05 細(xì)胞基本知識(shí)概要7

1、細(xì)胞生物學(xué),中國(guó)藥科大學(xué)藥理教研室,第七章 細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠體,第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化 一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 二、線粒體的化學(xué)組成及酶的定位 三、線粒體的功能 四、線粒體與疾病 第二節(jié) 線粒體是半自主性細(xì)胞器 一、線粒體的DNA 二、線粒體的蛋白質(zhì)合成 第三節(jié) 線粒體的增殖與起源,細(xì)胞能量流,生物的基本能量來(lái)源是太陽(yáng)光的輻射能 細(xì)胞是生物能量生成、利用的基本單位，進(jìn)行著能量的吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化等過(guò)程 能被生物利用的能量形式多樣，但基礎(chǔ)的能源是化學(xué)能和光能,化學(xué)能,細(xì)胞能量的利用是以化學(xué)能為核心，并僅能利用化合物總能量中可釋出的一部分 當(dāng)一種化合物水解時(shí)釋放自由能的多少取決于該

2、化合物整個(gè)分子的結(jié)構(gòu) 細(xì)胞內(nèi)大部分物質(zhì)都遵循氧化反應(yīng)的一般規(guī)律進(jìn)行氧化反應(yīng)，常見的氧化方式有脫e-、脫氫和加氧等類型；最終的氧化分解產(chǎn)物是CO2和H2O，同時(shí)釋放能量,生物能量的儲(chǔ)存和釋放,細(xì)胞內(nèi)的氧化反應(yīng)主要以生成高能磷酸化合物方式儲(chǔ)存所釋放的能量，從而為生物體所利用 細(xì)胞最常見的高能磷酸化合物是ATP：一游離核苷酸，由腺嘌呤、核糖與三分子磷酸構(gòu)成，磷酸與磷酸間借磷酸酐鍵連接 細(xì)胞內(nèi)ATP生成的三種方式：光合磷酸化（photophosphorylation），氧化磷酸化（oxidative phosphorylation），底物水平磷酸化（substrate level phosphoryl

3、ation）,p,p,p,p,& 能量,p,p,ATP,ADP,p,& 能量,p,p,p,AMP,p,p,& 能量,+能量,ATP通過(guò)磷酸基團(tuán)等轉(zhuǎn)移的特殊方式，既可儲(chǔ)藏光合或物質(zhì)分解產(chǎn)生的能量，也可為各種生物酶促反應(yīng)或合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)分子和營(yíng)養(yǎng)分子提供能量,第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化,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(xì)胞內(nèi)獨(dú)立生活的細(xì)菌 1898年Benda首次將這種顆命名為mitochondrion 1900年L. Michaelis用Janus Green B對(duì)線粒體進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用 Green（1948）證實(shí)線粒體含所有

4、三羧酸循環(huán)的酶，Kennedy和Lehninger（1949）發(fā)現(xiàn)脂肪酸氧化為CO2的過(guò)程是在線粒體內(nèi)完成；Hatefi等（1976）純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體 Mitchell（19611980）提出了氧化磷酸化的化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說(shuō),一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu),形狀多樣，一般呈線狀，也有粒狀或短線狀 不同類型的細(xì)胞中線粒體的數(shù)目相差很大，但在同一類型細(xì)胞中數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定 直徑一般在0.51.0m，在長(zhǎng)度上變化很大 蛋白占干重的65-70%，脂類占25-30%,1、分布,多數(shù)細(xì)胞中，線粒體均勻分布在整個(gè)細(xì)胞質(zhì)中；但在某些細(xì)胞中，線粒體的分布不均一，有時(shí)線粒體聚集在細(xì)胞質(zhì)的邊緣 在細(xì)胞質(zhì)中，線粒體常常集中在

