經(jīng)過因?yàn)橥ㄍ感愿?，膜間間隙中環(huán)境幾乎和胞質(zhì)溶膠相同含有一些特殊酶類，說明外膜不但參加膜磷脂合成，同時(shí)對(duì)那些將在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行徹底氧化物質(zhì)先行初步分解；單胺氧化酶是標(biāo)志酶（一）外膜細(xì)胞基本知識(shí)概要第13頁(yè)（二）內(nèi)膜位于外膜內(nèi)側(cè)包裹線粒體基質(zhì)一層單位膜結(jié)構(gòu)；通透性較低，不允許離子和大多數(shù)帶電荷小分子經(jīng)過通常向基質(zhì)折褶形成嵴，嵴形成使內(nèi)膜表面積大大增加；嵴有兩種排列方式，一是層狀，一是管狀內(nèi)膜嵴上有許多排列規(guī)則顆粒稱為線粒體基粒，又稱偶聯(lián)因子1，簡(jiǎn)稱F1，實(shí)際是ATP合酶，又叫F0F1-ATP酶復(fù)合物內(nèi)膜酶類：①運(yùn)輸酶類；②合成酶類；③e-傳遞和ATP合成酶類；標(biāo)志酶是細(xì)胞色素氧化酶是線粒體進(jìn)行e-傳遞和氧化磷酸化主要部位細(xì)胞基本知識(shí)概要第14頁(yè)（三）膜間間隙是內(nèi)外膜之間腔隙，寬約6-8nm標(biāo)志酶為腺苷酸激酶：功效是催化ATP分子末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到AMP，生成2分子ATP（四）線粒體基質(zhì)為內(nèi)膜和嵴包圍空間，含有：催化三羧酸循環(huán)，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化酶類標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶

基質(zhì)含有一套完整轉(zhuǎn)錄和翻譯體系，如線粒體DNA（mtDNA），及線粒體特有核糖體，RNAs、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等纖維絲和e-密度很大致密顆粒狀物質(zhì)，內(nèi)含Ca2+、Mg2+、Zn2+等離子細(xì)胞基本知識(shí)概要第15頁(yè)外膜膜間間隙內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞色素b5腺苷酸激酶NADH脫氫酶丙酮酸脫氫酶NADH-細(xì)胞色素核苷琥珀酸脫氫酶脂肪酸β氧化酶還原酶二磷酸激酶細(xì)胞色素氧化酶Krebs循環(huán)酶系單胺氧化酶單磷酸激酶細(xì)胞色素cDNA聚合酶脂酰輔酶A合酶ATP合酶RNA聚合酶磷酸甘油?；D(zhuǎn)移酶(F0F1復(fù)合物)核糖體核苷二磷酸激酶運(yùn)輸?shù)鞍邹D(zhuǎn)移RNA孔蛋白醌磷脂：蛋白質(zhì)＝0.9:1磷脂：蛋白質(zhì)＝0.3:0.7心磷脂：磷脂＝0.03:0.97心磷脂：磷脂＝0.22:0.78線粒體各部分蛋白分布細(xì)胞基本知識(shí)概要第16頁(yè)部位功效外膜磷脂合成；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)輸膜間間隙核苷磷酸化基質(zhì)丙酮酸氧化；TCA循環(huán)；脂肪β氧化；DNA復(fù)制；RNA合成；蛋白質(zhì)合成（五）線粒體各部分功效細(xì)胞基本知識(shí)概要第17頁(yè)三、線粒體功效－－

