細胞生物學第七章

細胞生物學第七章第1頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二轉換能量的細胞器線粒體動物細胞植物細胞葉綠體Carbohydrates碳水化合物ATP線粒體第2頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二1890年R.Altaman首次發(fā)現(xiàn)線粒體，命名為bioblast，以為它可能是共生于細胞內(nèi)獨立生活的細菌。DieElementarorganismenundihreBeziehungenzudenZellen.線粒體研究的里程碑事件1898年Benda首次將這種顆粒命名為mitochondrion。ThewordmitochondrioncomesfromtheGreek

μ?το?

mitos,thread,+χονδρ?ον

chondrion,granule.（復數(shù)mitochondria）第3頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二1900年L.Michaelis用JanusGreenB對線粒體進行染色，發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用。詹納斯綠B染色后，光學顯微鏡下（放大100倍）線粒體的大小、形狀、數(shù)量和結構。具有脂溶性，有染色能力的基團帶正電，結合在負電性的線粒體內(nèi)膜上。內(nèi)膜的細胞色素c氧化酶使染料保持氧化狀態(tài)，呈現(xiàn)藍綠色，在胞質內(nèi)，染料被還原成無色。第4頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二1931年OttoHeinrichWarburg因“發(fā)現(xiàn)呼吸酶的性質及作用方式”被授予諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

"discoveryofthenatureandmodeofactionoftherespiratoryenzyme."WhileworkingattheMarineBiologicalStation,Warburgperformedresearchonoxygenconsumptioninseaurchineggsafterfertilization,andprovedthatuponfertilization,therateofrespirationincreasesbyasmuchassixfold.第5頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二1940年ClaudeA(1940)Particulatecomponentsofnormalandtumorcells.Science91:77-78.1946年AlbertClaudeconcludedthatcytochromeoxidaseandotherenzymesresponsiblefortherespiratorychainwereisolatedtothemitchondriabytissuefractionation。1948年Green證實線粒體含所有三羧酸循環(huán)的酶，1949年Kennedy和Lehninger發(fā)現(xiàn)脂肪酸氧化成為CO2的過程是在線粒體內(nèi)完成的，第6頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二1961－1980年Mitchell提出了氧化磷酸化的化學偶聯(lián)學說。1968-1976年thegeneticandphysicalmapofyeastmitochondria1976年Hatefi等純化了呼吸鏈四個獨立的復合體。第7頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第8頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體的形態(tài)學MeissnerBarbara第9頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二詹納斯綠

JanusGreenB一種活體染色劑，專一用于線粒體的染色。它可以和線粒體中的細胞色素C氧化酶結合，從而出現(xiàn)藍綠色。顯微結構第10頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

光鏡下的線粒體呈線狀、粒狀或桿狀等，直徑0.5～1.0μm。不同類型或不同生理狀態(tài)的細胞，其線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)目及排列分布常不相同。

線粒體在很多細胞中呈彌散均勻分布，但一般較多聚集在生理功能旺盛、需要能量供應的區(qū)域，第11頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二分布狀態(tài)第12頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二Transmissionelectronmicrographofmitochondriafromsnakeadrenalglandadjacenttoahighlyorderedarrayofendoplasmicreticulum.第13頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二Transmissionelectronmicrographofmitochondriainabrownadiposecellfromabat.Thesesphericalmitochondriaarelarge,asseenwhencomparedtothenucleusatUPoftheimage.Despitethesizeofthemitochondria,thecristaestillspantheentire.第14頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第15頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二超微結構：由雙層單位膜套疊而成的封閉性膜囊結構第16頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

外膜（outermembrane）：線粒體最外層所包繞的一層單位膜，厚約5～7nm，光滑平整。在組成上，外膜的脂質和蛋白質成分各占1/2。外膜中含有整合蛋白孔蛋白（porin），它們以β片層結構形式形成直徑2～3nm桶狀通道，跨越脂質雙層，可以通過相對分子質量在5000以下的物質。第17頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二內(nèi)膜向基質折疊形成特定的內(nèi)部空間

