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1、（mitochondrion)形态：光镜下形态：光镜下形态：光镜下形态：光镜下多数细胞的线粒体呈多数细胞的线粒体呈多数细胞的线粒体呈多数细胞的线粒体呈线状线状线状线状、粒状粒状粒状粒状或或或或杆状杆状杆状杆状，形态，形态，形态，形态的差异与细胞类型及生理状态有关。的差异与细胞类型及生理状态有关。的差异与细胞类型及生理状态有关。的差异与细胞类型及生理状态有关。大小大小大小大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：细胞内较大的细胞器。一般直径：细胞内较大的细胞器。一般直径：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.50.50.50.51.0um;1.0um;1.0um;1.0um;长度：长度：长度：长度：3um
2、3um3um3um。在骨骼。在骨骼。在骨骼。在骨骼肌细胞、胰脏外分泌细胞中可长达肌细胞、胰脏外分泌细胞中可长达肌细胞、胰脏外分泌细胞中可长达肌细胞、胰脏外分泌细胞中可长达1020m1020m1020m1020m，称巨线粒体。，称巨线粒体。，称巨线粒体。，称巨线粒体。一一一一 线粒体的形态、数量和结构线粒体的形态、数量和结构线粒体的形态、数量和结构线粒体的形态、数量和结构分布：分布：通常分布于细胞通常分布于细胞生理功能旺盛生理功能旺盛的区域和的区域和需要能需要能量较多量较多的部位，的部位，如肌细胞的肌纤维和精细胞的尾部；或如肌细胞的肌纤维和精细胞的尾部；或较为集中分布在有较多氧化反应底物的区域，
3、如脂肪滴，较为集中分布在有较多氧化反应底物的区域，如脂肪滴，因为脂肪滴中有许多要被氧化的脂肪。因为脂肪滴中有许多要被氧化的脂肪。肌细胞的肌纤维和精子的尾部聚集较多的线粒体肌细胞的肌纤维和精子的尾部聚集较多的线粒体线粒体包围着脂肪滴线粒体包围着脂肪滴成熟哺乳动物红细胞无线粒体。成熟哺乳动物红细胞无线粒体。电镜下线粒体结构电镜下线粒体结构光镜下线粒体结构光镜下线粒体结构线粒体的结构线粒体的结构线粒体是由线粒体是由线粒体是由线粒体是由两层单位膜两层单位膜两层单位膜两层单位膜 围成的封闭的囊状结构。围成的封闭的囊状结构。围成的封闭的囊状结构。围成的封闭的囊状结构。外外 膜膜内内 膜膜膜间腔膜间腔基质腔
4、基质腔分为分为外膜外膜 内膜内膜膜间腔（外腔、外室）膜间腔（外腔、外室）基质腔（内腔、内室）基质腔（内腔、内室）线粒体的超微结构线粒体的超微结构平整、光滑。平整、光滑。平整、光滑。平整、光滑。孔蛋白、通透性好孔蛋白、通透性好孔蛋白、通透性好孔蛋白、通透性好, , , ,允许允许允许允许分子量为分子量为分子量为分子量为10000100001000010000以内的物以内的物以内的物以内的物质自由通过。质自由通过。质自由通过。质自由通过。1.外外 膜膜内膜内膜通透性差，选择通透性高通透性差，选择通透性高通透性差，选择通透性高通透性差，选择通透性高, , , ,借助转运蛋白控制内外物质借助转运蛋白控
5、制内外物质借助转运蛋白控制内外物质借助转运蛋白控制内外物质的交换。的交换。的交换。的交换。蛋白质含量达蛋白质含量达蛋白质含量达蛋白质含量达80%80%80%80%缺乏胆固醇，类似于细菌质缺乏胆固醇，类似于细菌质缺乏胆固醇，类似于细菌质缺乏胆固醇，类似于细菌质膜。膜。膜。膜。2. 内内 膜膜外膜外膜外膜外膜内膜内膜内膜内膜膜间腔膜间腔膜间腔膜间腔（外室）（外室）（外室）（外室）嵴嵴嵴嵴嵴间腔嵴间腔嵴间腔嵴间腔嵴内腔嵴内腔嵴内腔嵴内腔嵴间腔：嵴与嵴之间的嵴间腔：嵴与嵴之间的嵴间腔：嵴与嵴之间的嵴间腔：嵴与嵴之间的内腔部分内腔部分内腔部分内腔部分嵴内空间（嵴内腔）嵴内空间（嵴内腔）嵴内空间（嵴内腔）
