1、第七章第七章 線粒體與過氧化物酶體線粒體與過氧化物酶體 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 線粒體的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成線粒體的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成 導(dǎo)向信號與線粒體蛋白定位導(dǎo)向信號與線粒體蛋白定位 線粒體的功能線粒體的功能-氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 線粒體的遺傳、增殖和起源線粒體的遺傳、增殖和起源 過氧化物酶體過氧化物酶體 1 7.I 線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體的結(jié)構(gòu) 1 線粒體的發(fā)現(xiàn)與功能研究線粒體的發(fā)現(xiàn)與功能研究 1850年，德國科學(xué)家從肌細胞中分離到具有半透性膜包被的顆粒年，德國科學(xué)家從肌細胞中分離到具有半透性膜包被的顆粒 1890年命名為年命名為bioblast；1898年為年為mitochondri

2、on 1900年，年，Michaelis用用Janus Green B 對線粒體進行染色，發(fā)現(xiàn)線對線粒體進行染色，發(fā)現(xiàn)線 粒體具有氧化作用粒體具有氧化作用 1904年，在植物細胞中發(fā)現(xiàn)了線粒體年，在植物細胞中發(fā)現(xiàn)了線粒體 1948年真正分離到具有生物活性的線粒體年真正分離到具有生物活性的線粒體 2 （一）形態(tài)與分布（一）形態(tài)與分布 形狀：形狀：線粒體一般呈線狀，還有粒狀或短線狀，形狀具可塑性。線粒體一般呈線狀，還有粒狀或短線狀，形狀具可塑性。 大小：大小：一般直徑一般直徑0.51m，長，長1.53.0m，在胰臟外分泌細胞，在胰臟外分泌細胞 中可長達中可長達1020m，稱巨形線粒體。，稱巨形線粒

3、體。 化學(xué)組成：化學(xué)組成：蛋白質(zhì)和脂類。蛋白質(zhì)和脂類。 數(shù)量及分布數(shù)量及分布：植物細胞少于動物細胞；活動旺盛的細胞線粒體：植物細胞少于動物細胞；活動旺盛的細胞線粒體 多。可遷移，微管是其運輸軌道。多。可遷移，微管是其運輸軌道。 2 線粒體的結(jié)構(gòu)與分布線粒體的結(jié)構(gòu)與分布 3 4 線粒體的分布線粒體的分布 （二）線粒體的結(jié)構(gòu)（二）線粒體的結(jié)構(gòu) 線粒體（線粒體（mitochondrion）是由是由 兩層單位膜套疊而成的封閉的囊兩層單位膜套疊而成的封閉的囊 狀結(jié)構(gòu)，包括：狀結(jié)構(gòu)，包括： 外膜（外膜（outer Membrane） 內(nèi)膜（內(nèi)膜（inner membrane） 膜間間隙（膜間間隙（inte

4、rmembrane） 基質(zhì)（基質(zhì)（matrix） 5 膜間間隙膜間間隙 線粒體通透性測定線粒體通透性測定 3 線粒體膜通透性線粒體膜通透性 線粒體組分的分離線粒體組分的分離 6 4 線粒體各部分的化學(xué)組成和特性線粒體各部分的化學(xué)組成和特性 7 外膜：外膜：具有孔蛋白構(gòu)成的親水通道，允許具有孔蛋白構(gòu)成的親水通道，允許5000KDa以以 下的物質(zhì)自由通過，如下的物質(zhì)自由通過，如ATP、NAD、輔酶、輔酶A等等 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶：單胺氧化酶，能夠終止胺神經(jīng)遞質(zhì)的作用單胺氧化酶，能夠終止胺神經(jīng)遞質(zhì)的作用 內(nèi)膜：內(nèi)膜：內(nèi)膜內(nèi)陷形成嵴（內(nèi)膜內(nèi)陷形成嵴（cristae）來擴大內(nèi)膜表）來擴大內(nèi)膜表 面積。面積。

5、 嵴有兩種排列方式：嵴有兩種排列方式：層狀層狀和和管狀管狀。 心磷脂含量高，通透性很低，心磷脂含量高，通透性很低，H+和和ATP等不能自由通過，等不能自由通過， 必須有載體蛋白和通透酶參與。必須有載體蛋白和通透酶參與。 嵴膜上有嵴膜上有線粒體基粒（線粒體基粒（F1顆粒）顆粒），基粒由頭部（，基粒由頭部（F1偶聯(lián)偶聯(lián) 因子）和基部（因子）和基部（F0偶聯(lián)因子）構(gòu)成。偶聯(lián)因子）構(gòu)成。 8 Inner membrane (Impermeability): Contains proteins with three types of functions: (1) Electron-transport c

