核糖体、线粒体
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可溶性蛋白：酶、周边膜蛋白 不溶性蛋白：整合膜蛋白、膜镶嵌酶蛋白 脂类以磷脂为主
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
外膜与内膜化学组成上的差异
外膜蛋白与脂质的比例约为1：1 内膜蛋白与脂质的比例约为4：1
膜间隙的化学组成与胞质相似 基质的化学组成以参与能量代谢的酶类为特征
25
线粒体外膜（高通透性）: 含通道形成蛋白——孔蛋白 Porin 对相对分子量10000以下的物质具有高通透性 线粒体膜间隙: 含有多种可以利用ATP来磷酸化其它核苷酸的酶类 线粒体内膜 (选择透过性): 含有丰富蛋白质，主要有以下三方面作用:
6
蛋白质合成过程
mRNA分子以5‘—3‘方向，从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子。 每种氨基酸至少对应一种密码子，最多的可对应六个密码子。
7
蛋白质合成过程
（三）肽链延伸
1）进位：第二个氨酰-tRNA进入A位。
2）成肽：肽酰转移酶催化A位氨酰tRNA的氨基与P位肽酰-tRNA的羧基 形成肽键。
浅蓝色: 线粒体内膜的内 部边界部分
黄色: 线粒体嵴
Three dimensional reconstruction of a mitochondrion
22
线粒体结构
外膜：含孔蛋白(porin)，通透性较高。 内膜：高度不通透性，向内折叠形成嵴。含有与能量转换相关的蛋白；膜的基质 面附着基质颗粒(ATP合成酶颗粒)。 膜间隙：含许多可溶性酶、 底物及辅助因子。 基质：溶胶状，含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系；双链环状的线粒体 DNA，核糖体等。
29
细胞呼吸
在氧分子的参与下，细胞分解各种大分子物质，产生二氧化碳；同时将分 解代谢所释出的能量储存于ATP中。这一过程称为细胞呼吸，又成为生物 氧化或细胞氧化。
本质上是线粒体中的一系列由酶催化进行的氧化还原反应 反应在恒温、恒压条件下进行
所产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中
整个反应分步进行，能量逐步释放 反应过程需要水分子参与
30
细胞呼吸
糖类、蛋白质和脂肪消化水解 产物，进一步分解为共同产物 乙酰CoA，进入三羧酸循环。 三羧酸循环在线粒体基质中完 成，是物质氧化的最终共同途 径。 线粒体成为绝大多数细胞代谢 过程中最终的能量转换和输出 中心。
31
电子传递和氧化磷酸化
线粒体基质中大分子分解代谢 产生携带高能电子的NADH 和 FADH2 NADH 和FADH2通过电子传递 链将高能电子最终传至氧分子 电子传递过程中形成跨线粒体 内膜的质子电化学梯度差 电化学梯度差储存的的能量用 来合成ATP 氧化过程：电子传递链完成
铜原子
34
电子传递和氧化磷酸化
氧化还原电位越高，氧化性 （获得电子的能力）越强 电子传递链各组分氧化还原 电位逐级升高 电子自由能逐级降低 电子逐级传递
电子传递链的氧化还原电位
中央管出口：位于大亚基，释放多肽链。 肽酰转移酶的催化位点、起始因子、延伸因 子、终止因子等的结合位点 。
5
蛋白质合成过程
（一）氨基酸活化
（二）起始
1）起始因子-3(IF-3)介导30S小亚基与 mRNA结合，形成IF3-30S亚基-mRNA复合 物。 2）IF-2介导fMet-tRNA与mRNA的AUG互补 结合，形成 ”IF2-30S亚基-mRNA-fMettRNA” 30S起始前复合物。 3）在GTP与Mg2+参与下，50S亚基与30S 起始前复合物结合， IF-2与IF-3脱落，形 成”30S亚基-mRNA-50S亚基-fMet-tRNA” 70S起始复合物。 fMet-tRNA占据P位，A位 空缺。
23
线粒体结构
ATP synthase particles