6、嵴内空间（嵴内腔） ：嵴向内突起造成外腔向嵴向内突起造成外腔向嵴向内突起造成外腔向嵴向内突起造成外腔向内伸入的部分内伸入的部分内伸入的部分内伸入的部分（1）嵴：）嵴：z增加内膜的表面积增加内膜的表面积z嵴的数量与细胞生理状况有关嵴的数量与细胞生理状况有关板层状板层状板层状板层状嵴（大多数高等动物细胞中线粒体的嵴）嵴（大多数高等动物细胞中线粒体的嵴）管状嵴（原生动物和其它一些较低等的动物细胞管状嵴（原生动物和其它一些较低等的动物细胞中线粒体的嵴）中线粒体的嵴）嵴的形态和排列方式差别很大。嵴的形态和排列方式差别很大。嵴的形态和排列方式差别很大。嵴的形态和排列方式差别很大。板层状板层状板层状板层状嵴
7、嵴管状嵴管状嵴（2）基粒：）基粒：z带柄的小颗粒，每个线粒体有带柄的小颗粒，每个线粒体有104105个基粒个基粒z由头部、柄部、基片三部分构成由头部、柄部、基片三部分构成z头部伸入内腔，基片嵌入内膜，柄部连接头部和基片头部伸入内腔，基片嵌入内膜，柄部连接头部和基片z其头部具有酶活性，能催化其头部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP 3-4nm长长4.5-6nm 6-11.5nm 高高5-6nm 9nm 9nm头部头部柄部柄部基片基片（F0F0）：（F1F1）: : 合成合成ATPATP质子通道质子通道（ATP合酶复合体，又称合酶复合体，又称F0F1ATP合酶）合酶） 内外膜之间的
8、腔隙内外膜之间的腔隙 -膜间腔、外室膜间腔、外室3. 膜间腔膜间腔外膜外膜外膜外膜内膜内膜内膜内膜嵴嵴嵴嵴 基粒基粒基粒基粒膜间腔、外室膜间腔、外室膜间腔、外室膜间腔、外室嵴内空嵴内空嵴内空嵴内空间间间间内外膜转位接触点内外膜转位接触点线线粒粒体体基基质质脂脂脂脂 类类类类蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质酶酶酶酶 类类类类线粒体线粒体线粒体线粒体 DNADNA线粒体线粒体线粒体线粒体 mRNAmRNA 线粒体线粒体线粒体线粒体 tRNAtRNA线粒体核糖体线粒体核糖体线粒体核糖体线粒体核糖体基质颗粒基质颗粒基质颗粒基质颗粒内膜和嵴围成的腔隙内膜和嵴围成的腔隙内膜和嵴围成的腔隙内膜和嵴围成的腔隙-基质腔
9、、内室，内含基质基质腔、内室，内含基质基质腔、内室，内含基质基质腔、内室，内含基质4. 基质腔基质腔蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质：占线粒体占线粒体干重的干重的65% -70% ，多分布于内膜和基质，内多分布于内膜和基质，内膜为含蛋白最丰富的膜。膜为含蛋白最丰富的膜。脂脂脂脂 类类类类: : : :占线粒体干重的占线粒体干重的25% -30%，大部分是大部分是磷脂（磷脂（心磷脂）心磷脂） 。DNADNADNADNA: : : :含含含含DNADNADNADNA和完整的遗传系统和完整的遗传系统和完整的遗传系统和完整的遗传系统酶酶：含有含有120种酶，是细胞中含酶最多的细胞器种酶，是细胞中含酶最多的细胞
10、器线粒体是一个半自主性的细胞器线粒体是一个半自主性的细胞器一、自主性：一、自主性：线粒体有自己的线粒体有自己的DNA ( DNA ( mtDNAmtDNA ). ).一个线粒体内平均有一个线粒体内平均有5-10个个mtDNA双链环状双链环状的的DNA分子，裸露不与组蛋白结合。分子，裸露不与组蛋白结合。mtDNA结构紧密结构紧密,编码编码37个基因个基因。mtDNA复制贯穿于整个细胞周期。复制贯穿于整个细胞周期。 mtDNA mtDNA 16569 bp 16569 bp 3737个基因个基因2 2种种 编码编码 rRNA(12SrRNA(12S和和1616S S）基因）基因2222种种 编码编
