Mitochondria

線粒體Mitochondria線粒體1Mitochondria“Powerplants”ofthecellMitochondria“Powerplants”of2MitochondrionplaysanimportantroleinapoptosisMitochondrionplays3MitochondrialDNAmutationscontributetoagingMitochondrialDNAcontributeto4教學內容一、線粒體的形態結構二、線粒體的功能（ATP合成）三、線粒體是半自主性細胞器五、線粒體的發生六、線粒體與醫學四、核編碼蛋白質向線粒體的轉運教學內容一、線粒體的形態結構二、線粒體的功能（ATP合成）三5線粒體的形態、數量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態線粒體的形態、數量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑6線粒體的形態、數量和分布

線粒體的形態線粒體的形態、數量和分布線粒體的形態7線粒體的形態、數量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態線粒體的形態、數量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑8線粒體的形態、數量和分布

生理活動旺盛的細胞中線粒體數目較多哺乳動物成熟的紅細胞中沒有線粒體線粒體的數目一般動物細胞中有數百個，如大鼠肝細胞內有500—1400個線粒體；線粒體的形態、數量和分布生理活動旺盛的細胞中線粒體數目較多9線粒體的形態、數量和分布

線粒體的分布能量需求大的區域分布較多線粒體的形態、數量和分布線粒體的分布能量需求大的區域分布較10線粒體結構（Mitochondrialstructure）線粒體結構11線粒體結構（Mitochondrialstructure）外膜(outermembrane)內膜(innermembrane)膜間腔(intermembranespace)嵴(crista)基質腔(matrixspace)線粒體結構（Mitochondrialstructure）12Outermembrane脂類與蛋白質比例：1:1富含轉運蛋白（孔蛋白）,通透性較高光滑平整Outermembrane脂類與蛋白質比例：1:1富含轉13Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度特化，通透性小,分子量大于150的物質不能自由通過折疊成嵴(crista),提高ATP生產能力Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度14第六章線粒體mi課件15Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高度特化，通透性小,分子量大于150的物質不能自由通過。折疊成嵴(crista),提高ATP生產能力。有序排列的呼吸鏈組分;內表面排列基粒Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高16Innermembrane呼吸鏈

在線粒體內膜上，一系列相互關聯地有序排列成傳遞鏈的蛋白復合物，它們能可逆地接受和釋放H+和e-,與氧化磷酸化偶聯。

由四種復合物組成：復合物Ⅰ：NADH-CoQ還原酶復合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶復合物Ⅲ：CoQH2-細胞色素C還原酶復合物Ⅳ：細胞色素C氧化酶又稱電子傳遞鏈（Electron-transportchain）Innermembrane呼吸鏈在線粒體內膜上，17InnermembraneElementaryparticle(基粒)嵴基粒InnermembraneElementarypart18InnermembraneElementaryparticle(基粒)StructureandATPsynthesis（ATP合成酶復合體、F0F1ATP酶）InnermembraneElementarypart19InnermembraneElementaryparticle

頭部

偶聯因子F1,催化ATP合成基部偶聯因子F0,連接F1與內膜，是質子通道aααβαββγbδccccε組分：α3β3γδε組分：a1b2c12ATP合成酶復合體F0F1ATP酶InnermembraneElementarypart20

兩個腔室膜間腔（Intermembranespace外腔）

轉位接觸點

位于內外膜之間的封閉間隙。在膜間腔上有內、外膜之間形成的接觸點，稱為轉位接觸點，是蛋白質出入線粒體的通道。兩個腔室膜間腔（Intermembranespace21

兩個腔室基質腔（Matrixspace

內腔、嵴間腔）基質

（Matrix

）催化三羧酸循環、脂肪酸氧化、核酸與蛋白質合成的各種酶系mtDNA,RNA,ribosomes（核糖體）進行三羧酸循環的重要場所兩個腔室基質腔（Matrixspace內腔、嵴間腔）22線粒體的功能能源物質淀粉蛋白質脂肪葡萄糖氨基酸脂肪酸甘油丙酮酸線粒體的功能能源物質淀粉葡萄糖丙酮酸23

