线粒体作用机理培训课件

线线粒体作用机理粒体作用机理2线粒体作用机理为为何何线线粒粒体体能能提提供供能能量量？线线粒粒体体如如何何提提供供能能量量？How can it be?3线粒体作用机理内容简介内容简介线粒体的生物学特征线粒体与能量转换线粒体与疾病小结4线粒体作用机理线粒体概述：线粒体概述：1、有机物、有机物分解代谢分解代谢能量能量;2、存在于除红细胞以外的一切真核、存在于除红细胞以外的一切真核 细胞中细胞中;3、能量的、能量的80%由线粒体提供。由线粒体提供。5线粒体作用机理 第一节第一节 线粒体的生物学特征线粒体的生物学特征一线粒体的结构：一线粒体的结构：光镜下呈线状、粒状或杆状，不同光镜下呈线状、粒状或杆状，不同 生理条件下形状、大小、数目及分生理条件下形状、大小、数目及分 布不一。布不一。6线粒体作用机理An TEM image of mitochondrion 7线粒体作用机理8线粒体作用机理（二）分布（二）分布多分布在细胞功能旺盛的区域，可向这些区域迁移，微管是其导轨、马达蛋白提供动力。Mitochondria distributed in skeletal muscle9线粒体作用机理（三）功能区隔（三）功能区隔分为外膜、内膜、膜间隙和基质四部分。Schematic view of mitochondrion10线粒体作用机理11线粒体作用机理12线粒体作用机理(一)大小:为较大的细胞器,直径约0.5-1.0um(二)数目:数百至数千不等,一般为1000-2000 个,不同细胞差异很大:哺乳动物成熟红细胞:无 精子细胞:25个 肝细胞:1300个 卵母细胞:30万个(三)电镜下结构:双层膜套叠而成的封闭性 膜囊结构,内外膜不相连,与细胞质隔离13线粒体作用机理1.外膜（外膜（outer membrane):最外面最外面,一层单位膜一层单位膜7nm，脂类脂类 和蛋白各和蛋白各1/2,含直径含直径1-3nm通道通道 的孔的孔 蛋白蛋白,可通过可通过5000以下分子量的物质。以下分子量的物质。标志酶单胺氧化酶14线粒体作用机理2.2.内膜和内部空间内膜和内部空间 内膜内膜(inner membrane)：一层单位膜一层单位膜 5nm，蛋白占蛋白占76%,高度的选择通透性高度的选择通透性,分子量大于分子量大于150的物质不能自由通过。的物质不能自由通过。内膜具有嵴内膜具有嵴cristae，内膜上向内内膜上向内腔突起的折叠，腔突起的折叠，能扩大表面积能扩大表面积（510倍），分两种：倍），分两种：板层状、板层状、管状；嵴上有基粒。管状；嵴上有基粒。标志酶细胞色素C氧化酶15线粒体作用机理Lamellar cristae16线粒体作用机理Tubular cristae17线粒体作用机理18线粒体作用机理基粒基粒(elemetary particle)（ATP合酶合酶/F0F1ATP酶）酶）头部头部(偶联因子偶联因子F1)：圆球形，突入内腔，圆球形，突入内腔，具有酶活性，催化具有酶活性，催化ADPATP 柄柄 部：部：连接头部和基部，调控质子通道连接头部和基部，调控质子通道 基部基部(F0偶联因子偶联因子)：嵌于内膜中，有物种差异，连接嵌于内膜中，有物种差异，连接 F1和内膜，质子流向和内膜，质子流向F1的穿膜通的穿膜通 道道19线粒体作用机理嵴膜上垂直分布着的许多嵴膜上垂直分布着的许多基本颗粒基本颗粒（基粒，基粒，F1颗粒颗粒）抑制剂抑制剂可溶性的可溶性的 ATP 酶酶（F1）对寡酶素敏感的对寡酶素敏感的蛋白（蛋白（OSCP）疏水蛋白（疏水蛋白（HP）基粒基粒20线粒体作用机理外膜外膜内膜内膜基质基质基粒基粒嵴嵴线粒体的模式图线粒体的模式图酶酶形态结构形态结构21线粒体作用机理 膜间腔（外室）膜间腔（外室）(intermembrane space/out chamber)：内外膜之间内外膜之间 包括嵴内腔包括嵴内腔 含多种可溶性酶含多种可溶性酶 含底物和含底物和 辅助因子。