(74)--线粒体医学细胞生物学.ppt

《(74)--线粒体医学细胞生物学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(74)--线粒体医学细胞生物学.ppt（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、23线线粒体粒体与与细细胞的能量胞的能量转换转换Mitochondria and cellular Mitochondria and cellular energy transformationenergy transformationChapter 5 本章内容本章内容第一节第一节 线粒体的基本特征线粒体的基本特征第二节第二节 细胞呼吸的与能量转换细胞呼吸的与能量转换第三节第三节 细胞的能量转换与医学的关系细胞的能量转换与医学的关系第一节第一节 线粒体的基本特征线粒体的基本特征一、线粒体的形态、大小和数量一、线粒体的形态、大小和数量二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构一、线粒体的形态、大

2、小、数量和分布一、线粒体的形态、大小、数量和分布成纤维细胞线条状线粒体成纤维细胞线条状线粒体家兔肝脏细胞颗粒状线粒体家兔肝脏细胞颗粒状线粒体蝙蝠肝脏细胞棒状线粒体蝙蝠肝脏细胞棒状线粒体（一）形状：（一）形状：（二）大小：（二）大小：一般直径：一般直径：0.51.0m;长度：长度：3m（三）数量：（三）数量：正常细胞中：正常细胞中：10002000个个一、线粒体的形态、大小、数量和分布一、线粒体的形态、大小、数量和分布（四）分布：（四）分布：通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构（一）线粒体

3、的外膜（一）线粒体的外膜 outer membraneouter membrane 光滑平整，含有多种转运蛋白，形成光滑平整，含有多种转运蛋白，形成水相通道水相通道跨越脂质双层。跨越脂质双层。二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构porin（二）线粒体的内膜（二）线粒体的内膜 inner membraneinner membrane1.1.内膜向内折叠形成内膜向内折叠形成嵴嵴2.2.内膜内膜有高度的选择通透性有高度的选择通透性 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构（二）线粒体的内膜（二）线粒体的内膜 inner membraneinner membrane 二、线粒体的超微结构二、线粒体

4、的超微结构3.3.嵴上多种蛋白质亚基组成的颗粒嵴上多种蛋白质亚基组成的颗粒 基粒基粒 elementary particleelementary particle H H+-ATP-ATP合酶（合酶（F F型质子泵）型质子泵）F F0 0F F1 1ATPATP合酶复合体合酶复合体F1：5 subunits in the ratio 3：3：1：1：1F0:1a:2b:12c3.3.嵴上多种蛋白质亚基组成的颗粒称为嵴上多种蛋白质亚基组成的颗粒称为基粒基粒（二）线粒体的内膜（二）线粒体的内膜 inner membraneinner membrane 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构4.4

5、.内膜上有电子传递系统内膜上有电子传递系统（二）线粒体的内膜（二）线粒体的内膜 inner membraneinner membrane 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构（三）膜间隙（三）膜间隙intermembrane spaceintermembrane space 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构（四）基质（四）基质 matrix 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构（四）基质（四）基质 matrix 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构1.1.丙酮酸生成乙酰辅酶丙酮酸生成乙酰辅酶A A的酶的酶2.2.三羧酸循环相关酶系三羧酸循环相关酶系3.3.核糖体：核糖体：7

6、0S70S原核性原核性（四）基质（四）基质 matrix 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构4.4.线粒体基因组线粒体基因组DNA-DNA-原核性原核性（1 1）双链环状）双链环状DNA DNA，16569 bp16569 bp（2 2）HSP,LSP,HSP,LSP,多顺反子多顺反子（3 3）DNADNA裸露，不与组蛋白结合裸露，不与组蛋白结合（4 4）边转录边翻译）边转录边翻译（5 5）无内含子）无内含子原原核核性性（四）基质（四）基质 matrix 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构4.4.线粒体基因组线粒体基因组DNADNA2 2种种rRNArRNA基因基因2222种种tR

7、NAtRNA基因基因1313种编码蛋白质的基因种编码蛋白质的基因自主性自主性核糖体核糖体（四）基质（四）基质 matrix 4.4.线粒体基因组线粒体基因组DNADNA 二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换一、细胞呼吸一、细胞呼吸cellular respirationcellular respiration（一）定义：（一）定义：在细胞内特定的细胞器在细胞内特定的细胞器 (主要是线粒主要是线粒体体)内，在内，在O O2 2的参与下，分解各种大分子物质，产的参与下，分解各种大分子物质，产生生COCO2 2，与此同时，分解代谢所释放出的能量储