5、代謝活躍的區(qū)域 線粒體具有自由運(yùn)動(dòng)的特性，能向細(xì)胞需能的部位轉(zhuǎn)移，或者固定在需能部位的附近，以便運(yùn)送ATP 線粒體除較多分布在需要ATP的區(qū)域外，也較為集中分布在有較多氧化反應(yīng)底物的區(qū)域,2、超微結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)：占線粒體干重的6570%；線粒體的蛋白質(zhì)分為可溶性和不溶性的可溶性的蛋白質(zhì)主要是基質(zhì)的酶和膜的外周蛋白；不溶性的蛋白質(zhì)構(gòu)成膜的本體，其中一部分是鑲嵌蛋白， 也有一些是酶蛋白 脂類：線粒體的脂類只占干重的2030%；在線粒體的脂類中多數(shù)是磷脂， 占總脂的3/4以上；含豐富的心磷脂和較少的膽固醇是線粒體在組成上與細(xì)胞其他膜結(jié)構(gòu)的明顯差別,二、線粒體的化學(xué)組 成及酶的定位,線粒體最外的一層全封

6、閉的單位膜結(jié)構(gòu)，是線粒體的界膜 構(gòu)成外膜的脂與蛋白的含量幾乎相等 具有porin構(gòu)成的親水通道，允許分子量5KD以下的分子通過(guò)，1KD以下的分子可自由通過(guò) 由于通透性高，膜間間隙中的環(huán)境幾乎和胞質(zhì)溶膠相似 含有一些特殊的酶類，說(shuō)明外膜不僅參與膜磷脂的合成，同時(shí)對(duì)那些將在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行徹底氧化的物質(zhì)先行初步分解；單胺氧化酶是標(biāo)志酶,（一）外膜,（二）內(nèi)膜,位于外膜的內(nèi)側(cè)包裹線粒體基質(zhì)的一層單位膜結(jié)構(gòu)；通透性較低，不允許離子和大多數(shù)帶電荷的小分子通過(guò) 通常向基質(zhì)折褶形成嵴，嵴的形成使內(nèi)膜的表面積大大增加；嵴有兩種排列方式，一是層狀，一是管狀 內(nèi)膜嵴上有許多排列規(guī)則的顆粒稱為線粒體基粒，又稱偶聯(lián)因

7、子1，簡(jiǎn)稱F1，實(shí)際是ATP合酶，又叫F0F1-ATP酶復(fù)合物 內(nèi)膜的酶類：運(yùn)輸酶類；合成酶類；e-傳遞和ATP合成的酶類；標(biāo)志酶是細(xì)胞色素氧化酶 是線粒體進(jìn)行e-傳遞和氧化磷酸化的主要部位,（三）膜間間隙,是內(nèi)外膜之間的腔隙，寬約6-8nm 標(biāo)志酶為腺苷酸激酶：功能是催化ATP分子的末端磷酸基團(tuán) 轉(zhuǎn)移到AMP，生成2分子ATP,（四）線粒體基質(zhì),為內(nèi)膜和嵴包圍的空間，含有：催化三羧酸循環(huán)，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶類 標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶 基質(zhì)具有一套完整的轉(zhuǎn)錄和翻譯體系， 如 線粒體DNA（mtDNA），及線粒體特有的核糖體，RNAs 、rRNA、DNA聚合酶、 氨基酸活化酶等 纖維絲

8、和e-密度很大的致密顆粒狀物質(zhì)，內(nèi)含Ca2+、Mg2+、Zn2+等離子,線粒體各部分蛋白的分布,（五）線粒體各部分的功能,三、線粒體的功能氧化磷酸化作用,糖酵解,（一）真核細(xì)胞中的氧化作用,葡萄糖,丙酮酸,發(fā)酵,NADH,NAD+,NAD+,NADH,乳酸,缺氧,丙酮酸,乙酰輔酶A,NAD,NADH,CO2,NAD+,ATP,ATP,ATP,CO2+H2O,TCA 循環(huán),NADH,電子傳遞鏈,胞質(zhì)溶膠,氧存在,細(xì)胞質(zhì)膜,（二）呼吸鏈與電子傳遞,呼吸鏈：是線粒體內(nèi)膜上一組酶的復(fù)合體，其功能是進(jìn)行電子傳遞、H+的傳遞及氧的利用，產(chǎn)生H2O和ATP 在TCA循環(huán)中，乙酰COA中的2個(gè)C完全被氧化直接

