第6章-线粒体(1)学习资料
细胞生物学之笔记--第6章
第六章线粒体mitochondion与细胞的能量转换第一节线粒体的基本特征一、线粒体的形态、数量&结构（一）线粒体的形态、数量与细胞的类型和生理状态有关线状、粒状、杆状etc 直径0.5~1.0μm。
（二）线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构1.外膜是线粒体外层单位膜outer membrane5~7nm厚，50%脂类、50%蛋白（重量）外膜蛋白多为转运蛋白，形成跨膜水相通道（直径2~3μm），允许分子量10kD以下分子通过，包括小分子多肽（氨基酸平均分子量128D）2.内膜的内表面附着许多颗粒inner membrane4.5nm厚，20%脂类、80%蛋白✧内腔/基质腔（matrix space）由内膜包裹的空间✧外腔/膜间腔（intermembrane space）内、外膜之间的空间✧嵴（cristae）内膜大量向内腔突起性折叠形成✧嵴间腔（intercristae space）嵴与嵴之间的内腔部分✧嵴内空间（intracristae space）由于嵴向内腔突起，造成的外腔向内伸入的部分内膜通透性很小，分子量大于150D，就不能通过内膜有高度的选择通透性，膜上转运蛋白控制内外腔的物质交换内膜内表面附着许多颗粒，数目：104~105个/线粒体，称基粒elementary particle =A TP合酶复合体（A TP synthase complex）3.内外膜相互接近所形成的转位接触点是物质转运到线粒体的临时性结构转位接触点translocation contact site 电镜观察揭示内外膜有些接触点转位接触点分布有蛋白质等物质进出线粒体的通道蛋白和特异性受体，称内膜转位子translocon of the inner membrane, Tim; 和外膜转位子translocon of the outer membrane, Tom4.基质是氧化代谢的场所✧基质matrix 内腔中充满的电子密度较低的可溶性蛋白质和脂肪等成分✧基质中含各种酶：三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成✧基质中含有双链环状DNA、70S核糖体有1~多个DNA拷贝，有独立遗传物质复制、转录、翻译5.基质的化学本质是ATP合酶基粒，又称A TP合酶复合体，头部直径9nm，柄部长5nm，宽4nm二、线粒体的化学组成三、线粒体的遗传体系（一）线粒体DNA构成了线粒体基因组mtDNA(mitochondrial DNA) 裸露、不与组蛋白结合，基质内一个线粒体平均5~10个DNA分子，编码线粒体的t RNA、rRNA及一些线粒体蛋白质但大多数酶和蛋白质仍由细胞核DNA编码，在细胞质中合成，转送到线粒体中线粒体基因组共16 569 bp，双链环状DNA，一条重链，一条轻链。
第六章 线粒体
（分布：多靠近需 耗能多的位置，如 rER附近，精子尾部 等。）
如有促进脂肪酸进入线粒体代谢的酶。
⑵组成：２０％是脂类，８０％是蛋白质 内膜上约有60多种蛋白质 三种主要功能蛋白质： ①电子传递链酶系：呼吸链电子传递系统氧化反应 的蛋白质： ②ATP合成酶系：基质中合成ATP（氧化磷酸化） ③特异转运蛋白：小分子物质转出基质 ⑶特点： 通透性小，分子量大于１５０的物质不能通过。 选择通透性高，膜上的转运蛋白质控制内、外腔的 物质交换，以保证活性物质的代谢。
ATP合酶复合体 生物氧化 细胞氧化 细胞呼吸 嵴 基粒 糖酵解 内膜 嵴间腔 膜间腔 嵴内空间
matrix 基质 matrix space 基质腔 matrix-targeting sequence .MTS 基质导入序列 Outer membrane 外膜 Oxidative phosphorylation 氧化磷酸化 Translocation contact site 转位接触点 Translocon of the inner membrane, Tim 内膜转位子 Translocon of the outer membrane .Tom 外膜转位子 Tricarboxylic acid cycle ,TAC 三羧酸循环
:细胞液 :线粒体基质 :线粒体基质
第06章-线粒体遗传病
Complex Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Subunits 41 4 11 13
Nuclear 34 4 10 10
mtDNA 7 0 1 3
ATPase
14
12
2
合计
87
70
13
（二）线粒体基因组所用的遗传密码
和通用密码不完全等同
Codon UGG UGA AGG AGA AUG AUA
Universal code Trp Stop Arg Arg Met Ile
含16569个碱基对。 外环为重链（H）富含G
12种多肽链 12S rRNA 16S rRNA 14种tRNA
内环为轻链（L）富含C
1种多肽链 8种tRNA
mtDNA共有37个 基2因种 编码
rRNA(12S和16S ）基因
22种 编码 tRNA 基因
13种 编码 蛋白质 基因
Human mtDNA, a circular molecule that has been completely sequenced, is among the smallest known mtDNAs, containing 16,569 base pairs. It encodes the two rRNAs found in mitochondrial ribosomes and the 22 tRNAs used to translate mitochondrial mRNAs.
