底物水平的磷酸化產生2個ATP課件

ATP與生物能源ATP與生物能源3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5與線粒體有關的線粒體的疾病3.6能量的初始來源——光合本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP在活細胞中，能量主要貯存在腺嘌呤核苷三磷酸(adenosinetriphosphate,ATP)中，它是高能磷酸化合物的代表。ATP1分子腺嘌呤1分子核糖3個相連的磷酸基團構成的核苷酸。ATP腺嘌呤磷酯鍵核糖磷酸基團酸酐鍵生物體能量以化學能形式在細胞中儲存、消耗和轉移。3.1細胞的能量通貨—ATP在活細胞中，能量主要貯存極不穩(wěn)定磷酸鍵脆弱，易于斷裂ATP水解時，一個高能磷酸鍵斷裂，同時釋放出能量每摩爾ATP水解形成ADP，可產生-30.5KJ/mol（7.3Kcal/mol）的能量。一個成年人每天攝入的食物分子經(jīng)過細胞呼吸形成的ATP，可提供大約2200Kcal的能量。

ATP+H2O——>ADP+PiG=-30.5KJ/mol極不穩(wěn)定ATP作為細胞能量的通貨其功能方式吸能反應和ATP的分解相偶聯(lián)，放能反應和ATP的合成相偶聯(lián)。轉移磷酸基團的“共同中間體”。ATP作為細胞能量的通貨其功能方式吸能反應和ATP的分解相偶3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5能量的初始來源——光合3.6與線粒體有關的線粒體的疾病本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要細胞呼吸是生物細胞消耗氧氣來分解食物分子并獲得能量的過程，是生物體獲得能量的主要代謝途徑。3.2生物能源物質——細胞呼吸產生能量

細胞呼吸基本概念

有機化合物+O2→CO2+能量C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+熱量）細胞呼吸是生物細胞消耗氧氣來分解食物分子并獲得能量動物細胞呼吸的“燃料”——生物能量物質糖類、脂肪、蛋白質等ATP和ADP分子的相互轉換生物體能量物質的消耗及能量載體？動物細胞呼吸的“燃料”——生物能量物質ATP和ADP分子的相有氧:酵母細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳。

酵母菌發(fā)酵與細胞呼吸發(fā)酵是典型的細胞呼吸過程缺氧:酵母菌將葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳。有氧:酵母細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化慢跑：細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳和水；快跑：細胞將葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳。人體細胞的呼吸過程慢跑：細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳和呼吸運動與細胞呼吸呼吸運動與細胞呼吸3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5與線粒體有關的線粒體的疾病3.6能量的初始來源——光合本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要生物氧化(biologicaloxidation)：細胞呼吸是一種典型的生物氧化反應。需要氧氣；主要在線粒體中進行，溫和條件和酶的參與；氧化過程產生的能量一般貯存在ATP中。生物氧化及氧化還原反應生物氧化的特點：生物氧化(biologicaloxidation)：細胞呼獲得電子—還原反應；失去電子—氧化反應。氧化還原反應獲得電子—還原反應；失去電子—氧化反應。氧化還原反應生物體內的氧化反應——細胞中氫及其電子從一個化合物向另一個化合物轉移；氧化還原反應是呼吸作用和光合作用等代謝中最基本的反應。生物體內的氧化反應——細胞中氫及其電子從一個化合物向另一個化被轉移的氫原子所攜帶的能量儲藏在新化學鍵中XH2(還原型底物)＋NAD+→X(氧化型底物)＋NADH＋H+XH2(還原型底物)＋NADP+→X(氧化型底物)＋NADPH＋H+XH2(還原型底物)＋FAD+→X(氧化型底物)＋FADH2

還原態(tài)的NADH和FADH2等還可將所接受的電子和氫傳遞給其他傳遞體如細胞色素、輔酶Q等。NAD＋:尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶INADP＋：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶IIFAD＋:黃素腺嘌呤二核苷酸被轉移的氫原子所攜帶的能量儲藏在新化學鍵中XH2(還原型底線粒體的結構與功能定位線粒體分為外膜、內膜、膜間隙和基質四個功能區(qū)由內膜和外膜包裹的囊狀結構，囊內是液態(tài)的基質；外膜平整，內膜向內折入形成一些嵴，內膜上面有ATP酶復合體；