9、產(chǎn)生的能量很少，大部分的能量都儲(chǔ)存在輔酶（NADH和FADH2）分子中 如果將能量一次性釋放則不能全部收集和儲(chǔ)存，并會(huì)損傷細(xì)胞，為此細(xì)胞利用線粒體內(nèi)膜中一系列的電子載體（呼吸鏈），伴隨電子逐步傳遞，將能量?jī)?chǔ)存在ATP的高能磷酸鍵。 電子通過(guò)呼吸鏈的流動(dòng)稱為電子運(yùn)輸或電子傳遞，伴隨氧化進(jìn)行的磷酸化就稱為氧化磷酸化,1、電子載體,在電子傳遞過(guò)程中與釋放的電子結(jié)合并將電子傳遞下去的物質(zhì)稱為電子載體 參與傳遞的電子載體有五種：NAD，黃素蛋白，細(xì)胞色素，鐵硫蛋白和輔酶Q 除輔酶Q外，其余電子載體中接受和提供電子的氧化還原中心都是與蛋白相連的輔基,NAD：即煙酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide

10、adenine dinucleotide），連接三羧酸循環(huán)和呼吸鏈，將代謝過(guò)程中脫下來(lái)的氫交給黃素蛋白 黃素蛋白：含F(xiàn)MN或FAD的蛋白，可接受2個(gè)電子2個(gè)質(zhì)子；黃素相關(guān)的脫氫酶類主要有：以FMN為輔基的NADH脫氫酶。以FAD為輔基的琥珀酸脫氫酶,NAD NADP,Flavin mononucleotide(FMN)& Flavin adenine dinucleotide,細(xì)胞色素：分子中含有血紅素鐵，以共價(jià)形式與蛋白結(jié)合，通過(guò)Fe3+、Fe2+形式變化傳遞電子，呼吸鏈中有5類，即：細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有銅原子,鐵硫蛋白：在其分子結(jié)構(gòu)中每個(gè)鐵原子和4個(gè)硫原子結(jié)合，

11、通過(guò)Fe2+、Fe3+互變進(jìn)行電子傳遞，有2Fe-2S和4Fe-4S兩種類型,輔酶Q：是脂溶性小分子量醌類化合物，通過(guò)氧化和還原傳遞電子；有3種氧化還原形式，即：氧化型醌Q，還原型氫醌（QH2）和介于兩者之者的自由基半醌（QH）,Cua Cyt a Cub 2e,Cyt c,Cyt b FeS Cyt c1,COQ,NADH-COQ還原酶復(fù)合物,2e FMN Fe-S,NADH,NAD+H+,H+ in,H+out,2e FAD Fe-s 2e-,琥珀酸,延胡索酸,琥珀酸-COQ還原酶復(fù)合物,2H+,FADH2,FAD+2H+,1/2O2+2H+,H2O,H+ in,H+out,CoQH2-細(xì)

12、胞色素c還原酶復(fù)合物,細(xì)胞色素c氧化酶復(fù)合物,2、呼吸鏈的組成和排列,呼吸鏈的電子載體在線粒體內(nèi)膜中不是單一存在而是同其他的蛋白質(zhì)組成復(fù)合物 這些復(fù)合物分別命名為復(fù)合物、；其中都沒(méi)有細(xì)胞色素c和輔酶Q，這兩種呼吸鏈的成分獨(dú)立存在于線粒體膜中 組成呼吸鏈的四種復(fù)合物都是由不同的蛋白質(zhì)組成的多蛋白復(fù)合體，功能是參與氧化還原作用，由于這些復(fù)合物在線粒體內(nèi)膜中不停的移動(dòng)，所有沒(méi)有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),線粒體呼吸鏈中四種復(fù)合物的性質(zhì),復(fù)合物,又稱NADH脫氫酶或NADH-COQ還原酶復(fù)合物 組成：42條肽鏈組成，呈L型，含一個(gè)FMN和至少6個(gè)鐵硫蛋白，分子量接近1MD，以二聚體形式存在 作用：催化NADH的2個(gè)電

