張光謀-第八章 線粒體(一)

1、第八章第八章 線粒體線粒體醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)授課教師：張光謀授課教師：張光謀 教授教授E-mail：醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)目目 錄錄第八章第八章 線粒體線粒體 第一節(jié)第一節(jié) 線粒體的結(jié)構(gòu)和功能線粒體的結(jié)構(gòu)和功能第二節(jié)第二節(jié) 線粒體基因組的特征線粒體基因組的特征第三節(jié)第三節(jié) 線粒體的增殖和起源線粒體的增殖和起源第四節(jié)第四節(jié) 線粒體與醫(yī)學(xué)的關(guān)系線粒體與醫(yī)學(xué)的關(guān)系醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 線粒體的結(jié)構(gòu)與功能線粒體的結(jié)構(gòu)與功能一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、線粒體的化學(xué)組成和酶的分布二、線粒體的化學(xué)組成和酶的分布三、線粒體的功能三、線粒體的功能四、線粒體的半自主性四、線粒體的半自主性醫(yī)

2、學(xué)細(xì)胞生物學(xué)一、線粒體的結(jié)構(gòu)一、線粒體的結(jié)構(gòu)（一）線粒體的形態(tài)、數(shù)目和分布（一）線粒體的形態(tài)、數(shù)目和分布 以線狀以線狀(filate)(filate)和顆粒狀和顆粒狀(granule)(granule)最常見，最常見，也可呈環(huán)形、啞鈴形、分枝狀或其它形狀。也可呈環(huán)形、啞鈴形、分枝狀或其它形狀。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 許多哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞缺少線粒體，利什曼許多哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞缺少線粒體，利什曼原蟲中只有一個(gè)巨大的線粒體，海膽卵母細(xì)胞則多原蟲中只有一個(gè)巨大的線粒體，海膽卵母細(xì)胞則多達(dá)達(dá)3030萬個(gè)，巨大變形蟲可高達(dá)萬個(gè)，巨大變形蟲可高達(dá)5050萬個(gè)。萬個(gè)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 線粒體一般直徑為線粒體一般

3、直徑為0.50.51.0m1.0m，長(zhǎng)，長(zhǎng)1.51.53.03.0 m m。其大小也因細(xì)胞種類和生理狀況的不同。其大小也因細(xì)胞種類和生理狀況的不同而不一樣。而不一樣。 不同細(xì)胞內(nèi)變動(dòng)很大不同細(xì)胞內(nèi)變動(dòng)很大: :大鼠肝細(xì)胞的線粒體大鼠肝細(xì)胞的線粒體5 5 m; m; 胰腺的外分泌細(xì)胞中胰腺的外分泌細(xì)胞中101020m;20m;人的成纖人的成纖維細(xì)胞線粒體維細(xì)胞線粒體4040 m m 。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 線粒體在細(xì)胞內(nèi)的分布一般是不均勻的，往線粒體在細(xì)胞內(nèi)的分布一般是不均勻的，往往在細(xì)胞代謝旺盛的需能部位比較集中。往在細(xì)胞代謝旺盛的需能部位比較集中。 如分泌細(xì)胞的線粒體聚集在分泌物合成的區(qū)如分泌細(xì)胞

4、的線粒體聚集在分泌物合成的區(qū)域；肌細(xì)胞的線粒體沿肌原纖維規(guī)則排列；精子域；肌細(xì)胞的線粒體沿肌原纖維規(guī)則排列；精子細(xì)胞的線粒體集中在鞭毛中區(qū)。線粒體的這種分細(xì)胞的線粒體集中在鞭毛中區(qū)。線粒體的這種分布顯然有利于需能部位的能量供應(yīng)。布顯然有利于需能部位的能量供應(yīng)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)肌細(xì)胞和精子的尾部聚集較多的線粒肌細(xì)胞和精子的尾部聚集較多的線粒體，以提供能量體，以提供能量. .醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（二）線粒體的超微結(jié)構(gòu)（二）線粒體的超微結(jié)構(gòu)(a)掃描電鏡照片：掃描電鏡照片：示線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b) 透射電鏡照片：透射電鏡照片：示線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)線粒體的超微結(jié)構(gòu)模式圖