（一）线粒体蛋白输入缺陷 （二）底物运输缺陷 （三）底物利用缺陷 （四）铁运输缺陷 （五）电子传递链缺陷
mtDNA Trp Trp Stop Stop Met Met
（三）mtDNA为母系遗传
母亲将她的mtDNA 传递给儿子和女儿， 但只有女儿能将其 mtDNA传递给下一代。
第六章线粒体和叶绿体(共80张PPT)
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接受的电子传给氧形成水，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。（2 H+泵出， 2 H+ 参与 形成水）
• cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2
Transport of electrons from NADH
Transport of electrons from FADH2
在电子传递过程中，有几点需要说明
• 四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、铁硫蛋白、辅酶 Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。
• 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子(能量转化) ， 终止于O2形成水。
• 4还原态cyt c + 8 H+M + O2→4氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O
两条主要的呼吸链
• ①由复合物I、III、IV组成，催化NADH的脱氢氧化。
• ②由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。
• 对应于每个复合物Ⅰ，大约需要3个复合物Ⅲ，7个复合物Ⅳ，任 何两个复合物之间没有稳定的连接结构，而是由辅酶Q和细胞色 素c这样的可扩散性分子连接。
（二） 线粒体的超微结构（两膜两室）
基质
膜间隙
外膜
嵴
内膜
A three-dimensional diagram of a mitochondrion cut longitudinally
•线粒体的超微结构
◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。外膜的 标志酶是单胺氧化酶。 ◆内膜（inner membrane）：富含心磷脂，高度不通透性，向内折叠
第六章 线粒体
◆ 辅酶Q（CoQ）、黄素单核苷酸（FMN）、 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）、烟酰胺腺 嘌呤二核苷酸（NAD）等。它们作为辅酶 （或辅基）参与电子传递的氧化还原过程。
◆ 基质中含有催化三羧酸循环、脂肪酸β-氧 化、氨基酸氧化、蛋白质合成等有关的上 百种酶和其他成分， 如环状DNA、RNA、 核糖体及较大的致密颗粒，这些颗粒是含 磷酸钙的沉积物，其作用是储存钙离子， 也可结合镁离子。基质中还有许多可溶性 代谢中间物。
化学渗透假说有两个特点：
A. 强调线粒体膜结构的完整性
如果膜不完整，H+ 便能自由通过膜，则无法在内 膜两侧形成质子动力势，那么氧化磷酸化就会解 偶联。一些解偶联剂的作用就在于改变膜对H+ 的 通透性，从而使电子传递所释放的能量不能转换 合成ATP。
B. 定向化学反应
ATP水解时，H+从线粒体内膜基质侧抽提到膜间 隙，产生电化学质子梯度。ATP合成的反应也是 定向的，在电化学质子梯度推动下，H+ 由膜间隙 通过内膜上的ATP合成酶进入基质，其能量促使 ADP和Pi合成ATP。
◆ 复合物Ⅳ：细胞色素C氧化酶
组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，含cyt a, a3 ,Cu, Fe。既是电子传递体又是质子移位 体。 作用： 催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵 出， 2 H+ 参与形成水。