辅助因子。标志酶腺苷酸激酶 22线粒体作用机理 基质腔（内室基质腔（内室/嵴间腔）嵴间腔）(matrix space/inner chamber)：三羧酸循环的重要场所。三羧酸循环的重要场所。标志酶苹果酸脱氢酶 基质基质(matrix)：含多种酶含多种酶 ，双链环状，双链环状DNADNA、RNARNA、核糖体、核糖体23线粒体作用机理 二线粒体的化学组成二线粒体的化学组成 1.水：水：是线粒体中含量最多的成分是线粒体中含量最多的成分 2.蛋白质：蛋白质：占占65%-70%65%-70%，分布在内膜和基质中，分布在内膜和基质中 分为：分为：可溶性蛋白：基质中的酶和膜外周蛋白可溶性蛋白：基质中的酶和膜外周蛋白 不溶性蛋白：膜结构蛋白不溶性蛋白：膜结构蛋白 3.脂类脂类 ：占占25%-30%25%-30%，主要是磷脂，主要是磷脂 4.另外还含有：另外还含有：DNADNA、辅酶、维生素、无机离子、辅酶、维生素、无机离子 5.含有含有120多种酶多种酶，是是细胞中含酶最多的细胞器细胞中含酶最多的细胞器 24线粒体作用机理酶蛋白的分布外膜外膜外膜外膜内膜内膜内膜内膜基质基质膜间隙膜间隙 单胺氧化酶单胺氧化酶单胺氧化酶单胺氧化酶 腺苷酸激酶腺苷酸激酶腺苷酸激酶腺苷酸激酶 细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素c c c c氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 提取 25线粒体作用机理2 2、内膜、内膜位于外膜的内侧包裹线粒体基质的一层单位膜，位于外膜的内侧包裹线粒体基质的一层单位膜，厚厚56nm。内膜的通透性较低，一般不允许离子和大多数带电内膜的通透性较低，一般不允许离子和大多数带电的小分子通过。的小分子通过。线粒体内膜通常要向基质折褶形成嵴，从而增加了线粒体内膜通常要向基质折褶形成嵴，从而增加了内膜的表面积。嵴上有内膜的表面积。嵴上有ATP合酶，又叫基粒。合酶，又叫基粒。内膜的酶类可以粗略地分为三类内膜的酶类可以粗略地分为三类 运输酶类、合成运输酶类、合成酶类、电子传递和酶类、电子传递和ATP合成酶类。合成酶类。内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的主要部内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的主要部位。位。标志酶为细胞色素标志酶为细胞色素C氧化酶氧化酶 26线粒体作用机理几种不同部位的标志酶：几种不同部位的标志酶：内内 膜膜 细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶 外外 膜膜 单胺氧化酶单胺氧化酶 基基 质质 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 膜间腔膜间腔 腺苷酸激酶腺苷酸激酶27线粒体作用机理线粒体内膜的主动运输系统线粒体内膜的主动运输系统 内膜含内膜含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心。心磷脂含量高（达磷脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌。通透）、缺乏胆固醇，类似于细菌。通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过，大分子和离性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过，大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。