13、子傳遞至輔酶Q，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)（M側(cè)）轉(zhuǎn)移至膜間隙（C側(cè)） e-傳遞的方向?yàn)椋?NADHFMNFe-SQ 總的反應(yīng)結(jié)果為： NADH + 5H+M + QNAD+ + QH2 + 4H+C,復(fù)合物,又稱琥珀酸脫氫酶或琥珀酸-COQ酶復(fù)合物，至少由4條肽鏈組成，含有一個(gè)FAD，2個(gè)鐵硫蛋白 功能：催化電子從琥珀酸傳遞給輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子 e-傳遞的方向?yàn)椋虹晁酕ADFe-SQ 反應(yīng)結(jié)果為：琥珀酸+Q延胡索酸+QH2,復(fù)合物,細(xì)胞色素c還原酶，又稱COQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物 組成：至少11條不同肽鏈，以二聚體形式存在，每個(gè)單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素b（b562、b566）、一個(gè)鐵

14、硫蛋白和一個(gè)細(xì)胞色素c1 作用：催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙 總的反應(yīng)結(jié)果為：2還原態(tài)cyt c1 + QH2 + 2 H+M2氧化態(tài)cyt c1 + Q+ 4H+C,復(fù)合物的電子傳遞比較復(fù)雜，和“Q循環(huán)”有關(guān),復(fù)合物,即細(xì)胞色素c氧化酶 組成：為二聚體，每個(gè)單體含至少13條肽鏈，分為三個(gè)亞單位 作用是將從細(xì)胞色素c接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，在基質(zhì)側(cè)消耗2個(gè)質(zhì)子，同時(shí)轉(zhuǎn)移2個(gè)質(zhì)子至膜間隙 電子傳遞的路線為：cyt cCuAheme aa3- CuBO2 總的反應(yīng)結(jié)果為：4還原態(tài)cyt c + 8 H+M + O24氧化態(tài)cyt c

15、 + 4H+C + 2H2O,3、兩條主要的呼吸鏈,復(fù)合物、組成主要的呼吸鏈，催化NADH的脫氫氧化 復(fù)合物、組成另一條呼吸鏈，催化琥珀酸的脫氫氧化 呼吸鏈各組分有序，使電子按氧化還原電位從低向高傳遞，能量逐級(jí)釋放，呼吸鏈中的復(fù)合物、都是質(zhì)子泵，可將質(zhì)子有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜間隙，形成質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATP的合成,主呼吸鏈,e- 傳遞從NADH開始，復(fù)合物將還原型的NADH氧化，釋放出的2個(gè) e- 和1個(gè) H+ 被FMN接受，同時(shí)從基質(zhì)中攝取一個(gè) H 將FMN還原成FMNH2，NADH被氧化成NAD+重新進(jìn)入TCA循環(huán) FMNH2將一對(duì) H+ 傳遞到膜間間隙，同時(shí)將一對(duì) e- 經(jīng)鐵硫蛋白傳遞給Q池中的兩

16、個(gè)輔酶Q 兩個(gè)輔酶Q得到 e- 后從基質(zhì)攝取兩個(gè) H+ 被還原成兩個(gè)半醌（QH） 泛醌在內(nèi)膜中通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行穿膜循環(huán)（醌循環(huán)），兩個(gè)半醌各從細(xì)胞色素b獲得一個(gè) e-，并從基質(zhì)中再攝取兩個(gè) H+，形成兩個(gè)全醌（QH2） 當(dāng)全醌擴(kuò)散到內(nèi)膜外側(cè)時(shí)，便把兩個(gè) e- 傳遞給細(xì)胞色素c1，并向膜間間隙釋放一對(duì) H+ ，本身又被氧化成半醌 當(dāng)半醌擴(kuò)散到接近細(xì)胞色素b時(shí)，將攜帶的另2個(gè) e- 傳遞給細(xì)胞色素b，并向膜間間隙釋放一對(duì) H+ ，細(xì)胞色素b的一對(duì)e-又回到醌循環(huán)中 細(xì)胞色素c1將接受的2個(gè) e- 經(jīng)細(xì)胞色素c和細(xì)胞色素氧化酶?jìng)鬟f給O，將O還原成H2O 一對(duì) e- 經(jīng)呼吸鏈傳遞到O時(shí)，共將基質(zhì)中5對(duì) H

