第六章線粒體

第六章線粒體第1頁，共33頁。第六章線粒體與細胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體的基本特征細胞呼吸與能量轉(zhuǎn)換細胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體與細胞死亡線粒體與醫(yī)學(mitochondrion)第2頁，共33頁。第一節(jié)線粒體的基本特征

光鏡下：線狀顆粒狀桿狀

數(shù)量、分布：不同細胞之間在數(shù)量上存在差異常分布在細胞內(nèi)能量需求大的區(qū)域

可沿微管、由馬達蛋白提供動力向功能旺盛的區(qū)域遷移第3頁，共33頁。第4頁，共33頁。線粒體沿著微管的遷移第5頁，共33頁。線粒體的超微結(jié)構(gòu)兩層單位膜（結(jié)構(gòu)和功能不同）圍成的封閉的囊性結(jié)構(gòu)第6頁，共33頁。結(jié)構(gòu)、功能和化學組成不同的兩層膜光滑平整5-7nm蛋白50%多種轉(zhuǎn)運蛋白形成含水的通道10000以下的小分子自由通過向內(nèi)突出折疊形成嵴4.5nm蛋白：75%通透性小于外膜大于150的物質(zhì)不能通過包括ATP合酶、轉(zhuǎn)運蛋白、

電子傳遞鏈Outermembraneinnermembrane第7頁，共33頁?？椎鞍祝╬orin）第8頁，共33頁。線粒體內(nèi)膜是細胞質(zhì)與線粒體基質(zhì)之間主要的通透屏障內(nèi)表面有負責多種功能的蛋白第9頁，共33頁。線粒體的內(nèi)部空間膜間腔（外腔）充滿無定形液體含有多種可溶性酶、底物和輔助因子基質(zhì)腔（內(nèi)腔）酶:DNA聚合酶、氨基酸活化酶等

線粒體DNA線粒體RNA線粒體核糖體（70s)

基粒

相對獨立的遺傳信息復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)第10頁，共33頁。基粒（ATP合酶復(fù)合體）線粒體內(nèi)膜內(nèi)表面上附著，突出于內(nèi)腔的顆粒是將呼吸鏈電子傳遞過程中釋放的能量用于使ADP生成ATP的重要部位，它的化學本質(zhì)是ATP合酶頭部：具有ATP合酶活性能被F1抑制蛋白抑制柄部：調(diào)控質(zhì)子通過，對寡霉素敏感基部：嵌入內(nèi)膜，是質(zhì)子流向頭部的通道第11頁，共33頁。轉(zhuǎn)位接觸點電鏡下觀察到線粒體存在著一些內(nèi)外膜相互接觸的地方，此處膜間隙變狹窄分布有通道蛋白和特異性受體第12頁，共33頁。線粒體的化學組成蛋白質(zhì)：占65%-70%、含酶最多的細胞器（120種）不同部位的標志酶內(nèi)膜——細胞色素氧化酶外膜——單胺氧化酶基質(zhì)——蘋果酸脫氫酶膜間腔——腺苷酸激酶脂類：占25%-30%主要是磷脂

含豐富的心磷脂、少量的膽固醇DNA/RNA/核糖體輔酶、維生素和無機離子第13頁，共33頁。線粒體的遺傳體系除植物中的葉綠體外，真核細胞中唯一含有核外遺傳物質(zhì)的細胞器線粒體DNA(mtDNA)

裸露的，不與組蛋白結(jié)合多拷貝編碼線粒體的tRNA,rRNA,部分線粒體蛋白第14頁，共33頁。人類線粒體基因組16569bp一個雙鏈、環(huán)狀DNA分子兩條鏈上編碼物不相同37個基因的編碼產(chǎn)物

2個rRNA分子22種tRNA分子13種蛋白質(zhì)第15頁，共33頁。人線粒體基因組不同于核基因組的特點1、結(jié)構(gòu)緊密，基因內(nèi)部不含內(nèi)含子，幾乎沒有非編碼序列2、mtDNA不與組蛋白結(jié)合3、兩條鏈的編碼不對稱4、密碼子的配對是不嚴格的5、遺傳密碼與核密碼有不同的編碼意義第16頁，共33頁。哺乳動物mtDNA的遺傳密碼與通用遺傳密碼有以下區(qū)別①UGA不是終止信號，而是色氨酸的密碼；②多肽內(nèi)部的甲硫氨酸由AUG和AUA兩個密碼子編碼，起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四個密碼子編碼；③AGA，AGG不是精氨酸的密碼子，而是終止密碼子，線粒體密碼系統(tǒng)中有4個終止密碼子（UAA，UAG，AGA，AGG）。第17頁，共33頁。mtDNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄復(fù)制——半保留需要核基因編碼的酶類、調(diào)控因子的參與

兩個單向復(fù)制叉兩條鏈合成的方向相反，不同步不受細胞周期的影響轉(zhuǎn)錄——需要核基因編碼的酶和轉(zhuǎn)錄因子的參與重鏈和輕鏈各有一個啟動子成熟的mRNA無帽，有靴第18頁，共33頁。線粒體蛋白質(zhì)的來源內(nèi)源性：10%線粒體完成電子傳遞和氧化磷酸化必需的

