《醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)》課件PPT

《醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)》課件PPT,醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué),醫(yī)學(xué),細(xì)胞生物學(xué),課件,PPT 線 粒 體 的 概 述 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 線粒體的化學(xué)組成 線粒體與細(xì)胞呼吸 線粒體與基因表達(dá) 線粒體的生物發(fā)生 第六章 線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體概述線粒體概述線粒體概述線粒體概述v 真核細(xì)胞內(nèi)一種特殊細(xì)胞器v 內(nèi)膜成分，但非內(nèi)膜系統(tǒng)成員v 具備獨(dú)特的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)v 真核細(xì)胞重要的能量“器官”v 直接或間接參與了細(xì)胞凋亡進(jìn)程 線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)v多數(shù)細(xì)胞的線粒體呈線狀、粒狀或桿狀，形態(tài)具有高度可塑性v不同細(xì)胞內(nèi)線粒體的形態(tài)和數(shù)量不盡一樣，但具有功能適應(yīng)性v細(xì)胞內(nèi)線粒體分布具有空間差異性，往往伴隨微管分布線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線線粒粒體體的的形形態(tài)態(tài)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 多多數(shù)數(shù)細(xì)細(xì)胞胞的的線線粒粒體體呈呈線線狀狀、粒粒狀狀或或桿桿狀狀，形形態(tài)態(tài)具具有有高高度度可可塑塑性性。大大小小一一般般為為0 0.5 5 1 1.0 0 mm，不不同同細(xì)細(xì)胞胞內(nèi)內(nèi)線線粒粒體體的的 形形態(tài)態(tài)和和數(shù)數(shù)量量不不盡盡一一樣樣，但但具具有有功功能能適適應(yīng)應(yīng)性性。線粒體的超微結(jié)構(gòu)線粒體的超微結(jié)構(gòu)外 膜內(nèi) 膜膜間腔基 質(zhì)線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體的超微結(jié)構(gòu)線粒體的超微結(jié)構(gòu)線線粒粒體體超超微微結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模模式式圖圖線粒體化學(xué)組成線粒體化學(xué)組成v與普通生物膜相似，同樣是由脂類和蛋白質(zhì)組成，但有自己的特點(diǎn)v線粒體內(nèi)膜具有高心磷脂/低膽固醇，保證內(nèi)膜具有離子不透過性v蛋白質(zhì)包括可溶蛋白和不溶性蛋白兩大類，以內(nèi)膜上蛋白含量最高 線粒體化學(xué)組成線粒體化學(xué)組成線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換三羧酸循環(huán)酶系*、蘋果酸脫氫酶*、脂肪酸氧化酶系、檸檬酸循環(huán)酶系、核酸及蛋白質(zhì)合成酶系基 質(zhì)腺苷酸激酶*、核苷二磷酸激酶、核苷酸激酶、亞硫酸氧化酶膜間腔細(xì)胞色素氧化酶系*、琥珀酸脫氫酶*、ATP合成酶、丙酮酸氧化酶系、NADH脫氫酶、-羥丙酸脫氫酶、-羥丁酸脫氫酶、肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶、亞鐵螯合酶、對寡霉素敏感的ATP酶內(nèi) 膜單胺氧化酶*、NADH-細(xì)胞色素c還原酶、磷酸甘油?；D(zhuǎn)移酶、?；鵆oA合成酶、脂肪酸輔酶A連接酶、犬尿酸羥化酶外 膜主要代表性酶存在部位線粒體的酶線粒體的標(biāo)志酶線粒體的標(biāo)志酶線粒體各部分都具有特定的功能線粒體是細(xì)胞內(nèi)酶含量最高的細(xì)胞器之一線粒體的標(biāo)志酶外 膜：單胺氧化酶內(nèi) 膜：細(xì)胞色素氧化酶膜間腔：腺苷酸激酶基 質(zhì)：蘋果酸脫氫酶線粒體化學(xué)組成線粒體化學(xué)組成線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換線粒體與基因表達(dá)線粒體與基因表達(dá)線粒體與基因表達(dá)線粒體與基因表達(dá)v線粒體內(nèi)含有獨(dú)特的DNA分子mtDNAv mtDNA包括含鳥嘌呤較多的重鏈(H鏈)和胞嘧啶較多的輕鏈(L鏈)，都具有編碼功能v人類mtDNA序列(劍橋序列)包括16,569bp，編碼37種產(chǎn)物線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換電鏡下的線粒體DNA線粒體基因組線線粒粒體體基基因因組組 線粒體內(nèi)包括獨(dú)特的DNA分子mtDNA，為雙鏈閉合環(huán)狀分子，包括重鏈和輕鏈，都具有編碼功能。