8、存与此同时，分解代谢所释放出的能量储存于于ATPATP中。这一过程称为细胞呼吸，也称为生物中。这一过程称为细胞呼吸，也称为生物氧化氧化 （biological oxidationbiological oxidation）或细胞氧化（）或细胞氧化（cellular oxidationcellular oxidation）一、细胞呼吸一、细胞呼吸cellular respirationcellular respiration（二）细胞呼吸的特点（二）细胞呼吸的特点细胞呼吸本质上是在线粒体中进行的一系列由酶系所细胞呼吸本质上是在线粒体中进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应催化的氧化还原反应;所产生

9、的能量储存于所产生的能量储存于ATPATP的高能磷酸键中的高能磷酸键中;整个反应过程是分步进行的整个反应过程是分步进行的;能量也是逐步释放的能量也是逐步释放的;反应在恒温反应在恒温 (37)(37)和恒压条件下进行；和恒压条件下进行；反应过程需要反应过程需要H H2 2O O的参与。的参与。第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换葡萄糖氧化三个步骤：葡萄糖氧化三个步骤：糖酵解（糖酵解（glycolysisglyco

10、lysis）由葡萄糖生成丙酮酸细胞质由葡萄糖生成丙酮酸细胞质丙酮酸形成乙酰辅酶丙酮酸形成乙酰辅酶A A 线粒体基质线粒体基质三羧酸循环三羧酸循环 （tricarboxylic acid cycletricarboxylic acid cycle）线粒体基质线粒体基质氧化磷酸化（氧化磷酸化（oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation）线粒体内膜线粒体内膜第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（一）糖酵解（一）糖酵解（glycolysisglycolysis）1.1.由葡萄糖生成丙酮酸细胞质由

11、葡萄糖生成丙酮酸细胞质29 1.Glycolysis1.GlycolysisPhase 13031H2PO HCOCO2CO32HH3OPHO 1,3-biphosphoglycerateCH2OPO3H2CHOHCOHOADPATPMg3-phosphoglycerate底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：由高能底物水解放能，直接将高能磷酸键从底物转移到由高能底物水解放能，直接将高能磷酸键从底物转移到ADP上，使上，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的作用，称为底物水平磷酸化的作用，称为底物水平磷酸化（substrate-level phosphorylation）第二节第二节 细胞呼吸与能量转

12、换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（一）糖酵解（一）糖酵解（glycolysisglycolysis）1.1.由葡萄糖生成丙酮酸细胞基质由葡萄糖生成丙酮酸细胞基质33苹果酸苹果酸天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（一）糖酵解（一）糖酵解（glycolysisglycolysis）2.2.由丙酮酸生成乙酰辅酶由丙酮酸生成乙酰辅酶A A线粒体基质线粒体基质第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环tr

13、icarboxylic acid cycletricarboxylic acid cycleTACTAC、TCA cycleTCA cycle，Krebs Krebs 循环，柠檬酸循环循环，柠檬酸循环第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（三）氧化磷酸化（三）氧化磷酸化oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation1.1.电子传递链或呼吸链（电子传递链或呼吸链（respiratory chainrespiratory chain）：）：线粒体内由一系列能够可逆的接收和释放线粒体内由一系列能够可

14、逆的接收和释放H H+和和e-e-的化学物的化学物质所组成的传递电子的酶体系，它们在内膜上有序的排列质所组成的传递电子的酶体系，它们在内膜上有序的排列成相互关联的链状，称为呼吸链或电子传递链（成相互关联的链状，称为呼吸链或电子传递链（electron electron transport system,respiratory chaintransport system,respiratory chain）。）。图中给出各电子载体近似的氧还电位，并标出了电子对沿呼吸链向分子氧传递形成的自由能，垂直箭头线表示产生的能量足够驱使质子穿过线粒体内膜，其后可为ATP合成提供能量。第二节第二节 细胞呼吸与