线粒体基粒：线粒体内膜特别是嵴膜基质面上带柄的球状颗粒称为基粒。基粒是 由多个蛋白亚基组成的大分子蛋白，其化学本质是ATP合酶，能将呼吸链电子传递 过程中释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。
24
线粒体化学组成
线粒体主要由蛋白质和脂质组成
（四）终止
1）mRNA的终止密码（UAA\UAG\UGA） 进入A位，阻止氨酰-tRNA进位。
2）相关释放因子（RF）识别结合A 位终止密码；P位的肽酰-tRNA经酶 解肽链与tRNA分离。
3）肽链由中央管出口释放， tRNA 从P位脱落，大小亚基解聚并与
mRNA 分离。
9
多核糖体
概念：细胞内蛋白质合成时，一个mRNA分子可结合多个核糖体，同时进行多条多 肽链的合成；当前一个核糖体结合mRNA启动多肽链合成并向mRNA3‘端移动一定 距离后，下一个核糖体就结合到mRNA起始位点。这种多个核糖体与同一mRNA结
Fill in the blanks The mitochondria could be subdivided from the outer to the inner into _____, _____, _____, _____.
27
Test
Best selection Which of the following cells does not contain mitochondria (
Palade，1955.
1
核糖体概述
概念：核糖体是合成蛋白质的细胞器，其功能是按照mRNA的指令由tRNA转运来 的氨基酸，在其有限空间内高效且精确地合成多肽链。“蛋白质合成机”
基本类型：
附着核糖体：附着于糙面内质网或外核膜表面。 游离核糖体：游离于细胞质中。 70S的核糖体：原核细胞；线粒体、叶绿体内的核糖体与70S核糖体类似。 80S的核糖体：真核细胞胞质。
(1)电子传递链: 执行氧化反应;
(2) ATP 合酶: 在线粒体基质中产生ATP; (3) 运输蛋白: 转运代谢产物
线粒体基质: 能量代谢相关酶类; 线粒体DNA；核糖体 26
Test
Explain the following terms Mitochondrion Mitochondrial cristae
合的聚合体称为多聚核糖体。
意义：提供mRNA利用率，在一定时间内合成更多的蛋白质。
10
线粒体
概述
结构 Electron-transport chain Oxidative phosphorylation
11
线粒体概述
30亿年前地球的假想环境
厌氧菌
早期地球大气中主要含有氢气、氨气、水，缺乏氧气 生命形式主要为厌氧菌 能量代谢方式为无氧代谢，如糖酵解、发酵作用等
Astrocyte
Fish pseudobranch
Adrenal steroid secreting cells
17
可塑性
在活细胞内使用荧光标记观察
到的线粒体形状剧烈变化的现象
Dramatic changes in shape
18
移动性和适应性
线粒体的融合与分裂 一个线粒体可以与另外一个融合成新的线粒体，也可以一分为二的分裂。 融合与分裂的动态平衡是线粒体数量、形状与接合度的重要影响因素。
A. Liver cell B. Red blood cell C. Muscle cell
)
D. Secreting cell
Short answers/ brief essays Please describe the structure of mitochondria
28
Test
Wright or wrong 1. In general, animal cells have more mitochondria than plant cells. ( ) 2. DNA mutation of mitochondria is more common in old men than ( ) in young people. 3. Keshan disease is directly caused by mitochondria dysfunction, ( ) and deficiency of selenium is one of it’s primary pathogeny.
