线粒体（ mitochondria ）线粒体的研究历史1890: R.Altman （亚特曼）在动物细胞中首次发现线粒体 , 命名为生命小体 (bioblast) 1897: Von Benda 命名为线粒体 (Mitochondrion)1900：L.Michaelis （米凯利斯 ) 用詹姆斯绿 B 对线粒体进行活体染色，发现线粒体存在大量的细胞色素氧化酶系1913：Engelhardt （恩格尔哈特）证明细胞内 ATP磷酸化与细胞内氧消耗相偶联1943-1950： Kennedy等证明糖最终氧化场所粒体1952-1953： Palade（帕拉登）等用电镜观察线粒体的形态结构1976： Hatefi 等纯化呼吸链四个独立的复合体1961-1980： Mitchell （米切尔）氧化磷酸化的化学渗透假说1963 年： Nass 首次发现线粒体存在 DNAContents线粒体的形态结构线粒体的化学组成及酶的定位线粒体的功能线粒体的半自主性线粒体的生物发生（自学）第一节 线粒体的形态结构一、光镜下线粒体形态、大小、数量及分布（一）形态 、大小光镜下常见线粒体呈线状和颗粒状，也可呈环形、哑铃形、分枝状等，随细胞生理状况而变。
一般直径 0.5 ～1.0 μm，长 1.5 ～3.0 μm 不同细胞线粒体大小变动很大，大鼠肝细胞线粒体长 5μm; 胰腺外分泌细胞线粒体长 10～20μm，人成纤维细胞线粒体长 40μm线粒体形态、大小因细胞种类和生理状况不同而异光镜下 : 线状、杆状、粒状二）数量依细胞类型而异，动物细胞一般数百到数千个利什曼原虫 : 一个巨大的线粒体；海胆卵母细胞： 30 多万个随细胞生理功能及生理状态变化需能细胞：线粒体数目多，如哺乳动物心肌、小肠、肝等内脏细胞；飞翔鸟类胸肌细胞：线粒体数目比不飞翔鸟多；（三）分布分布 : 不均，细胞代谢旺盛的需能部位比较集中肌细胞 : 线粒体沿肌原纤维规则排列；精子细胞 : 线粒体集中在鞭毛中区；分泌细胞：线粒体聚集在分泌物合成的区域；肾细胞：线粒体靠近微血管，呈平行或栅状列线粒体的分布多集中在细胞的需能部位，有利于细胞需能部位的能量供应二、线粒体的亚微结构( 一) 外膜 Outer membrane包围粒体外表面的一层单位膜，厚 6-7nm，平整、光滑，封闭成囊外膜含运输蛋白（通道蛋白），形态上为排列整齐的筒状小体，中央有孔，孔径 1-3nm，允许分子量 1KD以内的物质自由通过，构成外膜的亲水通道。
二) 内膜 inner membrane结构特征：高度特化的单位膜，厚 4.5nm，膜上蛋白质占膜总重量 76%；通透性小，具通透屏蔽作用，许多物质不能自由透过；（例如： H+ 、ATP、丙酮酸等）物质透过必须借助膜上的载体或通透酶向内褶叠形成嵴，嵴的存在增大线粒体内膜的表面积；两种类型的嵴：板层状 : 高等动物细胞线粒体嵴管 状 : 原生动物和低等动物细胞线粒体嵴 三) 外室（ outer chamber ）也称膜间腔，外膜与内膜之间的腔隙 , 与嵴内腔相通 , 宽约 20nm，含多种酶、底物及辅助因子 四) 内室（ inner chamber ）内膜封裹形成的囊腔，或称嵴间腔，是线粒体细胞氧化中进行三羧酸循环的场所基质包括了催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、核酸与蛋白质合成的各种酶系及线粒体 DNA、线粒体 RNA、线粒体核糖体等 五) 基粒（质子泵 ATP合成酶）与线粒体内膜内表面及嵴膜基质面垂直排列，形态上分为头部：可溶性 ATP酶（ F1），水溶性球蛋白，从内膜突出于基质内，易从膜表面脱落柄部：对寡酶素敏感的蛋白质（ OSCP），调控质子通道基片（ F0）：疏水蛋白（ HP)，横跨内膜，质子通道。
一、线粒体的化学组成化学成分 : 蛋白质脂类（一）蛋 白 质 : 占线粒体干重的 65～70％（可溶性蛋白、不溶性蛋白）（二）脂90%类 : 占线粒体干重的 25%-30%，为磷脂，胆固醇含量极少二、线粒体中酶的定位分布 (140 多种酶 )外膜：合成线粒体脂类的酶内膜：呼吸链酶系、 ATP合成酶系基质：三羧酸循环反应酶系、丙酮酸与脂肪酸氧化酶系、蛋白质与核酸合成酶系（半自主性）线粒体中酶的定位分布线粒体主要酶的分布外 膜: 单胺氧化酶、犬尿氨酸羟化酶、 NADH细-胞色素 C还原酶特征酶：单胺氧化酶膜 间 隙 腺苷酸激酶、核苷酸激酶、二磷酸激酶 特征酶：腺苷酸激酶内 膜: 细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶、 NADH脱氢酶、肉毒碱酰基转移酶、ATP合成酶系、腺嘌呤核苷酸载体特征酶：细胞色素氧化酶基 质 : 柠檬酸合成酶、乌头酸酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、延胡索酸酶、谷氨酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶复合体、天冬氨酸氨基转移酶、蛋白质和核酸合成酶系、脂肪酸氧化酶系特征酶：苹果酸脱氢酶第三节 线粒体的功能※ 线粒体功能 : 氧化磷酸化 , 合成 ATP通过对营养物质 ( 糖、脂肪、氨基酸等 ) 氧化 ( 放能 ) 与 ADP磷酸化 ( 储能 ) 的偶联反应完成能量转换，合成 ATP，直接提供细胞生命活动所需能量的 95%以上。