內(nèi)膜（innermembrane）比外膜稍薄，平均厚4.5nm，也是一層單位膜。內(nèi)膜的化學組成中20%是脂類，80%是蛋白質?；７譃轭^部、柄部和基片三部分，是由多種蛋白質亞基組成的復合體?；ｎ^部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，因此，基粒又稱ATP合酶復合體（ATPsynthasecomplex）。第18頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二基質為物質氧化代謝提供場所線粒體內(nèi)腔充滿了電子密度較低的可溶性蛋白質和脂肪等成分，稱之為基質（matrix）。線粒體中催化三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白質合成等有關的酶都在基質中。

還含有線粒體獨特的雙鏈環(huán)狀DNA、核糖體，這些構成了線粒體相對獨立的遺傳信息復制、轉錄和翻譯系統(tǒng)。第19頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

內(nèi)外膜轉位接觸點：核編碼蛋白質進入線粒體的通道

線粒體的內(nèi)、外膜上存在著一些內(nèi)膜與外膜相互接觸的地方為轉位接觸點（translocationcontactsite）。是蛋白質等物質進出線粒體的通道。第20頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體相對獨立的遺傳體系第21頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體基因組圖譜人線粒體基因組（劍橋序列）16569

bp，重鏈（H）輕鏈（L）線粒體基因組：雙鏈環(huán)狀的DNA分子37基因：2rRNA22tRNA13蛋白質第22頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二重鏈編碼12SrRNA、16SrRNA、14個tRNA

NADH-CoQ氧化還原酶1（NADH-CoQoxidoreductase1，

ND1）、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5、

細胞色素C氧化酶1（cytochromecoxidaseⅠ,COXⅠ）、COXⅡ、COXⅢ、細胞色素b的亞基、ATP合酶的第6亞單位和第8亞單位（A6、A8）

輕鏈編碼8個tRNAND6第23頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體基因的轉錄

重鏈啟動子（heavy-strandpromoter，HSP）

輕鏈啟動子（light-strandpromoter，LSP）線粒體mRNA不含內(nèi)含子，也很少有非翻譯區(qū)每個mRNA5ˊ端的起始密碼為AUG（或AUA），起始氨基酸為甲酰甲硫氨酸線粒體的遺傳密碼也與核基因不完全相同UAA的終止密碼位于mRNA的3ˊ端。某些情況下，一個堿基U就是mtDNA體系中的終止密碼子。第24頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二密碼子核密碼子編碼氨基酸線粒體密碼子編碼氨基酸哺乳動物果蠅鏈孢酶菌酵母植物UGA終止密碼子色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸終止密碼子AGAAGG精氨酸終止密碼子絲氨酸精氨酸精氨酸精氨酸AUA異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸AUU異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸異亮氨酸CUUCUCCUACUG亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸蘇氨酸亮氨酸線粒體與核密碼子編碼氨基酸比較第25頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

線粒體基因中兩個重疊基因，

復合物Ⅰ的ND4L和ND4，

復合物Ⅴ的ATP酶8和ATP酶6。第26頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體DNA的復制

人類mtDNA是單一的復制起始，mtDNA的復制起始點被分成兩半，一個是在重鏈上，稱為重鏈復制起始點（OH），位于環(huán)的頂部，tRNAPhe基因（557）和tRNAPro基因（16023）之間的控制區(qū)，它控制重鏈子鏈DNA的自我復制；一個是在輕鏈上，稱為輕鏈復制起始點（OL），位于環(huán)L的“8點鐘”位置，它控制輕鏈子鏈DNA的自我復制。第27頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二DividingMitochondriaWhoelsedivideslikethat?Whatdoesthistellusabouttheevolutionofeukaryotes?第29頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二NADH-CoQ還原酶復合體（復合體Ⅰ）亞基（ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5和ND6）