磷酸化过程：ATP合酶完成
线粒体中的能量代谢
32
电子传递和氧化磷酸化
I：NADH-CoQ还原酶 II：琥珀酸-CoQ还原酶 III：CoQ-细胞色素c还原酶
IV：细胞色素c氧化酶
33
电子传递和氧化磷酸化
电子载体
黄素蛋白（FMN，FAD） CoQ 细胞色素类（含铁血红素）
铁硫中心（FeS）
4
核糖体形态结构
核糖体活性功能部位
核糖体结合位点：位于小亚基，识别并结合 mRNA。 氨酰位：又称A位点，位于大亚基，是新掺 入的氨酰-tRNA与mRNA密码子识别结合的 位点。 肽酰位：又称P位点，位于小亚基，结合延 伸中的肽酰-tRNA。
出口位：又称 E位点，位于大亚基，是肽酰 -tRNA移交肽链后， tRNA释放的位点。
细胞内定位: 与微管相连
特征: 多形性、可塑性、移动性、适应性
15
线粒体概述
贴壁生长的成纤维细胞中，镜下观察线粒 体为短线状小体
放大观察可见线粒体能以 beanshaped 形态存在， 长度约为 1 至 4 μm 。
16
多形性
Cardiac muscle
Amoeba
Adrenal cortex
12
线粒体概述
新型的光合作用方式 水 氧气 大气环境改变 新型生命体出现
30亿年前地球的假想环境 蓝细菌（蓝藻）
厌氧菌
2.4——2.7亿年前, 地球大气中开始逐渐积累越来越多的 氧气。
13
线粒体概述
氧气对厌氧菌产生威胁 自然选择压力 生命体进化出自我保护 机制抵抗氧毒性，并能 利用氧气产生能量 真核细胞进行有氧呼吸 产生能量的过程在特化 的细胞器中进行——线 粒体
主要成分：
r蛋白质：40%，核糖体表面。
rRNA：60%，核糖体内部。
2
核糖体形态结构
核糖体由大、小两个亚基组成；大亚基：圆锥形；小亚基：弧形。 蛋白质合成时核糖体大、小亚基聚合；合成完成后分开，游离于胞质中。
3
核糖体形态结构
核糖体普遍分布于原核细胞和真核细胞；线粒体基质和叶绿体基质中含有核糖体。 哺乳动物的成熟红细胞中没有核糖体；非细胞形态的病毒不含核糖体。
核糖体、线粒体
核糖体概述
1897年，首次观察到核糖体，当时称其为核外染色质。 1955年，Palade用电镜观察到大鼠腺细胞的核糖体，命名为 “Palade颗粒”。 1958年，Roberts提出用“ribosome”来命名核糖体， ribosome是核糖核蛋白体 的意思，中文简称核糖体。
“Note that in the matrix there are numerous small and dense granules (g) which appear to have particular affinity for the membrane limiting the cavities of the endoplasmic reticulum. ”
19
线粒体结构
线粒体外膜
包裹整个线粒体 线粒体的外部边界
线粒体内膜
线粒体的内部边界 形成线粒体嵴
膜间隙 线粒体基质
20
线粒体嵴
概念：线粒体内膜内陷突入基质形成的内折结构成为线粒体嵴；嵴的存在
大大增加了线粒体内膜的表面积，提高了ATP合成的效率。
21
线粒体结构
深蓝色: 线粒体外膜
线粒体
线粒体在氧化反应带来的自然选择过程中出现
14
线粒体概述
概念：线粒体是一种普遍存在于几乎所有真核细胞中的细胞器；它能够分解有机大 分子底物，并将其化学能转化为细胞可以直接利用的ATP；因此被比喻为细胞的 “动力工厂”。 形状: 线状或颗粒状 体积: 直径为0.5~1.0 μm，与细菌接近 形态因细胞类型、生理状态、发育阶段而异 数量: 在不同类型细胞中差异很大， 并随细胞的能量需求而变化
3）移位：核糖体沿5‘—3‘方向移动一 个密码子，原来P位的tRNA移到E位， A位的肽酰-tRNA移到P位，A位空出。
4）释放：移到E位的tRNA释出。
核糖体循环：蛋白质合成过程中肽链 延伸阶段的进位、成肽、移位、释放 的全过程称为核糖体循环，每经过一 次循环，肽链增加一个氨基酸。
8
蛋白质合成过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
外膜与内膜化学组成上的差异
外膜蛋白与脂质的比例约为1：1 内膜蛋白与脂质的比例约为4：1
膜间隙的化学组成与胞质相似 基质的化学组成以参与能量代谢的酶类为特征
25
线粒体外膜（高通透性）: 含通道形成蛋白——孔蛋白 Porin 对相对分子量10000以下的物质具有高通透性 线粒体膜间隙: 含有多种可以利用ATP来磷酸化其它核苷酸的酶类 线粒体内膜 (选择透过性): 含有丰富蛋白质，主要有以下三方面作用:
6
蛋白质合成过程
mRNA分子以5‘—3‘方向，从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子。 每种氨基酸至少对应一种密码子，最多的可对应六个密码子。
7
蛋白质合成过程
（三）肽链延伸
1）进位：第二个氨酰-tRNA进入A位。
2）成肽：肽酰转移酶催化A位氨酰tRNA的氨基与P位肽酰-tRNA的羧基 形成肽键。
浅蓝色: 线粒体内膜的内 部边界部分
黄色: 线粒体嵴
Three dimensional reconstruction of a mitochondrion
22
线粒体结构
外膜：含孔蛋白(porin)，通透性较高。 内膜：高度不通透性，向内折叠形成嵴。含有与能量转换相关的蛋白；膜的基质 面附着基质颗粒(ATP合成酶颗粒)。 膜间隙：含许多可溶性酶、 底物及辅助因子。 基质：溶胶状，含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系；双链环状的线粒体 DNA，核糖体等。
29
细胞呼吸
在氧分子的参与下，细胞分解各种大分子物质，产生二氧化碳；同时将分 解代谢所释出的能量储存于ATP中。这一过程称为细胞呼吸，又成为生物 氧化或细胞氧化。
本质上是线粒体中的一系列由酶催化进行的氧化还原反应 反应在恒温、恒压条件下进行
所产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中
整个反应分步进行，能量逐步释放 反应过程需要水分子参与
30
细胞呼吸
糖类、蛋白质和脂肪消化水解 产物，进一步分解为共同产物 乙酰CoA，进入三羧酸循环。 三羧酸循环在线粒体基质中完 成，是物质氧化的最终共同途 径。 线粒体成为绝大多数细胞代谢 过程中最终的能量转换和输出 中心。
31
电子传递和氧化磷酸化
线粒体基质中大分子分解代谢 产生携带高能电子的NADH 和 FADH2 NADH 和FADH2通过电子传递 链将高能电子最终传至氧分子 电子传递过程中形成跨线粒体 内膜的质子电化学梯度差 电化学梯度差储存的的能量用 来合成ATP 氧化过程：电子传递链完成
铜原子
34
电子传递和氧化磷酸化
氧化还原电位越高，氧化性 （获得电子的能力）越强 电子传递链各组分氧化还原 电位逐级升高 电子自由能逐级降低 电子逐级传递
电子传递链的氧化还原电位
中央管出口：位于大亚基，释放多肽链。 肽酰转移酶的催化位点、起始因子、延伸因 子、终止因子等的结合位点 。
5
蛋白质合成过程
（一）氨基酸活化
（二）起始
1）起始因子-3(IF-3)介导30S小亚基与 mRNA结合，形成IF3-30S亚基-mRNA复合 物。 2）IF-2介导fMet-tRNA与mRNA的AUG互补 结合，形成 ”IF2-30S亚基-mRNA-fMettRNA” 30S起始前复合物。 3）在GTP与Mg2+参与下，50S亚基与30S 起始前复合物结合， IF-2与IF-3脱落，形 成”30S亚基-mRNA-50S亚基-fMet-tRNA” 70S起始复合物。 fMet-tRNA占据P位，A位 空缺。
23
线粒体结构
ATP synthase particles
线粒体基粒：线粒体内膜特别是嵴膜基质面上带柄的球状颗粒称为基粒。基粒是 由多个蛋白亚基组成的大分子蛋白，其化学本质是ATP合酶，能将呼吸链电子传递 过程中释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。
24
线粒体化学组成
线粒体主要由蛋白质和脂质组成
（四）终止
1）mRNA的终止密码（UAA\UAG\UGA） 进入A位，阻止氨酰-tRNA进位。
2）相关释放因子（RF）识别结合A 位终止密码；P位的肽酰-tRNA经酶 解肽链与tRNA分离。
3）肽链由中央管出口释放， tRNA 从P位脱落，大小亚基解聚并与
mRNA 分离。
9
多核糖体
概念：细胞内蛋白质合成时，一个mRNA分子可结合多个核糖体，同时进行多条多 肽链的合成；当前一个核糖体结合mRNA启动多肽链合成并向mRNA3‘端移动一定 距离后，下一个核糖体就结合到mRNA起始位点。这种多个核糖体与同一mRNA结
Fill in the blanks The mitochondria could be subdivided from the outer to the inner into _____, _____, _____, _____.
