线粒体与细胞的能量转换副本

第六章线粒体与细胞的能量转换MitochondriaandEnergyConversion学习目的与要求掌握线粒体的基本结构、功能熟悉线粒体相关的临床意义了解线粒体的发生及其研究方法第一节第二节第三节中英文退出MitochondriaandEnergyConversion第六章线粒体与细胞的能量转换第一节线粒体的基本特征一、线粒体的形态、数量和结构二、线粒体的化学组成三、线粒体的遗传体系四、线粒体核编码蛋白质的转运五、线粒体的起源六、线粒体的分裂与融合七、线粒体的功能MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换一、线粒体的形态、数量和结构(一)线粒体的形态、数量不同类型或不同生理状态的细胞，线粒体的形态、大小、数目及排列分布并不相同。形态：光镜下呈线状、粒状或杆状等。数量：因细胞种类而不同，最少的细胞只含1个线粒体，最多的达50万个。代谢旺盛时，线粒体数量较多，反之线粒体的数量则较少。线粒体形态MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换线粒体形态结构（荧光染色）中国仓鼠细胞罗丹明（Rhodamine123）染色（红色颗粒）线粒体形态结构（铁苏木精染色）肾小管细胞图中箭头所示颗粒状线粒体三、线粒体的结构外膜(outmembrane)内膜(innermembrane):脊（cristae）膜间腔(intermembrane)基质(matrix)线粒体的超微结构(一）外膜（outermembrane)内膜（innermembrane)嵴（cristae)与基粒（elementaryparticle)基质（matrix)线粒体的超微结构(二）线粒体内膜向内突伸形成嵴（Cristae)线粒体的超微结构(三）线粒体的嵴（Cristae)及其上的基粒（ElementaryParticle）线粒体的超微结构模式图基粒实质是ATP合成酶复合体基质内含核糖体、DNA、基质颗粒及多种酶系基粒（ATP合成酶复合体）F1(头部，a3b3gde）：有ATP合成的的催化位点F0（ab2c12）:基片，偶联因子转位接触点（translocationcontactsite）在线粒体的内、外膜上存在的一些内膜与外膜相互接触的地方，此处膜间隙变狭窄，称为转位接触点。内膜转位子（Tim）——通道蛋白外膜转位子（Tom）——受体蛋白功能：蛋白质等物质进出线粒体的通道。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换3.转位接触点黑色箭头所指为转位接触点；红色箭头所指为通过转位接触点转运的物质MitochondriaandEnergyConversion退出首页一、线粒体的形态、数量和结构(二)线粒体的超微结构第六章线粒体与细胞的能量转换tom和tim受体系统tom和tim受体系统参与核基因组编码多肽链通过膜进入线粒体的过程MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换三、线粒体的遗传体系(一)线粒体DNA特点：通常是裸露的，不与组蛋白结合。存在部位：线粒体的基质内或依附于线粒体内膜。数量：一个线粒体内往往有1至数个mtDNA分子，平均为5~10个。编码产物：线粒体的tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换(一)线粒体DNA基因组结构：为一条双链环状的DNA分子，双链中一为重链（H），一为轻链（L），重链和轻链上的编码产物各不相同。与核基因组相比，线粒体基因组有很少非编码的序列。人类线粒体基因组共编码37个基因。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换人线粒体环状DNA分子及其转录产物呼吸链蛋白质的组成MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换(二)线粒体基因的转录1.转录启动子：线粒体基因组的转录是从两个主要的启动子处开始的，分别为重链启动子（HSP）和轻链启动子（LSP)。转录因子与其结合，在mtRNA聚合酶的作用下启动转录。转录过程：线粒体基因的转录类似原核生物的转录，即产生一个多顺反子，包括mRNA和tRNA。MitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系第六章线粒体与细胞的能量转换(二)线粒体基因的转录1.转录重链形成两个初级转录物：初级转录物Ⅰ——tRNAphe、tRNAval、12SrRNA和16SrRNA初级转录物Ⅱ——mRNA和tRNAMitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系第六章线粒体与细胞的能量转换2.mRNA合成不含内含子，也很少有非翻译区。起始密码为AUG（或AUA），终止密码为UAA。3’端有多聚A的尾部，5’端没有细胞核mRNA加工时的帽结构。MitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系(二)线粒体基因的转录第六章线粒体与细胞的能量转换3.蛋白质翻译在线粒体内并在线粒体的核糖体上进行翻译。构成线粒体核糖体的蛋白质由细胞质运入线粒体内。用于蛋白质合成的所有tRNA都是由mtDNA编码。MitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系(二)线粒体基因的转录第六章线粒体与细胞的能量转换ATPase8和ATPase6亚基翻译重叠框架MitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系(二)线粒体基因的转录第六章线粒体与细胞的能量转换线粒体的遗传密码也与核基因不完全相同密码子核密码子编码氨基酸线粒体密码子编码氨基酸哺乳动物果蝇链孢酶菌酵母植物UGA终止密码子色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸终止密码子AGAAGG精氨酸终止密码子丝氨酸精氨酸精氨酸精氨酸AUA异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸AUU异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸CUUCUCCUACUG亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸亮氨酸MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换(三)线粒体DNA的复制类似于原核细胞的DNA复制。一个重链复制起始点：控制重链自我复制一个轻链复制起始点：控制轻链自我复制复制起始MitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系第六章线粒体与细胞的能量转换(三)线粒体DNA的复制复制特点：轻链的复制要晚于重链；重链的合成方向是顺时针的；轻链的合成方向是逆时针的；复制不受细胞周期的影响，可以越过细胞周期的静止期或间期，甚至可分布在整个细胞周期。复制时间：整个复制过程约持续2个小时。