细胞的能量转换1.ppt

MITOCHONGDRION AND CHLOROPAST 第七章 细胞的能量转换──线粒体和叶绿体 第一节 线粒体与氧化磷酸化 1890年R. Altaman首次发现线粒体，命名为生命小体（bioblast） ，为它可能是共生于细胞内独立生活的细菌。 1897年von Benda首次提出mitochondrion。 1900年L. Michaelis用Janus Green B对线粒体进行染色，发现线粒体具有氧化作用。 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。 Hatefi等（1976）纯化了呼吸链四个独立的复合体。 Mitchell（1961－1980）提出了氧化磷酸化的化学偶联学说。 一、线粒体的形态结构 1、线粒体的形态 粒状或杆状。但因生物种类和生理状态而异，可呈环形，哑铃形、线状、分杈状或其它形状。 直径0.5 ～ 1μm，长1.5～3.0μm，在胰脏外分泌细胞中可长达10 ～ 20μm，称巨线粒体。 数目一般数百到数千个，植物因有叶绿体的缘故，线粒体数目相对较少；肝细胞约1700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。 （一）线粒体的形态、大小、数量与分布 An TEM image of mitochondrion 通常分布在细胞功能旺盛的区域。可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。 2、线粒体的分布 Figure?7-4?Relationship between mitochondria and microtubules. Figure?7-5?Localization of mitochondria near sites of high utilization in cardiac（心肌） muscle and a sperm tail.? 鞭毛轴丝 肌原纤维 Schematic view of mitochondrion （二）线粒体的超微结构 粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔。 A、B扫描电镜照片：示线粒体内部结构 1、外膜 (out membrane) 含40%的脂类和60%的蛋白，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通过。大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。如：丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度协同运输。 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。但多呈板层状。 嵴上覆有基粒。基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F0偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。 3、膜间隙 (intermembrane space)： 是内外膜之间的腔隙，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。除糖酵解在细胞质中进行外，其他的生物氧化过程都在线粒体中进行。催化三羧酸循环，脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类均位于基质中，其标志酶为苹果酸脱氢酶。 基质具有一套完整的转录和翻译体系。包括线粒体DNA（mtDNA），70S型核糖体，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。 基质中还含有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 孔蛋白 肽聚糖 ◆蛋白质(线粒体干重的65～70％) ◆脂类(线粒体干重的25～30％)： ·磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂， 内膜主要是心磷脂。 ·线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜） 二、线粒体的化学组成及酶的定位 线粒体主要酶的分布 三、线粒体提的功能 线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。 （一）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。 氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机分子中储藏的能量?高能电子?质子动力势?ATP 氧化(电子传递，消耗氧)与磷酸化(ADP+Pi)是同时进行， 密切偶连在一起的，但却由两