《[临床医学]线粒体》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[临床医学]线粒体（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、海南医学院 生物学教研室 蔡巧青 13876069508,Medical Cell Biology,医学细胞生物学,11 细胞生长与增殖 12 细胞信号转导 13 细胞分化 14 细胞衰老与死亡 15 干细胞 16 肿瘤细胞,1 医学细胞生物学绪论 2 细胞生物学研究方法 3 细胞概述 4 细胞膜 5 细胞连接和细胞外基质 6 内膜系统 7 线粒体 8 细胞骨架 9 细胞核 10 遗传信息的表达与传递,cytology,第 7 章 线 粒 体,第一节 线粒体结构与细胞能量转换 第二节 线粒体与医学的关系 第三节 线粒体相关问题及其研究动态,（mitochondrion）,研究的历史,1890年
2、，德国生物学家R. Altaman首次在动物细胞中发现线粒体，命名为bioblast，以为它可能是共生于细胞内独立生活的细菌。 1897年Benda首次将这种颗粒命名为mitochondrion。 1900年L.Michaelis用Janus Green B对线粒体进行染色，发现线粒体具有氧化作用。 1912年第一次提出线粒体是细胞内氧化还原反应的场所；1913年，证明氧的消耗与磷酸化作用偶联在一起。,线粒体（mitochondria）是细胞进行生物氧化和能量转换的主要场所，细胞内三大供能物质：糖、脂肪和蛋白质均能在线粒体彻底氧化，并能将其能量转化合成ATP，人体95%的ATP都是来源于线粒体
3、，所以，线粒体常被喻为细胞的“能量转换系统”或“换能中心”。,生活,第一节 线粒体结构与细胞能量转换,一、线粒体的形态、大小、分布与数量 二、线粒体的化学组成及标志酶 三、线粒体的结构 四、线粒体功能 五、线粒体半自主性,一、线粒体的形态、大小、分布与数量,1.形态与大小 2.数量与分布,光镜下的内皮细胞：绿色荧光定位溶酶体、红色显示线粒体,形态（光镜下）：线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃形、星形；还有分枝状、环状等。 大小：细胞内较大的细胞器。 一般直径：0.51.0um; 长度：210um。,1.形态与大小,线粒体形态结构,线状,颗粒状,光镜下形态,大小,直径约0.51um,故名线粒体,
4、数目：不同类型的细胞中差异较大。 正常细胞中：一般数百到数千个。 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。,2.数量与分布,心肌细胞 精子尾巴,1.化学组成 2.各部分的标志酶,二、线粒体的化学组成及标志酶,1、蛋白质： 可溶性蛋白：基质中的酶和膜的外周蛋白； 不溶性蛋白：构成膜的镶嵌酶蛋白、结构蛋白。 约占65%70%（干重） 2、脂质：大部分为磷脂，占总脂3/4以上。 约占20%30% （干重） 3、水、无机盐离子及其他 多种辅酶、维生素,1.线粒体的化学组成,众多酶系：已确认的有140种 如催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解等有关
5、的酶。是细胞中含酶最多的细胞器。 标志酶：外膜：单胺氧化酶， 膜间腔：腺苷酸激酶 内膜：细胞色素氧化酶 基质：苹果酸脱氢酶，,2.线粒体中酶的定位分布,线粒体是由两层单位膜围成的封闭的囊状结构。,1.外膜(outer membrane) 2.内膜(inner membrane) 3.外室（outer chamber） 或称膜间腔(inter membrane space) 4.内室（inner chamber） 或称基质(matrix) 腔,三、线粒体的结构,外膜（outer membrane）是线粒体最外层所包绕的一层单位膜，厚约57nm，光滑平整。 在组成上，外膜的脂质和蛋白质成分各占1/
