线粒体与细胞的能量转换
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80S like cytoplasmic ribosomes) 3. make some of their own proteins from
their own genes 4. divide by binary fission (but not
autonomous, cannot 5. grow or sustain life outside of cell) .
线粒体核糖体
三. 线粒体的化学组成
蛋白质: 约占65-70%,多分布在内膜和基质。 脂 类: 约占25-30%, 大部分是磷脂。 DNA和完整的遗传系统 水、辅酶、维生素、金属离子等
线粒体含有众多酶系,目前已确认的有120种,是细胞中含酶最 多的细胞器。有些酶可作为线粒体不同部位的标志酶: 内膜:细胞色素氧化酶 外膜:单胺氧化酶 基质:苹果酸脱氢酶 膜间腔:腺苷酸激酶
`
一.线粒体的生理形态、数量及存在形式 线粒体的形状、大小、数目和分布在不同类型细胞或不同 生理状态下差别较大
形态:光镜: 线状、粒状、杆状
大小:较大,直径:0.5—1.0µm;长度:3 µm 数目:正常细胞中:1000—2000个,不同类型 的细胞中差异较大
分布:一般呈弥散均匀分布状态, 在细胞生理功能旺盛、需要能量
较多的部位更为集中
二.线粒体的亚微结构 电镜下观察线粒体是由两层单位膜围成的封闭膜囊结构 包括:外膜、内膜、膜间腔、基质四个功能区
1. 外膜(outer membrane)
厚5—7nm,含有多种转运蛋白围成的水相通道,形成直径2-3nm的 小孔,允许分子量为10 000以内的物质可以自由通过
2. 内膜(inner membrane)
细胞呼吸的特点: ⑴是在线粒体中进行的由一系列酶系所催化的氧化还原反应。 ⑵所产生的能量贮存于ATP的高能磷酸键中; ⑶整个反应过程是分步进行的,能量也是逐步释放的。 ⑷反应在恒温和恒压条件下进行的,需要水的参与。
Mitochonial Function
(一)参与细胞能量代谢
2. 细胞能量转换分子:
因此,线粒体为半自主性细胞器(semiautonomous organelle)
链传递过程中释放的能量用于使ADP 磷酸化生成ATP的关键装置
2. 内膜(inner membrane)
基粒(elementary particle) ★★
•F1由5种多肽组成α 3β 3γ δ ε 复合体,具有三个ATP合成的催 化位点(每个β 亚基具有一个)。 •F0由三种多肽组成ab2c12复合 体,嵌入内膜,12个c亚基组成 一个环形结构,具有质子通道。
线粒体
1894年 ——Altmann —— 光镜 —— 生命小体 (bioblast) 1897年 —— Benda —— 线粒体(mitochondria)
"Energy organelles" have unique properties
1. enclosed by double membrane system 2. contain DNA and ribosomes (70S, not
平均厚4.5nm,通透性小,有高度选择性,要借助转运蛋白控制内 外腔物质的交换
嵴(cristae):内膜向内突起形成,可增加内膜的表面积
基粒(elementary particle) ★★ ①内膜基质面附着许多突出于内腔的颗粒 ②由多种蛋白质亚基组成,分为头部、柄
部、基片三部分 ③化学本质是ATP合酶复合体,是将呼吸
细胞质
线粒体
糖、脂肪
丙酮酸和脂肪酸
乙酰coA(三羧酸循环)
氢通过电子传递链到达氧生成水,同时ADP磷酸化生成ATP
(二)参与细胞死亡
细胞死亡的研究已经从细胞核控制死亡的过程的研究部分地转移到线 粒体控制死亡过程地研究上来。线粒体是决定细胞死亡的又一“战 场”。
线粒体在能量代谢和自由基代谢中占据十分重要的地位,代谢过 程中产生大量超氧阴离子,形成活性氧(reactive oxygen species, ROS),当ROS水平较高时,损伤线粒体膜,启动一系列 促使细胞死亡的级联反应发生,最终导致细胞死亡。