27
Test
Best selection Which of the following cells does not contain mitochondria (
Palade，1955.
1
核糖体概述
概念：核糖体是合成蛋白质的细胞器，其功能是按照mRNA的指令由tRNA转运来 的氨基酸，在其有限空间内高效且精确地合成多肽链。“蛋白质合成机”
基本类型：
附着核糖体：附着于糙面内质网或外核膜表面。 游离核糖体：游离于细胞质中。 70S的核糖体：原核细胞；线粒体、叶绿体内的核糖体与70S核糖体类似。 80S的核糖体：真核细胞胞质。
(1)电子传递链: 执行氧化反应;
(2) ATP 合酶: 在线粒体基质中产生ATP; (3) 运输蛋白: 转运代谢产物
线粒体基质: 能量代谢相关酶类; 线粒体DNA；核糖体 26
Test
Explain the following terms Mitochondrion Mitochondrial cristae
合的聚合体称为多聚核糖体。
意义：提供mRNA利用率，在一定时间内合成更多的蛋白质。
10
线粒体
概述
结构 Electron-transport chain Oxidative phosphorylation
11
线粒体概述
30亿年前地球的假想环境
厌氧菌
早期地球大气中主要含有氢气、氨气、水，缺乏氧气 生命形式主要为厌氧菌 能量代谢方式为无氧代谢，如糖酵解、发酵作用等
Astrocyte
Fish pseudobranch
Adrenal steroid secreting cells
17
可塑性
在活细胞内使用荧光标记观察
到的线粒体形状剧烈变化的现象
Dramatic changes in shape
18
移动性和适应性
线粒体的融合与分裂 一个线粒体可以与另外一个融合成新的线粒体，也可以一分为二的分裂。 融合与分裂的动态平衡是线粒体数量、形状与接合度的重要影响因素。
A. Liver cell B. Red blood cell C. Muscle cell
)
D. Secreting cell
Short answers/ brief essays Please describe the structure of mitochondria
28
Test
Wright or wrong 1. In general, animal cells have more mitochondria than plant cells. ( ) 2. DNA mutation of mitochondria is more common in old men than ( ) in young people. 3. Keshan disease is directly caused by mitochondria dysfunction, ( ) and deficiency of selenium is one of it’s primary pathogeny.