11、码 tRNAtRNA基因基因1313种种 编码编码 蛋白质基因蛋白质基因 线粒体有自身的蛋白质合成体系。线粒体有自身的蛋白质合成体系。线粒体有自身的蛋白质合成体系。线粒体有自身的蛋白质合成体系。 如：氨基酸活化酶、如：氨基酸活化酶、如：氨基酸活化酶、如：氨基酸活化酶、DNADNA聚合酶、线粒体聚合酶、线粒体聚合酶、线粒体聚合酶、线粒体mRNAmRNA、 tRNAtRNA和和和和rRNArRNA等。等。等。等。 有自身的核糖体能合成线粒体蛋白。有自身的核糖体能合成线粒体蛋白。有自身的核糖体能合成线粒体蛋白。有自身的核糖体能合成线粒体蛋白。 核糖体为核糖体为核糖体为核糖体为70S70S 线粒体的遗
12、传密码与线粒体的遗传密码与线粒体的遗传密码与线粒体的遗传密码与“通用通用通用通用”的遗传密码表的遗传密码表的遗传密码表的遗传密码表也不完全相同也不完全相同也不完全相同也不完全相同, , , ,如如如如:UGA:UGA:UGA:UGA色氨酸而不是终止密码色氨酸而不是终止密码色氨酸而不是终止密码色氨酸而不是终止密码 由此可见：线粒体有自己的由此可见：线粒体有自己的由此可见：线粒体有自己的由此可见：线粒体有自己的DNADNADNADNA和蛋白质合成系统和蛋白质合成系统和蛋白质合成系统和蛋白质合成系统 表明有一定自主性。表明有一定自主性。表明有一定自主性。表明有一定自主性。二二 局限性局限性 （一）（
13、一）mtDNA分子量小、基因数量少，编码的蛋白质有限（分子量小、基因数量少，编码的蛋白质有限（13种）种） （二）大多数线粒体蛋白质由核基因编码的，并在细胞质中合成后（二）大多数线粒体蛋白质由核基因编码的，并在细胞质中合成后转运到线粒体中去转运到线粒体中去（三）线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统，必须依靠核（三）线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统，必须依靠核内的遗传信息才能完成自我的复制。内的遗传信息才能完成自我的复制。总之：线粒体的复制、再生对核基因有很大的依赖性，受核总之：线粒体的复制、再生对核基因有很大的依赖性，受核基因的控制，因此，线粒体为基因的控制，因此，线粒体为半自主性半自主性细胞
14、器。细胞器。线粒体的起源线粒体的起源内共生假说内共生假说分化假说分化假说内共生假说：线粒体是由共生于原始真核细胞内的细内共生假说：线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。菌演变而来。内共生假说的依据：内共生假说的依据：1.线粒体线粒体DNA呈环状、裸露与细菌相似。呈环状、裸露与细菌相似。2.线粒体的核糖体为线粒体的核糖体为70S与细菌相同，而真核细胞为与细菌相同，而真核细胞为80S。3.线粒体蛋白质的合成更接近细菌。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，外膜与真核细线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的胞的sER相似；内膜与细菌质膜相似。相似；内