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆ 四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素（含血红 素辅基）、 Fe-S 中心和辅酶 Q。前三种与蛋白质 结合，辅酶Q为脂溶性醌。 ◆ 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形 成高能电子（能量转化），终止于O2形成水。 ◆ 电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递 (NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)。
第六章 细胞的能量转换—线粒体和叶绿体 南开大学细胞生物学课件
1. 电子载体
电子传递链是由一系列特殊的电子载体构成的。 在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递 下去的化合物称为电子载体（electron carrier）。
电子载体有五种： 黄素蛋白（flavoprotein） 细胞色素(cytochrome) 泛醌(ubiquinone, UQ) 铁硫蛋白(iron-sulfur protein) 铜原子(copper atom)
Fis1和Mdv1 2. 参与作用
endophilin B1 Mff(mitochondrial fission factor) GDAP1(ganglioside-induced
fifferentiation associated protein 1)
2. 线粒体融合与分裂的细胞生物学基础
二、线粒体的超微结构
复合物Ⅱ
复合物Ⅲ
复合Ⅳ
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆ 五种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、铜原子、辅酶Q。前四种与蛋白质结合，辅 酶Q为脂溶性醌。
◆ 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高 能电子(能量转化)， 终止于O2形成水。
◆ 电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递 (NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)
叶肉细胞
维管束 维管束鞘细胞
第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源
线粒体和叶绿体的功能主要受细胞核 基因组调控，但同时又受到自身基因组的 调控，被称为半自主性细胞器。
线粒体和叶绿体以非孟德尔方式遗传。
一、线粒体和叶绿体的半自主性 二、线粒体和叶绿体的起源
一、线粒体和叶绿体的半自主性
（一）线粒体和叶绿体DNA （二）线粒体和叶绿体中的蛋白质 （三）线粒体和叶绿体基因组与细胞核
医学细胞生物学（中山大学）第六章线粒体与细胞的能量转换
第六章线粒体与细胞的能量转换第一节线粒体的基本特征一、线粒体的形态、数量和结构（一）线粒体的形态、数量与细胞的类型和生理状态有关（细胞类型、生理状态、代谢需求）1.光镜下的线粒体成线状、粒状或杆状。
2.在低渗环境下，线粒体膨胀如泡状，在高渗环境下，线粒体又伸长为线状3.酸性时线粒体膨胀，碱性时线粒体为粒状（二）线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构1.外膜是线粒体外层单位膜在组成上，外模的1/2为脂类，1/2位蛋白质，外膜上镶嵌的蛋白质包括多种转运蛋白，允许通过分子量在10000以下的物质（通透性大）2.内膜的内表面附着许多颗粒①内膜直接包围的空间称内腔，含有基质，也称基质腔；内膜与外膜之间的空间称为外腔，或膜间腔。
②嵴的形成大大扩大了内膜的面积，提高了内膜的代谢效率③内膜的化学组成中20%是脂类（心磷脂占20%），80%是蛋白质④内膜的通透性很小，但内膜有高度的选择通透性⑤基粒分为头部、柄部、基片三部分，由多种蛋白质亚基组成。
