线粒体基因讲稿.ppt

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1、关于线粒体基因第一页，讲稿共三十八页哦 第八章第八章 线粒体线粒体（mitochondriamitochondria）线粒体是细胞内一种重要的细胞器，具有线粒体是细胞内一种重要的细胞器，具有复杂的复杂的亚显微结构亚显微结构和和能量转换系统能量转换系统，它通过，它通过氧氧化磷酸化作用化磷酸化作用为细胞生命活动提供能量，因此为细胞生命活动提供能量，因此线粒体被形象地比喻为细胞的线粒体被形象地比喻为细胞的“动力加工厂动力加工厂”。除了成熟的红细胞，线粒体普遍存在于真核细除了成熟的红细胞，线粒体普遍存在于真核细胞。胞。第二页，讲稿共三十八页哦第一节第一节 线粒体的生物学特征线粒体的生物学特征一、线粒体

2、的形态、数量和分布一、线粒体的形态、数量和分布（一）形态和大小（光学显微镜）（一）形态和大小（光学显微镜）光学显微镜下，线粒体的形状多种多样，光学显微镜下，线粒体的形状多种多样，如线状、颗粒状、短棒状等。线粒体的形态如线状、颗粒状、短棒状等。线粒体的形态和细胞的种类和细胞所处的生理状态不同有和细胞的种类和细胞所处的生理状态不同有关。关。第三页，讲稿共三十八页哦图图1 1 成纤维细胞线条状线粒体成纤维细胞线条状线粒体第四页，讲稿共三十八页哦图图2 2 家兔肝脏细胞颗粒状线粒体家兔肝脏细胞颗粒状线粒体第五页，讲稿共三十八页哦图图3 3 蝙蝠肝脏细胞棒状线粒体蝙蝠肝脏细胞棒状线粒体第六页，讲稿共三十

3、八页哦（二）数（二）数 量量哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体；哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体；正常细胞中含有正常细胞中含有1000-20001000-2000个线粒体；个线粒体；精子的线粒体较少约有精子的线粒体较少约有2525个左右。个左右。第七页，讲稿共三十八页哦 （三）分布（三）分布 线粒体在细胞的分布也因细胞的类型线粒体在细胞的分布也因细胞的类型不同而不同。但是，线粒体的分布是有一定的不同而不同。但是，线粒体的分布是有一定的规律的，通常分布于规律的，通常分布于生理功能最旺盛的区域和生理功能最旺盛的区域和需要能量较多的部位需要能量较多的部位。如蛋白质合成旺盛的细。如蛋白质合成旺盛的细胞（粗面

4、内质网），肠上皮细胞（细胞的两极）胞（粗面内质网），肠上皮细胞（细胞的两极）。第八页，讲稿共三十八页哦外膜外膜嵴内空间嵴内空间外室外室内膜内膜图图1 1 线线 粒粒 体体 模模 式式 图图二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构内室内室第九页，讲稿共三十八页哦第十页，讲稿共三十八页哦图图2 2 线粒体电镜照片线粒体电镜照片第十一页，讲稿共三十八页哦（一）外膜（一）外膜 外膜是线粒体外表面的一层单位膜，外膜是线粒体外表面的一层单位膜，厚度是厚度是5-7nm5-7nm，平整光滑，和内膜不相连接。，平整光滑，和内膜不相连接。在外膜上有排列整齐的筒状体，成分为孔蛋在外膜上有排列整齐的筒状体，成分为孔蛋

5、白，筒状体上有白，筒状体上有2-3nm2-3nm的小孔，分子量在的小孔，分子量在1000010000以下的小分子物质可以通过小孔进入以下的小分子物质可以通过小孔进入到膜间隙。到膜间隙。第十二页，讲稿共三十八页哦(二二)、内膜、内膜 内膜位于外膜的内侧，也是由一层单位膜内膜位于外膜的内侧，也是由一层单位膜组成，比外膜稍薄，平均厚度是组成，比外膜稍薄，平均厚度是4-5nm4-5nm。内膜。内膜将膜间隙和基质分开。内膜的通透性很小，将膜间隙和基质分开。内膜的通透性很小，分子量大于分子量大于150150的物质不能通过，具有高度的物质不能通过，具有高度的选择通透性。的选择通透性。第十三页，讲稿共三十八页