6、hain: Carry out oxidation reactions; (2) ATP synthase: Makes ATP in the matrix; (3) Transport proteins: Allow the passage of metabolites 9 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶： 是細胞色素氧化酶是細胞色素氧化酶 膜間隙：膜間隙： 位置：內(nèi)外膜之間的間隙。位置：內(nèi)外膜之間的間隙。 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶：腺苷酸激酶，催化腺苷酸激酶，催化ATP生成兩分子的生成兩分子的ADP 基質(zhì)：基質(zhì)： 位置：內(nèi)膜和位置：內(nèi)膜和嵴包圍著的內(nèi)部空間，是嵴包圍著的內(nèi)部空間，是可溶性蛋白質(zhì)可溶性蛋白質(zhì) 的膠狀物

7、質(zhì)，含的膠狀物質(zhì)，含Enzymes; Mit DNA, Ribosomes, etc. 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶：蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 10 部位功能 外膜磷脂的合成;脂肪酸鏈去飽和;脂肪酸鏈延伸 內(nèi)膜電子傳遞，氧化磷酸化，代謝物質(zhì)運輸 膜間隙核苷的磷酸化 基質(zhì) 丙酮酸氧化，TCA循環(huán)（三羧酸循環(huán)），脂肪的 氧化，DNA復(fù)制，RNA合成，蛋白質(zhì)合成 線粒體各部分的功能線粒體各部分的功能 11 內(nèi)膜的運輸系統(tǒng)內(nèi)膜的運輸系統(tǒng) 糖酵解產(chǎn)生的糖酵解產(chǎn)生的NADH進進 入電子傳遞鏈參與有氧氧化入電子傳遞鏈參與有氧氧化 線粒體產(chǎn)生的代謝物質(zhì)線粒體產(chǎn)生的代謝物質(zhì) 運輸?shù)郊毎|(zhì)中運輸?shù)郊毎|(zhì)中 線粒體產(chǎn)生的線粒體產(chǎn)

8、生的ATP必須必須 進入到胞質(zhì)溶膠；進入到胞質(zhì)溶膠；ATP水解水解 成的成的ADP和和Pi 要運入線粒要運入線粒 體作為氧化磷酸化的底物體作為氧化磷酸化的底物 5 線粒體內(nèi)膜的主動運輸系統(tǒng)線粒體內(nèi)膜的主動運輸系統(tǒng) 丙酮酸、脂肪酸、丙酮酸、脂肪酸、Pi等的運輸?shù)鹊倪\輸 12 線粒體定位 蛋白質(zhì) 線粒體基質(zhì) F1ATPase:亞基(植物除外)、，亞基、亞基(某些真菌) RNA聚合酶、DNA聚合酶、核糖體蛋白、檸檬酸合成酶、TCA酶 系、乙醇脫氫酶(酵母)、鳥氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(哺乳動物) 內(nèi)膜 ADP-ATP逆向運輸?shù)鞍住⒘姿?OH-逆向運輸?shù)鞍住⒓毎豤氧 化酶亞基4，5，6，7、F0 ATPas

9、e的蛋白質(zhì)、CoQH2-細胞色素c 還原酶復(fù)合物亞基1，2，5(Fe-S)，6，7，8 膜間隙 細胞色素c、細胞色素c過氧化物酶、細胞色素b2、CoQH2-細胞 色素c還原酶復(fù)合物亞基4(細胞色素c1) 外膜線粒體孔蛋白 7.3 導(dǎo)向信號與線粒體蛋白定位導(dǎo)向信號與線粒體蛋白定位 13 細胞質(zhì)中合成的某些線粒體蛋白質(zhì)細胞質(zhì)中合成的某些線粒體蛋白質(zhì) 第一步第一步 蛋白質(zhì)尋靶和蛋白質(zhì)分選蛋白質(zhì)尋靶和蛋白質(zhì)分選 翻譯后轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)尋靶翻譯后轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)尋靶 (post-translational translocation) 共翻譯轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)分選共翻譯轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)分選 (co-translation