机理头部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，因此，基粒又称ATP合成酶或ATP合酶复合体3.内外膜相互接近所形成的转为接触点是物质转运到线粒体的临时性结构线粒体的内外膜上存在着一些内膜与外模相互接触的地方，在这些地方膜间隙变狭窄，称为转位接触点4.基质是氧化代谢的场所线粒体中催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成等有关的酶都在基质中，参与物质的代谢5.基粒的化学本质是ATP合成酶二、线粒体的化学组成1.线粒体的主要成分是蛋白质，且多数分布于内膜和基质，分为两类：可溶性蛋白和不可溶性蛋白或膜镶嵌酶蛋白（线粒体是细胞中含酶最多的细胞器）2.线粒体内外膜的标志酶分别是细胞色素氧化酶和单胺氧化酶等；基质和膜间腔的标志酶分别为苹果酸脱氢酶和腺苷酸激酶三．线粒体的遗传体系（一）线粒体DNA构成了线粒体基因组1.线粒体基因组序列（也称剑桥序列）共16569个碱基对，为一条裸露的，不与组蛋白结合的双链环状的DNA分子。
医学遗传学 第六章 线粒体遗传病 知识点
医学遗传学第六章线粒体遗传病线粒体基因组的结构特征：不与组蛋白结合，呈裸露闭环双链状。
分为重链H链和轻链L 链。
重链富含鸟嘌呤G。
轻链富含胞嘧啶C。
编码区：线粒体基因排列紧密，部分会重叠。
没有启动子和内含子。
有的基因没有完整的三连体终止密码。
基因间隔区短，只有87bp。
两条链都有编码功能。
非编码区（D环区/控制区）：与线粒体复制及转录有关。
包括H链复制的起始点。
H、L链转录的启动子。
四个高度保守序列（可通过此结构判定物种）。
两个高变区。
编码区的保守序列包含37个基因：2个rRNA基因，22个tRNA基因以及是13个氧化磷酸化有关的蛋白质编码基因。
线粒体基因组的遗传特征：半自主性遗传密码和通用密码不同母系遗传：母亲将mtDNA传递给她的所有子女，但只有她的女儿们能将其mtDNA传递给下一代。
mtDNA的突变率极高：原因是--mtDNA的特殊结构（缺乏酪蛋白和其他DNA组结合蛋白的保护。
无DNA损伤的修复系统，没有内含子。
独特的复制方式和复制错配。
mtDNA处于高度氧化的环境。
（ROS和自由基导致氧化损伤或诱导突变。
）同质性与异质性：同质性：一个组织或细胞中所有的线粒体具有相同的基因组，全部为野生型或全部为突变型mtDNA。
异质性：一个细胞或组织具有突变型，也有野生型mtDNA，基金组不同。
异质性的发生率：中枢神经系统＞肌肉组织＞血液。
成人大于儿童。
阀值效应：突变的mtDNA达到一定的比例，超过阀值时能引起某些器官或组织功能异常，导致能量产生急剧下降。
对ATP依赖程度：中枢神经系统＞骨骼肌＞心脏＞胰腺＞肾脏＞肝脏。
遗传瓶颈与复制分离：遗传瓶颈：卵母细胞中的线粒体数目从10万个锐减到少于100个的过程。
复制分离：细胞分裂时进行随机分配，导致mtDNA异质性变化的过程。
线粒体基因组突变类型：点突变：2/3的点突变发生在与线粒体内蛋白质翻译有关的tRNA和rRNA基因上，这些突变会导致tRNA和rRNA的结构异常，从而影响mtDNA编码的多肽链的翻译过程。
第六章 线粒体
（nascent-associated complex 新生多肽相关复合物） 与前体相互作用，能增加前体蛋白转运的 准确性。
前体蛋白结合因子（presequence-binding factor, PBF） 增加hsc70对线粒体蛋白的转运； 线粒体输入刺激因子（mitochondrial import stimulatory factor, MSF）ATP酶，为蛋白解聚供能
二、线粒体的化学组成
蛋白质：占线粒体干重的65% -70% (如：大鼠肝细胞线粒体蛋白质
67%在基质内，21%在内膜，6%在外膜，6%在膜间腔)
线 粒 体 的 化 学 组 成
脂 类：占线粒体干重的25% -30%，其中大部分为磷脂 ：磷脂酰胆 碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、心磷脂（主要存 在内 膜中占其总脂20% ） 外膜：脂类占52%、蛋白质占48%，胆固醇和磷脂含量比 内膜高。 内膜：脂类占24%、蛋白质占76%，胆固醇含量极少，心磷 脂含量比任何膜都高。 DNA和完整的遗传系统
外膜
内膜
平整、光滑。外膜的1/2
为脂类，1/2为蛋白质。