6、哦（三）嵴与基粒（三）嵴与基粒1.1.嵴嵴 线粒体内膜向内突伸就形成了嵴。嵴线粒体内膜向内突伸就形成了嵴。嵴的形成增大了内膜的表面积。如肝细胞中的形成增大了内膜的表面积。如肝细胞中线粒体内膜的总面积大约是外膜的线粒体内膜的总面积大约是外膜的5 5倍，倍，几乎占去了整个细胞膜的几乎占去了整个细胞膜的1/31/3。第十四页，讲稿共三十八页哦2.2.基粒基粒 在线粒体的内膜的内表面上有许多带在线粒体的内膜的内表面上有许多带柄的小颗粒称为柄的小颗粒称为基粒基粒，也称，也称ATPATP酶复合体酶复合体。基粒与膜面垂直排列，粒间相距基粒与膜面垂直排列，粒间相距10nm10nm左右，左右，据估计每个线粒体有

7、据估计每个线粒体有10104 4-10-105 5个基粒。个基粒。第十五页，讲稿共三十八页哦ATPATP酶复合体酶复合体线粒体嵴线粒体嵴孔蛋白孔蛋白23nm第十六页，讲稿共三十八页哦头部（偶联因子头部（偶联因子F1）柄部柄部基片（偶联因子基片（偶联因子F0）第十七页，讲稿共三十八页哦（四）基质（四）基质 在内膜和嵴围成的腔隙即内室中，充满着在内膜和嵴围成的腔隙即内室中，充满着比较致密的物质称为比较致密的物质称为线粒体基质线粒体基质。线粒体中催。线粒体中催化化三羧酸循环三羧酸循环、脂肪酸氧化脂肪酸氧化、氨基酸分解氨基酸分解以及以及蛋白质合成蛋白质合成有关的酶都在基质中。此外还含有有关的酶都在基质

8、中。此外还含有线粒体特有的线粒体特有的双链环状双链环状DNADNA和核糖体和核糖体，这些物，这些物质构成了线粒体相对独立的复制、转录、翻译质构成了线粒体相对独立的复制、转录、翻译系统。系统。线粒体是除了细胞核以外唯一含有线粒体是除了细胞核以外唯一含有DNADNA的细胞器。的细胞器。第十八页，讲稿共三十八页哦三、线粒体的化学组成和酶的分布三、线粒体的化学组成和酶的分布蛋白质是线粒体干重的主要成分蛋白质是线粒体干重的主要成分,约占线粒约占线粒体干重体干重65-70%65-70%；脂类约占线粒体干重脂类约占线粒体干重25%-30%25%-30%；水分线粒体中数量最多的一种组分；水分线粒体中数量最多的

9、一种组分；此外，还含有此外，还含有DNADNA、各种辅酶、维生素和、各种辅酶、维生素和各种无机离子。各种无机离子。（一）线粒体的化学组成（一）线粒体的化学组成第十九页，讲稿共三十八页哦（二）酶的分布（二）酶的分布 外膜（单胺氧化酶）外膜（单胺氧化酶）内膜（细胞色素氧化酶）内膜（细胞色素氧化酶）基质（苹果酸脱氢酶）基质（苹果酸脱氢酶）膜间腔（腺甘酸激酶）膜间腔（腺甘酸激酶）第二十页，讲稿共三十八页哦四、线粒体基因组四、线粒体基因组 人类基因组包括细胞核内的人类基因组包括细胞核内的核基因组核基因组及细及细胞质内的胞质内的线粒体基因组线粒体基因组。线粒体是除了动物。线粒体是除了动物细胞核之外唯一含有

10、细胞核之外唯一含有DNADNA的细胞器。线粒体的细胞器。线粒体的基因组只含有一条双链环状的的基因组只含有一条双链环状的DNADNA称为称为线线粒体粒体DNADNA（mtDNAmtDNA）。主要编码线粒体的。主要编码线粒体的tRNA tRNA rRNArRNA和线粒体的蛋白质。和线粒体的蛋白质。第二十一页，讲稿共三十八页哦（一）线粒体基因组组成（一）线粒体基因组组成 人类线粒体基因组是独立于细胞核染色人类线粒体基因组是独立于细胞核染色体外的又一个基因组。每个线粒体体外的又一个基因组。每个线粒体DNADNA分子分子为一条双链共价闭合的环状为一条双链共价闭合的环状DNADNA分子，外环为分子，外环为