17、 泵到膜間間隙，從而使膜間間隙的 H 濃度高于基質(zhì)，估計(jì)每通過(guò)一對(duì) H 可合成1個(gè)ATP,Transport of electrons from NADH,次呼吸鏈,電子傳遞方式同主呼吸鏈，只是起始電子供體是FADH2，不經(jīng)過(guò)復(fù)合物I，并且復(fù)合物II不是遞氫體，所以傳遞的H+較少，最后產(chǎn)生的能量也要少些,Transport of electrons from FADH2,兩條呼吸鏈,魚藤酮、阿米妥,抗霉素A,CN、CO,呼吸鏈組分及ATP酶在線粒體內(nèi)膜上呈不對(duì)稱分布，如細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜的C側(cè)（向細(xì)胞質(zhì)的一側(cè)），而ATP酶位于內(nèi)膜的M側(cè)（向線粒體基質(zhì)的一側(cè)） 將線粒體用超聲波破碎，線粒體

18、內(nèi)膜碎片可形成顆粒朝外的小膜泡，稱亞線粒體小泡或亞線粒體顆粒，這種小泡具有正常的電子傳遞和磷酸化的功能 用細(xì)胞色素c的抗體能夠抑制完整線粒體的氧化磷酸化，但不能抑制亞線粒體顆粒的氧化磷酸化，說(shuō)明細(xì)胞色素c位于線粒體內(nèi)膜的C側(cè),氧化磷酸化作用機(jī)理,Mitchell P.1961提出“化學(xué)滲透假說(shuō)(Chemiosmotic Hypothesis)” 電子沿呼吸鏈傳遞時(shí)，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)（M側(cè)）泵至膜間隙（胞質(zhì)側(cè)或C側(cè)），由于線粒體內(nèi)膜對(duì)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（pH）及電位梯度（），兩者共同構(gòu)成電化學(xué)梯度即H動(dòng)力勢(shì)（P） P=-(2

19、.3RT/F)pH 質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過(guò)內(nèi)膜上的ATP酶復(fù)合物流回基質(zhì)，使ATP酶的構(gòu)象發(fā)生改變，將ADP和Pi合成ATP,質(zhì)子動(dòng)力勢(shì),ATP合酶,ATP合酶的結(jié)構(gòu)和功能,ATP合酶（ATP synthetase），分子量500KD，狀如蘑菇；分為球形的F1（頭部）和嵌入膜中的F0（基部），它可以利用H動(dòng)力勢(shì)合成ATP，也可以水解ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)H，屬于F型H泵 F1由5種多肽組成33復(fù)合體，具有三個(gè)ATP合成的催化位點(diǎn)（每個(gè)亞基具有一個(gè)） F0由三種多肽組成ab2c12復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，12個(gè)c亞基組成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有H通道，可使H由膜間隙流回基質(zhì) 也有學(xué)者將之看成是線粒體內(nèi)膜呼吸鏈的第五個(gè)復(fù)

20、合物（complex V）,ATP 合酶,ATP合酶合成ATP機(jī)制,1ATP酶利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)，產(chǎn)生構(gòu)象的改變，改變與底物的親和力，催化ADP與Pi形成ATP 2F1具有三個(gè)催化位點(diǎn)，但在特定的時(shí)間，三個(gè)催化位點(diǎn)的構(gòu)象不同、因而與核苷酸的親和力不同：在L構(gòu)象（loose），ADP、 Pi與酶疏松結(jié)合在一起；在T構(gòu)象（tight）底物（ADP、 Pi）與酶緊密結(jié)合在一起，在這種情況下可將兩者加合在一起；在O構(gòu)象（open）ATP與酶的親和力很低，被釋放出去 3質(zhì)子通過(guò)F0時(shí)，引起c亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)亞基旋轉(zhuǎn)，由于亞基的端部是高度不對(duì)稱的，它的旋轉(zhuǎn)引起亞基3個(gè)催化位點(diǎn)構(gòu)象的周期性變化（L、T