外膜含有多种转运蛋白，
形成较大的水相通道跨 越脂质双层，φ：2-3nm，
允许分子量为10 K以内
的物质可以自由通过。
2、内膜（inner membrane）：
位于外膜内侧，由一层单位膜构成，平均厚4.5nm。含100种 以上的多肽，蛋白质和脂类的比例约4:1。心磷脂含量高（达 20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌。其通透性很差，但有高 度的选择通透性，借助载体蛋白控制内外物质的交换。
（一）线粒体DNA构成了线粒体基因组
1.mtDNA: 是双链闭合环状分子、裸露不与组蛋白结合,
6章线粒体
Cytb/f复合物
PC
PS Ⅰ
Fd
NADP+
酶 复 合
物
总 数
亚 基 数 目 胞质核糖体合 成 线粒体核糖体合 成 3 1 4 0 1
细胞色素氧化酶 细 胞 色 素 b-c 1复 合 物 AT P酶 核糖体大亚基 核糖体小亚基
7 7 9 30 22
4 6 5 30 21
1. 识别
2. 插入
3. 转运
一、线粒体和叶绿体的DNA
●形状：双链环状
●均Байду номын сангаас半保留方式进行自我复制
二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成
● 线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限 P157（表6-2）
三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装
●线粒体蛋白质的运送与组装
◆相关的因子
导肽：位于前体蛋白的N端 受体：位于线粒体的外膜 分子伴侣：Hsp70、Hsp60 蛋白水解酶：位于线粒体内 导肽特征P237
4. 切除信号肽
线粒体的间壁分裂
线粒体的收缩分裂
线粒体扫描电镜照片
线粒体亚显微结构模式图
二、叶绿体的功能—光合作用
（一）原初反应
指光合色素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止
的过程。
· 光能的吸收、传递与转换，形成高能电子 (由光系统复合物完成)
光
捕光色素
（吸收） 传递
反应中心色素（P680/P700）
（被激发）
释放电子
（二）电子传递与光合磷酸化 1、电子传递链
PSⅡ PQ Cytbf复合物 PC PSⅠ Fd NADPH+
导肽有导向基质和内膜/膜间隙信息 肽链进入基质后切去导向基质片段 导向内膜/膜间隙信息 使蛋白正确定位之后被切除
第六章 线粒体
线粒体的半自主性
1963年M. & S. Nass发现线粒体DNA。 • 线粒体类似于细菌的特征 • mtDNA的遗传密码与通用的遗传密码的区别： 1. UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码。 2. 多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码；起始 甲硫氨酸由AUG,AUA,AUU和AUC四个密码子编码； 3. AGA,AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，因而， 在线粒体密码系统中的4个终止密码子（UAA，UAG，AGA， AGG）。
线粒体
发现、发展
1890年R. Altaman首次发现，命名为bioblast。 1898年von Benda提出mitochondrion。 1900年，Michealis进行功能研究，用燃料Janus Green染色肝细胞，细胞消耗氧后，颜色消失。 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。
氧化磷酸化作用
呼吸链与电子传递 电子载体：黄素蛋白（FAD/FMN）、细胞色素（血红 素辅基）、铁硫蛋白、泛醌（辅酶Q）
氧化还原电位与载体排列顺序
标准氧还电位越低，提供电子的能力越强 CoQ－cytb－cytc1－cytc－cyta－cyta3－O2 除了CoQ和cytc独立存在于线粒体膜中，其它说
英国生物化学家Mitchell于1961年提出，并 获得1978年的诺贝尔化学奖
ATP合酶