5、線粒體的超微結(jié)構(gòu)模式圖醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)1.1.外膜外膜 包圍在線粒體外表面的一層單位膜，厚包圍在線粒體外表面的一層單位膜，厚67nm，平整、光滑。外膜含有多套運(yùn)輸?shù)鞍?，平整、光滑。外膜含有多套運(yùn)輸?shù)鞍祝ㄍǖ赖鞍祝ㄍǖ赖鞍祝?，圍成筒狀園柱體，中央有小孔，圍成筒狀園柱體，中央有小孔，孔徑：孔徑：2-3nm，允許分子量為，允許分子量為1KD以內(nèi)的物質(zhì)自以內(nèi)的物質(zhì)自由通過。由通過。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)2.2.內(nèi)膜內(nèi)膜 內(nèi)膜位于外膜內(nèi)側(cè)，把膜間隙與基質(zhì)（內(nèi)室）內(nèi)膜位于外膜內(nèi)側(cè)，把膜間隙與基質(zhì)（內(nèi)室）分開，厚約分開，厚約68nm。內(nèi)膜對(duì)物質(zhì)的通透性很低，。內(nèi)膜對(duì)物質(zhì)的通透性很低，能嚴(yán)格地控制分子和離子通過，這

6、種能嚴(yán)格地控制分子和離子通過，這種“不透性不透性”在在ATP的生成過程中起重要作用。的生成過程中起重要作用。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) & Cristae(Cristae(嵴嵴) ) 內(nèi)膜向內(nèi)室折疊形成，可增加內(nèi)膜的表面積，內(nèi)膜向內(nèi)室折疊形成，可增加內(nèi)膜的表面積，對(duì)線粒體進(jìn)行高速率的生化反應(yīng)極為重要，嵴的形對(duì)線粒體進(jìn)行高速率的生化反應(yīng)極為重要，嵴的形狀和數(shù)量與細(xì)胞種類及生理狀況密切相關(guān)，需能多狀和數(shù)量與細(xì)胞種類及生理狀況密切相關(guān)，需能多的細(xì)胞，不但線粒體多，嵴的數(shù)量也多。嵴的形態(tài)的細(xì)胞，不但線粒體多，嵴的數(shù)量也多。嵴的形態(tài)和排列方式差別很大。和排列方式差別很大。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)板層狀（大多數(shù)高等動(dòng)物

7、細(xì)胞中線粒體的嵴）板層狀（大多數(shù)高等動(dòng)物細(xì)胞中線粒體的嵴）醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)C小管狀（原生動(dòng)物和其它一些較低等的動(dòng)物細(xì)胞小管狀（原生動(dòng)物和其它一些較低等的動(dòng)物細(xì)胞中線粒體的嵴）中線粒體的嵴）醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)& 基粒（基粒（ATPATP酶復(fù)合體酶復(fù)合體) ) 在線粒體內(nèi)膜和嵴的基質(zhì)面上有許多帶柄的小在線粒體內(nèi)膜和嵴的基質(zhì)面上有許多帶柄的小顆粒，與膜面垂直而規(guī)律排列。頭部又稱顆粒，與膜面垂直而規(guī)律排列。頭部又稱F1，球形，球形，為直徑為直徑9nm的顆粒；基部又稱的顆粒；基部又稱F0，嵌入線粒體內(nèi)膜。，嵌入線粒體內(nèi)膜。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)估計(jì)每個(gè)線粒體約有估計(jì)每個(gè)線粒體約有104105個(gè)基粒。個(gè)基粒。醫(yī)

8、學(xué)細(xì)胞生物學(xué)3.3.膜間隙膜間隙 是內(nèi)外膜之間封閉的腔隙，寬約是內(nèi)外膜之間封閉的腔隙，寬約68nm，其中充滿無定形液體，內(nèi)含許多可溶性酶、底物其中充滿無定形液體，內(nèi)含許多可溶性酶、底物和輔助因子。和輔助因子。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)4.4.基質(zhì)基質(zhì) 也叫內(nèi)室，為內(nèi)膜所包圍的嵴外空間，腔內(nèi)也叫內(nèi)室，為內(nèi)膜所包圍的嵴外空間，腔內(nèi)充滿可溶性蛋白質(zhì)性質(zhì)的膠狀物質(zhì)，呈均質(zhì)狀，充滿可溶性蛋白質(zhì)性質(zhì)的膠狀物質(zhì)，呈均質(zhì)狀，具有一定的具有一定的pH值和滲透壓。值和滲透壓。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)外外膜膜內(nèi)內(nèi)膜膜膜膜間間隙隙嵴嵴 基?；＃ˋTP酶）酶）線粒體線粒體 DNA核糖體核糖體基質(zhì)顆?；|(zhì)顆粒醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)二、線粒體的化學(xué)組

