线粒体与氧化磷酸化

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头部 内膜
3、膜间隙： 内外膜间的空隙。嵴内的空间称为嵴内间
隙，两者相通，充满液体，并含有可溶性 酶、底物和辅助因子。
4、 线粒体基质：
内膜包围的空间，充满胶状物质。主要成
分：酶、核糖体、环状DNA、RNA、离子，
线粒体也为钙离子储存器，具有控制细胞
质中钙离子浓度的作编用辑ppt。
（3）膜部： F0因子，多条多肽链。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。
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3、氧化磷酸化的耦联机制
葡萄糖 丙酮酸、NADH、H＋
电子传递链（传给O2） ATP
电子传递与氧化磷酸化相偶联
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电子传递链（呼吸链）：一对电子3次跨膜，向 外室排放3对H+，结果合成了3个ATP分子。
10KD以下的分子通过。
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2、线粒体内膜：
对物质透性低，通过专一性运载系统进行物质运输。 内膜向内室的伸出部分称为嵴，其形状和数量可变， 其作用是增大内膜的表面积和内膜的代谢率。
嵴上的圆球状颗粒称为基本颗粒或F1颗粒或F1因子， 也称F1-ATP酶，内膜中与F1因子结合的蛋白称为 F0因子，其复合体称为F0F1-ATP酶或ATP合成酶。 其作用：在氧化磷酸化中起偶联作用，将H+梯度势 能转化为ATP。
第十章 线粒体与氧化磷酸化
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第一节 线粒体的形态、大小和分布
光镜下为线状或粒状，电镜下为“香肠”状，形 态和大小可变。
数量和分布：动物细胞比植物细胞多，代谢旺盛 的细胞多；一般随机分布，可自由移动，需能部 位比较集中。
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线粒体
横纹肌
精子尾巴
脯乳类培养细胞的线粒体光镜照片
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第三节 线粒体化学组成
Leabharlann Baidu
外膜，蛋白：脂类=1：1；
内膜，蛋白：脂类=4：1。
线粒体中约含120多种酶。主要为氧化还原酶、 合成酶、水解酶。各大组成部分有标志酶。
外膜 膜间隙
内膜
基质
单胺氧化酶，腺苷酸激酶，细胞色素氧化酶，苹果酸还原酶
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第四节 线粒体的功能
功能：氧化磷酸化，产生ATP，储积钙离子。 （一）氧化磷酸化的过程（或分区）（图10-10），
用K+离子载体（缬氨霉素）。K+离子通过缬氨霉素到基质 中，使基质中的[K+]升高，消除了内膜两边的电荷差，结果 不能合成ATP。
偶联假说：电子传递与ATP合成的偶联机制目前 仍不清楚。三个相关假说：化学偶联假说；构 象偶联假说；化学渗透假说。证据较多的是化 学渗透假说。
Mitchell P.1961 提 出 “ 化 学 渗 透 假 说 (Chemiosmotic Hypothesis)”，70年代关 于化学渗透假说取得大量实验结果的支持， 成为一种较为流行的假说，Mitchell本人也 因此获得1978年诺贝尔化学奖。
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
线粒体的 超微结构
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第二节 线粒体的超微结构
电镜下由双层膜围成的一个封闭的长囊式结构。 由四大部分组成： 1、线粒体外膜：一层单位膜，其上的孔可让
膜上的ATP合成酶或ATP酶复合物，即F0F1耦联因子。 由16条肽链组成，分子量500 kD。结构上分 为头部（F1 ATP酶）和膜部（F0因子）。
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（1）头部：即F1因子，10条多肽构成，分离下 来后，可以水解ATP。
（2）柄部：连接F1和F0的脂蛋白（柄部也可能 是F0因子的伸出部分），为寡霉素敏感性传受 蛋白，若去掉柄部，寡霉素就不能抑制F1因子 的活性。
这些呼吸链的主要成分以复合物的形式包埋在内膜
中，4种复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 。复合物Ⅰ、Ⅲ、
Ⅳ 组成一条主呼吸链，催化NADH的氧化；复合物
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 组成另一条呼吸链，催化琥珀酸的氧化。
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两条主要的呼吸链（引自Lodish等1999）
2、ATP合成酶 在氧化磷酸化过程中起耦联作用的结构是内
三大阶段：
蛋白、糖、脂 丙酮酸 三羧酸循环 NADH 呼吸链 第一阶段(细胞质中) 第二阶段(mit基质中) 第三阶段(内膜)
提供一对电子和一个H+
（二）电子传递和氧化磷酸化的分子结构基础
研究工具——亚线粒体小泡。
超声波
Mt 段
内外膜均破 内膜自然形成内翻外小泡
电子传递+氧化 磷酸化
亚线粒体小泡
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③内膜对H+和OH-具有不可透性，所以随着电子传 递过程的进行，H+在外室中积累，造成了膜两 侧的质子浓度差，从而保持了一定的势能差。
④外室中的质子有顺浓度差返回基质的倾向，当H+ 通过F1-F0复合物进入基质时，ATP酶利用这种 势能合成了ATP。
⑤ F1-F0复合物需要2个质子合成一个ATP分子。
电子传递+氧化 磷酸化
蛋白酶处理
调节条件 电子传递
亚线粒体小泡
基本颗粒(耦 联因子F）
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实验结论：由NADH脱氢酶至细胞色素氧化 酶的整个电子传递链存在于膜本身，而氧化 磷酸化作用却由基本颗粒（ATP酶复合物） 来承担。
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1、电子传递链（呼吸链）
电子传递链由结合在内膜上的许多酶和其他分子所 组成，承担着电子传递的作用。组成该链的分子可 分成4大类：黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶Q和细胞色 素。
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外室
内膜
基质 在高能电子穿过呼吸链过程中，3个呼吸酶复合物利用电子势能 将质子从基质抽提到外室中。 质子的电化学梯度驱动H+经ATP合成酶返回基质，ATP合成酶 则利用H+流的能量催化基质中的ADP和Pi合成ATP。
化学渗透假说的证据：
A：随电子传递进行，外室酸性增加。（H+)
B：消除[H+]差后，不能合成ATP。如何消除[H+]差？使
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胞质 外膜 膜间隙 内膜 基质
化学渗透学说
化学渗透假说的要点：5个要点（P304-305）
①NADH提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所 接受。
②电子传递链中载氢体和电子传递体相间排列。每当 电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的氢即以 H+的形式释放到内膜外，1对电子在呼吸链中3次穿 膜运动，向外室排放了3对质子。