醫(yī)用細(xì)胞生物學(xué)第六章

第六章

線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換制作團(tuán)隊(duì)：DNA成員：巨豪、王遠(yuǎn)帆陳楠楠、陳麗君、管小安生物的各種活動(dòng)都需要能量能量的80-95%由線粒體提供動(dòng)力工廠存在于除紅細(xì)胞以外的一切真核細(xì)胞中線粒體的起源內(nèi)共生假說(shuō)1970，Margulis，真核細(xì)胞祖先是種吞噬細(xì)胞；線粒體祖先是種革蘭氏陰性菌。前者吞后者細(xì)胞分化假說(shuō)原始的原核細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷包被DNA，然后再分化形成獨(dú)立的細(xì)胞器。1850年R.Altaman首次發(fā)現(xiàn)，命名為bioblast。1898年vonBenda提出mitochondrion。

1900年L.Michaelis用JanusGreenB對(duì)線粒體進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用。至20世紀(jì)50年代，在許多學(xué)者的努力下，證實(shí)三羧酸循環(huán)，氧化磷酸化和脂肪酸氧化等重要的能量代謝過(guò)程均發(fā)生在線粒體中。線粒體的發(fā)現(xiàn)

1976年Hatefi等純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體。

1961-1980提出了氧化磷酸化的化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說(shuō)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)明確了線粒體是細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換的中心，細(xì)胞代謝中所需能量中大約有95%為線粒體提供。線粒體數(shù)量：差別很大，如肝細(xì)胞中約有1000-2000個(gè)，而淋巴細(xì)胞中只有幾個(gè).第一節(jié)線粒體的基本特征線粒體的形態(tài)、數(shù)量和結(jié)構(gòu)線粒體的化學(xué)組成線粒體的遺傳體系核編碼的蛋白質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體的起源與發(fā)生一、線粒體的形態(tài)、數(shù)量和結(jié)構(gòu)形態(tài)：光鏡：線狀、粒狀、短桿狀；有的圓形、啞鈴形、星形；還有分枝狀、環(huán)狀等大小：一般直徑：0.5—1.0μm;長(zhǎng)度：3μm。數(shù)目：正常細(xì)胞中：1000—2000個(gè)。分布：通常分布于細(xì)胞生理功能旺盛的區(qū)域和需要能量較多的部位?？傊壕€粒體的形態(tài)、大小、數(shù)目和分布在不同形態(tài)和類型細(xì)胞中可朔性較大。線粒體結(jié)構(gòu)的一般特征：

光鏡結(jié)構(gòu)：超微結(jié)構(gòu)線粒體的超微結(jié)構(gòu)模式平面圖線粒體是由雙層單位膜套疊而成的封閉性膜囊結(jié)構(gòu)

電鏡下，線粒體是由雙層單位膜套疊而成的封閉性膜囊結(jié)構(gòu)。兩層膜將線粒體內(nèi)部空間與細(xì)胞質(zhì)隔離，并使線粒體內(nèi)部空間分隔成兩個(gè)膜空間，構(gòu)成線粒體的支架。㈠外膜的特點(diǎn)：1.通透性強(qiáng)：膜上存在著多種轉(zhuǎn)動(dòng)蛋白，它們形成孔徑為1-3nm的含水通道，這些蛋白稱為～2.孔蛋白：分子通道允許小于5KD的小分子通過(guò)3.膜中的蛋白質(zhì)和脂類比例為1：1㈡線粒體內(nèi)膜的特點(diǎn)：⒈高度特化的單位膜，膜上蛋白質(zhì)占膜總重量的76%；⒉通透性小，是線粒體調(diào)節(jié)物質(zhì)通過(guò)的主要的途徑。⒊內(nèi)膜向內(nèi)形成嵴，嵴的內(nèi)表面上布滿了顆粒——基粒。除基粒外，還存在著許多蛋白復(fù)合體。4.無(wú)膽固醇，富含雙磷脂酰甘油，即心磷脂。嵴與上面的基粒⑵基粒基粒是線粒體中將ADP合成為ATP的重要部位，本質(zhì)為ATP合酶，也稱為F0F1ATP酶基粒由頭部、柄部和基部三部分組成。頭部：基粒由α3、β3、γ、δ、ε組成蛋白質(zhì)復(fù)合體。其中3個(gè)α亞基和3個(gè)β亞基組成球形的頭部，柄部：柄部由γ、δ、ε三個(gè)亞基組成，是頭部與內(nèi)膜的連接部分。頭部和柄組成了基粒的F1偶聯(lián)因子，主要功能是合成ATP?；浚海ㄈ┠らg腔（外室）(intermembranespace/outchamber)：

