第四细胞的能量转换－线粒和叶绿体.ppt

第四章 细胞的能量转换── 线粒体和叶绿体 第一节、线粒体与氧化磷酸化 第二节、叶绿体与光合作用 第三节、线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 第四节、线粒体和叶绿体的增殖与起源 第一节、线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的形态结构 二、线粒体的功能 三、线粒体与疾病 一、线粒体的形态结构 线粒体的形态与分布 线粒体的结构与化学组成 ◆外膜：含有孔蛋白(porin)，通透性较高。 ◆内膜：高度不通透性（富含心磷脂，缺乏胆固醇）；向内折叠形成嵴（cristae）；含有与能量转换相关的蛋白（电子传递链、ATP合成酶和内膜转运蛋白） ◆膜间隙：含可溶性的酶、 底物及辅助因子。 ◆基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。 ◆线粒体的化学组成 二、线粒体的功能 线粒体主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成，调节细胞氧化还原电位和信号转导、调控细胞凋亡、基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡。 线粒体中的氧化代谢 电子传递链与电子传递 ATP形成机制－氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 电子转运复合物 复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化1对电子从NADH?辅酶Q； 泵出4 H+ 复合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ还原酶（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心， 作用：催化1对低能电子?FAD?Fe-S?辅酶Q (无H+泵出) 复合物Ⅲ：CoQ-细胞色素c还原酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1个cyt c1、1个cyt b、1个Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2?cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，2个来自基质） 复合物Ⅳ：细胞色素c氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，三维构象， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c?分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与形成水 电子传递链和电子传递 在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去的化合物称为电子载体。五种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、泛醌、 铁硫蛋白和铜原子。除泛醌外，其他氧化还原中心都是与蛋白质相连的辅基。 电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最低，H2O/O2最高) 电子转运复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链，电子传递链各组分在膜上不对称分布。 高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基质侧泵到膜间隙， 形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化) ATP形成机制—氧化磷酸化 氧化(电子传递、放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切耦联，分别由两个不同的结构体系实现， F1颗粒具有ATP酶活性 ATP合酶的分布 ATP合酶的分子结构 能量耦联与ATP合酶的作用机制—结合变构机制 工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。 第三节、线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 半自主性细胞器的概念：自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。 一、线粒体和叶绿体的DNA 二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成 三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装 一、线粒体和叶绿体的DNA 双链环状(除绿藻mtDNA，草履虫mtDNA)，mtDNA大小在动物中变化不大，但在植物中大小差异较大 mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制 mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时间在G1期。 复制仍受核的控制。 三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装 导肽的结构特征 线粒体蛋白质的运送与组装 定位于线粒体基质的蛋白质的运送 定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送 叶绿体蛋白质的运送及组装 导肽的结构特征 含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是精氨酸； 羟基氨基酸如丝氨酸含量也较高； 几乎不含带负电荷的酸性氨基酸； 可形成既具有亲水性又具有疏水性的α螺旋结构，这种结构特别有利于穿越线粒体的双层膜。 第四节、线粒体和叶绿体的增殖与起源 一、线粒体和