10、al translocation) 14 蛋白蛋白共翻譯轉(zhuǎn)運：共翻譯轉(zhuǎn)運：啊啊 膜結(jié)合核糖體上膜結(jié)合核糖體上 蛋白轉(zhuǎn)運到：蛋白轉(zhuǎn)運到： ER；高爾基體；溶酶體；高爾基體；溶酶體； 細胞膜；細胞外細胞膜；細胞外 第一步第一步 蛋白質(zhì)尋靶和蛋白質(zhì)分選蛋白質(zhì)尋靶和蛋白質(zhì)分選 翻譯后轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)尋靶翻譯后轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)尋靶 (post-translational translocation) 共翻譯轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)分選共翻譯轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)分選 (co-translational translocation) 15 蛋白蛋白翻譯后轉(zhuǎn)運翻譯后轉(zhuǎn)運： 游離核糖體上游離核糖體上 蛋白轉(zhuǎn)運到：蛋白轉(zhuǎn)運到： 細胞質(zhì)中；過

11、氧化物酶體；細胞質(zhì)中；過氧化物酶體； 線粒體；葉綠體；細胞核線粒體；葉綠體；細胞核 翻譯后轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)尋靶翻譯后轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)尋靶 翻譯后轉(zhuǎn)運翻譯后轉(zhuǎn)運：游離游離 核糖體核糖體上合成的蛋白上合成的蛋白 質(zhì)釋放到胞質(zhì)溶膠后質(zhì)釋放到胞質(zhì)溶膠后 被運送到不同的部位。被運送到不同的部位。 即先合成，后運輸。即先合成，后運輸。 蛋白質(zhì)尋靶蛋白質(zhì)尋靶：由于在由于在 游離核糖體游離核糖體上合成的上合成的 蛋白質(zhì)在合成釋放之蛋白質(zhì)在合成釋放之 后需要自己尋找目的后需要自己尋找目的 地，因此又稱為蛋白地，因此又稱為蛋白 質(zhì)尋靶。質(zhì)尋靶。 16 共翻譯轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)分選共翻譯轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)分選共翻譯轉(zhuǎn)運共翻譯轉(zhuǎn)運：膜結(jié)

12、合核糖體膜結(jié)合核糖體上上 合成的蛋白質(zhì)通過定位信號，合成的蛋白質(zhì)通過定位信號， 一邊翻譯，一邊進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，一邊翻譯，一邊進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)， 由于這種轉(zhuǎn)運定位是在蛋白質(zhì)由于這種轉(zhuǎn)運定位是在蛋白質(zhì) 翻譯的同時進行的，故稱為共翻譯的同時進行的，故稱為共 翻譯轉(zhuǎn)運。翻譯轉(zhuǎn)運。 蛋白質(zhì)分選蛋白質(zhì)分選：在在膜結(jié)合核糖體膜結(jié)合核糖體 上合成的蛋白質(zhì)通過信號肽，上合成的蛋白質(zhì)通過信號肽， 經(jīng)過連續(xù)的膜系統(tǒng)轉(zhuǎn)運分選才經(jīng)過連續(xù)的膜系統(tǒng)轉(zhuǎn)運分選才 能到達最終的目的地，這一過能到達最終的目的地，這一過 程又稱為蛋白質(zhì)分選。程又稱為蛋白質(zhì)分選。 17 導(dǎo)向序列導(dǎo)向序列(targeting sequence)： 指游離核糖體上

13、合成的蛋白質(zhì)的指游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)的 N - 端 信 號 ， 又 稱 為 導(dǎo) 向 信 號端 信 號 ， 又 稱 為 導(dǎo) 向 信 號 (targeting signal)，轉(zhuǎn)運肽，轉(zhuǎn)運肽 (transit peptide)，或?qū)щ模驅(qū)щ?(leading peptide)。 信號序列信號序列(signal sequence)： 指膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì)指膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì) 的的N-端的序列，又稱為信號肽端的序列，又稱為信號肽 （signal peptide)。 導(dǎo)向序列與信號序列導(dǎo)向序列與信號序列 線粒體轉(zhuǎn)運肽的一般特性線粒體轉(zhuǎn)運肽的一般特性 轉(zhuǎn)運肽是：一段大約轉(zhuǎn)運肽是：一段