子通过内膜时需要特殊的转运系统。糖酵解产生的糖酵解产生的NADH必须进入电子传递链参与有氧氧化；必须进入电子传递链参与有氧氧化；线粒体产生的代谢物质如草酰辅酶线粒体产生的代谢物质如草酰辅酶A和乙酰辅酶和乙酰辅酶A必须运输必须运输到细胞质中，它们分别是细胞质中葡萄糖和脂肪酸的前体到细胞质中，它们分别是细胞质中葡萄糖和脂肪酸的前体物质物质;线粒体产生的线粒体产生的ATP必须进入到胞质溶胶，以便供给细胞反必须进入到胞质溶胶，以便供给细胞反应所需的能量，同时，应所需的能量，同时，ATP水解形成的水解形成的ADP和和Pi又要被运又要被运入线粒体作为氧化磷酸化的底物。入线粒体作为氧化磷酸化的底物。利用膜间隙形成的利用膜间隙形成的H+H+梯度协同运输。梯度协同运输。28线粒体作用机理 三线粒体基因组三线粒体基因组 1.线粒体线粒体DNA:1)有自己的遗传系统有自己的遗传系统 2)是除核以外唯一含有是除核以外唯一含有DNADNA的细胞器的细胞器 3)只有一条只有一条DNADNA线粒体线粒体DNA(mtDNA)DNA(mtDNA)，编码线粒体，编码线粒体 的的tRNA tRNA、rRNArRNA和蛋白质和蛋白质 4)人全序列基因测序已经完成人全序列基因测序已经完成剑桥序列，含有剑桥序列，含有 3737个基因、定位于个基因、定位于2222种种tRNAtRNA，2 2种种rRNArRNA，编码，编码1313种种 蛋白质蛋白质 29线粒体作用机理 5)双链环状双链环状DNADNA分子分子:重链重链/轻链轻链 6)只有很少有非编码的序列只有很少有非编码的序列,mRNA,mRNA不含内含子不含内含子 7)DNADNA为母系遗传为母系遗传30线粒体作用机理2.线粒体蛋白质合成线粒体蛋白质合成:1 1）有自己的蛋白质翻译系统）有自己的蛋白质翻译系统 2 2）所编码的蛋白质是在线粒体内的核糖体上进行的）所编码的蛋白质是在线粒体内的核糖体上进行的 3 3）所编码的）所编码的RNARNA和蛋白质并不运出线粒体外和蛋白质并不运出线粒体外 4 4）用于蛋白质合成的所有）用于蛋白质合成的所有tRNAtRNA都是由都是由mtDNAmtDNA编码的编码的 5 5）mtDNAmtDNA为裸露的，不与组蛋白结合为裸露的，不与组蛋白结合 6 6）mtDNA mtDNA 位于基质内或依附于内膜位于基质内或依附于内膜 7 7）mtDNAmtDNA具有自我复制的能力具有自我复制的能力,以自身为模板半保留复以自身为模板半保留复 制，可分布整个细胞周期制，可分布整个细胞周期31线粒体作用机理3.线粒体是半自主性的细胞器线粒体是半自主性的细胞器:线粒体中由自身合成的蛋白质仅占线粒体中由自身合成的蛋白质仅占10%,10%,其其余均为细胞核基因组编码。余均为细胞核基因组编码。因此，线粒体有自因此，线粒体有自己的己的DNADNA和蛋白质合成体系，即独立的遗传系和蛋白质合成体系，即独立的遗传系统，但又受核基因组遗传系统的控制，其生长统，但又受核基因组遗传系统的控制，其生长和增殖受核基因组和自身基因组两套遗传系统和增殖受核基因组和自身基因组两套遗传系统的控制，故为半自主性细胞器。的控制，故为半自主性细胞器。32线粒体作用机理33线粒体作用机理四四.线粒体的生物发生线粒体的生物发生 目前普遍接受的观点：线粒体以分裂的方式增殖，目前普遍接受的观点：线粒体以分裂的方式增殖，线粒体的生物发生分为两个阶段：线粒体的生物发生分为两个阶段：线粒体膜生长、复制：分离增殖线粒体膜生长、复制：分离增殖 线粒体本身分化：建立氧化磷酸化的机构线粒体本身分化：建立氧化磷酸化的机构 线粒体的分化和生长分别接受细胞核与线粒体两个独线粒体的分化和生长分别接受细胞核与线粒体两个独立的遗传系统控制。立的遗传系统控制。