線粒體的結構線粒體是細胞呼吸和能量代謝中心，產能車間。線粒體的結構與功能定位線粒體分為外膜、內膜、膜間隙和基質四對于有氧呼吸來說，包括三個階段，即糖酵解、三羧酸循環(huán)以及電子傳遞與ATP的合成。

細胞呼吸的功能定位對于有氧呼吸來說，包括三個階段，即糖酵解、三羧酸循環(huán)以及電子糖酵解的酶是在細胞質中，細胞質是糖酵解進行的場所；三羧酸循環(huán)的酶大部分在線粒體基質中，三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體的基質中；線粒體的內膜上含有電子傳遞鏈及ATP酶復合體，電子傳遞過程及ATP的合成發(fā)生在線粒體內膜的表面。糖酵解的酶是在細胞質中，細胞質是糖酵解進行的場所；細胞呼吸是由一系列化學反應組成的一個連續(xù)完整的代謝過程；細胞呼吸的3個階段：即糖酵解、三羧酸循環(huán)以及電子傳遞與ATP的合成。每一步化學反應都需要特定的酶參與才能完成。

細胞呼吸的化學過程

概述細胞呼吸是由一系列化學反應組成的一個連續(xù)完整的代謝過程；細

糖酵解

（glycolysis）淀粉、葡萄糖或其它六碳糖在無氧條件下分解成丙酮酸的過程，通稱為糖酵解。它是一種在不需要氧氣供應的條件下，產生ATP的一種供能方式；它是動物、植物和微生物細胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑；由葡萄糖到丙酮酸的糖酵解過程中，所有的中間產物都是以磷酸化合物的形式來實現(xiàn)的。糖酵解（glycolysis）淀粉、葡萄糖或其它六碳糖底物水平的磷酸化產生2個ATP課件三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體中，但丙酮酸需先轉變成乙酰輔酶A后才進入三羧酸循環(huán)。三羧酸循環(huán)包括8個步驟；該過程中的關鍵化合物為檸檬酸；循環(huán)的最后產物是草酰乙酸。分解1分子丙酮酸形成3分子CO2、4分子NADH和1分子FADH2及1分子ATP。NADH和FADH2再經(jīng)過一系列呼吸鏈的傳遞釋放能量。Krebs循環(huán)三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體中，但丙酮酸需先轉變成乙酰輔酶A后才進電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應，將高能電子從NADH和FADH2最終傳遞給分子氧，生成水。同時隨著電子能量水平的逐步下降，高能電子所釋放的化學能就通過磷酸化途徑貯存到ATP分子中。

電子傳遞鏈和氧化磷酸化氧化磷酸化：（oxidativephosphorylation）。電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應，將高能電子從NADH電子傳遞鏈又稱呼吸鏈，主要成分是線粒體內膜上的蛋白復合物，這些復合物包含了一系列的電子傳遞體。(FMNFe-S)(FMNFe-S)(CytcCytbFe-S)(Cytc)222電子傳遞鏈又稱呼吸鏈，主要成分是線粒體內膜上的蛋白復合物，這在磷酸化過程中，相關的酶將底物分子上的磷酸基團直接轉移到ADP分子上。ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計

底物水平的磷酸化整個糖酵解中ATP的形成都是底物水平的磷酸化反應；Krebs循環(huán)也有底物水平的磷酸化。在磷酸化過程中，相關的酶將底物分子上的磷酸基團直接轉移到AD1961年，英國科學家Mitchell提出化學滲透學說，由此榮獲1978年的諾貝爾獎。