氧化磷酸化作用細(xì)胞基本知識(shí)概要第18頁(yè)糖酵解（一）真核細(xì)胞中氧化作用葡萄糖丙酮酸發(fā)酵NADHNAD+NAD+NADH乳酸缺氧丙酮酸乙酰輔酶ANADNADHCO2NAD+ATPATPATPCO2+H2OTCA循環(huán)NADH電子傳遞鏈胞質(zhì)溶膠氧存在細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞基本知識(shí)概要第19頁(yè)（二）呼吸鏈與電子傳遞呼吸鏈：是線粒體內(nèi)膜上一組酶復(fù)合體，其功效是進(jìn)行電子傳遞、H+傳遞及氧利用，產(chǎn)生H2O和ATP在TCA循環(huán)中，乙酰COA中2個(gè)C完全被氧化直接產(chǎn)生能量極少，大部分能量都儲(chǔ)存在輔酶（NADH和FADH2）分子中假如將能量一次性釋放則不能全部搜集和儲(chǔ)存，并會(huì)損傷細(xì)胞，為此細(xì)胞利用線粒體內(nèi)膜中一系列電子載體（呼吸鏈），伴隨電子逐步傳遞，將能量?jī)?chǔ)存在ATP高能磷酸鍵。電子經(jīng)過呼吸鏈流動(dòng)稱為電子運(yùn)輸或電子傳遞，伴隨氧化進(jìn)行磷酸化就稱為氧化磷酸化細(xì)胞基本知識(shí)概要第20頁(yè)1、電子載體在電子傳遞過程中與釋放電子結(jié)合并將電子傳遞下去物質(zhì)稱為電子載體參加傳遞電子載體有五種：NAD，黃素蛋白，細(xì)胞色素，鐵硫蛋白和輔酶Q除輔酶Q外，其余電子載體中接收和提供電子氧化還原中心都是與蛋白相連輔基細(xì)胞基本知識(shí)概要第21頁(yè)NAD：即煙酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamideadeninedinucleotide），連接三羧酸循環(huán)和呼吸鏈，將代謝過程中脫下來氫交給黃素蛋白黃素蛋白：含F(xiàn)MN或FAD蛋白，可接收2個(gè)電子2個(gè)質(zhì)子；黃素相關(guān)脫氫酶類主要有：①以FMN為輔基NADH脫氫酶。②以FAD為輔基琥珀酸脫氫酶細(xì)胞基本知識(shí)概要第22頁(yè)NAD＆NADP細(xì)胞基本知識(shí)概要第23頁(yè)Flavinmononucleotide(FMN)&Flavinadeninedinucleotide細(xì)胞基本知識(shí)概要第24頁(yè)細(xì)胞色素：分子中含有血紅素鐵，以共價(jià)形式與蛋白結(jié)合，經(jīng)過Fe3+、Fe2+形式改變傳遞電子，呼吸鏈中有5類，即：細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有銅原子細(xì)胞基本知識(shí)概要第25頁(yè)鐵硫蛋白：在其分子結(jié)構(gòu)中每個(gè)鐵原子和4個(gè)硫原子結(jié)合，經(jīng)過Fe2+、Fe3+互變進(jìn)行電子傳遞，有2Fe-2S和4Fe-4S兩種類型細(xì)胞基本知識(shí)概要第26頁(yè)輔酶Q：是脂溶性小分子量醌類化合物，經(jīng)過氧化和還原傳遞電子；有3種氧化還原形式，即：氧化型醌Q，還原型氫醌（QH2）和介于二者之者自由基半醌（QH）細(xì)胞基本知識(shí)概要第27頁(yè)CuaCytaCub2e－CytcCytbFe－SCytc1COQNADH-COQ還原酶復(fù)合物2e－FMNFe-SNADHNAD++H+H+inH+out2e－