9、成二、線粒體的化學(xué)組成（一）線粒體的化學(xué)組成（一）線粒體的化學(xué)組成 線粒體的化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)和脂類。線粒體的化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)和脂類。 其中蛋白質(zhì)含量占線粒體干重的其中蛋白質(zhì)含量占線粒體干重的6570。脂。脂類含量占線粒體干重的類含量占線粒體干重的2530，主要成分是磷脂，主要成分是磷脂，占占3/4以上，磷脂中主要是卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、以上，磷脂中主要是卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、心磷脂，還有少量磷脂酰肌醇及膽固醇等。心磷脂，還有少量磷脂酰肌醇及膽固醇等。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)虛擬圖象顯示線粒體內(nèi)膜虛擬圖象顯示線粒體內(nèi)膜 以大鼠肝細(xì)胞線粒以大鼠肝細(xì)胞線粒體為例：體為例：6767的蛋白的蛋白質(zhì)在基質(zhì)內(nèi)

10、，質(zhì)在基質(zhì)內(nèi)，2121在在內(nèi)膜，內(nèi)膜，6 6在外膜，在外膜，6 6在膜間隙。但在有在膜間隙。但在有些線粒體中，內(nèi)膜線些線粒體中，內(nèi)膜線粒體蛋白質(zhì)的含量可粒體蛋白質(zhì)的含量可高達(dá)高達(dá)60%60%。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 磷脂在內(nèi)外膜上的組成不同，外膜上主要是磷脂在內(nèi)外膜上的組成不同，外膜上主要是卵磷脂，其次是磷脂酰乙醇胺，磷脂酰肌醇和膽卵磷脂，其次是磷脂酰乙醇胺，磷脂酰肌醇和膽固醇的含量較少。內(nèi)膜主要含心磷脂，高達(dá)固醇的含量較少。內(nèi)膜主要含心磷脂，高達(dá)20，比任何膜的都高，但膽固醇含量極低，這與，比任何膜的都高，但膽固醇含量極低，這與內(nèi)膜的高度疏水性有關(guān)。內(nèi)膜的高度疏水性有關(guān)。 線粒體內(nèi)、外膜在化學(xué)組成上

11、的根本區(qū)別是線粒體內(nèi)、外膜在化學(xué)組成上的根本區(qū)別是脂類和蛋白質(zhì)的比值不同，內(nèi)膜的脂類與蛋白質(zhì)脂類和蛋白質(zhì)的比值不同，內(nèi)膜的脂類與蛋白質(zhì)的比值低（的比值低（0.3 1），外膜的比值較高（），外膜的比值較高（1 1）。）。內(nèi)膜富含酶蛋白和輔酶，外膜僅含少量酶蛋白。內(nèi)膜富含酶蛋白和輔酶，外膜僅含少量酶蛋白。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（二）線粒體中酶的分布（二）線粒體中酶的分布部部 位位 酶酶 的的 名名 稱稱外外 膜膜單胺氧化酶、犬尿氨酸羥化酶、單胺氧化酶、犬尿氨酸羥化酶、NADH-NADH-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C還原酶還原酶特征酶：特征酶：?jiǎn)伟费趸竼伟费趸改?間 隙膜 間 隙腺苷酸激酶、核苷酸激酶、二磷酸

12、激酶腺苷酸激酶、核苷酸激酶、二磷酸激酶特征酶：特征酶：腺苷酸激酶腺苷酸激酶內(nèi)內(nèi) 膜膜細(xì)胞色素氧化酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶、琥珀酸脫氫酶、NADHNADH脫氫酶、脫氫酶、丙酮酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、ATPATP合成酶系、腺嘌呤核苷酸載體。合成酶系、腺嘌呤核苷酸載體。特征酶：特征酶：細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶基基 質(zhì)質(zhì)檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶、延檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶、延胡索酸酶、谷氨酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、天冬氨酸氨基胡索酸酶、谷氨酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、蛋白質(zhì)和核酸合成酶系、脂肪酸氧化酶系轉(zhuǎn)移酶

