细胞生物学-翟中和编-第6章-线粒体和叶绿体讲解学习.ppt
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1、细胞生物学-翟中和编-第6章-线粒体和叶绿体与细胞的类型、生理状态、代谢能量需求状态有关与细胞的类型、生理状态、代谢能量需求状态有关第一节第一节 线粒体与氧化磷酸化线粒体与氧化磷酸化一一一一 、线粒体的形态、大小、数量、分布、线粒体的形态、大小、数量、分布、线粒体的形态、大小、数量、分布、线粒体的形态、大小、数量、分布骨骼肌骨骼肌骨骼肌骨骼肌RERRERmtmtmtmt细胞活跃合成蛋白质时,线粒体在细胞活跃合成蛋白质时,线粒体在RER处局部集中处局部集中线线线线粒粒粒粒体体体体向向向向需需需需能能能能部部部部位位位位的集中的集中的集中的集中(A)(A)在在在在心心心心肌肌肌肌中中中中,线线线线
2、粒粒粒粒体体体体紧紧紧紧密密密密排排排排列列列列在在在在肌肌肌肌原原原原纤纤纤纤维维维维之之之之间间间间,上上上上面面面面为为为为电电电电镜镜镜镜图图图图,下面为示意图。下面为示意图。下面为示意图。下面为示意图。(B)(B)在在在在精精精精子子子子的的的的轴轴轴轴丝丝丝丝部部部部位位位位,线线线线粒粒粒粒体体体体呈呈呈呈环环环环状状状状紧紧紧紧绕绕绕绕在在在在轴轴轴轴丝丝丝丝周周周周围围围围,下下下下面面面面图图图图为为为为精精精精子子子子中中中中段段段段线线线线粒粒粒粒体体体体环环环环绕绕绕绕轴丝的分布轴丝的分布轴丝的分布轴丝的分布 在代谢旺盛的需能部位比较集中在代谢旺盛的需能部位比较集中在
3、代谢旺盛的需能部位比较集中在代谢旺盛的需能部位比较集中线粒体在活细胞中的形态变化线粒体在活细胞中的形态变化线粒体在活细胞中的形态变化线粒体在活细胞中的形态变化线粒体形态和大小不是固定不变的。线粒体形态和大小不是固定不变的。线粒体形态和大小不是固定不变的。线粒体形态和大小不是固定不变的。外膜、膜间隙、内膜和基质外膜、膜间隙、内膜和基质外膜、膜间隙、内膜和基质外膜、膜间隙、内膜和基质线粒体的超微结构线粒体的超微结构线线粒粒体体的的电电镜镜图图(A)和和三三维维结结构构模式图解模式图解(B)外膜外膜 6nm6nm,高通透性,高通透性,孔蛋白孔蛋白,单胺氧化酶单胺氧化酶是标志酶是标志酶内膜内膜 6-8
4、nm6-8nm,通透性低,通透性低,嵴嵴,基粒基粒,电子传递链,转,电子传递链,转运蛋白,运蛋白,细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶是标志酶是标志酶膜间隙膜间隙 6-8nm6-8nm,可溶性酶、底物、辅助因子,可溶性酶、底物、辅助因子,腺苷酸腺苷酸激酶激酶是标志酶是标志酶基质基质 各种反应酶类、线粒体遗传系统,各种反应酶类、线粒体遗传系统,苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶是标志酶是标志酶二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构 蛋白质蛋白质 6570%脂类脂类 2530%DNA和和RNA三、线粒体的化学组成三、线粒体的化学组成外膜外膜 P/L:1:1内膜内膜 P/L:3:1线粒体中各种酶的定位线粒体中各种酶
5、的定位部部 位位酶酶 的的 名名 称称外外 膜膜单胺氧化酶单胺氧化酶*犬尿氨酸羧化酶犬尿氨酸羧化酶 NADH-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶脂肪酸辅酶脂肪酸辅酶A连接酶连接酶膜膜 间间 隙隙腺苷酸激酶腺苷酸激酶*核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶内内 膜膜细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶*ATP合成酶合成酶NADH脱氢酶脱氢酶 -羟丁酸脱氢酶羟丁酸脱氢酶 琥珀酸脱氢酶等呼吸链酶系琥珀酸脱氢酶等呼吸链酶系丙酮酸氧化酶丙酮酸氧化酶肉毒碱脂肪酸酰基转移酶肉毒碱脂肪酸酰基转移酶-羟丙酸脱氢酶羟丙酸脱氢酶线粒体基质线粒体基质苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶*脂肪酸氧化酶系脂肪酸氧化酶系 蛋白质和核酸合成酶系蛋白质和核酸合