既具有合成作用又具有 水解作用的酶称为合酶 合成ATP的三个条件： 1ATP合酶 2离子梯度 3化学材料
ATP合酶的功能鉴定：线粒体膜重建试验 典型哺乳动物肝细胞中约有15000个ATP合酶 组成：头部、柄部、膜部 ATP合酶合成ATP的机制：结合改变模型 F0与F1之间的共轴旋转偶联
第六章线粒体
↑
↓
苹果酸←延胡索酸←琥珀酸
该过程底物水平磷酸化生成2ATP
④氧化磷酸化
（oxidative phosphorylation）
——定义：伴随电子传递链的氧化过程所 进行的能量转换和ATP的生成就是氧化磷 酸化。该过程产生34ATP。 线粒体内形成ATP，并贮存能量。1 分子葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，净 产生 38 ATP。
（2）底物水平磷酸化只占细胞ATP 来源的10~20%以上。
（三）呼吸链 （respiratory chain)与电子传递 及能量释放
NADH和FADH2中的能量是如何转换合成ATP的？
1、呼吸链概念、组成及其定位
电子传递链（呼吸链）可比做放能装置——它是一 组酶的复合体，分布并镶嵌在线粒体内膜上，它 包括递氢体（复合物I、III、IV ）、和递电子体 （辅酶Q、细胞色素b、c1、c、a、a3和铁硫蛋 白），在线粒体内膜上电子逐级传递过程中，完 成氧化还原并释放能量。
线粒体中约有140多种酶（参见表8-1）其中氧化
还原酶约占37%，连接酶占10%，水解酶仅占9%。
线粒体各部分的标志酶
外膜——单胺氧化酶 膜间腔——腺苷酸激酶 内膜——琥珀酸脱氢酶 基质——苹果酸脱氢酶
三、 线粒体的超微结构
电镜下：线粒体是由两层单 位膜围成的封闭的囊状结构。 主要分为外膜、内膜、膜间 隙和基质四部分。 还有内膜上的嵴和基粒以及
形成柄的一部分。 帮助与F0结合 。 与F0的两个b亚基共同形成定子。
• F0 由3个不同的亚单位组成—— 1a 2b 12c。 c 亚单位形成膜上可移动的环； a 亚单位可作为质子的通道； b 亚单位嵌入脂质双层，并延伸 到F1， 形成柄的一部分。
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外膜(outer membrane)
脂类和蛋白质约各占50%。
具有孔蛋白（porin）构成的亲 水通道，允许分子量为5 kD以 下的分子通过，1 kD以下的分 子可自由通过。
选择透性差，通透性强，含酶 蛋白较少。
内膜（inner membrane）
通透性小，含酶蛋白较多，蛋白质和脂质比大于3，内膜缺 乏胆固醇，富含心磷脂，约占磷脂含量的20%，大量的心磷 脂造成了内膜的通透屏障，使H＋、ATP、丙酮酸不能透过内 膜。 内膜内陷褶叠成嵴，扩大了线粒体能量传换的表面积。 内膜上有许多基粒（带柄的小球——ATP合成酶），基粒由 F1头部和F0 尾部组成，球形头部直径9 nm。
亚线粒体 颗粒
外翻的小 泡的制备 过程:
组织匀浆
差速离心 分离线粒 体
超声处理 线粒体
“外翻小 泡”
6.3 线粒体的功能
主要功能是高效地将有机物中储存的能量通过氧化磷酸化合成 ATP，为细胞提供直接能量。
线粒体还参与细胞氧自由基生成，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 运及电解质平衡（细胞中Ca2+的稳态调节）等。
将α3β3γ固定在玻 片上，在γ亚基的 顶端连接荧光标记 的肌动蛋白纤维， 在含有ATP的溶液 中温育时，在显微 镜下可观察到γ亚 基带动肌动蛋白纤 维旋转。
γ亚基旋转的观察
6.4线粒体与细胞衰老
线粒体是细胞内自由基的源泉，正常情况下氧自由基可被线 粒体中的Mn2+-SOD所清除，机体衰老使SOD活性降低，氧 自由基积累在线粒体中，导致线粒体内膜参与能量转换的酶 系功能异常，引起细胞的衰老与死亡。
线粒体的数量
线粒体的数目与细胞类型和细胞生理状态有关。 高等动植物一个细胞中线粒体几百个到数千个。 衣藻，红藻，鞭毛藻细胞中只有一个线粒体。 哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体。 巨大变形虫细胞中有50万个线粒体 。
线粒体的分布
线粒体通常分布在细胞功能旺盛的区域。
