细胞生物学课件第六章线粒体和叶绿体

（三）超微结构 Structures of the mitochondrion
1、外膜 (out membrane) • 具有porin构成的亲水通道，允许分子量5KD以下的分子
通过，1KD以下的分子可自由通过。标志酶为单胺氧化酶。
2、内膜 （inner membrane） • 含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷
（二）呼吸链的复合物
• 呼吸链组分按氧化还原电 位由低向高的方向排列。
• 利用deoxycholate处理 线粒体内膜、分离出呼吸 链的4种复合物。辅酶Q 和细胞色素C不属于任何 一种复合物。
1、复合物I：NADH脱氢酶。 • 组成：42条肽链组成，呈L型，含一个FMN和至少6个铁
硫蛋白，分子量接近1MD，以二聚体形式存在。 • 作用：催化NADH的2个电子传递至辅酶Q，同时将4个质
达10~20μm，称巨线粒体。 • 肝细胞约1300个线粒体，占细胞体积的20%，许多哺乳
动物成熟的红细胞无线粒体。
• 通常分布在细胞功能旺盛的区域。
– 在肾细胞中靠近微血管，在精子中分布在鞭毛中区。
• 线粒体可以向细胞功能旺盛的区域迁移，微管是其导轨、 马达蛋白提供动力。
• 分为外膜、内膜、膜间隙和基质四部分。
– 纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质 ，内含Ca2+、Mg2+、 Zn2+等离子。
管状嵴线粒体
小鼠肾曲管上皮细胞冰冻蚀刻
人黑色素瘤细胞线粒体
二、氧化磷酸化的分子基础
• 动物细胞中80%的ATP来源于线粒体，糖、脂肪和氨基 酸彻底氧化，电子经过一系列的传递，传至氧分子，逐 级释放能量，合成ATP。
4、铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结 合，通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递，有2Fe-2S和 4Fe-4S两种类型。
5、辅酶Q：是脂溶性小分子量醌类化合物，通过氧化和还原 传递电子。有3种氧化还原形式，即：氧化型醌Q，还原 型氢醌（QH2）和介于两者之者的自由基半醌（QH）。
脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌质膜。 • 通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质自由通过。
• 氧化磷酸化的电子传递链位于内膜。标志酶为细胞色素C 氧化酶。
• 内膜向线粒体内室褶入形成嵴（cristae），能扩大内膜表 面积（达5~10倍），嵴有两种：①板层状、②管状。
• 嵴上覆有基粒。基粒由头部（F1）和基部（F0）构成 。 3、膜间隙 (intermembrane space)：是内外膜之间的腔隙，
第六章 线粒体和叶绿体
MITOCHONGDRION AND CHLOROPAST
内容提要
第二节 叶绿体
一、形态与结构 二、光合磷酸化作用机理 三、叶绿体的半自主性 四、叶绿体的增殖
• 第三节 蛋白质定向转运
一、线粒体蛋白质的转运 二、叶绿体的蛋白质转运
第一节 线粒体
• 1890年R. Altaman首次发现，命名为bioblast。 • 1898年von Benda提出mitochondrion。 • 1900年L. Michaelis用Janus Green B染色，发现线粒
子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。 • NADH→FMN→Fe-S→Q • NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C
2、复合物II：琥珀酸脱氢酶 • 组成：至少由4条肽链，含有一个FAD，2个铁硫蛋白珀酸→FAD→Fe-S→Q。 – 琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2
宽约6-8nm。标志酶为腺苷酸激酶。
4、基质（matrix） • 为内膜和嵴包围的空间。含有：
– 催化三羧酸循环，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。标志酶为 苹果酸脱氢酶。
– 线 粒 体 DNA（ mtDNA ） ， 及 线 粒 体 特 有 的 核 糖 体 ， tRNAs 、 rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。
（一）电子载体
• NAD、黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白、辅酶Q等。 1、NAD：即烟酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide
adenine dinucleotide），连接三羧酸循环和呼吸链， 将代谢过程中脱下来的氢交给黄素蛋白。 2、黄素蛋白：含FMN或FAD的蛋白，可接受2个电子2个 质子。黄素相关的脱氢酶类主要有：①以FMN为辅基的 NADH脱氢酶。②以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。
体具有氧化作用。 • Green（1948）证实线粒体含所有三羧酸循环的酶，
Kennedy和Lehninger（1949）发现脂肪酸氧化为CO2 的过程是在线粒体内完成的。
（一）形态
一、结构
• 粒状或杆状。 • 蛋白占干重的65-70%，脂类占25-30%。 • 直径0.5~1μm，长1.5~3.0μm，在胰脏外分泌细胞中可长
• NAD ＆ NADP
• Flavin mononucleotide(FMN)& Flavin adenine dinucleotide
3、细胞色素：分子中含有血红素铁，以共价形式与蛋白 结合，Fe3+、Fe2+形式变化传递电子，呼吸链中有5类， 即：细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原 子。
3、复合物III：细胞色素c还原酶。 • 组成：至少11条不同肽链，以二聚体形式存在，每个单体
包含两个细胞色素b（b562、b566）、一个铁硫蛋白和 一个细胞色素c1 。 • 作用：催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电 子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 • 2还原态cyt c1 + QH2 + 2 H+M→2氧化态cyt c1 + Q+ 4H+C
• 复合物Ⅲ的电子传递比较复杂，和“Q循环” 有关
4、复合物IV：细胞色素c氧化酶 • 组成：为二聚体，每个单体含至少13条肽链，分为三个亚
单位。 • 作用：将从细胞色素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，
在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。 • cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2 • 4还原态cyt c + 8 H+M + O2→4氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O