13、、蛋白質(zhì)和核酸合成酶系、脂肪酸氧化酶系特征酶：特征酶：蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶線粒體中約有線粒體中約有140140余種酶。余種酶。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)三、線粒體的功能三、線粒體的功能C線粒體的主要功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供能量。是線粒體的主要功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供能量。是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋能的場(chǎng)所。糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋能的場(chǎng)所。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 氧化還原的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。氫原子的轉(zhuǎn)移氧化還原的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。氫原子的轉(zhuǎn)移其本質(zhì)也是電子轉(zhuǎn)移，因?yàn)槠浔举|(zhì)也是電子轉(zhuǎn)移，因?yàn)镠原子可分解為原子可分解為H+與與e-。當(dāng)電子從。當(dāng)電子從NADH或或FADH2經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧形成經(jīng)呼吸鏈傳遞給

14、氧形成水時(shí)，同時(shí)伴有水時(shí)，同時(shí)伴有ADP磷酸化形成磷酸化形成ATP，這一過程稱，這一過程稱為氧化磷酸化。氧化磷酸化是生成為氧化磷酸化。氧化磷酸化是生成ATP的一種主要的一種主要方式，是細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的主要環(huán)節(jié)。方式，是細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的主要環(huán)節(jié)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（一）電子傳遞鏈（一）電子傳遞鏈 電子傳遞鏈（電子傳遞鏈（electron-transport chain）：在線在線粒體內(nèi)膜上的一系列能可逆地接受和釋放電子或粒體內(nèi)膜上的一系列能可逆地接受和釋放電子或H+的脂蛋白復(fù)合物，它們是傳遞電子的酶體系，的脂蛋白復(fù)合物，它們是傳遞電子的酶體系，在內(nèi)膜上相互關(guān)聯(lián)地有序排列，稱為電子傳遞鏈或在內(nèi)膜上相互

15、關(guān)聯(lián)地有序排列，稱為電子傳遞鏈或呼吸鏈呼吸鏈（respiratory chain）。）。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 實(shí)驗(yàn)證明呼吸鏈的組分均以多分子復(fù)合物的形式實(shí)驗(yàn)證明呼吸鏈的組分均以多分子復(fù)合物的形式包埋在線粒體內(nèi)膜中包埋在線粒體內(nèi)膜中(輔酶輔酶Q和細(xì)胞色素和細(xì)胞色素c是呼吸鏈中是呼吸鏈中可流動(dòng)的遞氫體或遞電子體可流動(dòng)的遞氫體或遞電子體 ) 。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)H+1/2O2H2OCoQCyt c琥珀酸等NADHNAD+ H+FeSFMNICyt c1FeSCyt bIIICyt aIVCyt a3FADFeSIIH+e-matrixintermembrane space復(fù)合物復(fù)合物I：NADH-CoQ還原酶

16、，又稱還原酶，又稱NADH脫氫酶。脫氫酶。組成：由約組成：由約2226條多肽鏈組成，呈條多肽鏈組成，呈L型，含有一個(gè)型，含有一個(gè)FMN和至少和至少6個(gè)鐵硫蛋白，以二聚體形式存在個(gè)鐵硫蛋白，以二聚體形式存在.作用作用:是催化是催化NADH的的2個(gè)電子傳遞至輔酶?jìng)€(gè)電子傳遞至輔酶Q，同時(shí)將，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。電子傳遞的方向?yàn)椋弘娮觽鬟f的方向?yàn)椋篘ADHFMNFe-SCoQ，醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)H+1/2O2H2OCoQCyt c琥珀酸等琥珀酸等NADHNAD+ H+FeSFMNICyt c1FeSCyt bIIICyt aIVCyt a3FADFeSI

17、Ie-matrixintermembrane space復(fù)合物復(fù)合物II：是琥珀酸：是琥珀酸-CoQ還原酶，又稱琥珀酸脫氫酶還原酶，又稱琥珀酸脫氫酶組成：至少由組成：至少由4條肽鏈，含有一個(gè)條肽鏈，含有一個(gè)FAD，2個(gè)鐵硫蛋白。個(gè)鐵硫蛋白。作用：催化電子從琥珀酸到輔酶作用：催化電子從琥珀酸到輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。電子傳遞的方向?yàn)椋虹晁犭娮觽鬟f的方向?yàn)椋虹晁酕ADFe-SCoQ。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)H+1/2O2H2OCoQCyt c琥珀酸等NADHNAD+ H+FeSFMNICyt c1FeSCyt bIIICyt aIVCyt a3FADFeSIIH+e-matrixinter