7個基因CoQH2-細胞色素c還原酶復合體（復合體Ⅲ）中細胞色素b的亞基。 1個基因細胞色素c氧化酶（COX）復合體（復合體Ⅳ）催化活性中心的亞單位（COXⅠ、COXⅡ和COXⅢ）；3個基因ATP合酶復合體（復合體Ⅴ）F0部分的2個亞基（A6和A8） 2個基因。線粒體基因編碼的蛋白質13個基因第30頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第31頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體靶序列引導核編碼蛋白質向線粒體轉運（一）核編碼蛋白在進入線粒體需要分子伴侶蛋白的協(xié)助

線粒體內(nèi)含有1000～1500種蛋白質，除上述的13種多肽外，98％以上是由細胞核DNA編碼。線粒體含有4個蛋白質輸入的亞區(qū)域：

線粒體外膜

線粒體內(nèi)膜

膜間隙

基質其中絕大多數(shù)線粒體蛋白被輸入到基質，少數(shù)輸入到膜間腔以及插入到內(nèi)膜和外膜上。第32頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

輸入到線粒體的蛋白質都在其N-端具有一段線粒體靶序列稱為基質導入順序線粒體外膜和內(nèi)膜上的受體能識別并結合各種不同的但相關的MTS?；|導入順序（matrix-targetingsequence，MTS）第33頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體定位蛋白質基質乙醇脫氫酶（酵母）氨甲酰磷酸合酶（哺乳動物）檸檬酸合酶（citratesynthase）與其他檸檬酸酶DNA聚合酶F1ATP酶亞單位α（除植物外），β、γ、δ（某些真菌）Mn2+超氧物岐化酶鳥氨酸轉氨酶（哺乳動物）鳥氨酸轉氨甲酰酶（哺乳動物）核糖體蛋白質RNA聚合酶內(nèi)膜ADP/ATP反向轉運體（antiporter）復合體Ⅲ亞基1、2、5（鐵-硫蛋白）、6、7復合體Ⅳ（COX）亞基4，5，6，7F0ATP酶生熱蛋白（thermogenin）膜間腔細胞色素c細胞色素c過氧化物酶細胞色素b2和c1（復合體Ⅲ亞基）外膜線粒體孔蛋白（porin）P70

部分核編碼的線粒體蛋白第34頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二（二）前體蛋白在線粒體外保持非折疊狀態(tài)

當線粒體蛋白可溶性前體(solubleprecursorofmitochondrialproteins)在核糖體內(nèi)形成以后，少數(shù)前體蛋白與一種稱為新生多肽相關復合物(nascent-associatedcomplex，NAC)的分子伴侶蛋白相互作用。第35頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

在哺乳動物的胞質中存在著：

前體蛋白的結合因子（presequence-bindingfactor，PBF），它能夠增加hsc70對線粒體蛋白的轉運；線粒體輸入刺激因子（mitochondrialimportstimulatoryfactor，MSF），常單獨發(fā)揮著ATP酶的作用，為聚集蛋白的解聚提供能量。第36頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

前體蛋白與MSF所形成的復合體能進一步與外膜上的一套受體Tom37和Tom70相結合。

Tom37和Tom70把前體蛋白轉移到第二套受體Tom20和Tom22，同時釋放MSF。與前體蛋白結合的受體Tom20和Tom22與外膜上的通道蛋白Tom40（第三套受體）相偶聯(lián)。后者與內(nèi)膜的接觸點共同組成一個直徑為1.5~2.5nm的越膜通道（tim17受體系統(tǒng),非折疊的前體蛋白通過這一通道轉移到線粒體基質。第37頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第38頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二（三）分子運動產(chǎn)生的動力協(xié)助多肽鏈穿越線粒體膜

前體蛋白一旦和受體結合后，就要和外膜及內(nèi)膜上膜通道發(fā)生作用才可進入線粒體。在此過程中，一種也為分子伴侶的線粒體基質hsc70（mthsp70）可與進入線粒體腔的前導肽鏈交聯(lián)，提示mthsp70參與了蛋白質的轉運。

第39頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二Simon等提出一種作用機制，即布朗棘輪模型（BrownianRachetmodel）：

第40頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二（四）多肽鏈需要在線粒體基質內(nèi)重新折疊才形成有活性的蛋白質