21、、O），不斷將ADP和Pi加合在一起，形成ATP,構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō),氧化磷酸化抑制劑,抑制呼吸鏈的電子傳遞。包括以下類型： 抑制NADHCoQ的電子傳遞。如：阿米妥(amytal)、魚藤酮（rotenone）、殺粉蝶素A（piericidin） 抑制Cyt bCyt c1的電子傳遞。如：抗霉素A 抑制細(xì)胞色素氧化酶O2。如：CO、CN、NaN3、H2S,電子傳遞抑制劑,磷酸化抑制劑 與F0結(jié)合結(jié)合，阻斷H+通道。如：寡霉素 解偶聯(lián)劑（uncoupler） 解偶聯(lián)蛋白(uncoupling proteins, UCPs)：位于動(dòng)物棕色脂肪組織和肌肉線粒體，與維持體溫有關(guān) 質(zhì)子載體： DNP、FCCP

22、 質(zhì)子通道：增溫素（thermogenin） 其它離子載體：如纈氨霉素 某些藥物：如過(guò)量的阿斯匹林,線粒體的半自主性,線粒體具有獨(dú)立的遺傳體系 線粒體也能合成蛋白質(zhì)，但是合成能力有限；線粒體的核糖體蛋白、氨酰tRNA 合成酶、許多結(jié)構(gòu)蛋白， 都是核基因編碼， 在細(xì)胞質(zhì)中合成后，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體的，因此稱線粒體為半自主細(xì)胞器 mtDNA表現(xiàn)為母系遺傳：其突變率高于核DNA，并且缺乏修復(fù)能力。有些遺傳病，如Leber遺傳性視神經(jīng)病，肌陣攣性癲癇等均與線粒體基因突變有關(guān),線粒體的增殖,間壁分離 ：分裂時(shí)先由內(nèi)膜向中心皺褶，將線粒體分類兩個(gè)，常見于鼠肝和植物產(chǎn)生組織中 收縮后分離：分裂時(shí)通過(guò)線粒體中部

23、縊縮并向兩端不斷拉長(zhǎng)然后分裂為兩個(gè)，見于蕨類和酵母線粒體中 出芽：見于酵母和蘚類植物，線粒體出現(xiàn)小芽，脫落后長(zhǎng)大，發(fā)育為線粒體,線粒體與葉綠體的蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運(yùn),導(dǎo)向信號(hào)與線粒體蛋白定位,線粒體本身的遺傳信息有限，由線粒體DNA編碼的蛋白質(zhì)大約只有13種，而線粒體執(zhí)行功能時(shí)需上百種蛋白質(zhì) 細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)是如何運(yùn)進(jìn)線粒體并準(zhǔn)確定位呢？,細(xì)胞質(zhì)中合成的某些線粒體蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)尋靶與分選,線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)肽是新生蛋白N端一段大約2080個(gè)氨基酸殘基的肽鏈，通常帶正電荷的堿性氨基酸含量較為豐富 轉(zhuǎn)運(yùn)肽序列中不含有或基本不含有帶負(fù)電荷的酸性氨基酸，并且有形成兩性螺旋的傾向 不同轉(zhuǎn)運(yùn)肽之間沒(méi)有同源性，說(shuō)明轉(zhuǎn)

24、運(yùn)肽的序列與識(shí)別的特異性有關(guān)，而與二級(jí)或高級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)太大關(guān)系,線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)時(shí)，具有以下特點(diǎn)： 需要受體轉(zhuǎn)運(yùn)肽首先需要和線粒體膜上的受體識(shí)別 從接觸點(diǎn)進(jìn)入線粒體內(nèi)外膜要局部融合形成被運(yùn)輸?shù)鞍走M(jìn)入的接觸點(diǎn) 蛋白質(zhì)要解折疊 需要能量既要消耗ATP，又要膜電位的驅(qū)動(dòng) 需要轉(zhuǎn)運(yùn)肽酶 需要分子伴侶的幫助幫助轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)解折疊，還必須將轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)重新折疊,表7-1 線粒體蛋白分選信號(hào)*,線粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn),完整的多肽,線粒體內(nèi)膜和外膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn),線粒體內(nèi)膜和外膜蛋白的定位只需要一個(gè)引導(dǎo)肽，引導(dǎo)外膜和內(nèi)膜蛋白穿膜 引導(dǎo)肽后有一段疏水的停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列阻止蛋白質(zhì)進(jìn)一步穿膜，從而使蛋白質(zhì)結(jié)合在線粒體的膜上 若疏