14、大約20-80個氨個氨 基酸殘基構(gòu)成的肽鏈，為堿性氨基酸殘基構(gòu)成的肽鏈，為堿性氨 基酸，多為精氨酸和賴氨酸。基酸，多為精氨酸和賴氨酸。 需要受體；需要受體； 從接觸點進入；從接觸點進入； 蛋白質(zhì)要解折疊蛋白質(zhì)要解折疊 ； 需要能量需要能量 ； 需要轉(zhuǎn)運肽酶需要轉(zhuǎn)運肽酶 ； 需要分子伴侶的幫助。需要分子伴侶的幫助。 18 第二步第二步 線粒體蛋白轉(zhuǎn)運線粒體蛋白轉(zhuǎn)運 線粒體基質(zhì)蛋白轉(zhuǎn)運線粒體基質(zhì)蛋白轉(zhuǎn)運 線粒體膜間隙蛋白的線粒體膜間隙蛋白的 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運 線粒體內(nèi)膜和外膜蛋線粒體內(nèi)膜和外膜蛋 白的轉(zhuǎn)運白的轉(zhuǎn)運 19 定位于線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)的運送定位于線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)的運送 1.前體蛋白合成釋放前體

15、蛋白合成釋放 2.Hsp70下解折疊下解折疊 3.導(dǎo)肽與受體識別導(dǎo)肽與受體識別 4.導(dǎo)肽引導(dǎo)穿膜導(dǎo)肽引導(dǎo)穿膜 5.mHsp70維持解折疊維持解折疊 6.Hsp60幫助折疊幫助折疊 7.轉(zhuǎn)運肽酶切除轉(zhuǎn)運肽轉(zhuǎn)運肽酶切除轉(zhuǎn)運肽 20 定位于線粒體膜間隙的蛋白質(zhì)運送定位于線粒體膜間隙的蛋白質(zhì)運送 保守性尋靶保守性尋靶： 穿膜時由穿膜時由線粒體線粒體 基質(zhì)導(dǎo)向序列基質(zhì)導(dǎo)向序列先先 引導(dǎo)進入線粒體引導(dǎo)進入線粒體 基質(zhì)，切除基質(zhì)基質(zhì)，切除基質(zhì) 導(dǎo)向序列，然后導(dǎo)向序列，然后 在在膜間隙導(dǎo)向序膜間隙導(dǎo)向序 列列引導(dǎo)下進入膜引導(dǎo)下進入膜 間隙。間隙。 導(dǎo)向序列的特點：導(dǎo)向序列的特點：有兩個導(dǎo)向序列，包括線粒體基質(zhì)

16、導(dǎo)向序列和有兩個導(dǎo)向序列，包括線粒體基質(zhì)導(dǎo)向序列和 膜間隙導(dǎo)向序列。有兩種轉(zhuǎn)運定位方式：保守性尋靶和非保守性膜間隙導(dǎo)向序列。有兩種轉(zhuǎn)運定位方式：保守性尋靶和非保守性 尋靶尋靶 21 定位于線粒體膜間隙的蛋白質(zhì)運送定位于線粒體膜間隙的蛋白質(zhì)運送 導(dǎo)向序列的特點：導(dǎo)向序列的特點：有兩個導(dǎo)向序列，包括線粒體基質(zhì)導(dǎo)向序列和有兩個導(dǎo)向序列，包括線粒體基質(zhì)導(dǎo)向序列和 膜間隙導(dǎo)向序列。有兩種轉(zhuǎn)運定位方式：保守性尋靶和非保守性膜間隙導(dǎo)向序列。有兩種轉(zhuǎn)運定位方式：保守性尋靶和非保守性 尋靶尋靶 22 非保守性尋靶非保守性尋靶： 由由線粒體基質(zhì)導(dǎo)向序列線粒體基質(zhì)導(dǎo)向序列 先引導(dǎo)穿過線粒體膜，先引導(dǎo)穿過線粒體膜，

17、由于膜間隙導(dǎo)向序列可由于膜間隙導(dǎo)向序列可 作為作為內(nèi)膜停止序列內(nèi)膜停止序列，所，所 以蛋白停靠在線粒體內(nèi)以蛋白停靠在線粒體內(nèi) 膜上，通過擴散并切除膜上，通過擴散并切除 序列而成為線粒體膜間序列而成為線粒體膜間 隙蛋白。隙蛋白。 定位于線粒體內(nèi)定位于線粒體內(nèi),外膜的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運外膜的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運 特點：特點：由一段引導(dǎo)肽和其由一段引導(dǎo)肽和其 后的一段疏水氨基酸序列后的一段疏水氨基酸序列 組成，疏水氨基酸序列可組成，疏水氨基酸序列可 作為停止轉(zhuǎn)運序列作為停止轉(zhuǎn)運序列 如停止轉(zhuǎn)運序列同外膜如停止轉(zhuǎn)運序列同外膜 轉(zhuǎn)運酶結(jié)合，則成為外膜轉(zhuǎn)運酶結(jié)合，則成為外膜 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 如停止轉(zhuǎn)運序列同內(nèi)膜如停止轉(zhuǎn)運序列