磷酸化过程：ATP合酶完成
线粒体中的能量代谢
32
电子传递和氧化磷酸化
I：NADH-CoQ还原酶 II：琥珀酸-CoQ还原酶 III：CoQ-细胞色素c还原酶
IV：细胞色素c氧化酶
33
电子传递和氧化磷酸化
电子载体
黄素蛋白（FMN，FAD） CoQ 细胞色素类（含铁血红素）
铁硫中心（FeS）
4
核糖体形态结构
核糖体活性功能部位
核糖体结合位点：位于小亚基，识别并结合 mRNA。 氨酰位：又称A位点，位于大亚基，是新掺 入的氨酰-tRNA与mRNA密码子识别结合的 位点。 肽酰位：又称P位点，位于小亚基，结合延 伸中的肽酰-tRNA。
出口位：又称 E位点，位于大亚基，是肽酰 -tRNA移交肽链后， tRNA释放的位点。
细胞内定位: 与微管相连
特征: 多形性、可塑性、移动性、适应性
15
线粒体概述
贴壁生长的成纤维细胞中，镜下观察线粒 体为短线状小体
放大观察可见线粒体能以 beanshaped 形态存在， 长度约为 1 至 4 μm 。
16
多形性
Cardiac muscle
Amoeba
Adrenal cortex
12
线粒体概述
新型的光合作用方式 水 氧气 大气环境改变 新型生命体出现
30亿年前地球的假想环境 蓝细菌（蓝藻）
厌氧菌
2.4——2.7亿年前, 地球大气中开始逐渐积累越来越多的 氧气。
13
线粒体概述
氧气对厌氧菌产生威胁 自然选择压力 生命体进化出自我保护 机制抵抗氧毒性，并能 利用氧气产生能量 真核细胞进行有氧呼吸 产生能量的过程在特化 的细胞器中进行——线 粒体
主要成分：
r蛋白质：40%，核糖体表面。
rRNA：60%，核糖体内部。
2
核糖体形态结构
核糖体由大、小两个亚基组成；大亚基：圆锥形；小亚基：弧形。 蛋白质合成时核糖体大、小亚基聚合；合成完成后分开，游离于胞质中。
3
核糖体形态结构
核糖体普遍分布于原核细胞和真核细胞；线粒体基质和叶绿体基质中含有核糖体。 哺乳动物的成熟红细胞中没有核糖体；非细胞形态的病毒不含核糖体。
核糖体、线粒体
核糖体概述
1897年，首次观察到核糖体，当时称其为核外染色质。 1955年，Palade用电镜观察到大鼠腺细胞的核糖体，命名为 “Palade颗粒”。 1958年，Roberts提出用“ribosome”来命名核糖体， ribosome是核糖核蛋白体 的意思，中文简称核糖体。
“Note that in the matrix there are numerous small and dense granules (g) which appear to have particular affinity for the membrane limiting the cavities of the endoplasmic reticulum. ”
19
线粒体结构
线粒体外膜
包裹整个线粒体 线粒体的外部边界
线粒体内膜
线粒体的内部边界 形成线粒体嵴
膜间隙 线粒体基质
20
线粒体嵴
概念：线粒体内膜内陷突入基质形成的内折结构成为线粒体嵴；嵴的存在
大大增加了线粒体内膜的表面积，提高了ATP合成的效率。
21
线粒体结构
深蓝色: 线粒体外膜
线粒体
线粒体在氧化反应带来的自然选择过程中出现
14
线粒体概述
概念：线粒体是一种普遍存在于几乎所有真核细胞中的细胞器；它能够分解有机大 分子底物，并将其化学能转化为细胞可以直接利用的ATP；因此被比喻为细胞的 “动力工厂”。 形状: 线状或颗粒状 体积: 直径为0.5~1.0 μm，与细菌接近 形态因细胞类型、生理状态、发育阶段而异 数量: 在不同类型细胞中差异很大， 并随细胞的能量需求而变化
3）移位：核糖体沿5‘—3‘方向移动一 个密码子，原来P位的tRNA移到E位， A位的肽酰-tRNA移到P位，A位空出。
4）释放：移到E位的tRNA释出。
核糖体循环：蛋白质合成过程中肽链 延伸阶段的进位、成肽、移位、释放 的全过程称为核糖体循环，每经过一 次循环，肽链增加一个氨基酸。
8
蛋白质合成过程