34线粒体作用机理线粒体的间壁分裂线粒体的间壁分裂 35线粒体作用机理线粒体的收缩分裂线粒体的收缩分裂 36线粒体作用机理37线粒体作用机理无氧呼吸无氧呼吸 概念：概念：活细胞在活细胞在无氧或缺氧无氧或缺氧条件下，通过酶的催条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物化作用，把葡萄糖等有机物不彻底不彻底地氧化地氧化分解成为乙醇或乳酸等，同时释放分解成为乙醇或乳酸等，同时释放较少能较少能量量的过程。的过程。C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）乳酸）+能量能量(少量少量)酶酶酶酶C6H12O6 2C2H5OH(酒精酒精)+2CO2 +能量能量(少量）少量）酶酶酒精发酵：酵母菌酵母菌乳酸发酵：乳酸菌乳酸菌38线粒体作用机理 类型项目 有氧呼吸有氧呼吸 无氧呼吸无氧呼吸区区 别别 场场 所所 条条 件件 产产 物物 释释 能能 联联 系系细胞质基质、线细胞质基质、线粒体（主要）粒体（主要）细胞质基质细胞质基质需氧、酶等需氧、酶等不需氧、需酶不需氧、需酶较较 多多较较 少少两者第一阶段相同即都将葡萄糖分解成丙酮酸（糖两者第一阶段相同即都将葡萄糖分解成丙酮酸（糖酵解）酵解）都分解有机物、释放能量都分解有机物、释放能量有氧呼吸与无氧呼吸的比有氧呼吸与无氧呼吸的比较较二氧化碳和水二氧化碳和水氧化彻底氧化彻底酒精、二氧酒精、二氧化碳或乳酸化碳或乳酸氧化不彻底氧化不彻底39线粒体作用机理第二节第二节 细胞的能量转换细胞的能量转换一细胞呼吸（一细胞呼吸（cellular respiration）概念：概念：线粒体内，在氧的参与下分解大分子物线粒体内，在氧的参与下分解大分子物 质，产生质，产生COCO2 2、释放能量并储存于、释放能量并储存于ATPATP中的中的 过程，又称生物氧化（过程，又称生物氧化（biological biological oxidation oxidation）40线粒体作用机理41线粒体作用机理特点：特点：1.1.线粒体中一系列由酶催化的氧化还原反应线粒体中一系列由酶催化的氧化还原反应 2.2.产生的能量储存于产生的能量储存于ATPATP的高能磷酸键中的高能磷酸键中 3.3.反应过程分步进行、能量逐级释放反应过程分步进行、能量逐级释放 4.4.反应恒温、恒压条件下进行反应恒温、恒压条件下进行 5.5.反应过程需要水的参与反应过程需要水的参与二细胞能量转换分子二细胞能量转换分子 释放能量：释放能量：ADP+PiATP（储存）（储存）需要能量：需要能量：ATP-PiADP（释放）（释放）42线粒体作用机理CO2+H2O+能量能量细胞呼吸细胞呼吸氧化分解氧化分解ADP+PiATP释放能释放能量量用于各项生用于各项生命活动命活动主要能源物质主要能源物质葡萄糖葡萄糖直接能源物质直接能源物质 ADP和和ATP的相互转变保正的相互转变保正了生物所需能量了生物所需能量的及时供应。的及时供应。生物体内的能量代谢生物体内的能量代谢43线粒体作用机理氧化磷酸化的分子基础动物细胞80%的ATP来源于线粒体。44线粒体作用机理45线粒体作用机理有氧呼吸全过程有氧呼吸全过程场所场所 发生反应发生反应 产物产物 第一第一阶段阶段第二第二阶段阶段第三第三阶段阶段细胞质基细胞质基质质葡萄糖葡萄糖酶酶2丙酮酸丙酮酸少量能量少量能量4H+丙酮酸、丙酮酸、H、释放少量能量，释放少量能量，形成少量形成少量ATP线粒体线粒体6CO26H2O酶酶2丙酮酸丙酮酸少量少量能量能量20H+CO2、H、释放少量能量，释放少量能量，形成少量形成少量ATP线粒体线粒体6O212H2O酶酶大量能量大量能量24H+H2O、释放大量、释放大量能量，形成大量能量，形成大量ATP46线粒体作用机理线粒体线粒体H2分分 子子丙酮酸丙酮酸CO2葡萄糖葡萄糖释释放放少少量量能能量量，形成少量形成少量ATPO2H释释放放少少量量能能量量，形成少量形成少量ATPH2O释释放放大大量量能能量量，形成大量形成大量ATP细胞质基质细胞质基质H2O47线粒体作用机理 细胞的氧化过程分三个阶段细胞的氧化过程分三个阶段:48线粒体作用机理糖糖 蛋蛋白白质质 脂脂肪肪酵酵解解 乙酰乙酰辅酶辅酶A生生成成 三羧三羧酸循酸循环环 电子电子传递传递和氧和氧化磷化磷酸化酸化 49线粒体作用机理一一.