11、重链（重链（H H链）链），内环为，内环为轻链（轻链（L L链）链）。MtDNAMtDNA的序列的序列(剑桥序列剑桥序列)基因组由基因组由1656916569个碱基对组个碱基对组成，包含成，包含3737个基因。整个基因最明显的特点是个基因。整个基因最明显的特点是基因排列紧凑，无内含子。基因排列紧凑，无内含子。第二十二页，讲稿共三十八页哦M基因组基因组PrPr基因基因(13(13个个)rRNA 基因基因tRNAtRNA基因基因(22(22个个)Cytb 基因基因（1个）个）ATP酶复合体酶复合体组成成分基因组成成分基因CytC氧化酶氧化酶亚单位基因亚单位基因 N A D H 脱脱 氢氢 酶酶 基

12、基 因因(2个个)(3个个)(7个个)(2个个)16SrRNA基因基因(1个个)12SrRNA基因基因(1个个)37个基因个基因第二十三页，讲稿共三十八页哦12SrRNA12SrRNA16SrRNA16SrRNAVALND1ND1ND2ND2ATPATP聚合酶聚合酶六亚单位六亚单位细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶2 2细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶1 1ND3ND3细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶3 3ND4LND4LND4ND4ND5ND5细胞色素细胞色素b bO OH HHSPHSPO OL LLSPLSPH链链L链链转录复制Phe组成第二十四页，讲稿共三十八页哦(二二)线粒体线粒

13、体DNADNA的复制的复制MtDNAMtDNA是以半保留方式进行复制的；是以半保留方式进行复制的；MtDNAMtDNA具有两个复制起始点具有两个复制起始点O OH H和和O OL L;重链逆时针方向复制，轻链顺时针复制；重链逆时针方向复制，轻链顺时针复制；重链和轻链复制不是同步的；重链和轻链复制不是同步的；MtDNAMtDNA的复制和核的复制和核DNADNA的复制不同步；的复制不同步；MtDNAMtDNA的复制所需要的的复制所需要的DNADNA聚合酶是由核聚合酶是由核 DNADNA所编码的。所编码的。第二十五页，讲稿共三十八页哦（三）线粒体基因组的转录（三）线粒体基因组的转录线粒体基因组转录的

14、启动子线粒体基因组转录的启动子:HSP:HSP和和LSP;LSP;重链的转录起始点有两个；重链的转录起始点有两个；重链顺时针方向转录，轻链逆时针转录；重链顺时针方向转录，轻链逆时针转录；转录和原核生物很相似转录和原核生物很相似;剪切位置常在剪切位置常在tRNAtRNA处处;mRNAmRNA加尾不加帽加尾不加帽.第二十六页，讲稿共三十八页哦转录和翻译两个过程几乎在同一地点和同一时转录和翻译两个过程几乎在同一地点和同一时间进行；间进行；线粒体蛋白质的起始氨基酸是甲酰甲硫氨基酸；线粒体蛋白质的起始氨基酸是甲酰甲硫氨基酸；线粒体合成的蛋白质数量较少，只占线粒体蛋线粒体合成的蛋白质数量较少，只占线粒体蛋

15、白的白的10%10%，其余的都是由核基因所编码的，如，其余的都是由核基因所编码的，如DNADNA聚合酶、聚合酶、RNARNA聚合酶、起始因子、延伸因子、聚合酶、起始因子、延伸因子、释放因子、以及核糖体蛋白质等等；释放因子、以及核糖体蛋白质等等；线粒体有自己特有的遗传密码表，和核基因组线粒体有自己特有的遗传密码表，和核基因组中的通用遗传密码表并不是完全相同的；中的通用遗传密码表并不是完全相同的；通常情况下一个通常情况下一个U U就是一个终止密码子，后面就是一个终止密码子，后面的两个的两个A A是是polypoly（A A）的。）的。（四）线粒体蛋白质的合成（四）线粒体蛋白质的合成第二十七页，讲稿

