第七章线粒体ppt课件.ppt

7.1 线粒体形状线粒体形状7.2 线粒体构造与化学组成线粒体构造与化学组成7.3 导向信号与线粒体蛋白定位导向信号与线粒体蛋白定位7.4 线粒体功能线粒体功能—氧化磷酸化氧化磷酸化7.5 线粒体遗传、增殖和来源线粒体遗传、增殖和来源7.6 过氧化物酶体过氧化物酶体第七章第七章 线粒体线粒体(Mitochondrion)和和 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)7.1 7.1 线粒体的形状线粒体的形状7.1 7.1 线粒体的形状线粒体的形状Organization and Function of Mitochondria7.2 7.2 线粒体构造与化学组成线粒体构造与化学组成外膜外膜(outer membrane)内膜内膜(inner membrane)膜间隙膜间隙(intermembrane space)线粒体基质线粒体基质(matrix)1线粒体构造线粒体构造 ◆ ◆标志酶标志酶: :单胺氧化酶单胺氧化酶 ◆ ◆外膜含有较大的通道蛋白外膜含有较大的通道蛋白: :孔蛋白孔蛋白 最大允许最大允许5000D5000D的分子自在经过的分子自在经过 外膜(outer membrane) P266细细菌菌外外膜膜中中的的孔孔蛋蛋白白◆◆线粒体进展电子传送和氧化磷酸化的部位，线粒体进展电子传送和氧化磷酸化的部位， 通透性差；通透性差； ◆◆含有大量的心磷脂含有大量的心磷脂(cardiolipin)，心磷脂，心磷脂与与 离子的不可浸透性有关；离子的不可浸透性有关；◆◆3类酶：运输酶类、合成酶类、电子传送和类酶：运输酶类、合成酶类、电子传送和 ATP合成的酶类；合成的酶类；◆◆内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。

内膜的标志酶是细胞色素氧化酶 内膜内膜(inner membrane)2线粒体膜的运输系统线粒体膜的运输系统线粒体的钙调理作用线粒体的钙调理作用 ◆ ◆标志酶标志酶: :腺苷酸激酶腺苷酸激酶 ◆ ◆功能功能: :建立电化学梯度建立电化学梯度膜间间隙膜间间隙(intermembrane space)◆◆标志酶标志酶:苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶线粒体基质线粒体基质(matrix)◆◆功能功能:●TCA循环循环●脂肪酸氧化脂肪酸氧化●氨基酸降解氨基酸降解●合成部分线粒体蛋白合成部分线粒体蛋白◆线粒体各部分的蛋白质来自何方?◆定位机理如何?7.3 7.3 前导肽与线粒体蛋白定位前导肽与线粒体蛋白定位线粒体中的蛋白质来源线粒体中的蛋白质来源核基因编码，在细胞质核基因编码，在细胞质中合成中合成 p269线粒体基因编码，粒体线粒体基因编码，粒体基质中合成基质中合成 p29599年诺贝尔医学奖得主年诺贝尔医学奖得主——布洛贝尔布洛贝尔7.3.1 前导肽前导肽(leading peptide)●游离核糖体游离核糖体(free ribosome)●膜结合核糖体膜结合核糖体 (membrane-bound ribosome) 附着核糖体附着核糖体◆细胞质中的核糖体在合成蛋白质时有两种 能够的存在形状∶7◆◆蛋白质的两种运输方式蛋白质的两种运输方式●●翻译后转运翻译后转运(post-translational (post-translational translocation)translocation)●●共翻译转运共翻译转运(co-translational (co-translational translocation)translocation)8细胞质核糖体的蛋白质合成与去向细胞质核糖体的蛋白质合成与去向游离核糖体合成蛋白质的去向游离核糖体合成蛋白质的去向前导肽与信号肽前导肽与信号肽◆◆前导肽前导肽(leading peptide) 导导向向序序列列(targeting sequence)、、导导向向信信 号号 (targeting signal)、、 转转 运运 肽肽(transit peptide)◆◆信号肽信号肽(signal peptide) 信号序列〔信号序列〔signal sequence〕〕◆◆前导肽的构造特点前导肽的构造特点●●长长约约20-8020-80个个氨氨基基酸酸，，通通常常带带正正电电荷荷的的碱碱性性氨氨基基酸酸( (特特别别是是精精氨氨酸酸和和赖赖氨酸氨酸) )含量较为丰富含量较为丰富; ; ●●序序列列中中不不含含有有或或根根本本不不含含有有带带负负电电荷荷的的酸酸性性氨氨基基酸酸，，并并且且有有构构成成两两性性( (既亲水又疏水既亲水又疏水)α)α螺旋的倾向。