FAD

Fe-s

2e-琥珀酸延胡索酸琥珀酸-COQ還原酶復(fù)合物2H+FADH2FAD++2H+1/2O2+2H+H2OH+inH+outCoQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物細(xì)胞色素c氧化酶復(fù)合物細(xì)胞基本知識(shí)概要第28頁(yè)2、呼吸鏈組成和排列呼吸鏈電子載體在線粒體內(nèi)膜中不是單一存在而是同其它蛋白質(zhì)組成復(fù)合物這些復(fù)合物分別命名為復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ；其中都沒有細(xì)胞色素c和輔酶Q，這兩種呼吸鏈成份獨(dú)立存在于線粒體膜中組成呼吸鏈四種復(fù)合物都是由不一樣蛋白質(zhì)組成多蛋白復(fù)合體，功效是參加氧化還原作用，因?yàn)檫@些復(fù)合物在線粒體內(nèi)膜中不停移動(dòng)，全部沒有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)細(xì)胞基本知識(shí)概要第29頁(yè)復(fù)合物多肽數(shù)輔基e-傳遞傳遞H＋序號(hào)名稱接收自傳遞給ⅠNADH脫氫酶≥341個(gè)FMNNADH輔酶Q是6~9個(gè)Fe/S中心Ⅱ琥珀酸脫氫酶41個(gè)FAD琥珀酸輔酶Q否3個(gè)Fe/S中心（經(jīng)由酶結(jié)合FAD）Ⅲ細(xì)胞色素b-c1復(fù)合物102個(gè)細(xì)胞色素b輔酶Q細(xì)胞色素c是1個(gè)細(xì)胞色素c11個(gè)Fe/S中心Ⅳ細(xì)胞色素c氧化酶101個(gè)細(xì)胞色素α細(xì)胞色素c氧是1個(gè)細(xì)胞色素a32個(gè)Cu中心線粒體呼吸鏈中四種復(fù)合物性質(zhì)細(xì)胞基本知識(shí)概要第30頁(yè)復(fù)合物Ⅰ又稱NADH脫氫酶或NADH-COQ還原酶復(fù)合物組成：42條肽鏈組成，呈L型，含一個(gè)FMN和最少6個(gè)鐵硫蛋白，分子量靠近1MD，以二聚體形式存在作用：催化NADH2個(gè)電子傳遞至輔酶Q，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)（M側(cè)）轉(zhuǎn)移至膜間隙（C側(cè)）e-傳遞方向?yàn)椋篘ADH→FMN→Fe-S→Q總反應(yīng)結(jié)果為：NADH+5H+M+Q→NAD++QH2+4H+C細(xì)胞基本知識(shí)概要第31頁(yè)復(fù)合物Ⅱ又稱琥珀酸脫氫酶或琥珀酸-COQ酶復(fù)合物，最少由4條肽鏈組成，含有一個(gè)FAD，2個(gè)鐵硫蛋白功效：催化電子從琥珀酸傳遞給輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子e-傳遞方向?yàn)椋虹晁帷鶩AD→Fe-S→Q反應(yīng)結(jié)果為：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2細(xì)胞基本知識(shí)概要第32頁(yè)復(fù)合物Ⅲ細(xì)胞色素c還原酶，又稱COQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物組成：最少11條不一樣肽鏈，以二聚體形式存在，每個(gè)單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素b（b562、b566）、一個(gè)鐵硫蛋白和一個(gè)細(xì)胞色素c1

作用：催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙總反應(yīng)結(jié)果為：2還原態(tài)cytc1+QH2+2H+M→2氧化態(tài)cytc1+Q+4H+C細(xì)胞基本知識(shí)概要第33頁(yè)復(fù)合物Ⅲ電子傳遞比較復(fù)雜，和“Q循環(huán)”相關(guān)細(xì)胞基本知識(shí)概要第34頁(yè)復(fù)合物Ⅳ即細(xì)胞色素c氧化酶組成：為二聚體，每個(gè)單體含最少13條肽鏈，分為三個(gè)亞單位作用是將從細(xì)胞色素c接收電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，在基質(zhì)側(cè)消耗2個(gè)質(zhì)子，同時(shí)轉(zhuǎn)移2個(gè)質(zhì)子至膜間隙電子傳遞路線為：cytc→CuA→hemea→a3-CuB→O2

