细胞生物学线粒体.ppt
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1、关于细胞生物学线粒体现在学习的是第1页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体线粒体研究历史线粒体研究历史18901890年年R.AltamanR.Altaman首次发现,命名为首次发现,命名为bioblastbioblast。18981898年年von Bendavon Benda提出提出mitochondrionmitochondrion。19001900年年L.MichaelisL.Michaelis用用Janus Green BJanus Green B染色,发现线粒体具有氧化作用。染色,发现线粒体具有氧化作用。GreenGreen(19481948)证证 实实 线线 粒粒 体体 含
2、含 所所 有有 三三 羧羧 酸酸 循循 环环 的的 酶酶,KennedyKennedy和和LehningerLehninger(19491949)发现脂肪酸氧化为)发现脂肪酸氧化为COCO2 2的过程是在线粒体内完成的。的过程是在线粒体内完成的。现在学习的是第2页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体 线粒体(线粒体(mitochondria)mitochondria)是一个由两层单位膜包围的含有是一个由两层单位膜包围的含有100100多种酶类的细胞器,它是细胞进行生物氧化和能量转换的主多种酶类的细胞器,它是细胞进行生物氧化和能量转换的主要埸所。要埸所。一、结构一、结构(一)形态与分布(一
3、)形态与分布线粒体一般呈粒状或杆状,但因生物种类和生理状态而异,线粒体一般呈粒状或杆状,但因生物种类和生理状态而异,可呈环形,哑铃形、线状、分杈状或其它形状。一般直径可呈环形,哑铃形、线状、分杈状或其它形状。一般直径0.51m0.51m,长,长1.53.0m1.53.0m,在胰脏外分泌细胞中可长达,在胰脏外分泌细胞中可长达1020m1020m,称巨线粒体。数目一般数百到数千个。,称巨线粒体。数目一般数百到数千个。现在学习的是第3页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体(二)亚微结构(二)亚微结构1.1.外膜外膜(outer membrane)(outer membrane)2.2.内膜内膜
4、(inner membrane)(inner membrane)膜间腔膜间腔(inter membrane space)(inter membrane space)嵴嵴(cristae)(cristae)嵴间腔嵴间腔(intercristae space)(intercristae space)基粒基粒(elementarey particle(elementarey particle)基粒分头、柄、基片三部分,头部突入内腔基粒分头、柄、基片三部分,头部突入内腔,基片嵌于基片嵌于内膜,柄部将头部和基片相联。基粒是氧化磷酸化场所,能内膜,柄部将头部和基片相联。基粒是氧化磷酸化场所,能将将ADPA
5、DP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP。现在学习的是第4页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体二、线粒体的功能:二、线粒体的功能:1.1.糖酵解:在细胞质中,脂肪和葡萄糖降解生成丙酮酸进入糖酵解:在细胞质中,脂肪和葡萄糖降解生成丙酮酸进入线粒体基质。线粒体基质。2.2.三羧酸循环:三羧酸循环:在线粒体基质中在线粒体基质中,在丙酮脱氢酶体系作用下,丙在丙酮脱氢酶体系作用下,丙酮酸进一步分解为乙酰辅酶酮酸进一步分解为乙酰辅酶A A,NADNAD+作为受氢体被还原。作为受氢体被还原。3.3.丙酮酸丙酮酸+辅酶辅酶A+2NADA+2NAD+2 2乙酰辅酶乙酰辅酶A+COA+CO2 2+2NADH+
6、2H+2NADH+2H+4.4.乙酰辅酶乙酰辅酶A A与草酰乙酸结合生成柠檬酸,三羧酸循环开与草酰乙酸结合生成柠檬酸,三羧酸循环开5.5.始。始。6.6.总反应式:总反应式:7.7.2 2乙酰辅酶乙酰辅酶A+6NADA+6NAD+2FAD+2FAD+2ADP+2Pi+6H+2ADP+2Pi+6H2 2O O 8.8.4CO4CO2 2+6NADH+6H+6NADH+6H+2FADH2+2+2FADH2+2辅酶辅酶A+2ATPA+2ATP现在学习的是第5页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体现在学习的是第6页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体3.3.电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧
7、化磷酸化 一分子葡萄糖经无氧氧化,丙酮酸脱氢和一分子葡萄糖经无氧氧化,丙酮酸脱氢和TACTAC循环共产生循环共产生6 6分子分子COCO2 2和和1212对对H H,这,这些些H H必须进一步氧化成为水必须进一步氧化成为水,整个有氧氧化过程才能完成。但整个有氧氧化过程才能完成。但H H并不能与并不能与O O2 2直接直接结合结合,一般认为一般认为H H必需首先离解为必需首先离解为H H+和和e e-,电子经过线粒体内膜上酶体系的逐级电子经过线粒体内膜上酶体系的逐级传递最终使传递最终使1/2 O1/2 O2 2成为成为O O-,后者再与基质中的,后者再与基质中的2 2个个H H+化合生成化合生成
8、H H2 2O O。这一传递电子的。这一传递电子的酶体系是一系列能够可逆地接受和释放酶体系是一系列能够可逆地接受和释放H H+和和e e-的化学物质所组成,它们在内膜的化学物质所组成,它们在内膜上有序地排列成相互关联的链状称为呼吸链。上有序地排列成相互关联的链状称为呼吸链。氧化磷酸化:经糖酵解和三羧酸循环产生的氧化磷酸化:经糖酵解和三羧酸循环产生的NADHNADH和和FADHFADH2 2是两种还原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传递给性的电子载体,它们所携带的电子经线粒体内膜上的呼吸链逐级传递给O O2 2并将并将H H+从从线粒体基质泵入膜间隙,这在膜间隙