蛋白質跨膜轉運至線粒體基質后，必須恢復其天然構象以行使功能。當?shù)鞍卓邕^線粒體膜后，大多數(shù)定位于基質的蛋白被基質作用蛋白酶（matrixprocessingprotease,MPP）所移除。在大多數(shù)情況下，輸入多肽的最后折疊還需要另外一套基質分子伴侶如hsc60、hsc10的協(xié)助。第41頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二（五）線粒體蛋白以類似的機制進入線粒體其他部位

線粒體蛋白除了向線粒體基質的轉運外，還包括線粒體蛋白的膜間腔、內(nèi)膜和外膜的轉運，這類線粒體蛋白除了都具有MTS外，一般還都具有第2類信號順序。第42頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

細胞呼吸與能量轉換第43頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二一、細胞呼吸較高等的動物都能依靠呼吸系統(tǒng)從外界吸取O2并排出CO2。細胞也存在有這樣的呼吸作用，即在細胞內(nèi)特定的細胞器（主要是線粒體）內(nèi)，在O2的參與下，分解各種大分子物質，產(chǎn)生CO2；與此同時，分解代謝所釋放出的能量儲存于ATP中，這一過程稱為細胞呼吸(cellularrespiration)，也稱為生物氧化（biologicaloxidation)

或細胞氧化(cellularoxidation)。細胞氧化分解物質獲取能量的過程

第44頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二高能磷酸化合物ATP第45頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二生物氧化特點溫和環(huán)境（37C°中性）酶催化逐步釋放能量有機酸脫羧生成CO2有機物脫氫經(jīng)呼吸鏈生成H2O第46頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二營養(yǎng)物質的氧化分解過程糖原脂肪蛋白質葡萄糖脂肪酸氨基酸甘油乙酰輔酶ATCA2H1/2O2ADPPiATPH2OⅠⅢⅡCO2第47頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質和脂肪的徹底氧化只在第一步中與糖有所區(qū)別以葡萄糖氧化為例，從糖酵解到ATP的形成是一個極其復雜的過程，大體分為三個步驟：糖酵解三羧酸循環(huán)氧化磷酸化第48頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二葡萄糖在細胞質中進行糖酵解

一分子葡萄糖經(jīng)過十多步反應，生成2分子丙酮酸，同時脫下2對H交給受氫體NAD+攜帶，形成2分子NADH+H+。NAD+能可逆地接受兩個電子和一個H+，另一個H+則留在溶質中。在糖酵解過程中一共生成4分子ATP，但由于要消耗2分子ATP，所以凈生成2分子的ATP。這種由高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP的作用，稱為底物水平磷酸化（substrate-levelphosphorylation）。第49頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二NADH+

H+

進入線粒體的方式較為復雜，必須借助于線粒體內(nèi)膜上特異性穿梭系統(tǒng)進入線粒體內(nèi)。第50頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二三羧酸循環(huán)在線粒體基質中實現(xiàn)

在線粒體基質中，乙酰CoA與草酰乙酸結合成檸檬酸而進入檸檬酸循環(huán)，由于檸檬酸有3個羧基，故也稱為三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）。在線粒體基質中丙酮酸脫氫酶體系作用下，丙酮酸進一步分解為乙酰輔酶A，NAD+作為受氫體被還原。第51頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二在三羧酸循環(huán)中，反應物葡萄糖或者脂肪酸會變成乙酰輔酶A，在循環(huán)中分解生成最終產(chǎn)物二氧化碳并脫氫，質子將傳遞給輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和黃素腺嘌呤（FAD），使之成為NADH+H+和FADH2。NADH+H+和FADH2會繼續(xù)在呼吸鏈中被氧化成NAD+和FAD，并生成水。這種受調(diào)節(jié)的“燃燒”會生成ATP，提供能量。第52頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第53頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