线粒体具有自由运动的特性，所以能向细胞需能的 部位转移，或者固定在需能部位的附近，以便运送 ATP。
F1中的有3个亚基，每一个亚基都有三 种构象，亚基的旋转（由质子推动F0的 旋转而带动）使亚基在这三种构象中不 断变化，而催化ATP的合成。（ 亚基旋转 ，亚基位置不变，但构象发生改变）
在L构象（loose），ADP、 Pi与ATP酶 疏松结合在一起；在T构象（tight）底物 （ADP、 Pi）与酶紧密结合在一起，在这 种情况下可将两者加合在一起；在O构象 （open）ATP与酶的亲和力很低，被释放 出去。
第6章-线粒体(1)
细胞必须利用能量来维持它的正常生活
6.1 线粒体的形、分布及数目
线粒体的形状及大小
短线状或颗粒状 ，也有椭圆 形，哑铃形，环形等。
直径0.3-1 μm，长度为1.53 μm。较大的直径2-3 μm ，长达7-10 μm，被称为“ 巨大线粒体”。
线粒体的大小和形态随着细 胞类型不同而各异，随着细 胞的生命活动变化而变化。
参与电子传递的电子载体有5种：黄素蛋白、细胞色素、泛 醌、铁硫蛋白和铜原子。
（3） 电子转运复合物及呼吸链
线粒体内膜呼吸链有4种复合物： 复合物I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。辅酶Q和细胞色素c不属于任何一种 复合物。
2 能量转换
线粒体承担的能量转换实质是把H+跨膜电位差和质子浓度梯 度（pH差）形成的质子驱动力转换成ATP分子中的高能磷酸 键。
氧化代谢概况
•糖类、脂肪、氨基酸等 经糖酵解产生丙酮酸和 脂肪酸 •进入线粒体后形成乙酰 CoA进入TCA。 •TCA脱下的氢经内膜上 的电子传递链，最后传 至氧生成水。 •释放的能量通过ADP的 磷酸化生成ATP。
三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TAC），Krebs循环
呼吸链蛋白， ATP酶，特异运输蛋白如：Ca2+运输蛋白
嵴(cristae)
层状，管状
不同物种中 的形态变化丰 富
膜间隙（intermembrane space）
内外膜之间的空隙为膜间隙，宽度6-8 nm，间隙中 含有许多可溶性酶和底物。
标志性的酶是腺苷酸激酶，催化ATP末端磷酸基团 转移到AMP生成ADP。
基质(matrix)
120多种酶类
DNA，RNA，核糖体
三羧酸循环、脂肪酸氧化及氨基酸降解有关的酶；线 粒体基因组DNA的表达及蛋白质的合成有关的酶。
肝细胞线粒体总蛋白
67%的蛋白位于基质 21%位于内膜 6%位于外膜 6%位于膜间腔
线粒体特征酶
外膜：单胺氧化酶 膜间隙：腺苷酸激酶 内膜：细胞色素(C)氧化酶（细胞色素aa3） 基质：苹果酸脱氢酶
6.5 线粒体与细胞凋亡
质子驱动力(proton motive force)
推动质子作功的能量分为两部分
I)（电动势）膜电位
大
II)质子浓度差
小
3 ATP合酶及结合变构机制
头部：F1偶联因子 （3α，3β，γ， ε， δ） 膜部：F0偶联因子：abc
a1b2c10-12
结合变构机制-旋转催化模型
在特定的时间，三个催化位点的构象不同 由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个 催化位点构象的周期性变化（L、T、O）
6.3.1 氧化磷酸化合成ATP
1 内膜上的电子传递
（1） 呼吸链 （respiratory chain） 是线粒体内膜上一组的传递电子酶复合体， 由一系列可逆地 接受和释放电子或H+的组分构成，这些组分按照一定的顺序 进行排列，将电子按照一定的顺序进行传递，就形成了电子 传递链 （electronic transport chain）。 （2） 电子载体 （electronic carrier） 在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去的 化合物。
微管是其导轨，马达蛋白提供动力。
A：Mi的荧光特异染色 B：与A同一细胞的微管荧光特异染色 说明线粒体在细胞中多沿微管分布
6.2 线粒体的超微结构
外膜（outer membrane） 内膜（inner membrane） 嵴 (cristae) 膜间隙（intermembrane space） 基质 (matrix)