6、成酶系谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶柠檬酸循环酶系柠檬酸循环酶系四、线粒体的功能四、线粒体的功能 线粒体的主要功能是氧化磷酸化,合成细胞内线粒体的主要功能是氧化磷酸化,合成细胞内95%的的ATP,为细胞的生命活动提供能量。,为细胞的生命活动提供能量。糖、脂肪糖、脂肪细胞质细胞质丙酮酸和脂肪酸丙酮酸和脂肪酸线粒体线粒体乙酰乙酰coA(经(经TCA循环)循环)氢氢通过电子传递链到达通过电子传递链到达氧氧生成水,同时生成水,同时ADP磷酸化磷酸化生成生成ATP第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段:大分子分解为大分子分解为大分子分解为大分子分解为简单亚基简单亚基简单亚基简单亚基;第第第第二二二二阶阶阶阶段段段段
7、:利利利利用用用用乙乙乙乙酰酰酰酰CoA,CoA,产产产产生生生生有有有有限限限限的的的的ATPATP和和和和NADHNADH;第第第第三三三三阶阶阶阶段段段段:乙乙乙乙酰酰酰酰CoACoA完完完完全全全全氧氧氧氧化化化化为为为为H H2 2OO和和和和COCO2 2,产生大量产生大量产生大量产生大量NADHNADH和和和和ATPATP。有氧呼吸的三个阶段有氧呼吸的三个阶段有氧呼吸的三个阶段有氧呼吸的三个阶段第第第第三三三三阶阶阶阶段段段段第第第第二二二二阶阶阶阶段段段段第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段能能能能源源源源物物物物质质质质的的的的分分分分解解解解三三三三羧羧羧羧酸酸酸酸循循循循环环
8、环环电电电电子子子子传传传传递递递递与与与与氧氧氧氧化化化化磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化线粒体线粒体线粒体线粒体内膜内膜内膜内膜线粒体线粒体线粒体线粒体基质基质基质基质线线线线粒粒粒粒体体体体线粒体氧化磷酸化进行能量转化的基础:线粒体氧化磷酸化进行能量转化的基础:(1 1)ATPATP合酶;合酶;(2 2)电子传递链;电子传递链;(3 3)内膜的理化特性。内膜的理化特性。氧化磷酸化氧化磷酸化:指当电子从:指当电子从NADHNADH或或FADHFADH2 2经呼吸链传递经呼吸链传递给氧形成水时,同时伴有给氧形成水时,同时伴有ADPADP磷酸化形成磷酸化形成ATPATP的过程。的过程。ATP合酶是一种
9、合酶是一种可逆性复合酶可逆性复合酶,既能利用质子动力,既能利用质子动力势势合成合成ATP,又能又能水解水解ATP将质子从基质泵到膜间隙将质子从基质泵到膜间隙。嵌入膜中的嵌入膜中的F0基部基部突出于膜外的突出于膜外的F1头部头部 ATP合酶(合酶(F-质子泵)质子泵)ATP合酶(合酶(F-质子泵)质子泵)线粒体线粒体线粒体线粒体ATPATP合酶的电镜图像和示意图合酶的电镜图像和示意图合酶的电镜图像和示意图合酶的电镜图像和示意图(1 1)头部(偶联因子)头部(偶联因子F F1 1):):含可溶性含可溶性ATPATP酶,酶,组分为组分为3 3。功能:合成功能:合成ATPATP。(2 2)基部(偶联因
10、子)基部(偶联因子F F0 0):):ab2c1012 的比例组成跨内的比例组成跨内膜的质子通道膜的质子通道功能:功能:H H+流向流向F F1 1的穿膜通道。的穿膜通道。ATP合酶的合酶的“结合变构结合变构”模型模型L:松弛构象松弛构象 T:紧密构象紧密构象 O:开放构象开放构象线粒体产能(线粒体产能(ATP)的原理示意图)的原理示意图获得质子驱动获得质子驱动力和高能电子力和高能电子线粒体的能量线粒体的能量转换的实质是转换的实质是H+跨膜电位差和跨膜电位差和质子在浓度梯质子在浓度梯度形成的度形成的质子质子驱动力驱动力转换成转换成ATP中的高能中的高能磷酸键磷酸键。质子驱动力质子驱动力概念:概
11、念:有序排列在线粒体的内膜,能可逆的接受和释放电子或有序排列在线粒体的内膜,能可逆的接受和释放电子或H H+的酶体系称为电子传递链或呼吸链。的酶体系称为电子传递链或呼吸链。黄素蛋白黄素蛋白 电子传递体、载氢体电子传递体、载氢体 细胞色素细胞色素 电子传递体电子传递体 泛醌泛醌 电子传递体、载氢体电子传递体、载氢体 铁硫蛋白铁硫蛋白 电子传递体电子传递体 铜原子铜原子 电子传递体电子传递体 复合物复合物复合物复合物:NADH:NADH:NADH:NADH脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶 复合物复合物复合物复合物:琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 NADHNADH呼吸链呼吸链 、复合物复合