在線粒體內(nèi)合成、不運出線粒體外源性：90%核DNA編碼細胞質(zhì)內(nèi)合成，轉(zhuǎn)運入線粒體

第19頁，共33頁。線粒體合成蛋白的特點與轉(zhuǎn)錄同步進行起始密碼為AUA對氯、紅、鏈霉素敏感，放線菌酮不敏感數(shù)量少但關(guān)鍵需要的tRNA、mRNA和核糖體是專用的

第20頁，共33頁。核編碼蛋白向線粒體的轉(zhuǎn)運核編碼的線粒體蛋白：都具有MTS序列其它的信號序列轉(zhuǎn)運目的地：線粒體基質(zhì)膜間腔外膜內(nèi)膜基質(zhì)導(dǎo)入序列（MTS）是輸入到線粒體蛋白質(zhì)都具有的一段序列位于N-端包含介導(dǎo)蛋白質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)運的信號第21頁，共33頁。核編碼蛋白向線粒體基質(zhì)中的轉(zhuǎn)運前體蛋白在胞漿中游離核糖體上合成前體蛋白在多種分子伴侶的作用下保持非折疊狀態(tài)前體蛋白的MTS序列與線粒體膜上的受體識別并結(jié)合非折疊的前體蛋白通過轉(zhuǎn)位接觸點轉(zhuǎn)運到線粒體基質(zhì)中在基質(zhì)作用蛋白酶的作用下移除MTS序列在分子伴侶的幫助下多肽鏈重新折疊形成活性蛋白質(zhì)第22頁，共33頁。第23頁，共33頁。核編碼蛋白向線粒體膜間腔的轉(zhuǎn)運細胞質(zhì)中合成多肽鏈多肽鏈N-端進入基質(zhì)，在蛋白酶的作用下切除MTS整個蛋白進入基質(zhì)線粒體的膜間腔在分子伴侶幫助下，ISTS序列引導(dǎo)下通過內(nèi)膜上的通道ISTS序列阻止c-端進入基質(zhì)多肽鏈固定在內(nèi)膜上，側(cè)向擴散在蛋白酶作用下切除ISTS,C-端脫落外膜上通道第24頁，共33頁。

線粒體的半自主性線粒體中含有DNA、各種RNA、核糖體和蛋白質(zhì)合成所需的酶類，它的遺傳系統(tǒng)能表達和進行蛋白質(zhì)的合成。有一定的自主性。線粒體合成的蛋白質(zhì)只能滿足本身結(jié)構(gòu)和功能的極小一部分需求，它的遺傳系統(tǒng)的表達在很大程度上依賴于核遺傳系統(tǒng)。第25頁，共33頁。線粒體的起源與發(fā)生增殖方式：分裂出芽分裂收縮分裂間壁分裂不是絕對均等的分裂過程中mtDNA隨機、不均等地分配到新的線粒體中線粒體起源于共生的早期細菌第26頁，共33頁。第二節(jié)細胞呼吸與能量轉(zhuǎn)換細胞呼吸（生物氧化；細胞氧化）細胞內(nèi)特定的細胞器（線粒體）內(nèi)，在氧的參與下，分解大分子物質(zhì),產(chǎn)生CO2、釋放能量并儲存于ATP中的過程。脂肪————脂肪酸多糖——糖——丙酮酸乙酰CoA——三羧酸循環(huán)——電子傳遞和氧化磷酸化蛋白質(zhì)————氨基酸ATP1分子葡萄糖2分子ATP38分子ATP糖酵解有氧氧化第27頁，共33頁。第三節(jié)細胞的能量轉(zhuǎn)換細胞氧化的過程1、糖酵解——細胞質(zhì)2、三羧酸循環(huán)——線粒體基質(zhì)3、氧化磷酸化——結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)呼吸鏈ATP合酶復(fù)合體第28頁，共33頁?；瘜W滲透假說MitchellP.1961提出70年代關(guān)于化學滲透假說取得大量實驗結(jié)果的支持，成為一種較為流行的假說，Mitchell本人也因此獲得1978年諾貝爾化學獎第29頁，共33頁。當電子沿呼吸鏈傳遞時，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜間隙，由于線粒體內(nèi)膜對離子是高度不通透的，從而使膜間隙的質(zhì)子濃度高于基質(zhì)，在內(nèi)膜的兩側(cè)形成pH梯度及電位梯度兩者共同構(gòu)成電化學梯度。

質(zhì)子沿電化學梯度穿過內(nèi)膜上的ATP酶復(fù)合物流回基質(zhì)，使ATP合成酶的構(gòu)象發(fā)生改變，將ADP和Pi合成ATP。第30頁，共33頁。第四節(jié)線粒體與細胞凋亡線粒體疾病——以線粒體結(jié)構(gòu)和功能缺陷為主要疾病原因的疾病（帕金森?。┚€粒體疾病的特征：高突變率（比核DNA高10~20倍）多質(zhì)性（野生型和突變型的DNA同時存在）母系遺傳閾值效應(yīng)線粒體與癌癥的發(fā)生：mtDNA易突變，內(nèi)膜缺損，mtDNA片段游離在胞質(zhì)中并整合到核基因組中

線粒體與細胞凋亡第31頁，共33頁。ThereleaseofcytochromeCfromthemitochondriaisaparticularlyimportanteventintheinductionofapoptosis.OncecytochromeChasbeenreleasedintothecytosolitisabletointeractwithaproteincalledApaf-1.Thi