與電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化跨膜的質子梯度（濃度差），導致化學滲透發(fā)生；質子順梯度從外腔經(jīng)ATP合成酶而返回到線粒體的基質中；所釋放的能使ADP與磷酸結合生成ATP。1961年，英國科學家Mitchell提出化學滲透學說，由此AAATP合成酶：F1FoF1FoATP合成酶：F1FoF1Fo糖酵解：底物水平的磷酸化產生4個ATP，己糖活化消耗2個ATP，脫氫反應產生2個NADH，經(jīng)電子傳遞鏈生成4或6個ATP，凈產生6或8個ATP；Krebs循環(huán)：底物水平的磷酸化產生2個ATP，脫氫反應產生8個NADH和2個FADH2，8個NADH經(jīng)電子傳遞鏈生成24個ATP，2個FADH2經(jīng)電子傳遞鏈生成4個ATP，凈產生30個ATP。1分子葡萄糖徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計：糖酵解：底物水平的磷酸化產生4個ATP，己糖活化消耗2個AT生物體內的代謝網(wǎng)絡模式簡圖合成代謝與分解代謝組成代謝網(wǎng)絡生物體內的代謝網(wǎng)絡模式簡圖合成代謝與分解代謝組成代謝網(wǎng)絡3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5與線粒體有關的線粒體的疾病3.6能量的初始來源——光合本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要

線粒體病(mitochondriopathy)的定義因遺傳缺陷引起線粒體代謝酶的缺陷導致ATP合成障礙，能量產生不足而出現(xiàn)的一組多系統(tǒng)疾病，也稱為線粒體細胞病(mitochondrialcytopathy)。線粒體的主要功能體現(xiàn)在氧化磷酸化系統(tǒng)：產生能量，生成氧自由基，調節(jié)程序化細胞死亡（細胞凋亡apoptosis)。線粒體病(mitochondriopathy)的定義因遺傳缺歷史1962年，線粒體肌病

氧化磷酸化脫偶聯(lián)1977年，線粒體腦肌病(encephalomyopathy)1981年，人類線粒體DNA(mtDNA)全長序列測定，并提出本病多為母系遺傳。1988年，Holt首次在線粒體病患者中發(fā)現(xiàn)有mtDNA缺失，證實mtDNA突變是重要的發(fā)病原因。1989年，King等首次建立了人類無mtDNA細胞系(ρ°細胞)，可用來研究在不同核背景下，缺陷型線粒體的表現(xiàn)。歷史1962年，線粒體肌病MtDNA的結構特點每一個細胞內均有數(shù)量不等的線粒體（紅細胞除外）；每一個線粒體內有2~10個拷貝的mtDNA；人mtDNA由16569bp的雙鏈環(huán)狀DNA組成，含1個輕鏈和1個重鏈。其中包括37個基因：22個tRNA基因、2個rRNA基因(12S和16SrRNA)和13個mRNA基因；除與mtDNA復制及轉錄有關的一小段區(qū)域外，無內含子序列，37個基因間隔區(qū)共有87bp；所有的13種蛋白質產物均參與組成呼吸鏈。MtDNA的結構特點每一個細胞內均有數(shù)量不等的線粒體（紅細病因和發(fā)病機制mtDNA或/和核DNA發(fā)生基因突變；線粒體內酶功能缺陷；ATP合成障礙；不能維持細胞的正常生理功能產生氧化應激；氧自由基產生增加，誘導細胞凋亡。病因和發(fā)病機制mtDNA或/和核DNA發(fā)生基因突變；

線粒體疾病的發(fā)病機理線粒體疾病的遺傳方式包括母系遺傳及孟德爾遺傳；細胞的mtDNA有多重拷貝，線粒體編碼基因的表現(xiàn)型依賴于一個細胞內突變型和野生型mtDNA的相對比例，當突變型達到一定閾值時，病理特征才能表現(xiàn)出來。線粒體疾病的發(fā)病機理線粒體疾病的遺傳方式包括母系遺傳及孟德

線粒體疾病的發(fā)病機理子代細胞中突變型和野生型mtDNA的比例隨細胞分裂可能發(fā)生變化，改變其基因型和表現(xiàn)型。線粒體疾病為多系統(tǒng)疾病。骨骼肌、腦及心肌、

周圍神經(jīng)、腎、肝、內分泌腺體線粒體疾病的發(fā)病機理子代細胞中突變型和野生型mtDNA臨床分型一、線粒體肌病二、線粒體腦肌病三、Leber遺傳性視神經(jīng)病四、亞急性壞死性腦脊髓病(Leighdisease)臨床分型一、線粒體肌病線粒體肌病骨骼肌受侵為主，也可合并周圍神經(jīng)損害，極度不能耐受疲勞，約半數(shù)伴肌痛，肌萎縮占少數(shù)。臨床表現(xiàn)多樣：可類似多發(fā)性肌炎，重癥肌無力，進行性肌營養(yǎng)不良，周期性癱瘓，心肌病……線粒體肌病骨骼肌受侵為主，也可合并周圍神經(jīng)損害，極度不能耐受