總反應(yīng)結(jié)果為：

4還原態(tài)cytc+8H+M+O2→4氧化態(tài)cytc+4H+C+2H2O細(xì)胞基本知識(shí)概要第35頁(yè)3、兩條主要呼吸鏈

復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ組成主要呼吸鏈，催化NADH脫氫氧化復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組成另一條呼吸鏈，催化琥珀酸脫氫氧化呼吸鏈各組分有序，使電子按氧化還原電位從低向高傳遞，能量逐層釋放，呼吸鏈中復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都是質(zhì)子泵，可將質(zhì)子有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜間隙，形成質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATP合成細(xì)胞基本知識(shí)概要第36頁(yè)主呼吸鏈e-傳遞從NADH開始，復(fù)合物Ⅰ將還原型NADH氧化，釋放出2個(gè)e-和1個(gè)H+被FMN接收，同時(shí)從基質(zhì)中攝取一個(gè)H＋將FMN還原成FMNH2，NADH被氧化成NAD+重新進(jìn)入TCA循環(huán)FMNH2將一對(duì)H+傳遞到膜間間隙，同時(shí)將一對(duì)e-經(jīng)鐵硫蛋白傳遞給Q池中兩個(gè)輔酶Q兩個(gè)輔酶Q得到e-后從基質(zhì)攝取兩個(gè)H+被還原成兩個(gè)半醌（QH）泛醌在內(nèi)膜中經(jīng)過擴(kuò)散進(jìn)行穿膜循環(huán)（醌循環(huán)），兩個(gè)半醌各從細(xì)胞色素b取得一個(gè)e-，并從基質(zhì)中再攝取兩個(gè)H+，形成兩個(gè)全醌（QH2）當(dāng)全醌擴(kuò)散到內(nèi)膜外側(cè)時(shí)，便把兩個(gè)e-傳遞給細(xì)胞色素c1，并向膜間間隙釋放一對(duì)H+，本身又被氧化成半醌當(dāng)半醌擴(kuò)散到靠近細(xì)胞色素b時(shí)，將攜帶另2個(gè)e-傳遞給細(xì)胞色素b，并向膜間間隙釋放一對(duì)H+，細(xì)胞色素b一對(duì)e-又回到醌循環(huán)中細(xì)胞色素c1將接收2個(gè)e-經(jīng)細(xì)胞色素c和細(xì)胞色素氧化酶?jìng)鬟f給O，將O還原成H2O一對(duì)e-經(jīng)呼吸鏈傳遞到O時(shí)，共將基質(zhì)中5對(duì)H＋泵到膜間間隙，從而使膜間間隙H＋濃度高于基質(zhì)，預(yù)計(jì)每經(jīng)過一對(duì)H＋可合成1個(gè)ATP細(xì)胞基本知識(shí)概要第37頁(yè)TransportofelectronsfromNADH細(xì)胞基本知識(shí)概要第38頁(yè)次呼吸鏈電子傳遞方式同主呼吸鏈，只是起始電子供體是FADH2，不經(jīng)過復(fù)合物I，而且復(fù)合物II不是遞氫體，所以傳遞H+較少，最終產(chǎn)生能量也要少些細(xì)胞基本知識(shí)概要第39頁(yè)TransportofelectronsfromFADH2細(xì)胞基本知識(shí)概要第40頁(yè)兩條呼吸鏈魚藤酮、阿米妥抗霉素ACN—、CO細(xì)胞基本知識(shí)概要第41頁(yè)呼吸鏈組分及ATP酶在線粒體內(nèi)膜上呈不對(duì)稱分布，如細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜C側(cè)（向細(xì)胞質(zhì)一側(cè)），而ATP酶位于內(nèi)膜M側(cè)（向線粒體基質(zhì)一側(cè)）將線粒體用超聲波破碎，線粒體內(nèi)膜碎片可形成顆粒朝外小膜泡，稱亞線粒體小泡或亞線粒體顆粒，這種小泡含有正常電子傳遞和磷酸化功效用細(xì)胞色素c抗體能夠抑制完整線粒體氧化磷酸化，但不能抑制亞線粒體顆粒氧化磷酸化，說明細(xì)胞色素c位于線粒體內(nèi)膜C側(cè)細(xì)胞基本知識(shí)概要第42頁(yè)氧化磷酸化作用機(jī)理MitchellP.1961提出“化學(xué)滲透假說(ChemiosmoticHypothesis)”電子沿呼吸鏈傳遞時(shí)，所釋放能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)（M側(cè)）泵至膜間隙（胞質(zhì)側(cè)或C側(cè)），因?yàn)榫€粒體內(nèi)膜對(duì)離子是高度不通透，從而使膜間隙質(zhì)子濃度高于基質(zhì)，在內(nèi)膜兩側(cè)形成pH梯度（△pH）及電位梯度（Ψ），二者共同組成電化學(xué)梯度即H＋動(dòng)力勢(shì)（△P）△P=Ψ-(2.3RT/F)△pH質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過內(nèi)膜上ATP酶復(fù)合物流回基質(zhì)，使ATP酶構(gòu)象發(fā)生改變，將ADP和Pi合成ATP質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)細(xì)胞基本知識(shí)概要第43頁(yè)細(xì)胞基本知識(shí)概要第44頁(yè)ATP合酶細(xì)胞基本知識(shí)概要第45頁(yè)ATP合酶結(jié)構(gòu)和功效ATP合酶（ATPsynthetase），分子量500KD，狀如蘑菇；分為球形F1（頭部）和嵌入膜中F0（基部），它能夠利用H＋動(dòng)力勢(shì)合成ATP，也能夠水解ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)H＋，屬于F型H＋泵F1由5種多肽組成α3β3γδε復(fù)合體，含有三個(gè)ATP合成催化位點(diǎn)（每個(gè)β亞基含有一個(gè)）F0由三種多肽組成ab2c12復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，12個(gè)c亞基組成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，含有H＋通道，可使H＋由膜間隙流回基質(zhì)也有學(xué)者將之看成是線粒體內(nèi)膜呼吸鏈第五個(gè)復(fù)合物（complexV）細(xì)胞基本知識(shí)概要第46頁(yè)ATP合酶細(xì)胞基本知識(shí)概要第47頁(yè)ATP合酶合成ATP機(jī)制1．ATP酶利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)，產(chǎn)生構(gòu)象改變，改變與底物親和力，催化ADP與Pi形成ATP2．F1含有三個(gè)催化位點(diǎn)，但在特定時(shí)間，三個(gè)催化位點(diǎn)構(gòu)象不一樣、因而與核苷酸親和力不一樣：①在L構(gòu)象（loose），ADP、Pi與酶疏松結(jié)合在一起；②在T構(gòu)象（tight）底物（ADP、Pi）與酶緊密結(jié)合在一起，在這種情況下可將二者加合在一起；③在O構(gòu)象（open）ATP與酶親和力很低，被釋放出去3．質(zhì)子經(jīng)過F0時(shí)，引發(fā)c亞基組成環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)γ亞基旋轉(zhuǎn)，因?yàn)棣脕喕瞬渴歉叨炔粚?duì)稱，它旋轉(zhuǎn)引發(fā)β亞基3個(gè)催化位點(diǎn)構(gòu)象周期性改變（L、T、O），不停將ADP和Pi加合在一起，形成ATP構(gòu)象耦聯(lián)假說