線粒體DNA共編碼37種基因產(chǎn)物，其中，rRNArRNA 2 2種種：12S12S，16S 16S rRNArRNA (H(H鏈鏈)tRNAtRNA 2222種種：1414種種(H(H鏈鏈)，8 8種種(L(L鏈鏈)多肽多肽1313種：種：1212種種(H(H鏈鏈)，1 1種種(L(L鏈鏈)線粒體的遺傳特性線粒體的遺傳特性半自主性半自主性母性遺傳母性遺傳D-環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制線粒體遺傳的半自主性線粒體遺傳的半自主性 線粒體雖具有自己的遺傳物質(zhì)，可以合成線粒體所需要的某些組分，是為自主性，但線粒體內(nèi)的絕大多數(shù)蛋白質(zhì)仍然需要依賴細(xì)胞核基因，因而這種遺傳上的自主性是不完整的，故為半自主性。線線粒粒體體母母性性遺遺傳傳D-環(huán)復(fù)制線粒體蛋白的靶向運(yùn)輸線粒體蛋白的靶向運(yùn)輸線粒體與基因表達(dá)線粒體與基因表達(dá)線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換靶向運(yùn)輸序列受體伴侶蛋白線線粒粒體體蛋蛋白白的的靶靶向向運(yùn)運(yùn)輸輸 前前 體體 蛋蛋 白白 氨氨基基端端的的靶靶向向序序列列可可被被外外膜膜的的受受體體蛋蛋白白識(shí)識(shí)別別，蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)首首先先在在跨跨線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜的的電電化化學(xué)學(xué)梯梯度度驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)下下，然然后后在在ATPATP水水解解提提供供能能量量的的情情況況下下，在在內(nèi)內(nèi)外外膜膜接接觸觸位位點(diǎn)點(diǎn)或或其其附附近近進(jìn)進(jìn)行行跨跨膜膜移移位位。靶靶向向序序列列最最終終在在基基質(zhì)質(zhì)中中被被酶酶水水解解切切除除形形成成成成熟熟蛋蛋白白，前前體體蛋蛋白白最最終終被被加加工工形形成成成成熟熟的的線粒體蛋白。線粒體蛋白。線線粒粒體體蛋蛋白白的的靶靶向向運(yùn)運(yùn)輸輸序序列列(A)A)細(xì)細(xì)胞胞色色素素氧氧化化酶酶IVIV亞亞基基前前體體的的起起始始1212個(gè)個(gè)氨氨基基酸酸作作為為進(jìn)進(jìn)入入線線粒粒體的信號肽。體的信號肽。(B)(B)此此全全長長信信號號肽肽形形成成-螺螺旋旋，正正電電荷荷氨氨基基酸酸殘殘基基(紅紅)在在螺螺旋旋的的一一側(cè)側(cè)成成串串排排列列，非非極極性性氨氨基基酸酸殘殘基基排排列列在在另另一一側(cè)側(cè)，這這種種結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可被被線線粒粒體體表表面面的的特特異異受受體體蛋白識(shí)別。蛋白識(shí)別。前前 體體 蛋蛋 白白 氨氨基基端端的的靶靶向向序序列列可可被被外外膜膜的的受受體體蛋蛋白白識(shí)識(shí)別別，蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)首首先先在在跨跨線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜的的電電化化學(xué)學(xué)梯梯度度驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)下下，然然后后在在ATPATP水水解解提提供供能能量量的的情情況況下下，在在內(nèi)內(nèi)外外膜膜接接觸觸位位點(diǎn)點(diǎn)或或其其附附近近進(jìn)進(jìn)行行跨跨膜膜移移位位。靶靶向向序序列列最最終終在在基基質(zhì)質(zhì)中中被被酶酶水水解解切切除除形形成成成成熟熟蛋蛋白白，前前體體蛋蛋白白最最終終被被加加工工形形成成成成熟熟的的線粒體蛋白。線粒體蛋白。