循環(huán)中，檸檬酸經(jīng)過一系列酶促的氧化脫氫和脫羧反應，其中的2個碳原子氧化形成CO2，從而削減了2個碳原子。在循環(huán)的末端，又重新生成草酰乙酸，而草酰乙酸又可和另1個乙酰CoA結合，生成檸檬酸，開始下一個循環(huán)，如此周而復始。第54頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二TCA循環(huán)消耗了3個H2O，生成1分子的GTP（可轉變?yōu)?分子的ATP）、4對H和2分子CO2

脫下的4對H，其中3對以NAD+為受氫體，另1對以FAD為受氫體。FAD能可逆地接受2個H，即兩個質子和兩個電子，轉變成還原態(tài)FADH2。ATP/ADP及NADH/NAD+

比值高時均能降低TAC循環(huán)的速度。第55頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第56頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第57頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二氧化磷酸化偶聯(lián)是能量轉換的關鍵

氧化磷酸化是釋放代謝能的主要環(huán)節(jié)，在這個過程中，NADH和FADH2分子把它們從食物氧化得來的電子轉移到氧分子。這一反應相當于氫原子在空氣中燃燒最終形成水的過程，釋放出的能量絕大部分用于生成ATP，少部分以熱的形式釋放。第58頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二呼吸鏈和ATP合酶復合體是氧化磷酸化的結構基礎

H并不能與O2直接結合，一般認為H須首先離解為H+（質子）和e-（電子），電子經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上酶體系的逐級傳遞，最終使1/2O2成為O2-，后者再與基質中的2個H+化合生成H2O。這一傳遞電子的酶和輔酶體系是由一系列能夠可逆地接受和釋放H+和e-的化學物質所組成，它們在內(nèi)膜上有序地排列成相互關聯(lián)的鏈狀，稱為呼吸鏈（respiratorychain）或電子傳遞呼吸鏈（electrontransportrespiratorychain）。第59頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體呼吸鏈復合體FMN,Fe-S復合體ⅠFAD,Fe-S,Cytb復合體ⅡCytb,Fe-S,Cytc1復合體ⅢCytaa3,Cu復合體Ⅳ第60頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

只傳遞電子的酶和輔酶稱為電子傳遞體，它們可分為醌類、細胞色素和鐵硫蛋白三類化合物；既傳遞電子又傳遞質子的酶和輔酶稱為遞氫體。呼吸鏈的成員：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個脂類蛋白質復合體，線粒體內(nèi)膜的整合蛋白。CoQ是脂溶性的蛋白質，可在脂雙層中從膜的一側向另一側移動Cytc是膜邊周蛋白，可在膜表面移動。第61頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二復合體酶活性分子量輔基ⅠNADH-CoQ氧化還原酶85000FMN、FeSⅡ

琥珀酸-CoQ氧化還原酶97000FAD、FeSⅢCoQH2-細胞色素c氧化還原酶280000血紅素b、FeS血紅素c1Ⅳ

細胞色素c氧化酶200000血紅素a、Cu血紅素a3線粒體電子傳遞鏈組分第62頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二煙酰胺(nicotinamide)核苷酸類（NAD+、NADP+）遞氫體第63頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二黃素蛋白(flavoprotein)類（FMN、FAD）遞氫體第64頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二鐵硫蛋白(iron-sulfurcluster)Fe2+Fe3++e-傳遞電子方式：遞電子體第65頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二泛醌

（CoQ）(Ubiquinone)遞氫體第66頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二細胞色素(Cytochrome)類Cytb、Cytc1、Cytc、Cytaa3組成呼吸鏈的細胞色素:細胞色素氧化酶Fe2+Fe3++e-遞電子體第67頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二NNNNFe3+H3C--CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-H3C-

CysSH3C-CH

CysS蛋白質細胞色素c輔基第68頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二呼吸鏈主要成分的排列順序NADH氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈（FADH2氧化呼吸鏈）體內(nèi)的兩條呼吸鏈：第69頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二NADH

FMNQ10CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)

(Fe-S)