線粒體腦肌病KSS(Kearns-Sayresyndrome)完全型KSS：眼外肌癱瘓，視網(wǎng)膜色素變性，心臟傳導阻滯三聯(lián)征不全型KSS：眼外肌癱瘓或伴有其他一項?？砂橛猩聿陌?，智能低下，神經(jīng)性難聽，小腦共濟失調，CSF蛋白，EEG異常，多無家族史發(fā)病年齡多在20歲以前PEO(進行性眼外肌癱瘓)：以慢性進行性眼外肌癱瘓為主線粒體腦肌病KSS(Kearns-Sayresyndr發(fā)作性頭痛、嘔吐、偏癱、偏盲、偏身感覺障礙……，身材矮小，智能減退，神經(jīng)性難聽，可有痙攣發(fā)作，CSF多正常，CT:多發(fā)腦梗塞，基底節(jié)鈣化，腦萎縮，腦室擴大,可有家族史，血乳酸增高。MELAS（線粒體腦肌病伴乳酸血癥和卒中樣發(fā)作）(Mitochondrialencephalomyopathywithlacticacidemiaandstroke-likeepisodes)

線粒體腦肌病發(fā)作性頭痛、嘔吐、偏癱、偏盲、偏身感覺障礙……，身材矮多見于兒童,有家族史,肌陣攣性癲癇,智能減退,小腦共濟失調，痙攣發(fā)作,可有神經(jīng)性難聽，血乳酸可增高。

線粒體腦肌病MERRF肌陣攣性癲癇(Myoclonusepilepsywithragged-red-fiber,RRF)多見于兒童,有家族史,肌陣攣性癲癇,智能減退,小腦共濟失線粒體腦肌病的鑒別表

臨床表現(xiàn)KSSMERRFMELAS眼外肌癱瘓 +一一視網(wǎng)膜色素變性 +一一心臟傳導阻滯 +一一CSF蛋白>100mg/dl +一一肌陣攣 一+一共濟失調 ++一肌力減弱 +++發(fā)作性嘔吐 一一+皮質盲 一一+偏癱、偏盲 一一+痙攣 一++癡呆 +++身材矮小 +++神經(jīng)性難聽 +++血乳酸增高 +++家族史 一++RRF +++海綿狀變性 +++mtDNA缺失 +一一mtDNA點突變 一tRNAlystRNAleu(UUR)線粒體腦肌病的鑒別表臨床表現(xiàn)Leber遺傳性視神經(jīng)病

(Leberhereditaryopticneuropathy,LHON)好發(fā)年齡為18~30歲，85%的患者為男性，多數(shù)雙側視力同時減退，少數(shù)一眼先發(fā)病，數(shù)周或數(shù)月后另眼也發(fā)生視力喪失，其后病情相對穩(wěn)定。中央視力喪失，周邊視力保存，全盲者少見，瞳孔對光反射保存，伴色覺障礙。本病多以視神經(jīng)受侵為主,較少伴有其他癥狀和體征。Leber遺傳性視神經(jīng)病

(Leberheredita亞急性壞死性腦脊髓病

(Leighdisease)

為先天代謝異常性疾?。?/p>

表現(xiàn)為常染色體隱性遺傳或母系遺傳，男性多于女性；

多數(shù)發(fā)生于1歲以下的嬰兒；

臨床表現(xiàn)復雜多樣，生前診斷常很困難，多在出生后3~4個月發(fā)病，首先表現(xiàn)為喂養(yǎng)困難、智能發(fā)育停滯、吞咽困難、全身無力、肌張力低下、消瘦、錐體束征、視力、聽力減退、眼外肌癱瘓、眼球震顫和共濟失調等，少數(shù)可有精神運動性癲癇。呼吸功能障礙是另一特征性癥狀，表現(xiàn)為陣發(fā)性中樞性過度呼吸。部分病例有周圍神經(jīng)受損。癥狀多持續(xù)進展，絕大多數(shù)患兒死于2歲之前亞急性壞死性腦脊髓病