線線粒粒體體蛋蛋白白的的靶靶向向運(yùn)運(yùn)輸輸線線粒粒體體蛋蛋白白的的靶靶向向運(yùn)運(yùn)輸輸線線粒粒體體蛋蛋白白的的靶靶向向運(yùn)運(yùn)輸輸 前前 體體 蛋蛋 白白 氨氨基基端端的的靶靶向向序序列列可可被被外外膜膜的的受受體體蛋蛋白白識(shí)識(shí)別別，蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)首首先先在在跨跨線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜的的電電化化學(xué)學(xué)梯梯度度驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)下下，然然后后在在ATPATP水水解解提提供供能能量量的的情情況況下下，在在內(nèi)內(nèi)外外膜膜接接觸觸位位點(diǎn)點(diǎn)或或其其附附近近進(jìn)進(jìn)行行跨跨膜膜移移位位。靶靶向向序序列列最最終終在在基基質(zhì)質(zhì)中中被被酶酶水水解解切切除除形形成成成成熟熟蛋蛋白白，前前體體蛋蛋白白最最終終被被加加工工形形成成成成熟熟的的線粒體蛋白。線粒體蛋白。線線粒粒體體蛋蛋白白的的靶靶向向運(yùn)運(yùn)輸輸線粒體的生物發(fā)生線粒體的生物發(fā)生線粒體的生物發(fā)生線粒體的生物發(fā)生v線粒體起源的內(nèi)共生假說v線粒體通過分裂進(jìn)行復(fù)制線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換內(nèi)內(nèi)共共生生假假說說的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)依依據(jù)據(jù) 細(xì)細(xì)菌菌和和線線粒粒體體、葉葉綠綠體體在在化化學(xué)學(xué)組組成成、能能量量代代謝謝和和遺遺傳傳特特性性方方面面存存在在諸諸多多相相似似性性，據(jù)據(jù)此此學(xué)學(xué)者者們們提提出出了了這這兩兩種種細(xì)細(xì)胞胞器器起起源源的的內(nèi)內(nèi)共生假說。共生假說。線粒體起源的內(nèi)共生假說線粒體起源的內(nèi)共生假說線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞呼吸vv能量物質(zhì)氧化分解，釋放能量物質(zhì)氧化分解，釋放ATPATPvv底物水平磷酸化底物水平磷酸化 VsVs 氧化磷酸化氧化磷酸化vv無氧呼吸無氧呼吸 VsVs 有氧呼吸有氧呼吸vv線粒體直接參與了細(xì)胞的有氧呼吸線粒體直接參與了細(xì)胞的有氧呼吸vv線粒體內(nèi)有氧呼吸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)線粒體內(nèi)有氧呼吸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞氧化（Cellular Oxidation）指依靠酶的催化，氧將細(xì)胞內(nèi)各種能源物質(zhì)氧化而釋放能量的過程，稱為細(xì)胞氧化。由于在細(xì)胞氧化過程中，需要消化O2，釋放CO2和 H2O，故 又 稱 為細(xì) 胞 呼 吸(cellular respiration)。線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換無氧呼吸和有氧呼吸無氧呼吸和有氧呼吸線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞呼吸線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換無氧呼吸有氧呼吸細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換分子-ATP葡葡萄萄糖糖的的不不同同程程度度氧氧化化 能能源源物物質(zhì)質(zhì)可可在在細(xì)細(xì)胞胞內(nèi)內(nèi)進(jìn)進(jìn)行行不不同同程程度度的的氧氧化化，主主要要有有無無氧氧呼呼吸吸和和有有氧氧呼呼吸吸兩兩種種形形式式，前前者者是是一一種種低低能能氧氧化化，形形成成少少量量A AT TP P，在在細(xì)細(xì)胞胞質(zhì)質(zhì)基基質(zhì)質(zhì)內(nèi)內(nèi)進(jìn)進(jìn)行行；后后者者則則徹徹底底氧氧化化，釋釋放放出出二二氧氧化化碳碳和和水水，產(chǎn)產(chǎn)生生較較多多的的A AT TP P，主主要要在在線線粒粒體體中中進(jìn)進(jìn)行行。線粒體是最主要的物質(zhì)氧化場所線粒體是最主要的物質(zhì)氧化場所 生物體內(nèi)的能源物質(zhì)很多，糖類、脂類、蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸等都可作為能源物質(zhì)，但最主要、最直接的能源物質(zhì)是葡萄糖。不管是哪種能源物質(zhì)，通過氧化分解形成乙酰輔酶A，后者再進(jìn)一步進(jìn)入線粒體徹底氧化形成水和CO2，同時(shí)生成大量ATP分子。