螺旋的倾向6●具有细胞构造的特异性具有细胞构造的特异性●前导肽的不同片段含有不同的信息前导肽的不同片段含有不同的信息前导肽的特异性前导肽的特异性双导向序列双导向序列前导肽转运蛋白时的特点前导肽转运蛋白时的特点●需求受体需求受体●从接触点进入从接触点进入●需求解折叠需求解折叠●需求耗费能量需求耗费能量●需求转运肽酶需求转运肽酶●需求分子伴侣需求分子伴侣◆◆如何证明前导肽引导蛋白质如何证明前导肽引导蛋白质 进入线粒体进入线粒体? ?◆◆实验设计实验设计●●无细胞体系中合成酵母线粒体蛋白无细胞体系中合成酵母线粒体蛋白●●一组直接参与胰蛋白酶处置一组直接参与胰蛋白酶处置●●另一组参与线粒体后，再用胰蛋白酶处置另一组参与线粒体后，再用胰蛋白酶处置线粒体蛋白定位的实验线粒体蛋白定位的实验7.3.2 7.3.2 线粒体蛋白定位线粒体蛋白定位◆◆线粒体基质蛋白定位线粒体基质蛋白定位◆◆线粒体膜间隙蛋白的定位线粒体膜间隙蛋白的定位◆◆线粒体内膜蛋白的定位线粒体内膜蛋白的定位◆◆线粒体外膜蛋白的定位线粒体外膜蛋白的定位 线粒体基质蛋白的转运线粒体基质蛋白的转运需求两个前导肽需求两个前导肽:◆◆基质导向序列基质导向序列◆◆膜间间隙导向序列膜间间隙导向序列可分为两种方式可分为两种方式:◆◆保守性寻靶保守性寻靶(conservative targeting)◆◆非保守性寻靶非保守性寻靶(non-conservative targeting)线粒体膜间隙蛋白的定位线粒体膜间隙蛋白的定位线粒体膜间隙蛋白的转运线粒体膜间隙蛋白的转运————保守性寻靶保守性寻靶线粒体膜间隙蛋白的转运线粒体膜间隙蛋白的转运——非保守性寻靶非保守性寻靶线粒体膜间间隙蛋白寻靶新说线粒体膜间间隙蛋白寻靶新说外膜蛋白与内膜蛋白的定位外膜蛋白与内膜蛋白的定位 只只需需求求一一个个引引导导肽肽引引导导外外膜膜与与内内膜膜蛋蛋白白穿穿膜膜。

由由于于引引导导肽肽后后有有一一段段疏疏水水的的停停顿顿转转移移序序列列，，所所以以会会停停顿跨膜 假假设设停停顿顿转转移移序序列列与与外外膜膜转转运运酶酶结结合合，，那那么么为为外外膜膜蛋蛋白白；；与与内内膜膜转运酶结合，那么为内膜蛋白转运酶结合，那么为内膜蛋白线粒体内膜蛋白定位的三种途径线粒体内膜蛋白定位的三种途径?7.4 7.4 线粒体的功能线粒体的功能: :氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用7.4.1 真核细胞中的氧化作用真核细胞中的氧化作用7.4.2 呼吸链与电子传送呼吸链与电子传送 7.4.3 电子传送与氧化磷酸化 6糖的有氧氧化糖的有氧氧化(细胞氧化或生物氧化细胞氧化或生物氧化):◆◆糖氧化成丙酮酸糖氧化成丙酮酸◆◆丙酮酸脱羧生成乙酰丙酮酸脱羧生成乙酰CoA◆◆乙酰乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化进入三羧酸循环彻底氧化 7.4.1 真核细胞中的氧化作用葡萄糖酵解生成丙酮酸葡萄糖酵解生成丙酮酸 细细胞胞质质中中的的葡葡萄萄糖糖( (或或糖糖原原) )在一在一系系列列酶酶的的催催化化下下生生成成丙丙酮酮酸酸的过程成的过程成为糖酵解为糖酵解(glycolysis)(glycolysis)。