18、membrane space復(fù)合物復(fù)合物：CoQ-細(xì)胞色素細(xì)胞色素c還原酶還原酶組成：由組成：由10條多肽鏈組成，以二聚體形式存在，每個(gè)條多肽鏈組成，以二聚體形式存在，每個(gè)單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素b、一個(gè)鐵硫蛋白和一個(gè)細(xì)胞色、一個(gè)鐵硫蛋白和一個(gè)細(xì)胞色素素c1 。作用：催化電子從輔酶作用：催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對(duì)，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)H+1/2O2H2OCoQCyt c琥珀酸等NADHNAD+ H+FeSFMNICyt c1FeSCyt bIIICyt aIVC

19、yt a3FADFeSIIH+e-matrixintermembrane space復(fù)合物復(fù)合物IV：細(xì)胞色素：細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶組成：由組成：由613條多肽鏈組成，以二聚體的形式存在。條多肽鏈組成，以二聚體的形式存在。每個(gè)單體含有細(xì)胞色素每個(gè)單體含有細(xì)胞色素a和和a3及及2個(gè)銅原子（個(gè)銅原子（CuA,CuB）。）。作用：催化電子從細(xì)胞色素作用：催化電子從細(xì)胞色素c傳給氧。每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，傳給氧。每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，在基質(zhì)側(cè)消耗在基質(zhì)側(cè)消耗2個(gè)質(zhì)子，同時(shí)轉(zhuǎn)移個(gè)質(zhì)子，同時(shí)轉(zhuǎn)移2個(gè)質(zhì)子至膜間隙。個(gè)質(zhì)子至膜間隙。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)兩條主要的呼吸鏈兩條主要的呼吸鏈 根據(jù)接受代謝物上脫下的氫的原初受體不同，

20、普遍認(rèn)為根據(jù)接受代謝物上脫下的氫的原初受體不同，普遍認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)有兩條典型的呼吸鏈細(xì)胞內(nèi)有兩條典型的呼吸鏈:CNADH呼吸鏈呼吸鏈:由復(fù)合物由復(fù)合物、組成，催化組成，催化NADH的脫的脫氫氧化。氫氧化。CFADH2呼吸鏈：復(fù)合物呼吸鏈：復(fù)合物、組成，催化琥珀酸的脫組成，催化琥珀酸的脫氫氧化。氫氧化。 e-H+1/2O2H2OCoQCyt c琥珀酸等NADHNAD+ H+FeSFMNICyt c1FeSCyt bIIICyt aIVCyt a3FADFeSIImatrixintermembrane spacee-醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)（二）（二） ATP合成酶合成酶1.ATP合成酶的結(jié)構(gòu)合成酶的結(jié)構(gòu) AT

21、P ATP合成酶或合成酶或F F1 1F F0 0-ATP-ATP酶酶（或（或H H+ +-ATP-ATP酶）是線粒體酶）是線粒體氧化磷酸化偶聯(lián)的關(guān)鍵裝氧化磷酸化偶聯(lián)的關(guān)鍵裝置，也是合成能源物質(zhì)置，也是合成能源物質(zhì)ATPATP的關(guān)鍵裝置。的關(guān)鍵裝置。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 廣泛存在于線粒體、葉綠體、異養(yǎng)菌和光合細(xì)菌中，廣泛存在于線粒體、葉綠體、異養(yǎng)菌和光合細(xì)菌中，是生物體能量轉(zhuǎn)換的核心酶。該酶分別位于線粒體內(nèi)膜，類是生物體能量轉(zhuǎn)換的核心酶。該酶分別位于線粒體內(nèi)膜，類囊體膜或質(zhì)膜上，參與氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜質(zhì)囊體膜或質(zhì)膜上，參與氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)的推動(dòng)下催化合成子動(dòng)力勢(shì)的