★线粒体的半自主性
① 线粒体有自己的 DNA分子和蛋白质 合成系统,即有独立的遗传系统, 故有一定的自主性。
② mtDNA 分子量小、基因数目少,只 编码线粒体蛋白质的10%,而绝大多 数线粒体蛋白质(90%)是由核基因 编码,在细胞质中合成后转运到线 粒体中的。
③ 线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统。
四. 线粒体的功能
线粒体的主要功能是氧化磷酸化,合成ATP,为细胞的生命活动提供能量 参与细胞死亡的控制作用
(一)参与细胞能量代谢 1、细胞呼吸:
在细胞特定的细胞器内,在O2 的参与下,分解各种大分子物质,产生CO2 同时分解代谢所释放的能量贮存于ATP中。这一过程成为细胞呼吸,也称为 生物氧化或细胞氧化。
ATP——高能磷酸化合物,通过高能磷酸键放能、贮能,反应简式:
去磷酸化
A-P~P~P
磷酸化
A-P~P + Pi + 1.72KJ
3.细胞氧化的基本过程:
⑴ 糖酵解 ⑵ 三羧酸循环 ⑶ 电子传递和氧化磷酸化
1分子葡萄糖彻底 氧化生成38个ATP
4.ATP的合成
糖酵解:2个 线粒体内:36个
三羧酸循环:2个 内膜氧化磷酸化:34个
五. 线粒体的遗传体系
(一)线粒体基因组
mtDNA: 双链环状的DNA分子,裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中, 分子量小,含16569个碱基对。
37个基因
2种 编码 rRNA(12S和16S)基因 22种 编码 tRNA基因 13种 编码 蛋白质基因
总之:mtDNA 排列紧凑、高效利用、可自我复制 但其遗传密码与“通用”的遗传密码表也不完全相同 如:UGA色氨酸而不是终止密码。
3. 内外膜转位接触点(translocation contact site)
内外膜相互接触的地方,膜间隙变狭窄,称为 转位接触点,外膜受体和输入装置位于接触点 附近,是蛋白质等物质进出线粒体的通道
4. 基质(matrix)
位于内腔中,充满电子密度较低的物质,含有: 脂类 蛋白质 酶类 线粒体 DNA 线粒体 mRNA 线粒体 tRNA
their own genes 4. divide by binary fission (but not
autonomous, cannot 5. grow or sustain life outside of cell) .
线粒体核糖体
三. 线粒体的化学组成
蛋白质: 约占65-70%,多分布在内膜和基质。 脂 类: 约占25-30%, 大部分是磷脂。 DNA和完整的遗传系统 水、辅酶、维生素、金属离子等
线粒体含有众多酶系,目前已确认的有120种,是细胞中含酶最 多的细胞器。有些酶可作为线粒体不同部位的标志酶: 内膜:细胞色素氧化酶 外膜:单胺氧化酶 基质:苹果酸脱氢酶 膜间腔:腺苷酸激酶
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一.线粒体的生理形态、数量及存在形式 线粒体的形状、大小、数目和分布在不同类型细胞或不同 生理状态下差别较大
形态:光镜: 线状、粒状、杆状
大小:较大,直径:0.5—1.0µm;长度:3 µm 数目:正常细胞中:1000—2000个,不同类型 的细胞中差异较大
分布:一般呈弥散均匀分布状态, 在细胞生理功能旺盛、需要能量
较多的部位更为集中
二.线粒体的亚微结构 电镜下观察线粒体是由两层单位膜围成的封闭膜囊结构 包括:外膜、内膜、膜间腔、基质四个功能区
1. 外膜(outer membrane)
厚5—7nm,含有多种转运蛋白围成的水相通道,形成直径2-3nm的 小孔,允许分子量为10 000以内的物质可以自由通过
2. 内膜(inner membrane)
细胞呼吸的特点: ⑴是在线粒体中进行的由一系列酶系所催化的氧化还原反应。 ⑵所产生的能量贮存于ATP的高能磷酸键中; ⑶整个反应过程是分步进行的,能量也是逐步释放的。 ⑷反应在恒温和恒压条件下进行的,需要水的参与。
Mitochonial Function
(一)参与细胞能量代谢
2. 细胞能量转换分子:
因此,线粒体为半自主性细胞器(semiautonomous organelle)
链传递过程中释放的能量用于使ADP 磷酸化生成ATP的关键装置
2. 内膜(inner membrane)
基粒(elementary particle) ★★
•F1由5种多肽组成α 3β 3γ δ ε 复合体,具有三个ATP合成的催 化位点(每个β 亚基具有一个)。 •F0由三种多肽组成ab2c12复合 体,嵌入内膜,12个c亚基组成 一个环形结构,具有质子通道。
线粒体
1894年 ——Altmann —— 光镜 —— 生命小体 (bioblast) 1897年 —— Benda —— 线粒体(mitochondria)
"Energy organelles" have unique properties
1. enclosed by double membrane system 2. contain DNA and ribosomes (70S, not
平均厚4.5nm,通透性小,有高度选择性,要借助转运蛋白控制内 外腔物质的交换
嵴(cristae):内膜向内突起形成,可增加内膜的表面积
基粒(elementary particle) ★★ ①内膜基质面附着许多突出于内腔的颗粒 ②由多种蛋白质亚基组成,分为头部、柄
部、基片三部分 ③化学本质是ATP合酶复合体,是将呼吸
细胞质
线粒体
糖、脂肪
丙酮酸和脂肪酸
乙酰coA(三羧酸循环)
氢通过电子传递链到达氧生成水,同时ADP磷酸化生成ATP
(二)参与细胞死亡
细胞死亡的研究已经从细胞核控制死亡的过程的研究部分地转移到线 粒体控制死亡过程地研究上来。线粒体是决定细胞死亡的又一“战 场”。
线粒体在能量代谢和自由基代谢中占据十分重要的地位,代谢过 程中产生大量超氧阴离子,形成活性氧(reactive oxygen species, ROS),当ROS水平较高时,损伤线粒体膜,启动一系列 促使细胞死亡的级联反应发生,最终导致细胞死亡。
★线粒体的半自主性
① 线粒体有自己的 DNA分子和蛋白质 合成系统,即有独立的遗传系统, 故有一定的自主性。
② mtDNA 分子量小、基因数目少,只 编码线粒体蛋白质的10%,而绝大多 数线粒体蛋白质(90%)是由核基因 编码,在细胞质中合成后转运到线 粒体中的。
③ 线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统。
四. 线粒体的功能
线粒体的主要功能是氧化磷酸化,合成ATP,为细胞的生命活动提供能量 参与细胞死亡的控制作用
(一)参与细胞能量代谢 1、细胞呼吸:
在细胞特定的细胞器内,在O2 的参与下,分解各种大分子物质,产生CO2 同时分解代谢所释放的能量贮存于ATP中。这一过程成为细胞呼吸,也称为 生物氧化或细胞氧化。
ATP——高能磷酸化合物,通过高能磷酸键放能、贮能,反应简式:
去磷酸化
A-P~P~P
磷酸化
A-P~P + Pi + 1.72KJ
3.细胞氧化的基本过程:
⑴ 糖酵解 ⑵ 三羧酸循环 ⑶ 电子传递和氧化磷酸化
1分子葡萄糖彻底 氧化生成38个ATP
4.ATP的合成
糖酵解:2个 线粒体内:36个
三羧酸循环:2个 内膜氧化磷酸化:34个
五. 线粒体的遗传体系
(一)线粒体基因组
mtDNA: 双链环状的DNA分子,裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中, 分子量小,含16569个碱基对。
37个基因
2种 编码 rRNA(12S和16S)基因 22种 编码 tRNA基因 13种 编码 蛋白质基因
总之:mtDNA 排列紧凑、高效利用、可自我复制 但其遗传密码与“通用”的遗传密码表也不完全相同 如:UGA色氨酸而不是终止密码。
3. 内外膜转位接触点(translocation contact site)
内外膜相互接触的地方,膜间隙变狭窄,称为 转位接触点,外膜受体和输入装置位于接触点 附近,是蛋白质等物质进出线粒体的通道
4. 基质(matrix)
位于内腔中,充满电子密度较低的物质,含有: 脂类 蛋白质 酶类 线粒体 DNA 线粒体 mRNA 线粒体 tRNA