线粒体讲义.

第二章：线粒体

半自主性细胞器：线粒体和叶绿体

线粒体和叶绿体都具有自己的遗传物质和进行蛋白合成的装置，但组成线粒体和叶绿体的各种蛋白质都是由核DNA和线粒体DNA或叶绿体DNA分别编码的，所以它们都是半自主性的细胞器。

线粒体通过氧化磷酸化作用进行能量转换，为细胞进行各种生命活动提供能量。

线粒体的结构和化学组成：

外膜（outer memberane）：起界膜作用

内膜（inner memberane）：向内折叠成嵴（cristae）

外膜和内膜将线粒体分割成两个区室，一个是内外膜之间的腔隙，称为膜间隙（intermemberane space）,另一个为内膜所包围的空间，称为基质（matrix）。

外膜含有一些特殊的酶类，如参与肾上腺素氧化、色氨酸降解的酶等，表明外膜不仅参与膜磷脂的合成，而且还而已对那些将在线粒体基质中进行彻底氧化的物质进行初步分解。外膜的标志酶是单胺氧化酶。

标志酶：通过细胞化学分析，线粒体各部位有特征性的酶。

内膜含有多种运转系统，还含有大量的合成ATP的装置。在内膜的嵴上有许多排列规则的颗粒，称为线粒体基粒（elementary particle）又称耦联因子1，简称F1，是ATP合酶的头部，内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。

基质中的酶类最多，三羧酸循环，脂肪酸氧化、氨基酸降解等有关的酶都存在于线粒体基质中。此外，基ongoing还含有线粒体的遗传系统，包括DNA、RNA、核糖体和转录翻译遗传信息所必须的各种装置。标志酶：苹果酸脱氢酶。

线粒体的功能：

线粒体是物质最终彻底氧化分解的场所，其主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞的生命活动提供直接的能量。此外，线粒体还与细胞中氧自由基的生成，调节细胞氧化还原电位和信号转导，调控细胞凋亡、基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运以及电解质稳态平衡，包括线粒体对细胞Ca+的稳态调节等有关。

糖酵解（EMP）场所——细胞质

在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量(ATP)的过程。

葡萄糖+ 2ADP + 2Pi +2NAD+ →2丙酮酸+ 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O

糖酵解分为准备和实施阶段：

准备阶段（前5步）：葡萄糖→2个磷酸三碳糖+消耗2ATP

实施阶段（后5步）：2个磷酸三碳糖→2丙酮酸+产生4ATP

催化的关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶

糖酵解途径的调节：

己糖激酶：受6-磷酸葡萄糖，ATP柠檬酸，3-磷酸甘油酸的抑制

磷酸果糖激酶（主要）：受ATP，柠檬酸，3-磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸的抑制，AMP 可以解除抑制。

丙酮酸激酶主要受ATP的抑制。

丙酮酸的去路：有氧时：

无氧时：（乳酸，厌氧菌或肌肉运动造成暂时性缺氧）

乙醇（酵母细胞）

EMP的意义：

（1）沟通了生物体内的其他代谢途径

（2）为生物体提供了大量用于生命活动的能量

（3）动物的糖原异生作用的基础。是指非糖物质（如氨基酸、乳酸、甘油等）在人体的肝脏和肾脏等器官中在某些酶的催化作用下，转变成糖原或葡萄糖的过程。

三羧酸循环（TCA，Krebs循环）：

定义：在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量。

第一步：线粒体内

丙酮酸→乙酰辅酶A

丙酮酸脱氢酶复合体的组成：

丙酮酸脱氢酶（E1）

二氢硫辛酸转乙酰酶（E2）

二氢硫辛酸脱氢酶（E3）

酶的辅助因子:

NAD+——VPP

FAD ——VB2

辅酶A（CoA）——泛酸

硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1

硫辛酰胺——硫辛酸

Mg2+

丙酮酸脱羧→羟乙基-TPP→乙酰二氢硫辛酰胺→乙酰辅酶A

FADH2-E3 + NAD+→FAD-E3 + NADH + H+

第二步：线粒体基质

限速酶：

柠檬酸脱氢酶、抑制：ATP和NADH ，琥珀酰CoA，柠檬酸激活：ADP 异柠檬酸脱氢酶、抑制：ATP 激活：ADP，Ca2+

α-酮戊二酸脱氢酶系（α-酮戊二酸脱氢酶（E1）、转琥珀酰酶（E2）——核心、二氢硫辛酸脱氢酶（E3））、抑制：NADH ，琥珀酰CoA 激活：Ca2+

琥珀酸脱氢酶

底物水平磷酸化：在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键，后者在酶的作用下将能量转给ADP，生成ATP。

回补反应：

酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的反应。

丙酮酸+CO2+ATP+H2O→草酰乙酸+ADP+Pi+2H+（丙酮酸羧化酶）磷酸烯醇式丙酮酸+CO2+H2O→草酰乙酸+H3PO4（PEP羧化酶）

乙醛酸循环（植物和微生物中）

TCA循环的生物学意义：

1.主要：供能

2.为生物合成提供中间物。

3.三大营养物质的最终代谢通路。

4.是CO2的重要来源之一。

补充：磷酸戊糖途径

生物学意义：

a是生物体产生NADPH的主要途径，NADPH是长链脂肪酸和固醇类物质合成的还原剂（提供H）

b生物体中戊糖代谢就以该途径为主，和核酸的代谢相关联

c光合作用暗反应的逆反应相关联

d该途径的中间产物与其他代谢相关联

e生成的CO2沟通了生物与大气的关系

碘乙酸抑制PPP途径

葡萄糖异生作用：葡糖异生作用指的是以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。常见的可用于合成葡萄糖的物质有：乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。

a丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化反应生成磷酸烯醇式丙酮酸。

丙酮酸+ ATP + GTP + H2O →

磷酸烯醇式丙酮酸+ ADP + GDP + Pi

b果糖-1,6-二磷酸→果糖-6-磷酸

果糖-1,6-二磷酸+ H2O ————→果糖-6-磷酸+ Pi

果糖-1,6-二磷酸酶

c葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖

葡萄糖-6-磷酸+ H 2O ———————→葡萄糖＋Pi

葡萄糖-6-磷酸酶