6、2。 外膜中含有整合蛋白孔蛋白（porin），它们以片层结构形式形成直径23nm桶状通道，跨越脂质双层，可以通过相对分子质量在5 000以下的物质。 标志酶为单胺氧化酶。,1.外 膜 (out membrane),2.内膜（inner membrane）,内膜（inner membrane）比外膜稍薄，平均厚4.5nm，也是一层单位膜。 心磷脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌。 通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过，大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。,内膜的蛋白质的含量很高，含100种以上的多肽，占内膜总量的75%左右，明显高于其他膜成分。 线粒体氧化磷酸化的电子传递链
7、位于内膜，从能量转换角度来说，内膜起主要的作用。 内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积（达510倍），嵴有两种类型：板层状、管状，但多呈板层状。,内膜（包括嵴）的内表面附着许多突出于内腔的颗粒称为基粒（elementary particle)。 基粒分为头部、柄部和基片三部分，是由多种蛋白质亚基组成的复合体。 基粒头部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，因此，基粒又称ATP合酶复合体（ATP synthase complex）。,线粒体的内、外膜上存在着一些内膜与外膜相互接触的地方为转位接触点（translocation contact site）。是蛋白
8、质等物质进出线粒体的通道。,膜间腔，是内外膜之间的腔隙，延伸至嵴的轴心部，腔隙宽约68nm。 由于外膜具有大量亲水孔道与细胞质相通，因此膜间隙的pH值与细胞质的相似。 标志酶为腺苷酸激酶。 其中充满无定形物质，含许多可溶性酶、底物及辅助因子。,3.膜间腔（intermembrane space）,线粒体内腔充满了电子密度较低的可溶性蛋白质和脂肪等成分，称之为基质（matrix）。 线粒体中催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成等有关的酶都在基质中。 还含有线粒体独特的双链环状DNA、核糖体，这些构成了线粒体相对独立的遗传信息复制、转录和翻译系统。,4.基质（matrix）,基质为物
9、质氧化代谢提供场所,四、线粒体的功能,（一）细胞呼吸 （二）细胞的能源货币ATP （三）呼吸链与电子传递及能量释放 （四）基粒与能量转换,呼 吸,细 胞,细胞呼吸是细胞氧化分解物质获取能量的过程,在细胞内特定的细胞器（主要是线粒体）内，在O2的参与下，分解各种大分子物质，产生CO2；与此同时，分解代谢所释放出的能量储存于ATP中，这一过程称为细胞呼吸，也称为生物氧化（biological oxidation)或细胞氧化(cellular oxidation)。,（一）细胞呼吸（cellular respiration）,葡萄糖氧化分解的4个主要阶段,1、糖酵解 2、乙酰CoA的生成 3、三羧酸
10、循环 4、电子传递偶联氧化磷酸化 ATP的合成,（二）细胞的能源货币ATP,1.ATP的定义 2.ATP的作用 3.产生途径,1.ATP是细胞能量的转换分子,细胞呼吸所产生的能量并不像燃烧所产生的热能那样散发出来，而是储存于细胞能量转换分子ATP中。ATP是一种高能磷酸化合物，细胞呼吸时，释放的能量可通过ADP的磷酸化而及时储存于ATP 的高能磷酸键中作为备用； 反之，当细胞进行各种活动需要能量时，又可去磷酸化，断裂一个高能磷酸键以释放能量来满足机体需要。,ATP是人体内能量的直接供给者。,随着细胞内不断进行的能量释放和储存，ATP 与ADP 不停地进行着互变。 因为ATP是细胞内能量转换的中
11、间携带者，所以被形象地称为“能量货币”。 ATP 是细胞生命活动的直接供能者，也是细胞内能量获得、转换、 储存和利用等环节的联系纽带。,2.ATP的作用,ATP 作为 能量流通的货币,分解代谢,合成代谢,能量转换,3.产生途径,细胞内合成ATP途径主要有两种渠道：氧化磷酸化和底物水平磷酸化。 这种由高能底物水解放能，直接将高能磷酸键从底物转移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP的作用，称为底物水平磷酸化。,Cellular respiration occurs in three stages,氧化磷酸化,（三）呼吸链与电子传递及能量释放,1.呼吸链概念、组成及其定位 2.呼吸链的复合物,H并不