(Leighdisease)為線粒體肌病的生化分類線粒體底物的運輸缺陷

丙酮酸線粒體底物的利用缺陷

丙酮酸酶系缺陷呼吸鏈(resqiratorychain)缺陷復合體及電子載體能量保持和轉換異常

能量生成脫偶聯(lián)線粒體肌病的生化分類線粒體底物的運輸缺陷病史特點心肌酶譜肌電圖腦電圖頭顱MRI或CT檢查：（Leigh及MELAS有特征性改變）血乳酸、丙酮酸最注運動量試驗（15WT運動量）臨床診斷病史特點臨床診斷線粒體呼吸鏈酶復合體活性測定肌活檢（冰凍切片，組化染色，光鏡檢查；超薄切片，電鏡檢查）mtDNA檢測：

CPEO及KSS多為mtDNA缺失，MERRF多為mtDNA8344處發(fā)生點突變AG，MELAS多在mtDNA3243處AG的點突變底物水平的磷酸化產生2個ATP課件大劑量維生素B族，輔酶Q10能量制劑（不加胰島素），ATP80~120mg/日口服或靜點（可加CoA）當酶復合體II+III缺陷，可用Vit.K3+Vit.C

以建立電子傳遞旁路如為肉堿缺乏可補充肉堿（L-carnitine）皮質激素（脂質累積病有效）中藥（補氣，活血）基因治療？線粒體肌病和腦肌病的治療無特效治療大劑量維生素B族，輔酶Q10線粒體肌病和腦肌病的治療無ATP與生物能源ATP與生物能源3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5與線粒體有關的線粒體的疾病3.6能量的初始來源——光合本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP在活細胞中，能量主要貯存在腺嘌呤核苷三磷酸(adenosinetriphosphate,ATP)中，它是高能磷酸化合物的代表。ATP1分子腺嘌呤1分子核糖3個相連的磷酸基團構成的核苷酸。ATP腺嘌呤磷酯鍵核糖磷酸基團酸酐鍵生物體能量以化學能形式在細胞中儲存、消耗和轉移。3.1細胞的能量通貨—ATP在活細胞中，能量主要貯存極不穩(wěn)定磷酸鍵脆弱，易于斷裂ATP水解時，一個高能磷酸鍵斷裂，同時釋放出能量每摩爾ATP水解形成ADP，可產生-30.5KJ/mol（7.3Kcal/mol）的能量。一個成年人每天攝入的食物分子經(jīng)過細胞呼吸形成的ATP，可提供大約2200Kcal的能量。

ATP+H2O——>ADP+PiG=-30.5KJ/mol極不穩(wěn)定ATP作為細胞能量的通貨其功能方式吸能反應和ATP的分解相偶聯(lián)，放能反應和ATP的合成相偶聯(lián)。轉移磷酸基團的“共同中間體”。ATP作為細胞能量的通貨其功能方式吸能反應和ATP的分解相偶3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5能量的初始來源——光合3.6與線粒體有關的線粒體的疾病本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要細胞呼吸是生物細胞消耗氧氣來分解食物分子并獲得能量的過程，是生物體獲得能量的主要代謝途徑。3.2生物能源物質——細胞呼吸產生能量

細胞呼吸基本概念

有機化合物+O2→CO2+能量C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+熱量）細胞呼吸是生物細胞消耗氧氣來分解食物分子并獲得能量動物細胞呼吸的“燃料”——生物能量物質糖類、脂肪、蛋白質等ATP和ADP分子的相互轉換生物體能量物質的消耗及能量載體？動物細胞呼吸的“燃料”——生物能量物質ATP和ADP分子的相有氧:酵母細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳。