25、水的停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列同外膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶（translocase of the outer membrane，Tom）結(jié)合，則成為外膜蛋白，若是同內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶（translocase of the inter memberane，Tim）結(jié)合則是內(nèi)膜蛋白,蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及多種蛋白復(fù)合體，即轉(zhuǎn)位因子（translocator），由兩部分構(gòu)成的：受體和蛋白質(zhì)通過(guò)的孔道 TOM復(fù)合體，負(fù)責(zé)通過(guò)外膜，進(jìn)入膜間隙：在酵母中TOM70負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)部具有信號(hào)序列的蛋白；TOM20負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)N端具有信號(hào)序列的蛋白，這兩種蛋白的功能都相當(dāng)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的SPR受體 TOM復(fù)合體的通道被稱為GIP（general import por

26、e，主要由Tom40構(gòu)成， 還包括Tom22， Tom7， Tom6和Tom5,TIM復(fù)合體,TIM23負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，也可將某些蛋白質(zhì)安插在內(nèi)膜 TIM22負(fù)責(zé)將線粒體的代謝物運(yùn)輸?shù)鞍?，如ADPATP和磷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白插入內(nèi)膜,線粒體基質(zhì)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn),線粒體基質(zhì)蛋白，除極少數(shù)外，都是在細(xì)胞質(zhì)游離核糖體上合成，并通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)肽轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)來(lái) 運(yùn)輸過(guò)程： 前體蛋白在游離核糖體合成釋放后，在細(xì)胞質(zhì)分子伴侶Hsp 70的幫助下解折疊 通過(guò)N端的轉(zhuǎn)運(yùn)肽同線粒體外膜上的受體蛋白識(shí)別，并在受體（或附近）的內(nèi)外膜接觸點(diǎn)處利用ATP水解產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)前體蛋白進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的運(yùn)輸通道，然后由電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)穿過(guò)內(nèi)膜，進(jìn)入基

27、質(zhì) 在基質(zhì)中，由mHsp 70繼續(xù)維持前體蛋白的解折疊狀態(tài) 而后在Hsp 60的幫助下，前體蛋白進(jìn)行正確折疊，最后由轉(zhuǎn)運(yùn)肽酶切除轉(zhuǎn)運(yùn)肽，成為成熟的線粒體基質(zhì)蛋白,內(nèi)膜,Hsp70,ATP,ADP+Pi,1,2,ATP,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,Hsp60,ATP,ADP+Pi,H2O,4,接觸點(diǎn),線粒體膜間間隙蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn),線粒體膜間間隙蛋白的定位需兩個(gè)導(dǎo)向序列：位于N端最前面的為基質(zhì)導(dǎo)向序列，其后還有第二個(gè)導(dǎo)向序列即膜間間隙導(dǎo)向序列 膜間間隙導(dǎo)向序列有兩種轉(zhuǎn)運(yùn)定位方式：保守性尋靶和非保守性尋靶,保守性尋靶,前體蛋白在N端的基質(zhì)導(dǎo)向序列引導(dǎo)下采用與線粒體基質(zhì)蛋白同樣的運(yùn)輸方式：膜間間隙導(dǎo)向序列成了N端的導(dǎo)向序列，能識(shí)別內(nèi)膜的受體和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，引導(dǎo)蛋白質(zhì)穿過(guò)內(nèi)膜，進(jìn)入線粒體膜間間隙,COO-,NH3,ATP,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,COO-,外膜,胞質(zhì)溶膠,膜間間隙,細(xì)胞色素b2,膜間間隙導(dǎo)向序列,COO-,受體蛋白,轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,NH3,COO-,NH3,COO-,NH3,轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)內(nèi)膜,血紅素,內(nèi)膜,基質(zhì),受體與運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,細(xì)胞質(zhì)分子伴侶Hsp70,基質(zhì)導(dǎo)向