細胞氧化(cellularoxidation)：線粒體內,在O2的參與下，分解各種供能物質釋放能量的過程，由于細胞氧化過程中，要消耗O2釋放CO2和H2O，所以又稱細胞呼吸(cellularrespiration)、生物氧化(biologicaloxidation)線粒體的功能細胞氧化(cellularoxidation)：線24細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：在細胞質基質進行2.三羧酸循環(TAC)：在線粒體基質進行3.電子傳遞和氧化磷酸化：在線粒體內膜進行細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：2.三羧酸循環25高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP。糖酵解細胞質基質葡萄糖丙酮酸2ATP(底物水平磷酸化)TCA乙酰CoATCATCA34ATP+CO2+H2O伴隨線粒體內膜電子傳遞鏈的氧化過程所進行的能量轉換和ATP的生成。電子傳遞偶聯氧化磷酸化線粒體2ATP(底物水平磷酸化)H高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉移到ADP上，使A26Cellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解：細胞質中進行三羧酸循環(TAC)：線粒體基質中進行反應過程不需要氧——無氧酵解2分子丙酮酸生成乙酰CoA,產生2對H

每次循環生成2CO2，產生4對H產生2分子丙酮酸,2對H

底物水平磷酸化產生2ATP

底物水平磷酸化產生2ATPCellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解271分子葡萄糖經氧化:產生12對H，10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FAD（黃酶）黃素腺嘌呤二核苷酸經電子傳遞鏈，進行氧化磷酸化作用。1分子葡萄糖經氧化:NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FA28氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransportchain）氧化磷酸化呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransp29氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基粒10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體進入電子傳遞鏈，1分子NADH+H+可形成3分子ATP；1分子FADH2形成2分子ATP。

氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基30氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

氧化磷酸化偶聯機制氧化磷酸化氧化磷酸化偶聯機制31化學滲透假說化學滲透假說3234ATP38ATP34ATP38ATP33線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環狀，裸露，不與組蛋白結合，分散在基質中具有蛋白質合成系統——包括mtmRNA、mttRNA、mtrRNA、核糖體㈡非自主性⒈mtDNA信息量小，僅編碼5~10%的蛋白質，其余的蛋白質由核基因編碼。⒉線粒體遺傳系統受控于核遺傳系統，（一）自主性線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環狀，裸露，不34mtDNA的電鏡照片mtDNA的電鏡照片35線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatrix線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatri36核編碼蛋白質向線粒體轉運核編碼蛋白質向線粒體基質轉運游離Ri合成前體蛋白導肽（基質導入序列）線粒體蛋白質除少數由mtDNA編碼外，大多數蛋白質都是由核基因組編碼并由胞質核糖體合成轉運入線粒體的。這些轉運入線粒體的蛋白質稱為前體蛋白。前體蛋白的N-端都有一段20～80個氨基酸組成的序列，富含堿性氨基酸，內含定向運往線粒體的信息，稱為導肽。分子伴侶（熱休克蛋白70或Hsp90）核編碼蛋白質向線粒體轉運核編碼蛋白質向線粒體基質轉運游離Ri37核編碼蛋白質向線粒體轉運㈠前體蛋白進入線粒體前的去折疊

這一過程主要是在“分子伴侶”蛋白的協助下完成。熱休克蛋白（HSP）是一類重要的“分子伴侶”蛋白核編碼蛋白質向線粒體轉運㈠前體蛋白進入線粒體前的去折疊38核編碼蛋白質向線粒體轉運㈡多肽鏈穿膜的過程這一過程是在導肽的引導下，先與線粒體膜上受體分子相識別并結合。再通過膜上蛋白通道進入線粒體“分子伴侶”此時的作用是防止蛋白重新折疊。核編碼蛋白質向線粒體轉運㈡多肽鏈穿膜的過程39核編碼蛋白質向線粒體轉運㈢蛋白進入線粒體后的重新折疊蛋白進入線粒體后首先將導肽切除，然后重新折疊，恢復其原有的自然狀態即可發揮功能。核編碼蛋白質向線粒體轉運㈢蛋白進入線粒體后的重新折疊40線粒體增殖線粒體的發生線粒體增殖線粒體的發生41線粒體的起源（theoriginofmitochondria）內共生學說線粒體的起源內共生學說42一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標志二.mtDNA突變導致疾病母系遺傳線粒體與醫學一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標43

線粒體與醫學

Leber遺傳性視神經病(LHON)