MitochondriaandEnergyConversion退出首页三、线粒体的遗传体系第六章线粒体与细胞的能量转换线粒体DNA的复制MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换四、线粒体核编码蛋白质的转运线粒体中有大约有1000个基因产物，其中仅37个基因产物由线粒体基因组编码，其他均由核编码。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换四、线粒体核编码蛋白质的转运(一)核编码蛋白向线粒体基质中的转运1.需要条件⑴基质导入序列（matrix-targetingsequence，MTS）。⑵分子伴侣：保持前体蛋白在线粒体外的非折叠状态NAC：与少数前体蛋白相互作用，增加蛋白转运的准确性。hsc70：和绝大多数的前体蛋白结合，使前体蛋白打开折叠，防止已松弛的前体蛋白聚集。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换⑴前体蛋白与受体结合。⑵mthsp70可与进入线粒体腔的前导肽链交联，防止了前导肽链退回细胞质。⑶基质作用蛋白酶MPP：定位于线粒体内膜上，切除大多数蛋白的基质导入序列。2.转运过程MitochondriaandEnergyConversion退出首页四、线粒体核编码蛋白质的转运(一)核编码蛋白向线粒体基质中的转运第六章线粒体与细胞的能量转换2.转运过程线粒体蛋白穿膜转运的布朗棘轮模型示意图MitochondriaandEnergyConversion退出首页四、线粒体核编码蛋白质的转运(一)核编码蛋白向线粒体基质中的转运第六章线粒体与细胞的能量转换蛋白质向线粒体基质转运示意图MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换(二)核编码蛋白向线粒体其他部位的转运1.蛋白质向线粒体膜间腔的转运⑴信号序列基质导入序列MTS：引导前体蛋白进入基质。膜间腔导入序列ISTS：引导前体蛋白进入膜间腔。MitochondriaandEnergyConversion退出首页四、线粒体核编码蛋白质的转运第六章线粒体与细胞的能量转换(二)核编码蛋白向线粒体其他部位的转运1.蛋白质向线粒体膜间腔的转运⑵转运方式整个蛋白进入基质，第2个信号序列ISTS引导多肽链通过内膜上的通道进入膜间腔。第2个信号序列ISTS起转移终止序列的作用，阻止前体蛋白向基质转运，并固定于内膜上，切去位于内膜上的ISTS部分后，进入膜间腔。通过直接扩散从胞浆通过外膜而进入膜间腔。MitochondriaandEnergyConversion退出首页四、线粒体核编码蛋白质的转运第六章线粒体与细胞的能量转换蛋白质向线粒体膜间腔转运示意图MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换2.蛋白质向线粒体外膜和内膜的转运在外膜蛋白的转运中，类孔蛋白P70的研究最多。事实上在P70的MTS后有一段长的疏水序列，也起着转移终止序列的作用，而使之固定于外膜上。内膜上的蛋白质的转运机制尚不完全清楚。MitochondriaandEnergyConversion退出首页四、线粒体核编码蛋白质的转运第六章线粒体与细胞的能量转换七、线粒体的功能1.氧化磷酸化营养物质在线粒体内氧化并与磷酸化耦联生成ATP是线粒体的主要功能。2.摄取和释放Ca2+线粒体还在摄取Ca2+和释放Ca2+中起着重要的作用，线粒体和内质网一起共同调节胞质中的Ca2+浓度，从而调节细胞的生理活动。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换3.参与细胞死亡在某些情况下，线粒体是细胞死亡的启动环节；而在另一些情况下，线粒体则仅仅是细胞死亡的一条“通路”。细胞呼吸的概念在特定细胞器（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中的过程，称为细胞呼吸（cellularrespiration），也称生物氧化（biologicaloxidation）或细胞氧化（cellularoxidation）。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换细胞呼吸的过程和发生场所以糖的有氧氧化为例糖的有氧氧化分为四个阶段葡萄糖-丙酮酸（胞质）丙酮酸氧化脱羧（线粒体基质）TAC（线粒体基质）电子传递（线粒体内膜）细胞呼吸的特点本质上是在线粒体中进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应；所产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中；整个反应过程是分步进行的，能量也是逐步释放的；反应是在恒温(37℃)和恒压条件下进行的；反应过程中需要H2O的参与。MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换ATP中所携带的能量来源于糖、氨基酸和脂肪酸等的氧化，这些物质的氧化是能量转换的前提。从糖酵解到ATP的形成是一个极其复杂的过程，分为三个步骤：糖酵解（glycolysis）三羧酸循环（TAC）氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换ATPsynthasecomplexbiologicaloxidationcellularoxidationcellularrespirationchemiosmoticcouplinghypothesiscristaeelementaryparticleglycolysisinnermembraneintercristaespaceintermembranespaceintracristaespacematrixmatrixspacematrix-targetingsequence，MTSATP合酶复合体生物氧化细胞氧化细胞呼吸化学渗透假说嵴基粒糖酵解内膜嵴间腔膜间腔嵴内空间基质基质腔基质导入序列中英文关键词对照MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换mitochondrialdisordersmitochondrialphaseoutermembraneoxidativephosphorylationpostmitochondrialphasepremitochondrialphasereactiveoxygenspecies,ROSsubstrate-levelphosphorylationtranslocationcontactsitetransloconoftheinnermembrane，Timtransloconoftheoutermembrane，Tomtricarboxylicacidcycle，TCAcycle线粒体疾病线粒体期外膜氧化磷酸化线粒体后期线粒体前期活性氧底物水平磷酸化转位接触点内膜转位子外膜转位子三羧酸循环MitochondriaandEnergyConversion退出首页第六章线粒体与细胞的能量转换人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。