糖的酵解与氧化糖的酵解与氧化线粒体基质中乙酰辅酶线粒体基质中乙酰辅酶A A的生成的生成◆◆丙酮酸跨膜进入线粒体基质；丙酮酸跨膜进入线粒体基质；◆◆在在 丙丙 酮酮 酸酸 脱脱 氢氢 酶酶 (pyruvate (pyruvate dehydrogenase)dehydrogenase) 作用下氧化成乙酰辅酶作用下氧化成乙酰辅酶A A乙酰辅酶乙酰辅酶A A的生成的生成●●生物需求能量时首先利用多糖生物需求能量时首先利用多糖; ;●●必要时也会利用脂肪必要时也会利用脂肪: :▲▲脂肪被水解生成脂肪酸脂肪被水解生成脂肪酸; ;▲▲脂脂肪肪酸酸可可以以进进入入线线粒粒体体基基质质，，经经过过ββ氧氧化化途途径径(β-oxidation (β-oxidation pathway)pathway)循循环环氧化生成乙酰辅酶氧化生成乙酰辅酶A Aβ氧氧化化三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic (tricarboxylic acid acid cycle, TCA)cycle, TCA)又又叫叫KrebsKrebs循循环环、、柠柠檬檬酸循环三三羧羧酸酸循循环环7.4.2 7.4.2 呼吸链与电子传送呼吸链与电子传送线粒体能量转换战略线粒体能量转换战略 ◆◆三三羧羧酸酸循循环环中中的的能能量量转转换换- -高高能能电电子子中中蕴蕴藏藏着着宏大能量宏大能量 NAD+ → NADH NAD+ → NADH 自在能添加自在能添加 FAD+ → FADH2 FAD+ → FADH2 自在能添加自在能添加◆NADH◆NADH和和FADH2FADH2必需被氧化才干维持三羧酸循环必需被氧化才干维持三羧酸循环 NADH + 1/2 O2 → NAD+ + H2O + NADH + 1/2 O2 → NAD+ + H2O + 能量能量 FADH2 + 1/2 O2 → FAD+ + H2O + FADH2 + 1/2 O2 → FAD+ + H2O + 能量能量◆NADH◆NADH和和FADH2FADH2被被氧氧化化时时释释放放的的H+H+、、电电子子和和能能量量如何安顿如何安顿? ?几几种种辅辅酶酶的的构构造造呼吸链呼吸链(respiratory chain)(respiratory chain)◆◆又称电子传送链又称电子传送链◆◆功功能能是是参参与与对对复复原原型型辅辅酶酶的的氧化氧化●H+●H+的传送的传送●●电子传送电子传送The Electron Transport Chain●Complex I NADH-dehydrogenase or NADH-ubiquinone(UQ) oxidoreductase ●Complex Ⅱ succinate-dehydrogenase or succinate-ubiquinone (UQ) oxidoreductase ●Coenzyme Q ●Complex Ⅲ cytochrome bc1 or ubiquinol(UQH2)-cytochrome c oxidoreductase●Cytochrome c ●Complex Ⅳ cytochrome c oxidase呼吸链的组成呼吸链的组成p286递电子体与递氢体递电子体与递氢体◆◆递递电电子子体体：：复复合合物物ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ、、ⅣⅣ、、辅酶辅酶Q Q和细胞色素和细胞色素c c◆◆递递氢氢体体：：复复合合物物ⅠⅠ〔〔质质子子泵泵〕〕、、Ⅲ Ⅲ 〔〔质子泵〕质子泵〕 、、ⅣⅣ〔质子泵〕和辅酶〔质子泵〕和辅酶Q Q细胞色素氧化酶的质子泵作用实验细胞色素氧化酶的质子泵作用实验Types of Electron Carriers◆◆黄素蛋白黄素蛋白(Flavoproteins)◆◆细胞色素细胞色素(Cytochromes) ◆◆铜原子铜原子(Copper atoms) ◆◆泛醌泛醌(Ubiquinone)◆◆铁硫蛋白铁硫蛋白(Iron-sulfur proteins) p286泛泛醌醌的的氧氧化化与与复复原原Q Q 循循 环环线粒体基质线粒体基质细胞质基质细胞质基质主次电子传送链主次电子传送链◆◆主呼吸链主呼吸链∶∶ 复复合合物物ⅠⅠ、、ⅢⅢ和和ⅣⅣ构构成成主主呼呼吸吸链链，，从从NADHNADH来来的的电电子子依依次次经经过过这这三三个个复复合合物物, , 进进展传送。

展传送◆◆次呼吸链次呼吸链∶∶ 复复合合物物ⅡⅡ、、ⅢⅢ、、ⅣⅣ构构成成次次呼呼吸吸链链，，来来自自FADH2FADH2的电子不经过的电子不经过ⅠⅠ 7.4.3 电子传送与氧化磷酸化 ◆Oxidative phosphorylation◆Oxidative phosphorylation 活活细细胞胞中中伴伴随随着着呼呼吸吸链链的的氧氧化化作作用用所所发发生生的的能能量量转转换换和和ATPATP的的构构成成过程线粒体内膜电化学梯度的建立线粒体内膜电化学梯度的建立◆◆电电 化化 学学 梯梯 度度 〔〔 Electrochemical Electrochemical gradient gradient 〕〕●●质子梯度质子梯度●●内膜两侧电位差内膜两侧电位差◆proton-motive force(◆proton-motive force(质子动势质子动势) )质子动势的建立质子动势的建立FO-F1颗粒的构造和功能颗粒的构造和功能◆◆酶活性酶活性:两种酶活性两种酶活性●ATP水解酶水解酶(hydrolase) ●ATP合成酶合成酶(synthetase) 故故FO-F1颗粒又称为颗粒又称为ATP合酶合酶(ATP synthase)。