15、膜与细菌质膜相似。5.线粒体的增殖与细菌一样线粒体的增殖与细菌一样直接分裂。直接分裂。间壁分离间壁分离收缩分离收缩分离出芽分裂出芽分裂五、线粒体的增殖五、线粒体的增殖-分裂分裂 生命活动中生命活动中95%的能量来自线粒体的能量来自线粒体线粒体是糖、脂肪、氨基酸等能源物质最终氧线粒体是糖、脂肪、氨基酸等能源物质最终氧化释放能量的场所。化释放能量的场所。细胞氧化（细胞呼吸）在特定的细胞器（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,同时，分解代谢所释放的能量储存于ATP中的过程，称为细胞氧化、细胞呼吸或生物氧化。从糖酵解到从糖酵解到从糖酵解到从糖酵解到ATPATP形成，分为形
16、成，分为形成，分为形成，分为四个步骤四个步骤四个步骤四个步骤糖酵解（细胞质）糖酵解（细胞质）糖酵解（细胞质）糖酵解（细胞质）乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A的生成（线粒体基质）的生成（线粒体基质）的生成（线粒体基质）的生成（线粒体基质）三羧酸循环（线粒体基质）三羧酸循环（线粒体基质）三羧酸循环（线粒体基质）三羧酸循环（线粒体基质）电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化 （线粒体内膜呼吸链和基粒）（线粒体内膜呼吸链和基粒）（线粒体内膜呼吸链和基粒）（线粒体内膜呼吸链和基粒）葡萄糖氧化的过程葡萄糖氧化的过程一、糖酵解一、糖酵解(细胞质）细胞质） 1分
17、子葡萄糖分子葡萄糖 2分子丙酮酸分子丙酮酸二、乙酰辅酶二、乙酰辅酶A的生成（线粒体基质）的生成（线粒体基质）丙酮酸经丙酮酸脱氢酶催化变成乙酰辅酶A1分子丙酮酸1分子乙酰辅酶A+CO2三、三羧酸循环（线粒体基质）三、三羧酸循环（线粒体基质）6CO2+12对H1分子葡萄糖分子葡萄糖C6H12O6 +6H2O（H HH H+ +e+e- - ) )四、电子传递耦联氧化磷酸化（线粒体内膜呼吸链和基粒）四、电子传递耦联氧化磷酸化（线粒体内膜呼吸链和基粒）四、电子传递耦联氧化磷酸化（线粒体内膜呼吸链和基粒）四、电子传递耦联氧化磷酸化（线粒体内膜呼吸链和基粒）由一系列能够可逆地接受和释放由一系列能够可逆地接
18、受和释放由一系列能够可逆地接受和释放由一系列能够可逆地接受和释放H+H+和和和和e-e-的化学物质组成，的化学物质组成，的化学物质组成，的化学物质组成，它们在线粒体内膜上有序地排成相互关联的链状，称为它们在线粒体内膜上有序地排成相互关联的链状，称为它们在线粒体内膜上有序地排成相互关联的链状，称为它们在线粒体内膜上有序地排成相互关联的链状，称为呼呼呼呼吸链或电子传递链吸链或电子传递链吸链或电子传递链吸链或电子传递链。偶联磷酸化的关键装置偶联磷酸化的关键装置 基粒（基粒（ATP合酶复合体）合酶复合体） F F0 0F F1 1ATPATP合成酶合成酶质子的通道质子的通道质子的通道质子的通道合成合成
19、合成合成ATPATP柄部柄部 调节质子通道调节质子通道调节质子通道调节质子通道膜间腔的膜间腔的H H+ +有顺浓度返回基质的趋势，能借助势能通过内膜上的基粒（有顺浓度返回基质的趋势，能借助势能通过内膜上的基粒（ATPATP合酶）合酶） F F0 0的质子通道返回线粒体基质，释放的自由能驱动基粒合成的质子通道返回线粒体基质，释放的自由能驱动基粒合成ATPATP化学渗透假说化学渗透假说电子传递链同时起到了电子传递链同时起到了质子泵质子泵（H+H+泵泵) )的作用，在电子传递的过程中伴随的作用，在电子传递的过程中伴随着着H+H+从基质腔传递到膜间腔；从基质腔传递到膜间腔；线粒体内膜对线粒体内膜对H+