酵母菌發(fā)酵與細胞呼吸發(fā)酵是典型的細胞呼吸過程缺氧:酵母菌將葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳。有氧:酵母細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化慢跑：細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳和水；快跑：細胞將葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳。人體細胞的呼吸過程慢跑：細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳和呼吸運動與細胞呼吸呼吸運動與細胞呼吸3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5與線粒體有關的線粒體的疾病3.6能量的初始來源——光合本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要生物氧化(biologicaloxidation)：細胞呼吸是一種典型的生物氧化反應。需要氧氣；主要在線粒體中進行，溫和條件和酶的參與；氧化過程產生的能量一般貯存在ATP中。生物氧化及氧化還原反應生物氧化的特點：生物氧化(biologicaloxidation)：細胞呼獲得電子—還原反應；失去電子—氧化反應。氧化還原反應獲得電子—還原反應；失去電子—氧化反應。氧化還原反應生物體內的氧化反應——細胞中氫及其電子從一個化合物向另一個化合物轉移；氧化還原反應是呼吸作用和光合作用等代謝中最基本的反應。生物體內的氧化反應——細胞中氫及其電子從一個化合物向另一個化被轉移的氫原子所攜帶的能量儲藏在新化學鍵中XH2(還原型底物)＋NAD+→X(氧化型底物)＋NADH＋H+XH2(還原型底物)＋NADP+→X(氧化型底物)＋NADPH＋H+XH2(還原型底物)＋FAD+→X(氧化型底物)＋FADH2

還原態(tài)的NADH和FADH2等還可將所接受的電子和氫傳遞給其他傳遞體如細胞色素、輔酶Q等。NAD＋:尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶INADP＋：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶IIFAD＋:黃素腺嘌呤二核苷酸被轉移的氫原子所攜帶的能量儲藏在新化學鍵中XH2(還原型底線粒體的結構與功能定位線粒體分為外膜、內膜、膜間隙和基質四個功能區(qū)由內膜和外膜包裹的囊狀結構，囊內是液態(tài)的基質；外膜平整，內膜向內折入形成一些嵴，內膜上面有ATP酶復合體；

線粒體的結構線粒體是細胞呼吸和能量代謝中心，產能車間。線粒體的結構與功能定位線粒體分為外膜、內膜、膜間隙和基質四對于有氧呼吸來說，包括三個階段，即糖酵解、三羧酸循環(huán)以及電子傳遞與ATP的合成。

細胞呼吸的功能定位對于有氧呼吸來說，包括三個階段，即糖酵解、三羧酸循環(huán)以及電子糖酵解的酶是在細胞質中，細胞質是糖酵解進行的場所；三羧酸循環(huán)的酶大部分在線粒體基質中，三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體的基質中；線粒體的內膜上含有電子傳遞鏈及ATP酶復合體，電子傳遞過程及ATP的合成發(fā)生在線粒體內膜的表面。糖酵解的酶是在細胞質中，細胞質是糖酵解進行的場所；細胞呼吸是由一系列化學反應組成的一個連續(xù)完整的代謝過程；細胞呼吸的3個階段：即糖酵解、三羧酸循環(huán)以及電子傳遞與ATP的合成。每一步化學反應都需要特定的酶參與才能完成。

細胞呼吸的化學過程

概述細胞呼吸是由一系列化學反應組成的一個連續(xù)完整的代謝過程；細

糖酵解

（glycolysis）淀粉、葡萄糖或其它六碳糖在無氧條件下分解成丙酮酸的過程，通稱為糖酵解。它是一種在不需要氧氣供應的條件下，產生ATP的一種供能方式；它是動物、植物和微生物細胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑；由葡萄糖到丙酮酸的糖酵解過程中，所有的中間產物都是以磷酸化合物的形式來實現(xiàn)的。糖酵解（glycolysis）淀粉、葡萄糖或其它六碳糖底物水平的磷酸化產生2個ATP課件三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體中，但丙酮酸需先轉變成乙酰輔酶A后才進入三羧酸循環(huán)。三羧酸循環(huán)包括8個步驟；該過程中的關鍵化合物為檸檬酸；循環(huán)的最后產物是草酰乙酸。分解1分子丙酮酸形成3分子CO2、4分子NADH和1分子FADH2及1分子ATP。NADH和FADH2再經(jīng)過一系列呼吸鏈的傳遞釋放能量。Krebs循環(huán)三羧酸循環(huán)發(fā)生在線粒體中，但丙酮酸需先轉變成乙酰輔酶A后才進電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應，將高能電子從NADH和FADH2最終傳遞給分子氧，生成水。同時隨著電子能量水平的逐步下降，高能電子所釋放的化學能就通過磷酸化途徑貯存到ATP分子中。