糖酵解糖酵解:C6H12O62CH3COCOOH+2(2H)+2ATP50线粒体作用机理二二.三羧酸循环三羧酸循环51线粒体作用机理物质氧化所释放的可利用能量都以高物质氧化所释放的可利用能量都以高能电子的形式由电子载体能电子的形式由电子载体NAD+NAD+和和FAD+FAD+从底物中移出，并经线粒体内膜上的从底物中移出，并经线粒体内膜上的电子传递链电子传递链进一步氧化。进一步氧化。52线粒体作用机理呼呼吸吸链链又又称称电电子子传传递递链链（electron transfer chain），指指排排列列在在线线粒粒体体内内膜膜上上，由由一一系系列列递递氢氢体体和和电电子子传传递递体体按按一一定定顺顺序序排排列列组组成成的的连续酶促反应体系连续酶促反应体系。代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。53线粒体作用机理三三.电子传递偶联氧化磷酸化电子传递偶联氧化磷酸化:将三个阶段所脱下的氢原子通过线粒体内膜将三个阶段所脱下的氢原子通过线粒体内膜 上的一系列酶进行逐级传递上的一系列酶进行逐级传递,生成水生成水,传递过程中所释传递过程中所释放的能量使放的能量使ADPADP磷酸化形成磷酸化形成ATPATP。54线粒体作用机理1、电子传递链（呼吸链）（在内膜有序排列的酶系）、电子传递链（呼吸链）（在内膜有序排列的酶系）呼吸链上进行电子传递的载体主要有：呼吸链上进行电子传递的载体主要有：NAD、黄素蛋白、细、黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、辅酶胞色素、铜原子、铁硫蛋白、辅酶Q等。等。（1）NAD：即烟酰胺嘌呤二核苷酸（即烟酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide），是体内很多脱氢酶的辅酶，连接），是体内很多脱氢酶的辅酶，连接三羧酸循环和呼吸链，其功能是将代谢过程中脱下来的氢交三羧酸循环和呼吸链，其功能是将代谢过程中脱下来的氢交给黄素蛋白。给黄素蛋白。（2）黄素蛋白：）黄素蛋白：含含FMN或或FAD的蛋白质，每个的蛋白质，每个FMN或或FAD可可接受接受2个电子，个电子，2个质子。呼吸链上具有以个质子。呼吸链上具有以FMN为辅基的为辅基的NADH脱氢酶和以脱氢酶和以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。为辅基的琥珀酸脱氢酶。55线粒体作用机理（3）细胞色素：细胞色素：分子中含有血红素铁，以共价形式与蛋白分子中含有血红素铁，以共价形式与蛋白结合，通结合，通Fe3+、Fe2+形式变化传递电子，呼吸链中有形式变化传递电子，呼吸链中有5类，即：类，即：细胞色素细胞色素a、a3、b、c、c1，其中，其中a、a3含有铜原子。含有铜原子。（4）三个铜原子：）三个铜原子：位于线粒体内膜的一个蛋白质上，形成类位于线粒体内膜的一个蛋白质上，形成类似于铁硫蛋白的结构，通过似于铁硫蛋白的结构，通过Cu2+、Cu1+的变化传递电子。的变化传递电子。（5）铁硫蛋白：）铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结个硫原子结合，通过合，通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递互变进行电子传递。