16、共三十八页哦密码子密码子通用密码通用密码线粒体编码线粒体编码UGAAUAAGAAGG终终 止止异亮氨酸异亮氨酸精精 氨氨 酸酸色氨酸色氨酸蛋氨酸蛋氨酸终终 止止通用密码与线粒体遗传密码的差异通用密码与线粒体遗传密码的差异第二十八页，讲稿共三十八页哦五、线粒体的半自主性五、线粒体的半自主性v线粒体线粒体DNADNA复制离不开核基因组复制离不开核基因组,如如DNADNA聚合聚合酶酶;v线粒体线粒体DNADNA转录离不开核基因组转录离不开核基因组,如如RNARNA聚聚合酶合酶;v线粒体翻译离不开核基因组线粒体翻译离不开核基因组,如氨酰如氨酰tRNAtRNA合成酶、蛋白因子合成酶、蛋白因子;v核糖体的

17、蛋白质是由核基因编码的。核糖体的蛋白质是由核基因编码的。第二十九页，讲稿共三十八页哦六、核编码蛋白质的线粒体转运六、核编码蛋白质的线粒体转运v前体蛋白前体蛋白是核基因所编码的蛋白质在细胞质是核基因所编码的蛋白质在细胞质中的存在形式，由成熟形式的蛋白的中的存在形式，由成熟形式的蛋白的N N端一段端一段序列构成序列构成导肽导肽；v分子伴侣是一种蛋白质，在细胞内可以帮助分子伴侣是一种蛋白质，在细胞内可以帮助其它含多肽的结构完成正确的组装，组装之其它含多肽的结构完成正确的组装，组装之后与之分离，不构成这些蛋白质执行功能时后与之分离，不构成这些蛋白质执行功能时的组分，我们将这种蛋白质称为分子伴侣。的组分

18、，我们将这种蛋白质称为分子伴侣。（一）前体蛋白在线粒体外去折叠；（一）前体蛋白在线粒体外去折叠；第三十页，讲稿共三十八页哦（二）前体蛋白穿过线粒体膜（二）前体蛋白穿过线粒体膜（三）多肽链在线粒体中重新折叠（三）多肽链在线粒体中重新折叠第三十一页，讲稿共三十八页哦第三十二页，讲稿共三十八页哦v 导肽的结构特征导肽的结构特征1.含有丰富的带正电的碱性氨基酸，特别含有丰富的带正电的碱性氨基酸，特别是精氨酸，有助于导肽进入到带负电的是精氨酸，有助于导肽进入到带负电的线粒体基质当中。线粒体基质当中。2.几乎不含带负电的酸性氨基酸；几乎不含带负电的酸性氨基酸；3.可形成既有亲水性又有疏水性的结构，可形成既

19、有亲水性又有疏水性的结构，有利于穿过线粒体的双层膜。有利于穿过线粒体的双层膜。导肽内不仅含有识别线粒体的信息，并且可以带导肽内不仅含有识别线粒体的信息，并且可以带动蛋白质穿过线粒体膜，因此被形象地比喻为动蛋白质穿过线粒体膜，因此被形象地比喻为火火车头。车头。第三十三页，讲稿共三十八页哦第二节细胞内的能量转换第二节细胞内的能量转换一、糖酵解（一、糖酵解（细胞质）细胞质）二、三羧酸循环（二、三羧酸循环（线粒体基质）线粒体基质）三、氧化磷酸化（三、氧化磷酸化（线粒体内膜）线粒体内膜）第三十四页，讲稿共三十八页哦线粒体基质线粒体基质细胞质细胞质三羧酸循环三羧酸循环NADNADNADHNADH2 2第三十五页，讲稿共三十八页哦v 线粒体内膜上的两条呼吸链线粒体内膜上的两条呼吸链NADH FMN CoQ b C aa3 C1 O2FADH2 第三十六页，讲稿共三十八页哦第三节第三节 线粒体和医学的关系线粒体和医学的关系线粒体形态、结构和数目和医学的线粒体形态、结构和数目和医学的关系；关系；线粒体的功能和医学的关系；线粒体的功能和医学的关系；线粒体线粒体DNADNA和医学的关系。和医学的关系。第三十七页，讲稿共三十八页哦感感谢谢大大家家观观看看第三十八页，讲稿共三十八页哦