22、推動(dòng)下催化合成ATPATP。 醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 不同來源的不同來源的ATPATP合合成酶基本上有相同的成酶基本上有相同的亞基組成和結(jié)構(gòu)，都亞基組成和結(jié)構(gòu)，都是由多亞基裝配形成是由多亞基裝配形成的。其分子結(jié)構(gòu)由突的。其分子結(jié)構(gòu)由突出于膜外的出于膜外的F F1 1頭部和嵌頭部和嵌于膜內(nèi)的于膜內(nèi)的F F0 0基部?jī)刹糠只績(jī)刹糠纸M成。組成。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)F1：為水溶性球蛋白，從內(nèi)膜突出于基質(zhì)內(nèi)。由：為水溶性球蛋白，從內(nèi)膜突出于基質(zhì)內(nèi)。由3、3、1、1和和1等等9個(gè)亞基組成，個(gè)亞基組成，3個(gè)個(gè)亞基和亞基和3個(gè)個(gè)亞基交替排列，形成一個(gè)亞基交替排列，形成一個(gè) “桔瓣桔瓣”狀結(jié)構(gòu)，各狀結(jié)構(gòu)，各亞基分離時(shí)無酶活

23、性，結(jié)合時(shí)有酶活性。亞基分離時(shí)無酶活性，結(jié)合時(shí)有酶活性。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 其中其中亞基的結(jié)合位點(diǎn)具有催化亞基的結(jié)合位點(diǎn)具有催化ATP合成或水解的活性。合成或水解的活性。與與亞基有很強(qiáng)的親和力，結(jié)合在一起形成亞基有很強(qiáng)的親和力，結(jié)合在一起形成“轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子”（rotor），位于），位于33的中央共同旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)三個(gè)的中央共同旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)三個(gè)亞基催亞基催化位點(diǎn)的開放和關(guān)閉。化位點(diǎn)的開放和關(guān)閉。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)F0各亞基的數(shù)量關(guān)系只有細(xì)菌的被確定為各亞基的數(shù)量關(guān)系只有細(xì)菌的被確定為a1b2c1012。電鏡觀察顯示，多拷貝的電鏡觀察顯示，多拷貝的c亞基形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，亞基形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，a亞亞基與基與b亞基二

24、聚體排列在亞基二聚體排列在c亞基亞基12聚體形成的環(huán)的外側(cè)，聚體形成的環(huán)的外側(cè)，a亞基、亞基、b亞基二聚體和亞基二聚體和亞基共同組成亞基共同組成“定子定子”。其中。其中a亞基有跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的質(zhì)子通道。亞基有跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的質(zhì)子通道。F0：是嵌合在內(nèi)膜上的：是嵌合在內(nèi)膜上的疏水蛋白復(fù)合體，形成疏水蛋白復(fù)合體，形成一個(gè)跨膜質(zhì)子通道。一個(gè)跨膜質(zhì)子通道。 醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)2.ATP合成酶的作用機(jī)制合成酶的作用機(jī)制 ATP合成酶各亞基是如何協(xié)同作用利用跨合成酶各亞基是如何協(xié)同作用利用跨膜質(zhì)子梯度形成膜質(zhì)子梯度形成ATP的的? 美國(guó)生物化學(xué)家美國(guó)生物化學(xué)家Boyer提出的提出的ATP合成酶合成酶的結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化機(jī)

25、制最近得到最新實(shí)的結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化機(jī)制最近得到最新實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。驗(yàn)證據(jù)的支持。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) F1具有三個(gè)催化位點(diǎn)，且在任一時(shí)刻，具有三個(gè)催化位點(diǎn)，且在任一時(shí)刻，F(xiàn)1上上3個(gè)個(gè)催化亞基的構(gòu)象總是不同的（催化亞基的構(gòu)象總是不同的（O、L、T），），與核苷酸結(jié)合也不一樣，在與核苷酸結(jié)合也不一樣，在ATP合成過程中，合成過程中，3個(gè)個(gè)催化亞基的構(gòu)象發(fā)生順序變化，每一個(gè)催化亞基催化亞基的構(gòu)象發(fā)生順序變化，每一個(gè)催化亞基要經(jīng)過要經(jīng)過3次構(gòu)象改變才催化合成次構(gòu)象改變才催化合成1個(gè)個(gè)ATP分子。分子。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)ATP合成酶的作用機(jī)制合成酶的作用機(jī)制動(dòng)畫動(dòng)畫醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 質(zhì)子通過質(zhì)子通過F0時(shí)，引起時(shí)，引起c亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)帶動(dòng)亞基旋轉(zhuǎn)，由于亞基旋轉(zhuǎn)