電子傳遞鏈和氧化磷酸化氧化磷酸化：（oxidativephosphorylation）。電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應，將高能電子從NADH電子傳遞鏈又稱呼吸鏈，主要成分是線粒體內膜上的蛋白復合物，這些復合物包含了一系列的電子傳遞體。(FMNFe-S)(FMNFe-S)(CytcCytbFe-S)(Cytc)222電子傳遞鏈又稱呼吸鏈，主要成分是線粒體內膜上的蛋白復合物，這在磷酸化過程中，相關的酶將底物分子上的磷酸基團直接轉移到ADP分子上。ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計

底物水平的磷酸化整個糖酵解中ATP的形成都是底物水平的磷酸化反應；Krebs循環(huán)也有底物水平的磷酸化。在磷酸化過程中，相關的酶將底物分子上的磷酸基團直接轉移到AD1961年，英國科學家Mitchell提出化學滲透學說，由此榮獲1978年的諾貝爾獎。

與電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化跨膜的質子梯度（濃度差），導致化學滲透發(fā)生；質子順梯度從外腔經(jīng)ATP合成酶而返回到線粒體的基質中；所釋放的能使ADP與磷酸結合生成ATP。1961年，英國科學家Mitchell提出化學滲透學說，由此AAATP合成酶：F1FoF1FoATP合成酶：F1FoF1Fo糖酵解：底物水平的磷酸化產生4個ATP，己糖活化消耗2個ATP，脫氫反應產生2個NADH，經(jīng)電子傳遞鏈生成4或6個ATP，凈產生6或8個ATP；Krebs循環(huán)：底物水平的磷酸化產生2個ATP，脫氫反應產生8個NADH和2個FADH2，8個NADH經(jīng)電子傳遞鏈生成24個ATP，2個FADH2經(jīng)電子傳遞鏈生成4個ATP，凈產生30個ATP。1分子葡萄糖徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計：糖酵解：底物水平的磷酸化產生4個ATP，己糖活化消耗2個AT生物體內的代謝網(wǎng)絡模式簡圖合成代謝與分解代謝組成代謝網(wǎng)絡生物體內的代謝網(wǎng)絡模式簡圖合成代謝與分解代謝組成代謝網(wǎng)絡3.1細胞的能量通貨—ATP3.2生物能源——細胞呼吸產生能量3.3細胞呼吸的化學過程3.4ATP形成機理和能量形成的統(tǒng)計3.5與線粒體有關的線粒體的疾病3.6能量的初始來源——光合本節(jié)綱要3.1細胞的能量通貨—ATP本節(jié)綱要

線粒體病(mitochondriopathy)的定義因遺傳缺陷引起線粒體代謝酶的缺陷導致ATP合成障礙，能量產生不足而出現(xiàn)的一組多系統(tǒng)疾病，也稱為線粒體細胞病(mitochondrialcytopathy)。線粒體的主要功能體現(xiàn)在氧化磷酸化系統(tǒng)：產生能量，生成氧自由基，調節(jié)程序化細胞死亡（細胞凋亡apoptosis)。線粒體病(mitochondriopathy)的定義因遺傳缺歷史1962年，線粒體肌病

氧化磷酸化脫偶聯(lián)1977年，線粒體腦肌病(encephalomyopathy)1981年，人類線粒體DNA(mtDNA)全長序列測定，并提出本病多為母系遺傳。1988年，Holt首次在線粒體病患者中發(fā)現(xiàn)有mtDNA缺失，證實mtDNA突變是重要的發(fā)病原因。1989年，King等首次建立了人類無mtDNA細胞系(ρ°細胞)，可用來研究在不同核背景下，缺陷型線粒體的表現(xiàn)。歷史1962年，線粒體肌病MtDNA的結構特點每一個細胞內均有數(shù)量不等的線粒體（紅細胞除外）；每一個線粒體內有2~10個拷貝的mtDNA；人mtDNA由16569bp的雙鏈環(huán)狀DNA組成，含1個輕鏈和1個重鏈。其中包括37個基因：22個tRNA基因、2個rRNA基因(12S和16SrRNA)和13個mRNA基因；除與mtDNA復制及轉錄有關的一小段區(qū)域外，無內含子序列，37個基因間隔區(qū)共有87bp；所有的13種蛋白質產物均參與組成呼吸鏈。MtDNA的結構特點每一個細胞內均有數(shù)量不等的線粒體（紅細病因和發(fā)病機制mtDNA或/和核DNA發(fā)生基因突變；線粒體內酶功能缺陷；ATP合成障礙；不能維持細胞的正常生理功能產生氧化應激；氧自由基產生增加，誘導細胞凋亡。病因和發(fā)病機制mtDNA或/和核DNA發(fā)生基因突變；