（6）泛醌）泛醌Q或辅酶或辅酶Q(CoQ)：是脂溶性小分子量的醌类化合是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子。也是电子传递链中唯一的非物，通过氧化和还原传递电子。也是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。蛋白电子载体。56线粒体作用机理能量产生过程57线粒体作用机理2 2、呼吸链的复合物、呼吸链的复合物 利用脱氧胆酸（利用脱氧胆酸（deoxycholate）处理线粒体内膜、分离出呼）处理线粒体内膜、分离出呼吸链的吸链的4种复合物，即复合物种复合物，即复合物、和和，辅酶，辅酶Q和细胞色和细胞色素素C不属于任何一种复合物。辅酶不属于任何一种复合物。辅酶Q溶于内膜、细胞色素溶于内膜、细胞色素C位于位于线粒体内膜的线粒体内膜的C侧，属于膜的外周蛋白。侧，属于膜的外周蛋白。（1）复合物复合物 即即NADH脱氢酶，哺乳动物的复合物脱氢酶，哺乳动物的复合物由由42条肽链组成，含条肽链组成，含有一个有一个FMN和至少和至少6个铁硫蛋白，分子量接近个铁硫蛋白，分子量接近1MD，以二聚体形，以二聚体形式存在。作用是催化式存在。作用是催化NADH的的2个电子传递至辅酶个电子传递至辅酶Q，同时将，同时将4个个质子由线粒体基质（质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（侧）转移至膜间隙（C侧）。电子传递的侧）。电子传递的方向为：方向为：NADHFMNFe-SQ。58线粒体作用机理（2）复合物复合物 即琥珀酸脱氢酶，至少由即琥珀酸脱氢酶，至少由4条肽链组成，含有一个条肽链组成，含有一个FAD，2个个铁硫蛋白。作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶铁硫蛋白。作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q，但不转移质子。，但不转移质子。电子传递的方向为：琥珀酸电子传递的方向为：琥珀酸FADFe-SQ。（3）复合物复合物 即细胞色素即细胞色素c还原酶，由至少还原酶，由至少11条不同肽链组成，以二聚体形条不同肽链组成，以二聚体形式存在，每个单体包含两个细胞色素式存在，每个单体包含两个细胞色素b（b562、b566）、一个细胞）、一个细胞色素色素c1和一个铁硫蛋白。作用是催化电子从辅酶和一个铁硫蛋白。作用是催化电子从辅酶Q传给细胞色素传给细胞色素c，每转移一对电子，同时将，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。个质子由线粒体基质泵至膜间隙。（4）复合物复合物 即细胞色素即细胞色素c氧化酶，以二聚体形式存在。作用是将从细胞色氧化酶，以二聚体形式存在。作用是将从细胞色素素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，在基质侧消耗接受的电子传给氧，每转移一对电子，在基质侧消耗2个质子，个质子，同时转移同时转移2个质子至膜间隙。个质子至膜间隙。59线粒体作用机理NADH呼吸链，每传递一对电子释放的自由能呼吸链，每传递一对电子释放的自由能 可形成可形成2.5分子分子ATP。FADH2呼吸链，每传递一对电子释放的自由能呼吸链，每传递一对电子释放的自由能 可形成可形成1.5分分子子ATP。