第六章线粒体.ppt

让我们开始上课吧!,第六章 线粒体与细胞的能量转换,线粒体的基本特征细胞呼吸与能量转换细胞的能量转换线粒体与细胞死亡线粒体与医学,(mitochondrion),第一节 线粒体的基本特征,光镜下：线状 颗粒状 杆状 数量、分布：不同细胞之间在数量上存在差异 常分布在细胞内能量需求大的区域 可沿微管、由马达蛋白提供动力向功能旺盛的区域迁移,线粒体沿着微管的迁移,线粒体的超微结构,两层单位膜（结构和功能不同）围成的封闭的囊性结构,结构、功能和化学组成不同的两层膜,光滑平整5-7nm蛋白50%多种转运蛋白形成含水的通道10000以下的小分子自由通过,向内突出折叠形成嵴4.5nm蛋白：75%通透性小于外膜大于150的物质不能通过 包括ATP合酶、转运蛋白、 电子传递链,Outer membrane inner membrane,孔蛋白（porin）,线粒体内膜,是细胞质与线粒体基质之间主要的通透屏障内表面有负责多种功能的蛋白,线粒体的内部空间,膜间腔（外腔） 充满无定形液体 含有多种可溶性酶、底物和辅助因子 基质腔（内腔） 酶:DNA聚合酶、氨基酸活化酶等 线粒体 DNA 线粒体RNA 线粒体核糖体（70s) 基粒,,,相对独立的遗传信息复制、转录和翻译系统,基粒（ ATP合酶复合体）,线粒体内膜内表面上附着，突出于内腔的颗粒是将呼吸链电子传递过程中释放的能量用于使ADP生成ATP的重要部位，它的化学本质是ATP合酶,头部：具有ATP合酶活性 能被F1抑制蛋白抑制,柄部：调控质子通过，对寡霉素敏感,基部：嵌入内膜，是质子流向头部的通道,转位接触点,电镜下观察到线粒体存在着一些内外膜相互接触的地方，此处膜间隙变狭窄分布有通道蛋白 和特异性受体,线粒体的化学组成,蛋白质： 占65%-70%、 含酶最多的细胞器（120种） 不同部位的标志酶 内膜——细胞色素氧化酶 外膜——单胺氧化酶 基质——苹果酸脱氢酶 膜间腔——腺苷酸激酶脂类 ： 占25%-30% 主要是磷脂 含丰富的心磷脂、少量的胆固醇DNA/RNA/核糖体辅酶、维生素和无机离子,,,,线粒体的遗传体系,除植物中的叶绿体外，真核细胞中唯一含有核外遗传物质的细胞器线粒体DNA(mtDNA),裸露的，不与组蛋白结合多拷贝编码线粒体的tRNA,rRNA,部分线粒体蛋白,人类线粒体基因组,16569bp 一个双链、环状DNA分子两条链上编码物不相同 37个基因的编码产物 2个rRNA分子 22种tRNA分子 13种蛋白质,,人线粒体基因组不同于核基因组的特点,1、结构紧密，基因内部不含内含子，几乎没有 非编码序列2、mtDNA不与组蛋白结合3、两条链的编码不对称4、密码子的配对是不严格的5、遗传密码与核密码有不同的编码意义,,哺乳动物mtDNA的遗传密码与通用遗传密码有以下区别,①UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码； ②多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码，起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码； ③AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统中有4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）。