18、同內(nèi)膜 轉(zhuǎn)運酶結(jié)合，則成為內(nèi)膜轉(zhuǎn)運酶結(jié)合，則成為內(nèi)膜 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 23 7.4 線粒體的功能線粒體的功能 線粒體的主要功能：線粒體的主要功能：進行氧化磷酸化，合成進行氧化磷酸化，合成ATPATP，為，為 細胞的生命活動提供能量。細胞的生命活動提供能量。 24 25 1 真核細胞的氧化作用真核細胞的氧化作用 氫通過電子氫通過電子 傳遞鏈到達傳遞鏈到達 氧生成水，氧生成水， 同時同時ADP磷磷 酸化生成酸化生成 ATP 2 呼吸鏈與電子傳遞呼吸鏈與電子傳遞 概念：概念：有序排列在線粒體的內(nèi)膜，能可逆的接受和釋放電子或有序排列在線粒體的內(nèi)膜，能可逆的接受和釋放電子或 H H+ +的酶體系稱為電子傳

19、遞鏈或呼吸鏈。的酶體系稱為電子傳遞鏈或呼吸鏈。 呼吸鏈電子載體主要有呼吸鏈電子載體主要有4 4種：黃素蛋白、細胞色素、鐵硫種：黃素蛋白、細胞色素、鐵硫 蛋白、輔酶蛋白、輔酶Q Q。 26 電子傳遞鏈的復(fù)合物電子傳遞鏈的復(fù)合物 利用利用脫氧膽酸脫氧膽酸（deoxycholate，一種離子型去污劑）處理，一種離子型去污劑）處理 線粒體內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的線粒體內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的4種復(fù)合物，即種復(fù)合物，即復(fù)合物復(fù)合物、 和和。 復(fù)合物復(fù)合物: NADH脫氫酶，以二聚體形脫氫酶，以二聚體形 式存在，含式存在，含F(xiàn)MN和鐵硫中心。作用是催化和鐵硫中心。作用是催化 NHDH的的2個電子傳遞至輔酶個電子傳

20、遞至輔酶Q，同時將，同時將4 個質(zhì)子個質(zhì)子由線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。由線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。 電子傳遞的方向為：電子傳遞的方向為： NADHFMNFe-SQ 27 復(fù)合物復(fù)合物：琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶，含有一個，含有一個FAD，2個鐵硫蛋白，作用個鐵硫蛋白，作用 是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶Q。（沒有傳遞質(zhì)子的作用）（沒有傳遞質(zhì)子的作用） 電子傳遞的方向為：琥珀酸電子傳遞的方向為：琥珀酸FADFe-SQ 復(fù)合物復(fù)合物：細胞色素細胞色素c還原酶還原酶，以二聚體形式存在，每個單體包，以二聚體形式存在，每個單體包 含兩個細胞色素含兩個細胞色素b、一個細胞色素、一個細胞色素

21、c1和一個鐵硫蛋白。催化電子和一個鐵硫蛋白。催化電子 從輔酶從輔酶Q傳給細胞色素傳給細胞色素c，每轉(zhuǎn)移，每轉(zhuǎn)移1對電子，同時將對電子，同時將4個質(zhì)子個質(zhì)子由線由線 粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。 電子傳遞的方向為：電子傳遞的方向為：Q Cytb Fe-S Cytc1 Cytc 復(fù)合物復(fù)合物：細胞色素細胞色素c氧化酶氧化酶，以二聚體形式存在，將細胞色素以二聚體形式存在，將細胞色素c 接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移1對電子，同時轉(zhuǎn)移對電子，同時轉(zhuǎn)移2個質(zhì)子個質(zhì)子至膜間隙。至膜間隙。 電子傳遞的方向為：電子傳遞的方向為： Cytc Cyta Cyta3O2 28 兩條

22、主要的呼吸鏈：兩條主要的呼吸鏈：NADH呼吸鏈和呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。呼吸鏈。 NADH呼吸鏈呼吸鏈：復(fù)合物復(fù)合物、 組成，催化組成，催化NADH的脫氫氧化的脫氫氧化 FADH2呼吸鏈呼吸鏈：復(fù)合物復(fù)合物、 組成，催化琥珀酸的脫氫氧化組成，催化琥珀酸的脫氫氧化 29 遞氫體與電化學(xué)梯度的建立遞氫體與電化學(xué)梯度的建立 四種電子載體不僅能傳遞電子，有的還能傳遞質(zhì)子，稱為四種電子載體不僅能傳遞電子，有的還能傳遞質(zhì)子，稱為 遞氫體，有遞氫體，有FMN、CoQ、細胞色素、細胞色素b、細胞色素、細胞色素a 將質(zhì)子從線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜間隙即遞氫需要消耗能量，將質(zhì)子從線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜間隙即遞氫需要消耗能