12、能与O2直接结合，一般认为H须首先离解为H+和e-，电子经过线粒体内膜上酶体系的逐级传递，最终使1/2O2成为O2-，后者再与基质中的2个H+化合生成H2O。 这一传递电子的酶体系是由一系列能够可逆地接受和释放H+和e-的化学物质所组成，它们在内膜上有序地排列成相互关联的链状，称为呼吸链（respiratory chain）或电子传递呼吸链（electron transport respiratory chain）。,1.呼吸链概念、组成及其定位,只传递电子的酶和辅酶称为电子传递体，它们可分为醌类、 细胞色素和铁硫蛋白三类化合物；既传递电子又传递质子的酶和辅酶称为递氢体。 除了泛醌(CoQ)和
13、细胞色素c(Cyt c)外，组成呼吸链的成员分别组成了、四个脂类蛋白质复合体，它们是线粒体内膜的整合蛋白。 CoQ可在脂双层中从膜的一侧向另一侧移动；Cyt c是膜边周蛋白，可在膜表面移动。,2.呼吸链的复合物,线粒体电子传递链组分,由NADH到O2的电子传递链主要包括FMN、辅酶Q(CoQ)、细胞色素b、c1、c、a、a3以及一些铁硫蛋白。,呼吸链 电子逐步传递到氧,Overview of Aerobic Respiration,CYTOPLASM,MITOCHONDRION,GLYCOLYSIS,ELECTRON TRANSPORT PHOSPHORYLATION,KREBS CYCLE,
14、ATP,ATP,energy input to start reactions,2 CO2,4 CO2,2,32,water,2 NADH,8 NADH,2 FADH2,2 NADH,2 pyruvate,e- + H+,e- + oxygen,(2 ATP net),glucose,TYPICAL ENERGY YIELD: 36 ATP,e-,e- + H+,e- + H+,ATP,H+,e- + H+,一个葡萄糖分子经细胞呼吸全过程产生的ATP,（四）基粒与能量转换,ATP合成酶复合物,基粒是将呼吸链电子传递过程中释放的能量用于使ADP磷酸化生成ATP的关键结构，如果把呼吸链比做放能装置
15、，那么基粒相当于换能装置。 其化学本质是ATP合酶复合体（ATP synthase complex），也称 F0F1 ATP合成酶。 每个肝细胞线粒体通常含15000个ATP合酶、每个酶每秒钟可产生100个ATP。 有人计算过，人体内线粒体的表面积总计约1.4万平方米，每天大约可以生成65千克，来满足人体各种生命活动需要。如果把比做细胞“能量货币”的话，那么基粒就是“印钞机”。,头部 基片,九聚体 (33),15聚体 (1a:2b:12c),头部： 偶联因子F1由5种多肽组成33复合体，可催化ATP的合成。 F1抑制蛋白，能转移地抑制F1 的ATP酶活性。,柄部： F1对寡霉素敏感的蛋白，作用
16、是调控质子通道，抑制ATP合成。,基片：镶嵌于内膜的脂双层中，起连接F1与内膜的作用，且还是质子流向F1的穿膜通道,基粒，ATP合酶复合体、F0F1ATP合酶,氧化磷酸化的偶联机制,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis),呼吸链中的电子传递体使氢和电子在呼吸链中交替传递，从而使H+发生定向转移，从线粒体内膜的内侧移至外侧。 线粒体内膜对质子是不透性的，泵到内膜外侧的H+不能自由返回，因而形成了线粒体内膜两侧的质子浓度梯度，同时也形成了电位梯度，是质子返回膜内的势能，称为质子动力势或质子移动力。 质子移动力是ADP磷酸化形成ATP的动力。膜外的质子在质子移动力的驱使下，通过镶嵌在线粒体内膜的ATP合酶复合体返回膜内，推动该酶合成ATP。,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis),Making ATP: Chemiosmotic Model,ATP,ADP + Pi,INNER COMPARTMENT,ATP合酶复合体的作用机制,
