第七章 线粒体与细胞的能量转换要点分析.ppt

* （二）电子传递过程中释放出的能量催化ADP磷酸化而合成ATP实现氧化磷酸化偶联 经糖酵解和三羧酸循环产生的NADH和FADH2 是两种还原性的电子载体，它们所携带的电子经线粒体内膜上的呼吸链逐级定向传递给O2，本身则被氧化。电子传递过程中释放出的能量被F0F1ATP酶复合体用来催化ADP磷酸化而合成ATP，这就是氧化磷酸化作用。 * * 在正常情况下，氧化水平总是和磷酸化水平密切偶联的，没有磷酸化就不能进行电子传递。根据对相邻电子载体的氧化还原电位的测定表明，呼吸链中有3个主要的能量释放部位，即NADH→FMN，Cyt b→Cyt c之间，Cyt a→O2之间。这3个部位释放的能量依次为50800 J、41000 J和99500 J，每个部位裂解所释放的能量都足以使一分子ADP磷酸化生成一个分子的ATP。 * 载氢体NADH和FADH2进入呼吸链的部位不同，所释放的自由能也有差异。1分子NADH+H+经过电子传递，释放的能量可以形成3分子ATP；而1分子FADH2所释放的能量则能够形成2分子ATP。 葡萄糖完全氧化所释放的能量主要通过两条途径形成ATP：① 底物水平磷酸化生成4分子ATP，其中在糖酵解和TAC循环中分别生成2分子ATP；② 氧化磷酸化生成34个ATP分子。 * （三）H+穿膜传递转变为横跨线粒体内膜的电化学质子梯度驱动结合在内膜上的ATP合酶催化ADP磷酸化合成ATP（化学渗透假说）： ① NADH或FADH2提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所接受； ② 电子传递链同时起H+泵的作用，在传递电子的过程中伴随着H+从线粒体基质到膜间腔的转移； ③ 线粒体内膜对H+和OH-具有不可透性，随着电子传递过程的进行，H+在膜间腔中积累,造成了内膜两侧的质子浓度差，从而保持了一定势能差； ④ 膜间腔中的H+有顺浓度返回基质的倾向，能借助势能通过ATP酶复合体F0上的质子通道渗透到线粒体基质中，所释放的自由能驱动F0F1 ATP合酶合成ATP。 * 四、电化学梯度所包含的能量转换成ATP的化学能 结合变构机制（binding-change mechanism）认为： ①质子运动所释放的能量不直接用于ADP磷酸化，主要用于改变活性位点与ATP产物的结合亲和力。 ②在任何时刻，ATP合酶上的3个β亚基以3种不同的构象存在。从而使它们对核苷酸有不同的亲和性。 ③ATP通过旋转催化而合成，在此过程中，通过F0“通道”的质子流引起c亚基环和附着与其上的γ亚基纵轴在α3β3的中央进行旋转，旋转是由F0质子通道所进行的质子跨膜运动来驱动的。 * * * 第四节 线粒体与人类学、医学研究 每一个人类细胞中带有数百个线粒体，每个线粒体中又含有若干个mtDNA分子。线粒体通过合成ATP而为细胞提供能量，调节细胞质的氧化-还原（redox）状态，也是细胞内氧自由基产生的主要来源，后者则与细胞的许多生命活动有关。因此维持线粒体结构与功能的正常，对于细胞的生命活动至关重要。 * 在特定条件下线粒体与疾病的发生有着密切的关系，一方面是疾病状态下线粒体作为细胞病变的一部分，是疾病在细胞水平上的一种表现形式；另一方面线粒体作为疾病发生的主要动因，是疾病发生的关键，主要表现为mtDNA突变导致细胞结构和功能异常。 * 一、疾病的发生发展过程中存在线粒体变化 线粒体对外界环境因素的变化很敏感，一些环境因素的影响可直接造成线粒体功能的异常。 * 二、mtDNA突变导致疾病 当突变线粒体DNA进行异常复制时，机体的免疫系统并不能对此予以识别和阻止，于是细胞为了将突变的线粒体迅速分散到子细胞中去，即以加快分裂的方式对抗这种状态，以减轻对细胞的损害，但持续的损害将最终导致疾病的发生。这类以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因的疾病常称为线粒体疾病（mitochondrial disorders）。 * 三、mtDNA用于人种起源研究 近年来研究人体细胞的线粒体DNA（mtDNA）多态性分析的结果表明，尽管人种间在体型、肤色方面有很大的不同，而从不同人种所采集的样本分析，显示全人类的mtDNA 的差异却非常之小。 * * 基本特征 形态、大小、数目、分布 结构：外膜、膜间腔、内膜、基质：三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成 半自主性 单独遗传和蛋白质合成系统：37个基因 线粒体输入刺激因子MSF 蛋白质定位 参与细胞凋亡：ROS、cytoC：关键期、效应期和降解期 基质 起源：重新合成、分裂、内