23、量， 其來源于其來源于NADH和和FADH2被氧化過程中釋放出的自由能被氧化過程中釋放出的自由能 結(jié)果產(chǎn)生膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度勢：膜間隙產(chǎn)生大量的正電結(jié)果產(chǎn)生膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度勢：膜間隙產(chǎn)生大量的正電 荷，基質(zhì)產(chǎn)生大量負電荷，使得線粒體內(nèi)膜兩側(cè)形成了電荷，基質(zhì)產(chǎn)生大量負電荷，使得線粒體內(nèi)膜兩側(cè)形成了電 位差；氫離子濃度梯度的產(chǎn)生位差；氫離子濃度梯度的產(chǎn)生 梯度勢的產(chǎn)生：導(dǎo)致后續(xù)梯度勢的產(chǎn)生：導(dǎo)致后續(xù)ATP的生成，完成能量儲存的生成，完成能量儲存 30 3 氧化磷酸化：氧化磷酸化：ATP形成機制形成機制 氧化磷酸化氧化磷酸化：是指當(dāng)電子從是指當(dāng)電子從 NADH或或FADH2經(jīng)呼吸鏈傳遞經(jīng)呼吸鏈傳遞

24、 給氧形成水時，同時伴有給氧形成水時，同時伴有ADP 磷酸化形成磷酸化形成ATP的過程。的過程。 31 得出三個氧化磷酸化偶聯(lián)部位：得出三個氧化磷酸化偶聯(lián)部位：部位部位在在NADH至至CoQ之間。之間。 部位部位在細胞色素在細胞色素b和細胞色素和細胞色素c之間。之間。部位部位在細胞色素在細胞色素a和氧之間。和氧之間。 53 20世紀世紀30年代，年代，Belitzer首先提出電子傳遞與首先提出電子傳遞與ATP合成偶聯(lián)的假設(shè)合成偶聯(lián)的假設(shè) 通過電子傳遞抑制劑進行研究：通過電子傳遞抑制劑進行研究： （1）魚藤酮：）魚藤酮：阻斷電子由阻斷電子由NADH向向CoQ的傳遞。它是一種極毒的植物物質(zhì)，的傳遞

25、。它是一種極毒的植物物質(zhì)， 常用作殺蟲劑。常用作殺蟲劑。 （2）抗霉素）抗霉素A：能阻斷電子從能阻斷電子從Cytb到到Cytc1的傳遞。的傳遞。 （3）氰化物、硫化氫、疊氮化物、）氰化物、硫化氫、疊氮化物、CO能阻斷電子由能阻斷電子由Cyta3到氧的傳遞。到氧的傳遞。 32 ATP合酶的發(fā)現(xiàn)及功能預(yù)測合酶的發(fā)現(xiàn)及功能預(yù)測 Racker分離到內(nèi)膜上的分離到內(nèi)膜上的 顆粒，稱為偶聯(lián)因子顆粒，稱為偶聯(lián)因子F1， 是一種水解是一種水解ATP的的 ATPase ATP合成條件：離子梯度；合成條件：離子梯度； ATP合酶；合酶；ADP和和Pi 推測推測F1因子在特殊條件下因子在特殊條件下 具有合成具有合成

26、ATP功能：功能： 合酶的推測：合酶的推測：F1因子附因子附 著在線粒體內(nèi)膜上具有著在線粒體內(nèi)膜上具有 合成合成ATP的功能；的功能；F1因因 子脫離內(nèi)膜具有水解子脫離內(nèi)膜具有水解 ATP的功能。的功能。 33 證明：證明：F1因子具有水解因子具有水解 ATP的功能。的功能。 以含以含Na+/K+-ATPase和高和高K+ 濃度的紅細胞血影為例：將其濃度的紅細胞血影為例：將其 放在高鈉離子濃度溶液中。血放在高鈉離子濃度溶液中。血 影中加入影中加入ADP和和Pi后合成后合成ATP ATP合酶功能鑒定：線粒體膜重建實驗合酶功能鑒定：線粒體膜重建實驗 線粒體經(jīng)超線粒體經(jīng)超 聲波處理聲波處理 亞線粒體