細(xì)胞基本知識(shí)概要第48頁(yè)細(xì)胞基本知識(shí)概要第49頁(yè)氧化磷酸化抑制劑抑制呼吸鏈電子傳遞。包含以下類型：①抑制NADH→CoQ電子傳遞。如：阿米妥(amytal)、魚藤酮（rotenone）、殺粉蝶素A（piericidin）②抑制Cytb→Cytc1電子傳遞。如：抗霉素A③抑制細(xì)胞色素氧化酶→O2。如：CO、CN、NaN3、H2S電子傳遞抑制劑細(xì)胞基本知識(shí)概要第50頁(yè)磷酸化抑制劑與F0結(jié)合結(jié)合，阻斷H+通道。如：寡霉素解偶聯(lián)劑（uncoupler）解偶聯(lián)蛋白(uncouplingproteins,UCPs)：位于動(dòng)物棕色脂肪組織和肌肉線粒體，與維持體溫相關(guān)質(zhì)子載體：DNP、FCCP質(zhì)子通道：增溫素（thermogenin）其它離子載體：如纈氨霉素一些藥品：如過量阿斯匹林細(xì)胞基本知識(shí)概要第51頁(yè)線粒體半自主性線粒體含有獨(dú)立遺傳體系線粒體也能合成蛋白質(zhì)，不過合成能力有限；線粒體核糖體蛋白、氨酰tRNA合成酶、許多結(jié)構(gòu)蛋白，都是核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體，所以稱線粒體為半自主細(xì)胞器mtDNA表現(xiàn)為母系遺傳：其突變率高于核DNA，而且缺乏修復(fù)能力。有些遺傳病，如Leber遺傳性視神經(jīng)病，肌陣攣性癲癇等均與線粒體基因突變相關(guān)