F1-FO 复合物是复合物是ATP合成部位合成部位Structure of ATP synthase  ◆◆构造构造●Head section:即即 F1，， 由由 5种种 多多 肽肽 组组 成成 九九 聚聚 体体(α3β3γδε)，，3个个β亚亚基基各各有有1个个催催化化ATP合合成成的位点●Stalk section:由由F1的的γ亚亚基基和和ε亚亚基基构构成成，，γ亚亚基基穿穿过头部作为头部旋转的轴过头部作为头部旋转的轴●Membrane section:即即FO，，由由3种种不不同同的的亚亚基基组组成成的的十五聚体十五聚体(1a∶ ∶2b∶ ∶12c) c亚基亚基: b亚基亚基: a亚基亚基:The Mechanism of Oxidative Phosphorylation 英国生物化学家英国生物化学家P.Mitchell 1961年年提出了化学浸透假说提出了化学浸透假说(chemiosomotic coupling hypothesis)，解释氧化磷酸化的偶联，解释氧化磷酸化的偶联机理9化学浸透学说化学浸透学说292 结合改动模型〔结合改动模型〔binding-change model〕〕ATPATP合酶合成合酶合成ATPATP的机制的机制◆◆一层单位膜包裹的囊泡一层单位膜包裹的囊泡◆◆与植物中的乙醛酸循环体与植物中的乙醛酸循环体(glyoxysome)(glyoxysome) 统称为微体统称为微体(microbody)(microbody)◆◆直径直径0.10.1－－1.0μm1.0μm◆◆含有大量的氧化酶和过氧化氢酶含有大量的氧化酶和过氧化氢酶◆◆标志酶：过氧化氢酶标志酶：过氧化氢酶7.6 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)10电电镜镜下下的的过过氧氧化化物物酶酶体体Crystalline core (always urate(尿酸盐) oxidase)7.6.1 7.6.1 过氧化物酶体的酶类过氧化物酶体的酶类◆◆氧化酶氧化酶(oxidases) (oxidases) ●●约占过氧化物酶体酶总量的一半约占过氧化物酶体酶总量的一半●●各种氧化酶作用于不同的底物各种氧化酶作用于不同的底物●●将氧复原成过氧化氢。

将氧复原成过氧化氢 RH2 + O2 → R + H2O2 RH2 + O2 → R + H2O2◆◆过氧化氢酶过氧化氢酶(catalase)(catalase)●●是过氧化物酶体的标志酶是过氧化物酶体的标志酶●●约占过氧化物酶体酶总量的约占过氧化物酶体酶总量的40%40%●●作用是将过氧化氢复原成水作用是将过氧化氢复原成水 2H2O2 → O2 + 2H2O 2H2O2 → O2 + 2H2O7.6.2 7.6.2 根本功能根本功能◆◆合成和降解合成和降解H202H202◆◆使毒性物质失活使毒性物质失活( (解酒解酒) )◆◆对氧浓度的调理作用对氧浓度的调理作用◆◆脂肪酸的氧化脂肪酸的氧化(20%-50%)(20%-50%)◆◆含氮物质的代谢含氮物质的代谢氧浓度对过氧化物酶体和线粒体呼吸作用的影响氧浓度对过氧化物酶体和线粒体呼吸作用的影响7.6.3 7.6.3 过氧化物酶体生物发生过氧化物酶体生物发生◆◆经过二裂法进展增殖经过二裂法进展增殖;◆◆一切的酶和蛋白都是在细胞质的游离核糖体一切的酶和蛋白都是在细胞质的游离核糖体 上合成，经过导肽运送而来；上合成，经过导肽运送而来；◆◆脂类由内质网合成并经过磷脂交换蛋白保送；脂类由内质网合成并经过磷脂交换蛋白保送； ◆◆酶蛋白的羧基端有一个三肽序列酶蛋白的羧基端有一个三肽序列∶ ∶Ser-Lys-Leu (SKL)，起引导作用。

起引导作用过过氧氧化化物物酶酶体体的的增增殖殖过过氧氧化化物物酶酶体体生生物物发发生生。