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1、第六章 线 粒 体,（mitochondrion),1894年 Altmann 光镜 生命小体 (bioblast),1897年 Benda 线粒体(mitochondria),5 micrometers,Mitochondria perform functions within the cell,They are the primary sites for ATP synthesis in the cell They have a key role in apoptosis - programmed cell death,Mitochondria are actively transport
2、ed along microtubules in some cells,Mitochondria are anchored near sites of high ATP consumption in other cells,光镜下形态： 线状、粒状、短杆状。,大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.51.0um;长度：1-4um。,数目：不同类型的细胞中差异较大。正常细胞中：10002000个。,分布：因细胞形态和类型的不同而存在差异。通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位。具有明显的移动性和可塑性.,第一节 线粒体的基本特征,一、形态、数量和结构,线粒体的结构,线粒体呈双层封闭
3、性膜囊结构,1952年 Palade 电镜观察:,外 膜,内 膜,膜间隙,（膜间腔、外室）,嵴,嵴间隙,（嵴间腔 、内室 ） 内含基质,4,44,44,44,（一）、外 膜,厚67nm，平整、光滑。外膜含有多套运输蛋白（通道蛋白） ，围成筒状圆柱体，中央有小孔，孔径：2-3nm，允许分子量为10 000以内的物质可以自由通过。,(二）内 膜,外膜,内膜,厚4.5nm，其通透性较小，但有高度的选择通透性，借助载体蛋白控制内外物质的交换。内膜蛋白质含量约占76%。,膜间隙（外室）,嵴,嵴间腔（内室）,嵴内腔,-是产生能量的重要部位,内膜向内室折叠形成，可增加内膜的表面积。,嵴 与 基 粒,嵴：,嵴
4、的形态和排列方式差别很大。,主要有两种类型：,小管状（原生动物和其它一些较低等的动物细胞中线粒体的嵴）。,板层状（大多数高等动物细胞中线粒体的嵴）;,可溶性的ATP酶（F1) 360 000,疏水蛋白（HP F0 ) 70 000,嵴,基 粒,内膜和嵴膜基质面上许多带柄的有规律排列的小颗粒，与膜面垂直，称为基粒（elementary particle)。其头部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，故基粒又被称为ATP合酶复合体。,基粒 （ATP酶复合体）,3-4nm 长 4.5-6nm,6-11.5nm 高5-6nm,头部,柄部,基片,对寡酶素敏感蛋白（OSCP) 18 000,ATP酶复
5、合体抑制多肽 10 000（调节酶活性）,: 合成ATP,: 调节质子通道,：质子的通道,（内室）,（外室）,宽约6-8nm，充满无定形液体，含多种可溶性酶、底物和辅助因子。,（三）膜间腔,内外膜转位接触点,（四）基质腔,内膜和嵴围成的腔隙，腔内充满较致密的物质线粒体基质。,脂 类,蛋白质,酶 类,线粒体 DNA,线粒体DNA,线粒体 mRNA,线粒体 tRNA,线粒体核糖体,线粒体核糖体,基质颗粒,基质颗粒,二. 线粒体的化学组成,蛋白质,脂 类,水、辅酶、维生素、金属离子等。,标志酶： 内膜：细胞色素氧化酶 外膜：单胺氧化酶 基质：苹果酸脱氢酶 膜间腔：腺苷酸激酶,mtDNA: 是双链环状
6、的DNA分子、裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中，长约5um、分子量小,含16569个碱基对。,1981年人胎盘AndersonmtDNA全部核苷酸序列全长16 569个碱基对,线粒体的半自主性,线粒体的蛋白合成是由线粒体基因组和细胞核基因组两个彼此分开的遗传系统所控制，故称其为半自主性细胞器。,线粒体的半自主性,线粒体有自己的DNA和蛋白质合成系统独立的遗传系统，表明有一定的自主性。,mtDNA分子量小、基因数量少、编码的蛋白质有限，只占线粒体蛋白质的10%，而大多数线粒体蛋白质（90%）由核基因编码的，并在细胞质中合成后转运到线粒体中去。,因此，线粒体为半自主性细胞器。,线粒体遗传系统