細(xì)胞基本知識(shí)概要第52頁(yè)線粒體增殖間壁分離：分裂時(shí)先由內(nèi)膜向中心皺褶，將線粒體分類兩個(gè)，常見于鼠肝和植物產(chǎn)生組織中收縮后分離：分裂時(shí)經(jīng)過線粒體中部縊縮并向兩端不停拉長(zhǎng)然后分裂為兩個(gè)，見于蕨類和酵母線粒體中出芽：見于酵母和蘚類植物，線粒體出現(xiàn)小芽，脫落后長(zhǎng)大，發(fā)育為線粒體細(xì)胞基本知識(shí)概要第53頁(yè)線粒體與葉綠體蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞基本知識(shí)概要第54頁(yè)導(dǎo)向信號(hào)與線粒體蛋白定位線粒體本身遺傳信息有限，由線粒體DNA編碼蛋白質(zhì)大約只有13種，而線粒體執(zhí)行功效時(shí)需上百種蛋白質(zhì)細(xì)胞質(zhì)中合成蛋白質(zhì)是怎樣運(yùn)進(jìn)線粒體并準(zhǔn)確定位呢？細(xì)胞基本知識(shí)概要第55頁(yè)線粒體定位蛋白質(zhì)線粒體基質(zhì)F1-ATPase：α亞基（植物除外），β，γ亞基和δ亞基（一些真菌）RNA聚合酶、DNA聚合酶、核糖體蛋白、檸檬酸合成酶、TCA酶系、乙醇脫氫酶、鳥氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（哺乳動(dòng)物）內(nèi)膜ADP-ATP逆向運(yùn)輸?shù)鞍?、磷?OH-逆向運(yùn)輸?shù)鞍?、?xì)胞色素c氧化酶亞基4,5,6,7、F0-ATPase蛋白質(zhì)、COQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物亞基1,2,5(Fe-S),6,7,8膜間間隙細(xì)胞色素c、細(xì)胞色素c過氧化物酶、細(xì)胞色素b2、COQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物亞基4（細(xì)胞色素c1）外膜孔蛋白細(xì)胞質(zhì)中合成一些線粒體蛋白質(zhì)細(xì)胞基本知識(shí)概要第56頁(yè)蛋白質(zhì)尋靶與分選線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)肽是新生蛋白N端一段大約20～80個(gè)氨基酸殘基肽鏈，通常帶正電荷堿性氨基酸含量較為豐富轉(zhuǎn)運(yùn)肽序列中不含有或基本不含有帶負(fù)電荷酸性氨基酸，而且有形成兩性α螺旋傾向不一樣轉(zhuǎn)運(yùn)肽之間沒有同源性，說明轉(zhuǎn)運(yùn)肽序列與識(shí)別特異性相關(guān)，而與二級(jí)或高級(jí)結(jié)構(gòu)無太大關(guān)系細(xì)胞基本知識(shí)概要第57頁(yè)線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)時(shí)，含有以下特點(diǎn)：需要受體－－轉(zhuǎn)運(yùn)肽首先需要和線粒體膜上受體識(shí)別從接觸點(diǎn)進(jìn)入－－線粒體內(nèi)外膜要局部融合形成被運(yùn)輸?shù)鞍走M(jìn)入接觸點(diǎn)蛋白質(zhì)要解折疊需要能量－－既要消耗ATP，又要膜電位驅(qū)動(dòng)需要轉(zhuǎn)運(yùn)肽酶需要分子伴侶幫助－－幫助轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)解折疊，還必須將轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)重新折疊細(xì)胞基本知識(shí)概要第58頁(yè)表7-1線粒體蛋白分選信號(hào)*信號(hào)序列定位轉(zhuǎn)運(yùn)裝置信號(hào)序列位置位于N端，富含帶正電荷和疏水氨基酸，形成兩性α螺旋，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被切除?；|(zhì)TOMTIM23

不被切除，含疏水性停頓轉(zhuǎn)移序列，被安插到外膜。外膜TOM

被切除，含疏水性停頓轉(zhuǎn)移序列，被安插到內(nèi)膜。內(nèi)膜TOMTIM23

含兩個(gè)信號(hào)序列，首先轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，第一個(gè)信號(hào)序列被切除，第二個(gè)信號(hào)序列引導(dǎo)蛋白進(jìn)入內(nèi)膜或膜間隙。內(nèi)膜膜間隙TOMTIM23

結(jié)構(gòu)類似于N端信號(hào)序列，但位于蛋白質(zhì)內(nèi)部。內(nèi)膜TOMTIM23

為線粒體代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如腺苷轉(zhuǎn)位酶，含有多個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列和停頓轉(zhuǎn)移序列，形成屢次跨膜蛋白。內(nèi)膜TOMTIM22