12、物复合物复合物:细胞色素还原酶细胞色素还原酶细胞色素还原酶细胞色素还原酶 呼吸链呼吸链 复合物复合物复合物复合物:细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 FADHFADH2 2呼吸链呼吸链 、蛋蛋白白复复合合物物电电子子载载体体电子传递链电子传递链O2电子传递链的组分电子传递链的组分电子传递链的组分电子传递链的组分及其排列次序图解及其排列次序图解及其排列次序图解及其排列次序图解线粒体内膜中电子传递链复合物的结构和分布图解线粒体内膜中电子传递链复合物的结构和分布图解线粒体内膜中电子传递链复合物的结构和分布图解线粒体内膜中电子传递链复合物的结构和分布图解复合物复合物复合物复合物I
13、 I复合物复合物复合物复合物IIIIII复合物复合物复合物复合物IVIV2H2H+2H2H+2H2H+NADHNADH+H+H+NADNAD2H2H+1/21/2OO2 2H H2 2OO细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶复合物复合物复合物复合物细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素bc1bc1复合物复合物复合物复合物NADHNADH脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶复合物复合物复合物复合物次呼吸链次呼吸链次呼吸链次呼吸链主呼吸链主呼吸链主呼吸链主呼吸链化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic coupling hypothesis)(chemiosmo
14、tic coupling hypothesis)电子传递链不对称分布,起着电子传递链不对称分布,起着电子传递链不对称分布,起着电子传递链不对称分布,起着质子泵质子泵质子泵质子泵的作用;的作用;的作用;的作用;在在在在电电电电子子子子传传传传递递递递过过过过程程程程中中中中所所所所释释释释放放放放的的的的能能能能量量量量转转转转化化化化成成成成了了了了跨跨跨跨膜膜膜膜的的的的pHpH梯梯梯梯度度度度和和和和电位梯度电位梯度电位梯度电位梯度;由由由由于于于于内内内内膜膜膜膜具具具具有有有有完完完完整整整整性性性性,因因因因此此此此在在在在将将将将质质质质子子子子从从从从内内内内室室室室泵泵泵泵至至
15、至至外外外外室室室室时时时时,质质质质子子子子只只只只能能能能经经经经由由由由F F1 1-F-F0 0 ATPaseATPase返返返返回回回回基基基基质质质质,该该该该酶酶酶酶便便便便可可可可利利利利用用用用其其其其能量合成了能量合成了能量合成了能量合成了ATPATP。荣获荣获荣获荣获19781978年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 !P.Mitchell,1961P.Mitchell,19611.NADH提供一对电子,经呼吸链,最后为提供一对电子,经呼吸链,最后为O2所接受。所接受。2.呼呼吸吸链链中中的的载载氢氢体体和和电电子子传传递递体体相相间间排排列列。每每
16、当当电电子子由由载载氢氢体体传传向向电电子子传传递递体体时时,氢氢即即以以H+的的形形式式释释放放到到膜膜间间隙隙,电电子子在在呼呼吸吸链中链中3次穿膜传递次穿膜传递,向膜间隙排放,向膜间隙排放H+。3.内内膜膜对对H+和和OH-具具有有不不可可透透性性,故故随随电电子子传传递递的的进进行行,H+便便在在膜间隙中积累,造成了内膜两侧的膜间隙中积累,造成了内膜两侧的H+浓度差浓度差(势能差势能差)。4.膜膜间间隙隙中中的的H+有有顺顺浓浓度度差差返返回回基基质质的的倾倾向向,H+只只能能通通过过F1-F0复复合物进入基质,合物进入基质,ATP酶即可利用酶即可利用H+势能合成势能合成ATP。化学渗
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