7、受控于细胞核遗传系统。,Relative contributions of nuclear and mitochondrial genes to protein composition,线粒体的遗传系统,（一）线粒体基因组,1、mtDNA 结构16569 bp,37个基因,2种 编码 rRNA(12S和16S）基因,22种 编码 tRNA基因,13种 编码 蛋白质基因,人线粒体基因组的特点：,1）结构紧密 2）基因裸露，无组蛋白包被，两条链的编码不对称 3）不严格的密码子配对 4）遗传密码的意义不同,2. mtDNA的复制与转录,5.线粒体有自身的蛋白质合成体系，均为自身专用的，不运出线粒体。
8、,线粒体的蛋白质合成特点：,1.mRNA的转录和翻译几乎在同一时间、同一地点进行。,2.蛋白质合成的起始tRNA与原核细胞一样，为N-甲酰甲硫氨酰tRNA,真核细胞起始的tRNA为甲硫氨酰tRNA.,3.线粒体蛋白质合成系统对药物的敏感性与细菌一致，而与细胞质系统不一致。,(二)线粒体的蛋白质合成体系,4.线粒体合成的蛋白质数量有限,大部分为核基因编码的.,线粒体对核编码蛋白的转运,前体蛋白在线粒体外的去折叠 多肽链穿越线粒体膜 多肽链在线粒体基质内重新折叠,导肽:是指被转运入线粒体的蛋白质N-端的段20-80个氨基酸组成的序列,具有识别、牵引，可将蛋白质准确导入线粒体内的一定部位，富含碱性氨
9、基酸精氨酸。,MT: amphipathic N-Terminal Signal Sequence Binds receptor in the surface Cleaved in the matrix or stroma Outer and inner membranes in close contact Requires energy 20-50 a.a hydrophobic, positive basic a.a., hydroxylated (Ser, thr), no negatively charged a.a. Amphipathic(双亲性) TOM: Translocon
10、Outer Membrane Receptor plus channel Antibodies inhibit translocation TIM: Translocon Inner Membrane Contact sites Molecular chaperon and chaperonin required for folding,Path A:Stop transfer sequence block transfer through Tim23/17 channel and is moved laterally Path B: Uses Oxa1 to embed the protei
11、n into the inner membrane Path C: multipass protein with six membrane-spanning domains. No N-transit peptide Recognized by Tom70,细胞呼吸和能量转换,线粒体是糖、脂肪、氨基酸等能源物质最终氧化释放能量的场所。 生命活动中95%的能量来自线粒体细胞的动力工厂。,细胞氧化：在酶的催化下，氧将细胞内各种供能物质氧化而释放能量的过程。由于细胞氧化过程中，要消耗O2释放CO2和H2O所以又称细胞呼吸。,细胞氧化的基本过程：,糖酵解,乙酰辅酶A生成,三羧酸循环,电子传递和氧化磷酸
12、化,线粒体的增殖,间壁分离,收缩分离,出芽分裂,：线粒体的内膜向中心内褶形成间壁，或某一个嵴的延伸。当延伸到对侧内膜时，线粒体一分为二，成为只有外膜相连的两个独立细胞器，接着线粒体就完全分离。,：线粒体中央部分收缩并向两端拉长，中央形成很细的颈，整个线粒体成哑铃形，最后断裂为二形成两个新线粒体。,：先从线粒体上长出小芽，然后小芽与母线粒体分离，经过不断长大，形成新的线粒体。,第四节 线粒体的生物发生,1.线粒体收缩分裂 2.间壁分裂（狗心肌细胞线粒体） 3.出芽分裂 （新生鼠肝细胞线粒体）,2,1,3,线粒体的起源,线粒体的起源,内共生假说,非共生假说,：线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。,1.线粒体DNA呈环状、裸露与细菌相似。,内共生假说的依据：,3.线粒体蛋白质的合成更接近细菌。,4.线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的sER相似；内膜与细菌质膜相似。,5.线粒体的增殖与细菌一样直接分裂。,：线粒体的发生是质膜内陷的结果。,非共生假说的依据：,1.细菌的中膜体与线粒体非常相似均为凹陷的细胞膜。,2.质粒DNA与线粒体DNA比较有许多相似之处。,2.线粒体的核糖体为70S与细菌相同，而真核细胞为80S。,线粒体病,定义：是指以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因的疾病。,Mitochondrial disease,
