第六章线粒体与细胞的能量转换.pptVIP

线粒体与细胞的能量转换 第一节 线粒体的基本特征 一、线粒体的形态、数量和结构 （一）线粒体的形态、数量与细胞的类型和生理状态有关 形态：线状、粒状或杆状 人胚胎肝细胞发育早期，线粒体短棒状；发育晚期，线粒体长棒状。 大小：截面直径0.2～1.0?，长1～4? 大鼠肝细胞线粒体长5? 胰腺分泌细胞线粒体长10~20? 人类成纤维细胞线粒体长达40? 数量：与细胞的生理功能和状态有关 1个～50万个。最多时占细胞总体积的25%。 哺乳动物心肌、骨骼肌、小肠细胞线粒体极丰富。 分布：需能较多的区域，可沿微管向功能旺盛的区域迁移 （二）线粒体的超微结构 线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭囊泡状结构。 1. 外膜( outer membrane ) 包围在线粒体表面的一层单位膜，厚6nm，光滑平整。仅含少量酶蛋白，蛋白质/脂类为1:1。 整合膜蛋白包括多种转运蛋白——孔蛋白 分子量5×103以下的物质可自由通过。 （二）线粒体的超微结构 1. 外膜( outer membrane ) 包围在线粒体表面的一层单位膜，厚6nm，光滑平整。仅含少量酶蛋白，蛋白质/脂类为1:1。 整合膜蛋白包括多种转运蛋白——孔蛋白 由β片层形成的筒状结构，包绕成一直径2～3nm的内部通道。 分子量5×103以下的物质可自由通过。 （二）线粒体的超微结构 2. 内膜( inner membrane ) 内膜厚约4.5nm，深度折叠形成嵴( cristae )。 富含酶蛋白和辅酶，蛋白质/脂类大于3:1。内膜有电子传递链和基粒。 通透性低，分子量 ＞150的物质不能通过。 水分子和游离酸型丙酮酸可通过 膜上有转运蛋白，包含多种转运系统。 （二）线粒体的超微结构 3. 膜间腔( inter membrane space ) 线粒体内外膜之间封闭的腔隙，宽约6～8nm。 嵴内腔( intracristae space )是膜间腔的延伸。 含可溶性酶、底物和辅助因子 转位接触点( translocation contact site ) 图 128页 内、外膜在某些地方相互接触，使膜间腔变狭窄处。 由通道蛋白和特异性受体构成。 （二）线粒体的超微结构 4. 基质腔( matrix space ) 内膜包围的嵴外空间 嵴间腔 内膜折叠形成的两层嵴之间的间隙 基质( matrix ) 富含可溶性蛋白 如催化TCA cycle、脂肪酸β-氧化、氨基酸分解、蛋白质合成等多种酶。 可溶性代谢中间产物 线粒体 DNA, RNA, 核糖体 二、线粒体的化学组成 蛋白质 占线粒体干重65%～70%,主要分布在内膜和基质。 可溶性蛋白 基质中的酶、膜外周蛋白 不溶性蛋白 膜结构蛋白、膜镶嵌酶蛋白 线粒体含有120余种酶（酶系） 氧化还原酶37%、合成酶10%、水解酶约9% 外膜标志酶：单胺氧化酶 内膜标志酶：Cyt b,c,c1,a,a3 膜间腔标志酶：腺苷酸激酶 基质标志酶：苹果酸脱氢酶 二、线粒体的化学组成 脂类 占干重的25%～30%（75%以上是磷脂） 主要为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、心磷脂 其余为磷脂酰肌醇、胆固醇 外膜含少量胆固醇 内膜富含心磷脂（20%），缺乏胆固醇。 三、线粒体的遗传体系 线粒体由两套遗传系统控制，是具有半自主性的细胞器。 核基因组 线粒体基因组 （一）线粒体 DNA 结构 Human mt DNA 含16 569 bp，双链环状DNA分子。 裸露，不与组蛋白结合，在基质中或附着在内膜上。 每个线粒体含有1～数个 mt DNA. 平均 5～10 个。 人类线粒体基因组编码图 图 129页 人类线粒体基因组共编码37个基因 130页 三、线粒体的遗传体系 （二）重链和轻链各有一个启动子启动线粒体基因的转录（略） （三）线粒体DNA的两条链由各自的复制起始点（略） 四、核编码蛋白的线粒体转运 线粒体的4个蛋白质输送亚区域 1. 线粒体外膜(outer mitochondrial membrane, OMM) 2. 线粒体内膜(inner mitochondrial membrane, IMM) 3. 膜间腔 4. 基质 （一）核编码蛋白向线粒体基质的转运 1. 核编码蛋白进入线粒体需要分子伴侣蛋白的协助 前体蛋白 由核基因编码的将要输入到线粒体的蛋白。 前体蛋白 N-端具有基质导入序列( matrix-targeting sequence, MTS )，由20～80个氨基酸残基组成，富含 Arg, Lys, Ser & Thr, 少见 Asp & Glu. MTS 包含了所有介导前体蛋白输入线粒体基质的信号。 完成转运后，MTS 被信号肽酶(signal peptidase)切除。 （一）核编码蛋白向线粒体基质的转运 2.