電子傳遞鏈(呼吸鏈)ATP酶復(fù)合體物質(zhì)氧化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)氧化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)線粒體與能量代謝線粒體與能量代謝線粒體與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)行能量能量合成合成結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)基礎(chǔ) 實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明明，物物質(zhì)質(zhì)氧氧化化過過程程中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的高高能能質(zhì)質(zhì)子子和和電電子子是是通通過過位位于于線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜上上的的電電子子傳傳遞遞鏈鏈來來實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的，而而A AT TP P的的形形成成則則直直接接依依賴賴于于內(nèi)內(nèi)膜膜上上的的A AT TP P酶酶復(fù)復(fù)合合體體。線線粒粒體體與與細(xì)細(xì)胞胞有有氧氧呼呼吸吸線粒體與細(xì)胞有氧呼吸線粒體與細(xì)胞有氧呼吸電子傳遞鏈三羧酸循環(huán)2e-2e-2e-蘋果酸-酮戊二酸異檸檬酸NADHFMN Fe-SComplex I1-羥丁酸-羥酰輔酶AADP+Pi ATPCoQ脂酰輔酶AFAD琥珀酸FAD2e-Fe-SCyt b Fe-S cyt c1Complex III2ADP+Pi ATPComplex II2e-cyt c2e-cyt a-a3 Cu）Complex IVADP+Pi ATP2e-O2酮體氧化作用NADH途徑：3 ATPFADH途徑：2 ATP3復(fù)合體復(fù)合體輔基輔基結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與膜關(guān)系與膜關(guān)系催化部位催化部位功能功能復(fù)合體I(850Kd)1FMN,16-24FeS(6個(gè)FeS中心)二聚體 整合NADH部位:M側(cè)CoQ部位:中央電子傳遞體、質(zhì)子泵(NADHCoQ）復(fù)合體II(140kd)1FAD,8FeS,1cytb(3個(gè)FeS中心)單 體整合琥珀酸部位:M側(cè)CoQ部位:中央電子傳遞體(琥珀酸CoQ)復(fù)合體III(480kd)2cytb,1cytc12FeS二聚體 整合CoQ部位:中央cytc1:C側(cè)電子傳遞體、質(zhì)子泵(CoQcytc)復(fù)合體IV(160kd)2cyta,2cyta32Cu二聚體 整合cyta部位:C側(cè)O2部位:M側(cè)電子傳遞體，質(zhì)子泵(cytcO2)細(xì)胞色素c(13kd)1cytc-血紅素單 體外在cytc1部位:C側(cè)cyta部位:C側(cè)電子傳遞體(CoQcyta)線粒體呼吸鏈的組成及性質(zhì)ATP酶復(fù)合體酶復(fù)合體線線粒粒體體與與細(xì)細(xì)胞胞有有氧氧呼呼吸吸ATP形成形成ATP酶酶復(fù)復(fù)合合體體1 1 葡萄糖葡萄糖(C6)(C6)2 2 丙酮酸丙酮酸(C3)(C3)糖酵解糖酵解胞基質(zhì)胞基質(zhì)2H2H2 22ATP2ATP2 2 乙酰輔酶乙酰輔酶A(C2)A(C2)COCO2 2線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)丙酮酸脫氫丙酮酸脫氫2H2H2 2COCO2 2三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)6H6H2 22H2H2 22ATP2ATP2ATP2ATPNADNAD6ATP6ATPNADNAD18ATP18ATPFADFAD4ATP4ATP2ATP2ATP線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜電子傳遞和電子傳遞和氧化磷酸化氧化磷酸化H H2 2O OFADFAD4ATP4ATP線粒體與線粒體與能量形成能量形成NADNAD6ATP6ATP 1分子葡萄糖完全氧化可形成3638分子ATP，其中3436分子是在線粒體內(nèi)形成的，因此線粒體是物質(zhì)氧化的主要場所，是生物細(xì)胞的動(dòng)力工廠。化化化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)滲滲滲滲透透透透假假假假說說說說-+氧化磷酸化作用高質(zhì)子濃度低質(zhì)子濃度ADP+PiATP2H+F1-F0膜電位+-呼吸作用NADH2H+2H+2H+2e-2e-2e-1/2O2膜間腔膜間腔基基質(zhì)質(zhì)