20、H+不通透，所以伴随电子传递的过程，造成线粒体内膜不通透，所以伴随电子传递的过程，造成线粒体内膜两侧的质子浓度差，从而保持一定的势能差；两侧的质子浓度差，从而保持一定的势能差；n1、P-型型离离子子泵泵：利利用用ATP发发生生磷磷酸酸化化和和去去磷磷酸酸化化反反应应，改改变变蛋蛋白白构构象象来来转转运运离离子子。如如钠钠钾钾泵泵、钙钙泵泵、哺哺乳乳动动物物胃胃腺壁细胞的腺壁细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。泵（分泌胃酸）。 n2、V-型型质质子子泵泵：水水解解ATP产产生生能能量量，但但不不发发生生磷磷酸酸化化反反应应，将将H+从从细细胞胞质质逆逆电电化化学学梯梯度度转转运运到到溶溶酶酶体体、内
21、内体体等等囊囊泡泡内内使使其其保保持持酸酸性性。存存在在于于真真核核细细胞胞内内各各类类酸酸性性囊囊泡泡 膜膜上。上。n3、F-质质子子泵泵：利利用用H+顺顺浓浓度度梯梯度度运运动动，释释放放的的能能量量使使ADP转转化化为为ATP，也也叫叫ATP合合酶酶，位位于于线线粒粒体体内内膜膜、叶叶绿绿体膜、细菌质膜上。体膜、细菌质膜上。ATPATP驱动泵驱动泵四、四、ABC 转运器转运器n4 4、ABCABC转转运运体体：ATPATP供供能能，转转运运小小分分子子如如药药物物、磷磷脂脂、胆胆固固醇醇、肽肽等等，广广泛泛分分布布于于从从细细菌菌到到人人类类各种生物体，形成各种生物体，形成ABCABC超
22、家族。超家族。第第一一个个被被发发现现的的真真核核细细胞胞的的ABCABC转转运运器器是是多多药药抗抗性性蛋蛋白白（multidrug multidrug resistance resistance protein, protein, MDRMDR），约约40%40%癌癌症症患患者的癌细胞内该基因过度表达，与肿瘤耐药性有关。者的癌细胞内该基因过度表达，与肿瘤耐药性有关。四型四型 ATP驱动泵驱动泵第三节第三节 线粒体与细胞死亡（了解）线粒体与细胞死亡（了解）一一 疾病过程中的疾病过程中的 线粒体变化线粒体变化z细胞内最易受损的细胞器，病理检查的重要依据，可细胞内最易受损的细胞器，病理检查的重要
23、依据，可从线粒体的数量、大小、结构及有无包含物等方面分析从线粒体的数量、大小、结构及有无包含物等方面分析数量：数量的增加通常为适应慢性损伤的代偿性增加数量：数量的增加通常为适应慢性损伤的代偿性增加 数量的快速减少通常见于急性损伤引起的线粒体自溶数量的快速减少通常见于急性损伤引起的线粒体自溶大小：肿大，通常由缺氧引起。大小：肿大，通常由缺氧引起。结构：嵴的变化结构：嵴的变化包含物：蛋白质、脂类的包含物为线粒体崩解的成分堆积包含物：蛋白质、脂类的包含物为线粒体崩解的成分堆积 线粒体不可逆受损的体现线粒体不可逆受损的体现z克山病（缺硒引起的心肌损伤，心肌线粒体膨胀、克山病（缺硒引起的心肌损伤，心肌线
24、粒体膨胀、嵴缺少等变化）嵴缺少等变化）线粒体肿胀，嵴断裂，基质空化线粒体肿胀，嵴断裂，基质空化z中毒、感染（线粒体肿胀、破裂）中毒、感染（线粒体肿胀、破裂）z原发性肝癌细胞癌变过程（线粒体嵴的数量下降）原发性肝癌细胞癌变过程（线粒体嵴的数量下降）z缺血性损伤（线粒体凝集）缺血性损伤（线粒体凝集）二、二、mtDNA突变与线粒体病突变与线粒体病特征：特征：高突变率高突变率母系遗传母系遗传常见线粒体疾病常见线粒体疾病2 线粒体肌病线粒体肌病3 帕金森病、阿尔茨海默病帕金森病、阿尔茨海默病4 线粒体与癌症发生线粒体与癌症发生1 Leber遗传性视神经病遗传性视神经病本章重点本章重点v线粒体的超微结构，各部分的特点（重点是内线粒体的超微结构，各部分的特点（重点是内膜和基质腔）膜和基质腔）v线粒体的化学组成的特点线粒体的化学组成的特点v线粒体的半自主性线粒体的半自主性v化学渗透假说基本原理化学渗透假说基本原理v细胞氧化的概念、葡萄糖氧化的基本过程细胞氧化的概念、葡萄糖氧化的基本过程v线粒体相关的疾病线粒体相关的疾病