包括： 细胞氧化（细胞呼吸）ADP 磷酸化细胞氧化及基本过程1、细胞氧化2 、基本过程（ 1）糖酵解（生成丙酮酸和脂肪酸）（ 2）乙酰辅酶 A 生成（ 3）三羧酸循环（产生 H+、e- 、 CO2 ）二、氧化磷酸化的分子基础( 一) 呼吸链呼吸链：指一系列能够可逆地接受及释放电子或 H+的脂蛋白质复合体，存在于线粒体内膜，形成相互关联、有序排列的功能结构体系（一组酶系），并以此偶联线粒体中的氧化磷酸化过程，称之为呼吸链（ respiratorychain ）或电子传递链（ electron transport chain) 电子传递链（呼吸链）的组成由四种酶复合体及辅酶 Q(CoQ)和细胞色素 C(Cytc) 组成 1）复合体Ⅰ： NADH - CoQ还原酶（ 2）复合体Ⅱ：琥珀酸 - CoQ 还原酶（ 3）复合体Ⅲ： CoQ - 细胞色素 C 还原酶（ 4）复合体Ⅳ：细胞色素 C 氧化酶两条典型的呼吸链：①NADH呼吸链：由复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及 CoQ、 Cytc 组成②FADH2呼吸链：由复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及 CoQ、Cytc 组成( 二) 线粒体质子泵 ATP合成酶 (H+ -ATPase)1. 形态结构位于线粒体内膜和嵴的基质面 , 与膜表面垂直排列，由头部、柄部、基片构成。
2、分子结构F0 质子通道 : 跨线粒体内膜的疏水蛋白质，由 4 种多肽链组成 .F0 和 Fl 之间的柄 : 包含有两种蛋白质一种为寡霉素敏感蛋白 (OSCP) ，一种为偶合因子 6（F6） .Fl 蛋白：是球状结构，由 5 种不同的多肽链组成，其组分为 α3β3γδε，催化 ATP合成的部位在 β 亚基上 .(1) F1 因子F1 ：为水溶性球蛋白，从内膜突出于基质内，较易脱落由 3α、3β、1γ、1δ 和 1ε 等 9 个亚基组成， 3个 α 亚基和 3 个 β 亚基交替排列，形成一个 “ 桔瓣 ”状结构各亚基分离时无酶活性，结合时有酶活性从膜平面看，α 和 β 亚基交替排列，形成一个环状结构γ 亚基在 a 和 β 亚基之间形成一个支柱 “shaft ” γ 和 ε 共同形成 “ 转子 ”(2) F0 因子F0：嵌合在内膜上的疏水蛋白复合体，形成一个跨膜质子通道 F0 的亚基类型和组成在不同物种中差别很大，在细菌中， F0 由 a、 b、 c 3 种亚基组成；蓝藻中为 a、 b、b’ 、 c 亚基；F0 多拷贝的 c 亚基形成一个环状结构， a 亚基与 b 亚基二聚体排列在 c 亚基 12 聚体形成的环的外侧， a 亚基、 b 亚基二聚体和 δ 亚基共同组成 “定子 ”。
其中 a 亚基有跨膜转运的质子通道的作用F1 和 F0 通过 “ 转子 ” （γ 和 ε 共同形成）和 “ 定子 ” 将两部分连接起来，在合成或水解 ATP的过程中， “转子 ”在通过 F0 的 H+流推动下旋转，依次与 3 个 β 亚基作用，调节 β 亚基催化位点的构象变化； “ 定子 ” 在一侧将 α3β3与 F0 连接来 F0 的作用之一，就是将跨膜质子动力势转换成扭力（ torgue ），推动 “转子 ”旋转三、线粒体质子泵 ATP合成酶的工作机制问题 :ATP 合成酶各亚基如何协同作用利用跨膜质子梯度合成ATP?Paul Boyer 提出 “结合变化机制 ” 假说和 “旋转催化模型 ”(a)ATP 合成酶利用质子动力势产生构象变化，改变与底物亲和力，催化ADP与 Pi 形成 ATPb) F1 因子 β 亚基有三个催化位点，这三个催化位点的构象不同（ L、 T、O），与核苷酸的亲和力不同，在 ATP合成过程中，这三个催化位点构象发生周期变化，每个催化位点经过三次构象改变合成 1 个 ATP分子c) 质子通过 F0 时，引起 c 亚基构成的环旋转，带动 γ 亚基旋转，γ 亚基的旋转引起 β 亚基 3 个催化位点构象发生周期性变化（ L、 T、 O），不断将 ADP和 Pi 结合在一起，形成 ATP。
线粒体质子泵 ATP合成酶的工作机制的证据支持证据 11994 年 Walker 等发表了 0.28nm 分辨率的牛心线粒体 F1-ATP酶的晶体结构Walker 利用核苷酸底物类似物，观察 ATP合成酶的 3 个催化亚基结合核苷酸底物类似物后晶体构象的变化，发现 ATP合成酶由于结合不同的底物类似物而呈现不同的构象，有力地支持了 Boyer 提出的结合变化机制，证明在催化循环的任一时刻， 3 个催化亚基处于不同的构象状态，构象的变化与位于 α3β3中央的 γ 亚基的转动相关支持证据 1 ：F1 的晶体结构(John Walker ， MRC， 。