60线粒体作用机理NADH的产能过程61线粒体作用机理FADH2生能过程62线粒体作用机理电子传递链63线粒体作用机理 呼吸链的复合物呼吸链的复合物 复合物复合物 （NADH-CoQ 还原酶）还原酶）复合物复合物 （琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌 还原酶还原酶）复合物复合物 （泛醌泛醌-细胞色细胞色 素素C还原酶还原酶）复合物复合物（细胞色素（细胞色素C 氧化酶）氧化酶）ADPATPADPATPADPATP琥珀酸琥珀酸FeSCoQH+，eFADNADHFMNFeSCoQ H+，eCoQFeScytbcytCH+，eCyta，a3cytC1/2O2H+，eQ循循环环64线粒体作用机理65线粒体作用机理分子葡萄糖完全氧化生成：分子葡萄糖完全氧化生成：糖酵解：糖酵解：底物水平的磷酸化产生底物水平的磷酸化产生4 4个个ATPATP，己，己 糖活化消耗糖活化消耗2 2个个ATPATP，脱氢反应产生，脱氢反应产生2 2个个 NADHNADH，经电子传递链生成，经电子传递链生成4 4或或6 6个个ATPATPKrebsKrebs循环：循环：底物水平的磷酸化产生底物水平的磷酸化产生2 2个个ATPATP，脱，脱 氢反应产生氢反应产生8 8个个NADHNADH和和2 2个个FADHFADH2 2，8 8 个个NADHNADH经电子传递链生成经电子传递链生成2424个个ATPATP，2 2个个FADHFADH2 2经电子传递链生成经电子传递链生成4 4个个ATPATP。66线粒体作用机理67线粒体作用机理生物氧化产生ATP的统计 一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATP？糖酵解：底物水平磷酸化产生 4 ATP（细胞质）己糖分子活化消耗 2 ATP（细胞质）产生 2NADH，经电子传递产生 4或 6 ATP （线粒体）净积累 6 6或或8 8 ATPATP 丙酮酸氧化脱羧：产生 2NADH（线粒体），生成 6 6ATPATP 三羧酸循环：底物水平的磷酸化产生（线粒体）2 2ATPATP；产生 6NADH（线粒体），生成 1818ATPATP；产生 2FADH2（线粒体），生成 4 4 ATPATP 总计生成 3636或或38 38 ATP ATP 68线粒体作用机理将将生物氧化生物氧化所释放能量的转移过程所释放能量的转移过程与与ADPADP的磷酸化的磷酸化过程结合起来，而将过程结合起来，而将生物氧化释放的能量转移到生物氧化释放的能量转移到ATPATP的高的高能磷酸键中，又称能磷酸键中，又称氧化磷酸化氧化磷酸化偶联。偶联。70线粒体作用机理ATP的合成：的合成：ADP+Pi（由细胞质输入到线粒体的基质中）（由细胞质输入到线粒体的基质中）在在 ATP合酶的催化下合成合酶的催化下合成ATP。合成的合成的ATP由线粒体内膜上的腺苷酸转移酶输出线粒体。由线粒体内膜上的腺苷酸转移酶输出线粒体。ATP和和ADP分子的相互转换分子的相互转换71线粒体作用机理基粒的发现及功能预测基粒的发现及功能预测 在二十世纪七十年代初，在二十世纪七十年代初，Humberto-Fernandez Moran 用负染技术检查分离的线粒体时发现用负染技术检查分离的线粒体时发现:线线粒体内膜的基质一侧的表面附着一层球形颗粒，粒体内膜的基质一侧的表面附着一层球形颗粒，球形颗粒通过柄与内膜相连。几年后，球形颗粒通过柄与内膜相连。几年后，Efraim Racker分离到内膜上的颗粒，称为偶联因子分离到内膜上的颗粒，称为偶联因子1，简称简称F1。牛心脏线粒体（负染电牛心脏线粒体（负染电镜）镜）可见球形颗粒通过小柄可见球形颗粒通过小柄附着在线粒体内膜嵴上附着在线粒体内膜嵴上 72线粒体作用机理uRacker发现这种颗粒很像水解发现这种颗粒很像水解ATP的酶，即的酶，即ATPase，这似乎是一个特别的发现，为什么线粒，这似乎是一个特别的发现，为什么线粒体内膜需要如此多的水解体内膜需要如此多的水解ATP的酶的酶?u如果按照常规的方式思考所发现颗粒的问题如果按照常规的方式思考所发现颗粒的问题,似似难理解线粒体内膜上需要难理解线粒体内膜上需要ATP水解酶水解酶,如果将如果将ATP的水解看成是的水解看成是ATP合成的相反过程合成的相反过程,F1球形颗粒的球形颗粒的功能就显而易见了功能就显而易见了:它含有它含有ATP合成的功能位点合成的功能位点,即即ATPase既能催化既能催化ATP的水解的水解,又能催化又能催化ATP的合成的合成,到底行使何种功能到底行使何种功能,视反应条件而定。