10章线粒体与氧化磷酸化

二、线粒体的化学组成
蛋白质（各种酶）：含量：65%-70% 包括可溶性蛋白、不可溶性蛋白
脂类（磷脂等）：含量：25%~30% 核酸：DNA、RNA
内膜 蛋白质：脂类=4：1 外膜 蛋白质：脂类=1：1
三、线粒体中各种酶的定位
线粒体中约含120多种酶。主要为: 氧化还原酶：37% 合成酶：10% 水解酶：9%
重点: 线粒体的超微结构 线粒体的能量转换功能 线粒体的半自主性
第一节 线粒体的形态、大小和分布
➢ 形态：一般呈粒状、线状或杆状，因生物种类 和生理状态而异。
➢ 大小：直径0.5 ～ 1μm，长2 ～ 8μm。 ➢ 数目：一般数百到数千个。
➢ 分布：常集中在细胞功能旺盛区域，可向功能 旺盛的区域迁移。分布于迁移往往与微管有关， 常与微管的分布相对应
ATP合成酶 ATP酶复合物
（1）头部（F1） *具有ATP酶活性 分子组成：3α、3β、γδε九条肽链 ATP酶活性可被寡酶素抑制 F1抑制蛋白，抑制ATP酶水解ATP
（2）柄部：连接作用，无酶活性 使F1对寡酶素敏感—寡酶素敏感授予蛋白 （简称OSCP）
（3）膜部（膜部、F0） ： F0因子，多条多肽 链。
三、外室（膜间隙）
内外膜之间——6-8nm 膜间隙与嵴内隙相通 内外膜接触处无膜间隙——蛋白质运输通道 含大量与氧化磷酸化有关的酶、底物
四、内室（线粒体基质）
蛋白质
➢ 酶：三羧酸循环、脂肪酸氧化、丙酮酸氧化
有形成分
➢ 丝状物质：环状DNA、RNA ➢ 核糖体：酵母—70S；哺乳动物—55S ➢ 致密颗粒状物质：Ca2+——磷酸钙沉淀—储存
嵴大大增加了内膜表面积，代谢越活越嵴越多 嵴上有球状颗粒—ATP合成酶
线粒体内膜上有球状颗粒—ATP合成酶 右图：牛心脏线粒体的负染电镜照片
ATP合成酶的结构
F1 : 5 种亚基比例3:3:1:1:1 F0 : 1a：2b：12c
头部（F1或F1因子） 基粒—— 柄部
基部（F0因子） F1—柄—F0 总称 呼吸集合体
F0因子的功能和传递质子有关，是质子载体， 可专一性地传递质子。
ATP合成酶具有双向功能： 有质子流时合成ATP ， 无质子流时分解ATP，将质子泵到膜间腔中
ATP合成酶（ATP synthetase） 也称FoF1-ATP酶：
线粒体内膜内表面上的结构,由头部(F1)、膜部 (Fo)组成。是将电子传递链传递电子过程释放的 能量用于使ADP磷酸化生成ATP的重要部位。
一、线粒体外膜
厚约6nm 膜上有小孔 孔蛋白（porin） 通透性高 通过分子
允许分子量5000以下的小分子通过， ATP、 NAD（分子量小于1000）均可通过
二 线粒体的内膜
比外膜略厚，6-8nm 内膜通透性低（内膜缺胆固醇，富含心磷脂）
分子量大于150的物质不能通过 内膜向内腔折叠形成嵴
丙酮酸氧化酶
NADH脱氢酶（对鱼藤酮敏感）
部位
酶的名称
腺苷酸激酶
膜间隙 二磷酸激酶
核苷酸激酶
柠檬酸合成酶、苹果酸脱氢酶 延胡索酸酶、异柠檬酸脱氢酶 顺乌头酸酶、谷氨酸脱氢酶 基质 脂肪酸氧化酶系、 天冬氨酸转氨酶、 蛋白质和核酸合成酶系、 丙酮酸脱氢酶复合物
各大组成部分有标志酶:
外膜: 单胺氧化酶 膜间隙: 腺苷酸激酶 内膜: 细胞色素氧化酶 基质: 苹果酸还原酶
线粒体
横纹肌
精子尾巴
哺乳类培养细胞的线粒体光镜照片
用活性荧光染料rhodamine 123染色，示线粒体长棒状。
上一细胞用荧光素标记的微管结合抗体染色的 免疫荧光照片
与上一照片相比，可知线粒体倾向于沿着微管排列
第二节 线粒体的超微结构
基本结构：两层单位膜围成的封闭囊
包括：Hale Waihona Puke Baidu
线粒体外膜、 线粒体内膜、 膜间隙、 线粒体基质
内膜： 呼吸链 氧化磷酸化
基质: 柠檬酸循环酶类 脂肪酸氧化酶类 蛋白质合成酶类
线粒体主要酶的分布
部位
酶 的 名 称
单胺氧化酶
外膜 NADH-细胞色素c还原酶（对鱼藤酮不敏感） 犬尿酸羟化酶
酰基辅酶A合成酶
细胞色素b，c，c1，a，a3氧化酶
ATP合成酶系 琥珀酸脱氢酶
内膜 β-羟丁酸和β-羟丙酸脱氢酶 肉毒碱酰基转移酶
（bioblast）
1897年 Benda 命名：线粒体 （mitochondrion）
对线粒体功能认识过程：
1900年L. Michaelis用Janus Green B对线粒体进行染 色，发现线粒体具有氧化作用。
1943-1950年发现三羧酸循环，脂肪酸氧化为CO2，氧 化磷酸化发生在线粒体内。
第四节 线粒体的功能与氧化磷酸化
能量转换：将食物的化学能转变成细胞直接利用 的ATP形式 Ca++储存
参与细胞凋亡的调控
起始凋亡的主开关
内膜：线粒体通透性转变孔（mtPTP） 膜间隙：死亡促进因子
细胞色素c 凋亡诱导因子（AIF） 切冬酶（caspase）
Ca2+
脂类
头部 内膜
第三节 线粒体的化学组成 与酶的定位
线粒体各部分的分离 线粒体的化学组成 线粒体中各种酶的定位
一、线粒体各部分的分离:
差速离心——完整线粒体 密度梯度离心——线粒体亚组分 ➢ 低渗处理——吸水膨胀—分离外膜 ➢ 去垢剂
外膜 *毛地黄苷——
内膜和基质 （线粒体质体） *Lubrol——内膜与基质分开
50年代，G.Palade, K. Porter用电镜观察并定义了线粒 体的内部结构，至此便有可能将线粒体的生理活动和 生化变化同线粒体的结构联系起来。
G.Palade
目录 第一节 线粒体的形态、大小与分布 第二节 线粒体的超微结构 第三节 线粒体的化学组成与酶的定位 第四节 线粒体的功能与氧化磷酸化 第五节 线粒体的半自主性 第六节 线粒体的发生
第十章 线粒体与氧化磷 酸化
*能量转换细胞器—ATP
*半自主性细胞器—DNA
对线粒体认识过程：
1857年 Kollicker 首次观察：昆虫横纹肌 1888年 Kollicker 首次分离 1890年 Petzius 命名：肌粒
(sarcosome） 1890年 Altman 命名：细胞质活粒