細(xì)胞基本知識(shí)概要第59頁(yè)線粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)完整多肽細(xì)胞基本知識(shí)概要第60頁(yè)線粒體內(nèi)膜和外膜蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體內(nèi)膜和外膜蛋白定位只需要一個(gè)引導(dǎo)肽，引導(dǎo)外膜和內(nèi)膜蛋白穿膜引導(dǎo)肽后有一段疏水停頓轉(zhuǎn)運(yùn)序列阻止蛋白質(zhì)深入穿膜，從而使蛋白質(zhì)結(jié)合在線粒體膜上若疏水停頓轉(zhuǎn)運(yùn)序列同外膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶（translocaseoftheoutermembrane，Tom）結(jié)合，則成為外膜蛋白，若是同內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶（translocaseoftheintermemberane，Tim）結(jié)合則是內(nèi)膜蛋白細(xì)胞基本知識(shí)概要第61頁(yè)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)包括各種蛋白復(fù)合體，即轉(zhuǎn)位因子（translocator），由兩部分組成：受體和蛋白質(zhì)經(jīng)過孔道TOM復(fù)合體，負(fù)責(zé)經(jīng)過外膜，進(jìn)入膜間隙：在酵母中TOM70負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)部含有信號(hào)序列蛋白；TOM20負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)N端含有信號(hào)序列蛋白，這兩種蛋白功效都相當(dāng)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上SPR受體TOM復(fù)合體通道被稱為GIP（generalimportpore，主要由Tom40組成，還包含Tom22，Tom7，Tom6和Tom5細(xì)胞基本知識(shí)概要第62頁(yè)TIM復(fù)合體TIM23負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，也可將一些蛋白質(zhì)安插在內(nèi)膜TIM22負(fù)責(zé)將線粒體代謝物運(yùn)輸?shù)鞍祝鏏DP／ATP和磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白插入內(nèi)膜細(xì)胞基本知識(shí)概要第63頁(yè)細(xì)胞基本知識(shí)概要第64頁(yè)線粒體基質(zhì)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體基質(zhì)蛋白，除極少數(shù)外，都是在細(xì)胞質(zhì)游離核糖體上合成，并經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)肽轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)來運(yùn)輸過程：前體蛋白在游離核糖體合成釋放后，在細(xì)胞質(zhì)分子伴侶Hsp70幫助下解折疊經(jīng)過N端轉(zhuǎn)運(yùn)肽同線粒體外膜上受體蛋白識(shí)別，并在受體（或附近）內(nèi)外膜接觸點(diǎn)處利用ATP水解產(chǎn)生能量驅(qū)動(dòng)前體蛋白進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸通道，然后由電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)穿過內(nèi)膜，進(jìn)入基質(zhì)在基質(zhì)中，由mHsp70繼續(xù)維持前體蛋白解折疊狀態(tài)而后在Hsp60幫助下，前體蛋白進(jìn)行正確折疊，最終由轉(zhuǎn)運(yùn)肽酶切除轉(zhuǎn)運(yùn)肽，成為成熟線粒體基質(zhì)蛋白細(xì)胞基本知識(shí)概要第65頁(yè)內(nèi)膜Hsp70ATPADP+Pi12ATPADP+PiATPADP+PiHsp60ATPADP+PiH2O4接觸點(diǎn)細(xì)胞基本知識(shí)概要第66頁(yè)線粒體膜間間隙蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體膜間間隙蛋白定位需兩個(gè)導(dǎo)向序列：位于N端最前面為基質(zhì)導(dǎo)向序列，其后還有第二個(gè)導(dǎo)向序列即膜間間隙導(dǎo)向序列膜間間隙導(dǎo)向序列有兩種轉(zhuǎn)運(yùn)定位方式：保守性尋靶和非保守性尋靶細(xì)胞基本知識(shí)概要第67頁(yè)保守性尋靶前體蛋白在N端基質(zhì)導(dǎo)向序列引導(dǎo)下采取與線粒體基質(zhì)蛋白一樣運(yùn)輸方式：膜間間隙導(dǎo)向序列成了N