视反应条件而定。u在分离状态下具有在分离状态下具有ATP水解酶的活性，在结合水解酶的活性，在结合状态下具有状态下具有ATP合成酶的活性。合成酶的活性。73线粒体作用机理ATP合酶合成合酶合成ATP的机理？的机理？结合变构模型结合变构模型 74线粒体作用机理ATP合成75线粒体作用机理氧化磷酸化的抑制剂呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 能与呼吸链中某些部位的电子传递体结合，从而能与呼吸链中某些部位的电子传递体结合，从而阻断电子传阻断电子传递递，如鱼藤酮、粉蝶霉素，如鱼藤酮、粉蝶霉素A、巴比妥；抗霉素、巴比妥；抗霉素A、二巯基丙醇；、二巯基丙醇；CO、CN、N3、H2S氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对对电子传递和电子传递和ADP磷酸化磷酸化均有抑制作用，如寡霉素均有抑制作用，如寡霉素解偶联剂解偶联剂 使使氧化与磷酸化（氧化与磷酸化（ATP合成）解耦联合成）解耦联，不影响电子传递，但，不影响电子传递，但ATP不能合成，如不能合成，如2，4二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP）76线粒体作用机理 第三节第三节 线粒体与疾病线粒体与疾病 1.1.与肿瘤的关系与肿瘤的关系 2.2.与耳聋的关系与耳聋的关系 3.3.与不孕不育的关系与不孕不育的关系 4.4.线粒体与衰老线粒体与衰老 5.5.有害物质、病毒侵入有害物质、病毒侵入肿胀、破裂肿胀、破裂 6.6.缺血性损伤缺血性损伤凝集、肿胀凝集、肿胀 77线粒体作用机理78线粒体作用机理79线粒体作用机理80线粒体作用机理81线粒体作用机理7.7.坏血病坏血病线粒体球（二、三个线粒体融合）线粒体球（二、三个线粒体融合）8.8.甲亢甲亢甲状腺素甲状腺素活化活化Na+-K+-ATPNa+-K+-ATP酶，酶，ATPATP分解加快，耗氧和产热增加分解加快，耗氧和产热增加9.9.由于由于mtDNAmtDNA缺少组蛋白的保护缺少组蛋白的保护,且无且无DNADNA损伤修损伤修 复系统复系统,故突变率很高故突变率很高,可发生在所有组织细胞可发生在所有组织细胞 中中,包括体细胞和生殖细胞包括体细胞和生殖细胞.10.mtDNA10.mtDNA为母系遗传为母系遗传.11.mtDNA11.mtDNA具有阈值效应的特性具有阈值效应的特性,即当突变的即当突变的 mtDNAmtDNA达到一定的比例时达到一定的比例时,才有受损表型出现才有受损表型出现 82线粒体作用机理2D-DIGE技术路线技术路线ProteomicsDiscovery and researchSample preparation,protein analysisEttan DIGEProteinanalysis,identificationImageacquisitionbioinformaticsMALDI-ToF or LC/MS/MSSeparate by 2-D PAGEPooled internal standardLabel with Cy2Protein extract 2Label with Cy5Protein extract 1Label with Cy3Mix labelled samplesVolumes expressed as ratios relative to pooled internal standard83线粒体作用机理谢 谢！84线粒体作用机理