LHON是青少年早期發病的由眼神經炎引起的視神經萎縮,表現為急性的視力減退,眼底早期有視乳頭輕度充血,邊緣不清,此后遺留視乳頭顳側蒼白.線粒體與醫學Leber遺傳性視神經病(LHON)44一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標志二.mtDNA突變導致疾病母系遺傳線粒體與醫學三.mtDNA-nDNA突變交互作用引起的疾病一.疾病過程中的線粒體變化敏感、多變，常作為組織病變的標45Summary線粒體的形態結構線粒體的功能：ATP合成線粒體：半自主的細胞器核編碼蛋白質向線粒體的轉運Summary線粒體的形態結構線粒體的功能：ATP合成線粒46Review描述線粒體的結構.描述線粒體結構與ATP合成的聯系.為什么你認為線粒體是半自主性的細胞器?Review描述線粒體的結構.描述線粒體結構與ATP合成的聯47Mitochondria

線粒體Mitochondria線粒體48Mitochondria“Powerplants”ofthecellMitochondria“Powerplants”of49MitochondrionplaysanimportantroleinapoptosisMitochondrionplays50MitochondrialDNAmutationscontributetoagingMitochondrialDNAcontributeto51教學內容一、線粒體的形態結構二、線粒體的功能（ATP合成）三、線粒體是半自主性細胞器五、線粒體的發生六、線粒體與醫學四、核編碼蛋白質向線粒體的轉運教學內容一、線粒體的形態結構二、線粒體的功能（ATP合成）三52線粒體的形態、數量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態線粒體的形態、數量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑53線粒體的形態、數量和分布

線粒體的形態線粒體的形態、數量和分布線粒體的形態54線粒體的形態、數量和分布

線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑0.5~1.0μm、長1~4

μm

線粒體的形態線粒體的形態、數量和分布線狀、粒狀、桿狀等光鏡下可見，直徑55線粒體的形態、數量和分布

生理活動旺盛的細胞中線粒體數目較多哺乳動物成熟的紅細胞中沒有線粒體線粒體的數目一般動物細胞中有數百個，如大鼠肝細胞內有500—1400個線粒體；線粒體的形態、數量和分布生理活動旺盛的細胞中線粒體數目較多56線粒體的形態、數量和分布

線粒體的分布能量需求大的區域分布較多線粒體的形態、數量和分布線粒體的分布能量需求大的區域分布較57線粒體結構（Mitochondrialstructure）線粒體結構58線粒體結構（Mitochondrialstructure）外膜(outermembrane)內膜(innermembrane)膜間腔(intermembranespace)嵴(crista)基質腔(matrixspace)線粒體結構（Mitochondrialstructure）59Outermembrane脂類與蛋白質比例：1:1富含轉運蛋白（孔蛋白）,通透性較高光滑平整Outermembrane脂類與蛋白質比例：1:1富含轉60Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度特化，通透性小,分子量大于150的物質不能自由通過折疊成嵴(crista),提高ATP生產能力Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1高度61第六章線粒體mi課件62Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高度特化，通透性小,分子量大于150的物質不能自由通過。折疊成嵴(crista),提高ATP生產能力。有序排列的呼吸鏈組分;內表面排列基粒Innermembrane蛋白與脂類的比例大于3:1。高63Innermembrane呼吸鏈

在線粒體內膜上，一系列相互關聯地有序排列成傳遞鏈的蛋白復合物，它們能可逆地接受和釋放H+和e-,與氧化磷酸化偶聯。

由四種復合物組成：復合物Ⅰ：NADH-CoQ還原酶復合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶復合物Ⅲ：CoQH2-細胞色素C還原酶復合物Ⅳ：細胞色素C氧化酶又稱電子傳遞鏈（Electron-transportchain）Innermembrane呼吸鏈在線粒體內膜上，64InnermembraneElementaryparticle(基粒)嵴基粒InnermembraneElementarypart65InnermembraneElementaryparticle(基粒)StructureandATPsynthesis（ATP合成酶復合體、F0F1ATP酶）InnermembraneElementarypart66InnermembraneElementaryparticle

頭部

偶聯因子F1,催化ATP合成基部偶聯因子F0,連接F1與內膜，是質子通道aααβαββγbδccccε組分：α3β3γδε組分：a1b2c12ATP合成酶復合體F0F1ATP酶InnermembraneElementarypart67