FAD.H2(Fe-S)琥珀酸2H2H2H2H2H+2e2e2e2eO2122eO2-H2O第70頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二電子傳遞過程中釋放出的能量催化ADP磷酸化而合成ATP實現(xiàn)氧化磷酸化偶聯(lián)經(jīng)糖酵解和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的NADH和FADH2是兩種還原性的電子載體，它們所攜帶的電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈逐級定向傳遞給O2，本身則被氧化。電子傳遞過程中釋放出的能量被F0F1ATP酶復合體用來催化ADP磷酸化而合成ATP，這就是氧化磷酸化作用。第71頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

載氫體NADH和FADH2進入呼吸鏈的部位不同，所釋放的自由能也有差異。1分子NADH+H+經(jīng)過電子傳遞，釋放的能量可以形成3分子ATP；1分子FADH2所釋放的能量則能夠形成2分子ATP。

第72頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

線粒體內(nèi)膜（包括嵴）上附有許多圓球形基粒?；Ｓ深^部、柄部和基片3部分組成：頭部呈球形，直徑約8～9nm；柄部直徑約4nm，長4.5～5nm；頭部與柄部相連凸出在內(nèi)膜表面，柄部則與嵌入內(nèi)膜的基片相連。

基粒是將呼吸鏈電子傳遞過程中釋放的能量用于使ADP磷酸化生成ATP的關鍵裝置，是由多種多肽構成的復合體，其化學本質是ATP合酶復合體。ATPsynthasecomplex（F0F1ATP合酶）第73頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第74頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二H+穿膜傳遞轉變?yōu)闄M跨線粒體內(nèi)膜的電化學質子梯度驅動結合在內(nèi)膜上的ATP合酶催化ADP磷酸化合成ATP氧化磷酸化的化學滲透假說第75頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二第76頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二①NADH或FADH2提供一對電子，經(jīng)電子傳遞鏈，最后為O2所接受；②電子傳遞鏈同時起H+泵的作用，在傳遞電子的過程中伴隨著H+從線粒體基質到膜間腔的轉移；③線粒體內(nèi)膜對H+和OH-具有不可透性，所以隨著電子傳遞過程的進行，H+在膜間腔中積累,造成了內(nèi)膜兩側的質子濃度差，從而保持了一定的勢能差；④膜間腔中的H+有順濃度返回基質的傾向，能借助勢能通過ATP酶復合體F0上的質子通道滲透到線粒體基質中，所釋放的自由能驅動F0F1ATP合酶合成ATP。第77頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二電化學梯度所包含的能量轉換成ATP的化學能第78頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二六、線粒體介導了某些類型的細胞死亡線粒體是控制細胞死亡（包括凋亡和壞死）的中心環(huán)節(jié)之一第79頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體產(chǎn)生大量超氧陰離子，并通過鏈式反應形成活性氧（ROS）當ROS水平較高時，使得線粒體內(nèi)膜非特異性通透性孔道（MPTP）開放不僅導致跨膜電位崩潰，也使Cytoc外漏啟動caspase的級聯(lián)活化，最終由caspase-3啟動凋亡。細胞死亡前線粒體膜通透性改變第80頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二細胞死亡的三個時期第81頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二線粒體與人類學、醫(yī)學研究第82頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二

在特定條件下線粒體與疾病的發(fā)生有著密切的關系，一方面是疾病狀態(tài)下線粒體作為細胞病變的一部分，是疾病在細胞水平上的一種表現(xiàn)形式；另一方面線粒體作為疾病發(fā)生的主要動因，是疾病發(fā)生的關鍵，主要表現(xiàn)為mtDNA突變導致細胞結構和功能異常。第83頁，共94頁，2023年，2月20日，星期二mtDNA突變導致疾病

當突變線粒體DNA進行異常復制時，機體的免疫系統(tǒng)并不能對此予以識別和阻止，于是細胞為了將突變的線粒體迅速分散到子細胞中去，即以加快分裂的方式對抗這種狀態(tài)，以減輕對細胞的損害，但持續(xù)的損害將最終導致疾病的發(fā)生。這類以線粒體結構和功能缺陷為主要疾病原因的疾病常稱為線粒體疾病（mitocho