9、和基质间产生了线粒体基质泵入膜间隙,这在膜间隙和基质间产生了H H+质梯度,当质梯度,当H H+通过通过ATPATP合成合成酶装置进入基质时,可使酶装置进入基质时,可使ADPADP分子与磷酸基团合成分子与磷酸基团合成ATPATP。现在学习的是第7页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体 电子呼吸链的组成电子呼吸链的组成 主要包括:黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、辅主要包括:黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、辅酶酶Q Q等。等。黄素蛋白含黄素蛋白含FMNFMN(图(图7-47-4)或)或FADFAD的蛋白质,每个的蛋白质,每个FMNFMN或或FADFAD可接受可接受2 2个电子个电
10、子2 2个质子。呼吸链上具有个质子。呼吸链上具有FMNFMN为辅基的为辅基的NADHNADH脱氢酶,以脱氢酶,以FADFAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。为辅基的琥珀酸脱氢酶。现在学习的是第8页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体 细胞色素:分子中含有血红素铁(图细胞色素:分子中含有血红素铁(图7-57-5),以共价形式),以共价形式与蛋白结合,通与蛋白结合,通FeFe3+3+、FeFe2+2+形式变化传递电子,呼吸链中有形式变化传递电子,呼吸链中有5 5类,类,即:细胞色素即:细胞色素a a、a a3 3、b b、c c、c c1 1,其中,其中a a、a a3 3含有铜原子。含有铜原子。现在
11、学习的是第9页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体 铁硫蛋白:在其分子结构中每个铁原子和铁硫蛋白:在其分子结构中每个铁原子和4 4个硫原子结合,通个硫原子结合,通过过FeFe2+2+、FeFe3+3+互变进行电子传递,有互变进行电子传递,有2Fe-2S2Fe-2S和和4Fe-4S4Fe-4S两种类型。两种类型。现在学习的是第10页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体 辅酶辅酶Q Q:是脂溶性小分子量的醌类化合物,通过氧化和还原:是脂溶性小分子量的醌类化合物,通过氧化和还原传递电子。有传递电子。有3 3种氧化还原形式即氧化型醌种氧化还原形式即氧化型醌Q Q,还原型氢醌(,还原型氢醌(
12、QHQH2 2)和)和介于两者之者的自由基半醌(介于两者之者的自由基半醌(QHQH)。)。呼吸链的复合物呼吸链的复合物 呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列,电子逐级传递、能呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列,电子逐级传递、能量逐渐释放。呼吸链的复合物包括复合物量逐渐释放。呼吸链的复合物包括复合物I I、II和和IVIV,辅酶,辅酶Q Q和细胞和细胞色素色素C C不属于任何一种复合物。辅酶不属于任何一种复合物。辅酶Q Q溶于内膜、细胞色素溶于内膜、细胞色素C C位于线粒体内膜的位于线粒体内膜的C C侧,侧,属于膜的外周蛋白。属于膜的外周蛋白。现在学习的是第11页,共28页细胞生物
13、学细胞生物学线粒体线粒体 复合物复合物I I含有一个含有一个FMNFMN和至少和至少6 6个铁硫蛋白,分子量接近个铁硫蛋白,分子量接近1MD1MD,以二聚体,以二聚体形式存在,其作用是催化形式存在,其作用是催化NHDHNHDH的的2 2个电子传递至辅酶个电子传递至辅酶Q Q,同时将,同时将4 4个质子个质子由线粒体基质(由线粒体基质(M M侧)转移至膜间隙(侧)转移至膜间隙(C C侧)。侧)。电子传递的方向为:电子传递的方向为:NHDHFMNFe-SQNHDHFMNFe-SQ,总的反应结果为:总的反应结果为:NADH+5HNADH+5H+M M+QNAD+QNAD+QH+QH2 2+4H+4H
14、+C C 复合物复合物为琥珀酸脱氢酶,至少由为琥珀酸脱氢酶,至少由4 4条肽链组成,含有一个条肽链组成,含有一个FADFAD,2 2个铁个铁硫蛋白,其作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶硫蛋白,其作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q Q,但不转移质子。,但不转移质子。电子传递的方向为:琥珀酸电子传递的方向为:琥珀酸FADFe-SQFADFe-SQ。现在学习的是第12页,共28页细胞生物学细胞生物学线粒体线粒体 复合物复合物I I含有一个含有一个FMNFMN和至少和至少6 6个铁硫蛋白,分子量接近个铁硫蛋白,分子量接近1MD1MD,以二聚体形,以二聚体形式存在,其作用是催化式存在,其作用是催化NHDHNH
15、DH的的2 2个电子传递至辅酶个电子传递至辅酶Q Q,同时将,同时将4 4个质子由线粒体基个质子由线粒体基质(质(M M侧)转移至膜间隙(侧)转移至膜间隙(C C侧)。侧)。电子传递的方向为:电子传递的方向为:NHDHFMNFe-SQNHDHFMNFe-SQ,总的反应结果为:总的反应结果为:NADH+5HNADH+5H+M M+QNAD+QNAD+QH+QH2 2+4H+4H+C C 复合物复合物为琥珀酸脱氢酶,至少由为琥珀酸脱氢酶,至少由4 4条肽链组成,含有一个条肽链组成,含有一个FADFAD,2 2个铁硫个铁硫蛋白,其作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶蛋白,其作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q
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