27、小亞線粒體小 泡或顆粒泡或顆粒 胰蛋白酶（或玻珠分離顆粒）胰蛋白酶（或玻珠分離顆粒） 顆粒物質(zhì)顆粒物質(zhì) 光滑小泡光滑小泡 只能傳遞電子只能傳遞電子 水解水解ATP不能合不能合 成成ATP 電子傳遞和氧化磷酸化電子傳遞和氧化磷酸化 電子傳遞的組分位于線粒體的內(nèi)膜，電子傳遞的組分位于線粒體的內(nèi)膜， 顆粒是氧化磷酸化的偶聯(lián)因子顆粒是氧化磷酸化的偶聯(lián)因子 34 合酶的推測：合酶的推測：F1因子附因子附 著在線粒體內(nèi)膜上具有著在線粒體內(nèi)膜上具有 合成合成ATP的功能；的功能；F1因因 子脫離內(nèi)膜具有水解子脫離內(nèi)膜具有水解 ATP的功能。的功能。 ATP合酶的結(jié)構(gòu)合酶的結(jié)構(gòu) ATPATP合酶（合酶（ATP

28、 synthetaseATP synthetase）或）或F F0 0F1-ATP-ATP酶酶：蘑菇狀。分布于：蘑菇狀。分布于 線粒體和葉綠體中，在跨膜質(zhì)子動力勢的推動下，線粒體和葉綠體中，在跨膜質(zhì)子動力勢的推動下，ADPADP磷酸化磷酸化 生成生成ATPATP，參與氧化磷酸化和光合磷酸化。參與氧化磷酸化和光合磷酸化。 35 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成 ATP合酶合酶：是一種是一種可逆性可逆性復(fù)合酶，既能利用質(zhì)子動力勢合成復(fù)合酶，既能利用質(zhì)子動力勢合成ATP, 又能水解又能水解ATP將質(zhì)子從基質(zhì)泵到膜間隙將質(zhì)子從基質(zhì)泵到膜間隙 。 ATP合成酶的分子結(jié)構(gòu)由突出于膜外的合成酶的分子結(jié)構(gòu)由突出于膜外的F1頭

29、部頭部和嵌入膜中的和嵌入膜中的F0基基 部部兩部分組成。兩部分組成。 36 F1頭部：頭部：為水溶性的蛋白質(zhì)，從內(nèi)膜突出于為水溶性的蛋白質(zhì)，從內(nèi)膜突出于 基質(zhì)，比較容易從膜上脫落。它可以利用質(zhì)子基質(zhì)，比較容易從膜上脫落。它可以利用質(zhì)子 動力勢合成動力勢合成ATP，也可以水解，也可以水解ATP，轉(zhuǎn)運質(zhì)子，轉(zhuǎn)運質(zhì)子， 屬于屬于F型質(zhì)子泵。型質(zhì)子泵。F1是由是由9個亞基組成的復(fù)合體，個亞基組成的復(fù)合體， 具有三個具有三個ATP合成的催化位點（一個合成的催化位點（一個/亞基）。亞基）。 F0基部基部：嵌合在內(nèi)膜上：嵌合在內(nèi)膜上 的疏水蛋白復(fù)合體，形成的疏水蛋白復(fù)合體，形成 一個跨膜的質(zhì)子通道。一個跨膜

30、的質(zhì)子通道。 亞基是質(zhì)子通道。亞基是質(zhì)子通道。 37 氧化磷酸化的偶聯(lián)機制提出的假說有化學(xué)偶聯(lián)假說、構(gòu)象偶氧化磷酸化的偶聯(lián)機制提出的假說有化學(xué)偶聯(lián)假說、構(gòu)象偶 聯(lián)假說、化學(xué)滲透假說等。聯(lián)假說、化學(xué)滲透假說等。 “化學(xué)滲透假說化學(xué)滲透假說”，取得大量實驗，取得大量實驗 結(jié)果的支持，成為一種較為流行的假說。結(jié)果的支持，成為一種較為流行的假說。 化學(xué)滲透假說化學(xué)滲透假說 內(nèi)容是內(nèi)容是:當(dāng)電子沿呼吸鏈傳遞時，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜當(dāng)電子沿呼吸鏈傳遞時，所釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜 間隙，由于線粒體內(nèi)膜對離子是高度不通透的，從而使膜間隙的質(zhì)子濃度間隙，由于線粒體內(nèi)膜對離子是高度不通