mtDNA的复制、转录,复制——半保留 需要核基因编码的酶类、调控因子的参与 两个单向复制叉 两条链合成的方向相反，不同步 不受细胞周期的影响 转录——需要核基因编码的酶和转录因子的参与 重链和轻链各有一个启动子 成熟的mRNA无帽，有靴,线粒体蛋白质的来源,内源性：10% 线粒体完成电子传递和氧化磷酸化必需的 粒体内合成、 不运出线粒体外源性： 90% 核DNA编码 细胞质内合成，转运入线粒体,线粒体合成蛋白的特点,与转录同步进行 起始密码为AUA 对氯、红、链霉素敏感，放线菌酮不敏感数量少但关键需要的tRNA、mRNA和核糖体是专用的,,核编码蛋白向线粒体的转运,核编码的线粒体蛋白：都具有MTS序列 其它的信号序列转运目的地：线粒体基质 膜间腔 外膜 内膜,,基质导入序列（MTS）是输入到线粒体蛋白质都具有的一段序列 位于N-端 包含介导蛋白质向线粒体转运的信号,核编码蛋白向线粒体基质中的转运,前体蛋白在胞浆中游离核糖体上合成,前体蛋白在多种分子伴侣的作用下保持非折叠状态,前体蛋白的MTS序列与线粒体膜上的受体识别并结合,非折叠的前体蛋白通过转位接触点转运到线粒体基质中,在基质作用蛋白酶的作用下移除MTS序列,在分子伴侣的帮助下多肽链重新折叠形成活性蛋白质,,,,,,核编码蛋白向线粒体膜间腔的转运,细胞质中合成多肽链,多肽链N-端进入基质，在蛋白酶的作用下切除MTS,整个蛋白进入基质,线粒体的膜间腔,在分子伴侣帮助下，ISTS序列引导下通过内膜上的通道,ISTS序列阻止c-端进入基质,多肽链固定在内膜上，侧向扩散,在蛋白酶作用下切除ISTS,C-端脱落,,,外膜上通道,,,,,,,,,,线粒体的半自主性,线粒体中含有DNA、各种RNA、核糖体和蛋白质合成所需的酶类，它的遗传系统能表达和进行蛋白质的合成。

有一定的自主性线粒体合成的蛋白质只能满足本身结构和功能的极小一部分需求，它的遗传系统的表达在很大程度上依赖于核遗传系统线粒体的起源与发生,增殖方式：分裂 出芽分裂 收缩分裂 间壁分裂 不是绝对均等的分裂过程中mtDNA随机、不均等地分配到新的线粒体中线粒体起源于共生的早期细菌,,第二节 细胞呼吸与能量转换,细胞呼吸（生物氧化；细胞氧化）细胞内特定的细胞器（线粒体）内，在氧的参与下，分解大分子物质,产生CO2、释放能量并储存于ATP中的过程ATP,糖酵解,有氧氧化,第三节 细胞的能量转换,细胞氧化的过程 1、糖酵解——细胞质 2、三羧酸循环——线粒体基质 3、氧化磷酸化——结构基础 呼吸链 ATP合酶复合体,,化学渗透假说,Mitchell P.1961 提出70年代关于化学渗透假说取得大量实验结果的支持，成为一种较为流行的假说，Mitchell本人也因此获得1978年诺贝尔化学奖,当电子沿呼吸链传递时，所释放的能量将质子从内膜基质侧泵至膜间隙，由于线粒体内膜对离子是高度不通透的，从而使膜间隙的质子浓度高于基质，在内膜的两侧形成pH梯度及电位梯度两者共同构成电化学梯度。

 质子沿电化学梯度穿过内膜上的ATP酶复合物流回基质，使ATP合成酶的构象发生改变，将ADP和Pi合成ATP第四节 线粒体与细胞凋亡,线粒体疾病——以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因的 疾病（帕金森病）线粒体疾病的特征： 高突变率（比核DNA高10~20倍） 多质性（野生型和突变型的DNA同时存在） 母系遗传 阈值效应线粒体与癌症的发生：mtDNA易突变，内膜缺损，mtDNA片段 游离在胞质中并整合到核基因组中 线粒体与细胞凋亡,,The release of cytochrome C from the mitochondria is a particularly important event in the induction of apoptosis. Once cytochrome C has been released into the cytosol it is able to interact with a protein called Apaf-1. This leads to the recruitment of pro-caspase 9 into a multi-protein complex with cytochrome C and Apaf-1 called the apoptosome. Formation of the apoptosome leads to activation of caspase 9 and the induction of apoptosis.,See you later,。