兩個腔室膜間腔（Intermembranespace外腔）

轉位接觸點

位于內外膜之間的封閉間隙。在膜間腔上有內、外膜之間形成的接觸點，稱為轉位接觸點，是蛋白質出入線粒體的通道。兩個腔室膜間腔（Intermembranespace68

兩個腔室基質腔（Matrixspace

內腔、嵴間腔）基質

（Matrix

）催化三羧酸循環、脂肪酸氧化、核酸與蛋白質合成的各種酶系mtDNA,RNA,ribosomes（核糖體）進行三羧酸循環的重要場所兩個腔室基質腔（Matrixspace內腔、嵴間腔）69線粒體的功能能源物質淀粉蛋白質脂肪葡萄糖氨基酸脂肪酸甘油丙酮酸線粒體的功能能源物質淀粉葡萄糖丙酮酸70

細胞氧化(cellularoxidation)：線粒體內,在O2的參與下，分解各種供能物質釋放能量的過程，由于細胞氧化過程中，要消耗O2釋放CO2和H2O，所以又稱細胞呼吸(cellularrespiration)、生物氧化(biologicaloxidation)線粒體的功能細胞氧化(cellularoxidation)：線71細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：在細胞質基質進行2.三羧酸循環(TAC)：在線粒體基質進行3.電子傳遞和氧化磷酸化：在線粒體內膜進行細胞呼吸的基本過程（以葡萄糖為例）1.糖酵解：2.三羧酸循環72高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP。糖酵解細胞質基質葡萄糖丙酮酸2ATP(底物水平磷酸化)TCA乙酰CoATCATCA34ATP+CO2+H2O伴隨線粒體內膜電子傳遞鏈的氧化過程所進行的能量轉換和ATP的生成。電子傳遞偶聯氧化磷酸化線粒體2ATP(底物水平磷酸化)H高能底物水解放能，直接將高能磷酸鍵從底物轉移到ADP上，使A73Cellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解：細胞質中進行三羧酸循環(TAC)：線粒體基質中進行反應過程不需要氧——無氧酵解2分子丙酮酸生成乙酰CoA,產生2對H

每次循環生成2CO2，產生4對H產生2分子丙酮酸,2對H

底物水平磷酸化產生2ATP

底物水平磷酸化產生2ATPCellularrespiration(細胞呼吸)糖酵解741分子葡萄糖經氧化:產生12對H，10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FAD（黃酶）黃素腺嘌呤二核苷酸經電子傳遞鏈，進行氧化磷酸化作用。1分子葡萄糖經氧化:NAD（輔酶I）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸FA75氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransportchain）氧化磷酸化呼吸鏈（電子傳遞鏈Electrontransp76氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基粒10對以NAD+為載氫體、2對以FAD為載氫體進入電子傳遞鏈，1分子NADH+H+可形成3分子ATP；1分子FADH2形成2分子ATP。

氧化（放能、電子傳遞）（呼吸鏈）磷酸化（貯能、ATP合成）基77氧化磷酸化(OxidativePhosphorylation)

氧化磷酸化偶聯機制氧化磷酸化氧化磷酸化偶聯機制78化學滲透假說化學滲透假說7934ATP38ATP34ATP38ATP80線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環狀，裸露，不與組蛋白結合，分散在基質中具有蛋白質合成系統——包括mtmRNA、mttRNA、mtrRNA、核糖體㈡非自主性⒈mtDNA信息量小，僅編碼5~10%的蛋白質，其余的蛋白質由核基因編碼。⒉線粒體遺傳系統受控于核遺傳系統，（一）自主性線粒體：半自主性細胞器具有mtDNA——雙鏈，環狀，裸露，不81mtDNA的電鏡照片mtDNA的電鏡照片82線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatrix線粒體：半自主性細胞器nucleuscytosolmatri83核編碼蛋白質向線粒體轉運核編碼蛋白質向線粒體基質轉運游離Ri合成前體蛋白導肽（基質導入序列）線粒體蛋白質除少數由mtDNA編碼外，大多數蛋白質都是由核基因組編碼并由胞質核糖體合成轉運入線粒體的。這些轉運入線粒體的蛋白質稱為前體蛋白。前體蛋白的N-端都