內(nèi)外膜之間包括嵴內(nèi)腔含多種可溶性酶，含底物和輔助因子轉(zhuǎn)位接觸點(diǎn)：內(nèi)外膜相互接觸部位，蛋白進(jìn)出通道3轉(zhuǎn)位接觸點(diǎn)內(nèi)外膜接觸點(diǎn)（四）基質(zhì)腔（內(nèi)室/嵴間腔）

(matrixspace/innerchamber)：內(nèi)膜包圍的空間，三羧酸循環(huán)的重要場(chǎng)所

基質(zhì)(matrix)：含多種酶，雙鏈環(huán)狀DNA、RNA,核糖體線粒體中的代謝功能定位外膜磷脂合成脂肪酸去飽和作用脂肪酸延長(zhǎng)內(nèi)膜電子傳遞氧化磷酸化代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)膜間腔核苷酸磷酸化基質(zhì)丙酮酸酯氧化TCA循環(huán)脂肪的?氧化DNA復(fù)制,RNA轉(zhuǎn)錄，蛋白質(zhì)翻譯1.蛋白質(zhì)占總含量的2/3，主要分布于內(nèi)膜和基質(zhì)

氧化還原酶連接酶水解酶37％10％9％2.脂類約占總含量的1/3，大部分是磷脂（90%）此外還有DNA、多種輔酶、維生素及無(wú)機(jī)離子等二、線粒體的化學(xué)組成七、線粒體的起源與發(fā)生尚有爭(zhēng)論（一）線粒體是通過(guò)分裂方式實(shí)現(xiàn)增殖的

對(duì)于現(xiàn)代真核細(xì)胞中的線粒體發(fā)生（biogenesis）機(jī)制，目前有三種關(guān)于線粒體生物發(fā)生的觀點(diǎn)，即重新合成、起源于非線粒體的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及通過(guò)原有線粒體的分裂形成。

Attardi等認(rèn)為，線粒體的生物發(fā)生過(guò)程分兩個(gè)階段。在第一階段，線粒體的膜進(jìn)行生長(zhǎng)和復(fù)制，然后分裂增殖；第二階段包括線粒體本身的分化過(guò)程，建成能夠行使氧化磷酸化功能的機(jī)構(gòu)。線粒體的生長(zhǎng)和分化階段分別接受細(xì)胞核和線粒體兩個(gè)獨(dú)立的遺傳系統(tǒng)控制。（二）線粒體的起源尚無(wú)定論線粒體可能起源于古老厭氧真核細(xì)胞共生的早期細(xì)菌。在之后的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，二者共生聯(lián)系更加密切，共生物的大部分遺傳信息轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核上，這樣留在線粒體上的遺傳信息大大減少，即線粒體起源的內(nèi)共生學(xué)說(shuō)。許多證據(jù)支持這一假說(shuō)：線粒體的遺傳系統(tǒng)與細(xì)菌相似，如DNA呈環(huán)狀、不與組蛋白結(jié)合；線粒體的蛋白質(zhì)合成方式與細(xì)菌相似，如核糖體為70S，抑制蛋白質(zhì)合成的機(jī)制等。但這一機(jī)制也有不足之處，所以有學(xué)者提出了非共生假說(shuō)。線粒體起源的內(nèi)共生學(xué)說(shuō)第四節(jié)線粒體與疾病線粒體病的概念以線粒體結(jié)構(gòu)和功能缺陷為主要疾病原因的疾病稱為線粒體病。一般情況下，線粒體病主要是由于基因的突變引起的。

每一個(gè)人類細(xì)胞中帶有數(shù)百個(gè)線粒體，每個(gè)線粒體中又含有若干個(gè)mtDNA分子。線粒體通過(guò)合成ATP而為細(xì)胞提供能量，調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)的氧化-還原（redox）狀態(tài)，也是細(xì)胞內(nèi)氧自由基產(chǎn)生的主要來(lái)源，后者則與細(xì)胞的許多生命活動(dòng)有關(guān)。因此維持線粒體結(jié)構(gòu)與功能的正常，對(duì)于細(xì)胞的生命活動(dòng)至關(guān)重要。

在特定條件下線粒體與疾病的發(fā)生有著密切的關(guān)系，一方面是疾病狀態(tài)下線粒體作為細(xì)胞