31、透的，從而使膜間隙的質(zhì)子濃度 高于基質(zhì)，在內(nèi)膜的兩側(cè)形成高于基質(zhì)，在內(nèi)膜的兩側(cè)形成pH梯度（梯度（pH）及電位梯度（）及電位梯度（），兩者共），兩者共 同構(gòu)成電化學(xué)梯度，即質(zhì)子動力勢。而膜間隙的高濃度質(zhì)子只能經(jīng)同構(gòu)成電化學(xué)梯度，即質(zhì)子動力勢。而膜間隙的高濃度質(zhì)子只能經(jīng)F0F1返返 回基質(zhì)，從而促使回基質(zhì)，從而促使ATP的合成。的合成。 Mitchell因此獲得了因此獲得了1978年的諾貝爾獎。年的諾貝爾獎。 氧化磷酸化偶聯(lián)機理氧化磷酸化偶聯(lián)機理 38 ATP合酶合成合酶合成ATP的機制的機制 結(jié)合變構(gòu)模型結(jié)合變構(gòu)模型 通過通過亞基的轉(zhuǎn)動而改亞基的轉(zhuǎn)動而改 變與變與ATP和和ADP的結(jié)的結(jié) 合緊

32、密程度合緊密程度 有有O、L、T三種構(gòu)型三種構(gòu)型 位點：位點： L型結(jié)合型結(jié)合ADP+Pi T型生成型生成ATP O型釋放型釋放ATP 39 質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過內(nèi)膜上的質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過內(nèi)膜上的ATP酶復(fù)合物流回基質(zhì)，使酶復(fù)合物流回基質(zhì)，使ATP酶的構(gòu)象發(fā)生酶的構(gòu)象發(fā)生 改變，將改變，將ADP和和Pi合成合成ATP。 40 1電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑 抑制抑制NADHCoQ的電子傳遞。如：阿米妥的電子傳遞。如：阿米妥(amytal)、魚藤酮、魚藤酮 （rotenone）、殺粉蝶素）、殺粉蝶素A（piericidin） 抑制抑制Cyt bCyt c1的電子傳遞。如：抗霉素的電子傳遞。如：

33、抗霉素A(antinomycin A) 抑制細胞色素氧化酶抑制細胞色素氧化酶O2。如：。如：CO、CN、NaN3、H2S 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑 2磷酸化抑制劑磷酸化抑制劑 與與F0結(jié)合，阻斷結(jié)合，阻斷H+通道，從而抑制通道，從而抑制ATP合成。如：寡霉素、二環(huán)己基、碳化合成。如：寡霉素、二環(huán)己基、碳化 二亞胺二亞胺(DCC) 3解偶聯(lián)劑（解偶聯(lián)劑（uncoupler） 質(zhì)子載體：質(zhì)子載體： 2,4-二硝基酚二硝基酚(DNP)，羰基，羰基-氰氰-對對-三氟甲氧基苯肼。三氟甲氧基苯肼。 質(zhì)子通道：增溫素（質(zhì)子通道：增溫素（thermogenin） 其它離子載體：如纈氨霉素其它離子載體：

34、如纈氨霉素 某些藥物：如過量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶聯(lián)，從而使體溫升高某些藥物：如過量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶聯(lián)，從而使體溫升高 41 7.5 線粒體的遺傳、增殖和起源線粒體的遺傳、增殖和起源 1.線粒體遺傳線粒體遺傳 雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀DNA分分 子，基因組變化子，基因組變化 很大很大 線粒體疾病：線線粒體疾病：線 粒體基因突變與粒體基因突變與 很多病變、衰老很多病變、衰老 和癌癥有關(guān)和癌癥有關(guān) 42 2 線粒體的增殖與起源線粒體的增殖與起源 3種假設(shè)：種假設(shè)： 線粒體生長到一定線粒體生長到一定 大小進行分裂成兩個大小進行分裂成兩個 小的新的線粒體小的新的線粒體 舊的被吞噬，重新舊的被吞噬，重新 合成新的線粒體合成新的線粒體 利用其它的膜等重利用其它的膜等重 新裝配線粒體新裝配線粒體 43 脂肪細胞中正在分裂的線粒體脂肪細胞中正在分裂的線粒體 線粒體的起源線粒體的起源 內(nèi)共生學(xué)說內(nèi)共生學(xué)說 44 發(fā)現(xiàn)：19541954年在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時命名為微體 兩種類型：過氧化物酶體(peroxisome) 乙醛酸循環(huán)體（glyoxysome)glyoxysome)，只存在于植物細胞中 標(biāo)志酶：過氧化氫酶，水解H2O2 7.6 過氧化物酶