線粒體疾病的發(fā)病機理線粒體疾病的遺傳方式包括母系遺傳及孟德爾遺傳；細胞的mtDNA有多重拷貝，線粒體編碼基因的表現(xiàn)型依賴于一個細胞內突變型和野生型mtDNA的相對比例，當突變型達到一定閾值時，病理特征才能表現(xiàn)出來。線粒體疾病的發(fā)病機理線粒體疾病的遺傳方式包括母系遺傳及孟德

線粒體疾病的發(fā)病機理子代細胞中突變型和野生型mtDNA的比例隨細胞分裂可能發(fā)生變化，改變其基因型和表現(xiàn)型。線粒體疾病為多系統(tǒng)疾病。骨骼肌、腦及心肌、

周圍神經(jīng)、腎、肝、內分泌腺體線粒體疾病的發(fā)病機理子代細胞中突變型和野生型mtDNA臨床分型一、線粒體肌病二、線粒體腦肌病三、Leber遺傳性視神經(jīng)病四、亞急性壞死性腦脊髓病(Leighdisease)臨床分型一、線粒體肌病線粒體肌病骨骼肌受侵為主，也可合并周圍神經(jīng)損害，極度不能耐受疲勞，約半數(shù)伴肌痛，肌萎縮占少數(shù)。臨床表現(xiàn)多樣：可類似多發(fā)性肌炎，重癥肌無力，進行性肌營養(yǎng)不良，周期性癱瘓，心肌病……線粒體肌病骨骼肌受侵為主，也可合并周圍神經(jīng)損害，極度不能耐受

線粒體腦肌病KSS(Kearns-Sayresyndrome)完全型KSS：眼外肌癱瘓，視網(wǎng)膜色素變性，心臟傳導阻滯三聯(lián)征不全型KSS：眼外肌癱瘓或伴有其他一項?？砂橛猩聿陌?，智能低下，神經(jīng)性難聽，小腦共濟失調，CSF蛋白，EEG異常，多無家族史發(fā)病年齡多在20歲以前PEO(進行性眼外肌癱瘓)：以慢性進行性眼外肌癱瘓為主線粒體腦肌病KSS(Kearns-Sayresyndr發(fā)作性頭痛、嘔吐、偏癱、偏盲、偏身感覺障礙……，身材矮小，智能減退，神經(jīng)性難聽，可有痙攣發(fā)作，CSF多正常，CT:多發(fā)腦梗塞，基底節(jié)鈣化，腦萎縮，腦室擴大,可有家族史，血乳酸增高。MELAS（線粒體腦肌病伴乳酸血癥和卒中樣發(fā)作）(Mitochondrialencephalomyopathywithlacticacidemiaandstroke-likeepisodes)

線粒體腦肌病發(fā)作性頭痛、嘔吐、偏癱、偏盲、偏身感覺障礙……，身材矮多見于兒童,有家族史,肌陣攣性癲癇,智能減退,小腦共濟失調，痙攣發(fā)作,可有神經(jīng)性難聽，血乳酸可增高。

線粒體腦肌病MERRF肌陣攣性癲癇(Myoclonusepilepsywithragged-red-fiber,RRF)多見于兒童,有家族史,肌陣攣性癲癇,智能減退,小腦共濟失線粒體腦肌病的鑒別表

臨床表現(xiàn)KSSMERRFMELAS眼外肌癱瘓 +一一視網(wǎng)膜色素變性 +一一心臟傳導阻滯 +一一CSF蛋白>100mg/dl +一一肌陣攣 一+一共濟失調 ++一肌力減弱 +++發(fā)作性嘔吐 一一+皮質盲 一一+偏癱、偏盲 一一+痙攣 一++癡呆 ++