15、能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（三）氧化磷酸化（三）氧化磷酸化oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation2.2.氧化磷酸化：通过电子传递链，将氧化磷酸化：通过电子传递链，将H H原子氧化，其原子氧化，其所含的能量缓慢地释放，并所含的能量缓慢地释放，并将将H H+泵入膜间腔泵入膜间腔，储存，储存了渗透势能，然后了渗透势能，然后ATPATP酶复合体利用酶复合体利用H H+渗透势能，将渗透势能，将ADPADP磷酸化，固定了能量。这就是氧化磷酸化。又称磷酸化，固定了能量。这就是氧化磷酸化。又称氧化磷酸化耦联氧化磷

16、酸化耦联ATP合成第二节第二节 细胞呼吸与能量转换细胞呼吸与能量转换二、细胞的能量转换二、细胞的能量转换（三）氧化磷酸化（三）氧化磷酸化oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation3.3.化学渗透学说：化学渗透学说：英国 Mitchell 1961年提出NADHNADH或或FADHFADH2 2提供一对电子，经传递链，最后被提供一对电子，经传递链，最后被O O2 2所所接受；接受；电子传递链同时起质子泵的作用，在电子传递过程电子传递链同时起质子泵的作用，在电子传递过程中，中，H H+从基质转移到膜间腔；从基质转移到膜间腔；线粒体内膜具有离

17、子不透过性，能隔绝线粒体内膜具有离子不透过性，能隔绝H H+、OHOH-等，等，H H+的逆浓度运转形成质子浓度差，从而保持了一定的的逆浓度运转形成质子浓度差，从而保持了一定的势能差势能差 膜间腔中的膜间腔中的H H+有顺浓度梯度返回基质的倾向，能借有顺浓度梯度返回基质的倾向，能借助势能通过助势能通过ATPATP合酶复合体合酶复合体F F0 0上的质子通道渗透到线粒上的质子通道渗透到线粒体基质中，所释放的自由能驱动体基质中，所释放的自由能驱动F F0 0F F1 1ATPATP合酶合成合酶合成ATPATP一抗生素的副作用:氯霉素、四环素、红霉素等，它们之所以作为抗生素起氯霉素、四环素、红霉素等

18、，它们之所以作为抗生素起作用，是因为它们可以结合作用，是因为它们可以结合70s70s的核糖体，并阻断其蛋白的核糖体，并阻断其蛋白质的生物合成；但是，人体细胞线粒体也存有类似于原核质的生物合成；但是，人体细胞线粒体也存有类似于原核细胞的细胞的70s70s核糖体，这正是它们有时会有核糖体，这正是它们有时会有副副作用的原因。作用的原因。例如：链霉素、丁胺卡那霉素可以使听神经永久性损伤（内耳毛细胞例如：链霉素、丁胺卡那霉素可以使听神经永久性损伤（内耳毛细胞内的线粒体受损）。但取决于剂量和个体的遗传异质性。内的线粒体受损）。但取决于剂量和个体的遗传异质性。第三节第三节 线粒体与医学关系线粒体与医学关系二

19、呼吸抑制剂二呼吸抑制剂:KCNKCN中的中的CNCN-能迅速络合电子呼吸链终端的细胞色素能迅速络合电子呼吸链终端的细胞色素aaaa3 3 所所含的含的CuCu2+2+，从而细胞由于缺乏，从而细胞由于缺乏ATPATP，生命活动无法驱动或维持，生命活动无法驱动或维持，导致细胞迅速死亡。导致细胞迅速死亡。三缺氧损伤:缺氧使缺氧使ATPATP缺乏，可导致很多后果，如乳酸浓度高，缺乏，可导致很多后果，如乳酸浓度高，PHPH值降值降低；各种胞器内环境难以维持甚至破裂（如溶酶体），细胞低；各种胞器内环境难以维持甚至破裂（如溶酶体），细胞自溶，损伤不可逆。自溶，损伤不可逆。例：人体神经系统最易受缺氧性损伤，这有二个主要原因：例：人体神经系统最易受缺氧性损伤，这有二个主要原因：神经系统是机体代谢最为旺盛的组织；神经系统是机体代谢最为旺盛的组织；神经系统的胞内外特殊的离子环境的维持离不开离子泵，而神经系统的胞内外特殊的离子环境的维持离不开离子泵，而离子泵正是由离子泵正是由ATPATP来驱动的。来驱动的。四、线粒体遗传病 母系遗传