細胞生物學第7章細胞的能量轉換──線粒體 ● 線粒體與氧化磷酸化 ● 半自主線粒體 ● 線粒體生物發(fā)生 ● 問題第一節(jié) 線粒體與氧化磷酸化 ● 線粒體形態(tài)和結構 ● 線粒體 ● 線粒體的化學組成和磷酸化酶的位置 ● 氧化磷酸化- 線粒體形態(tài) ● 線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布 ● 線粒體超微結構 ◆ 外膜 外膜 含孔蛋白的蛋白質具有更高的滲透性 ◆ 內(nèi)膜 內(nèi)膜高度不透水，向內(nèi)折疊形成嵴嵴-基底顆粒含有與能量轉換相關的蛋白質。膜間隙含有許多可溶性酶底物和輔因子。基質基質含有三羧酸循環(huán)酶。線粒體基因表達酶等。以及線粒體DNA RNA核糖體。基粒的柄球由頭部柄和基部組成。它是一種存在于線粒體內(nèi)膜內(nèi)表面的 ATPase 復合物。F1 因子 F0 因子可溶性 ATPase 是一種對寡酶敏感的蛋白 OSCP 疏水蛋白 HP 抑制劑頭部具有 ATPase 活性和 F1 抑制蛋白手柄 OSCP 底物疏水蛋白嵌入內(nèi)膜能量相關蛋白 1 電子傳遞鏈，進行氧化反應 2 ATP合酶 3 線粒體內(nèi)膜轉運蛋白 2 線粒體 酶的化學組成和定位 ●線粒體成分的分離方法 ●線粒體的化學組成 ●線粒體酶的定位 線粒體的化學組成 ◆蛋白質 65～70% 線粒體干重 ◆30 脂質 25線粒體干重的百分比。磷脂占34以上的外膜主要是卵磷脂。內(nèi)膜主要是心磷脂。線粒體脂質和蛋白質的比例。031 內(nèi)膜。11 外膜。提供的直接能量與細胞內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生、凋亡細胞的信號轉導、細胞內(nèi)各種離子的跨膜轉運以及電解質穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)有關●氧化磷酸化的分子基礎●偶聯(lián)氧化磷酸化化學滲透假說 Mithch

ell1961 生物氧化糖酵解細胞質基質乙酰輔酶A產(chǎn)生線粒體基質三羧酸循環(huán)線粒體基質電子傳遞耦合線粒體內(nèi)膜的氧化磷酸化真核細胞線粒體代謝反應說明線粒體的轉化過程實際上是線粒體功能的轉化過程，即有機分子中儲存的能量→高能電子→質子動勢→ATP◆氧化電子轉移同時消耗氧釋放能量和磷酸化ADPPi能量儲存。它與兩種不同的結構緊密結合。系統(tǒng)執(zhí)行◆ 電子傳遞鏈 電子傳遞鏈四個復合體組成兩條呼吸鏈 NADH 呼吸鏈 FADH2 呼吸鏈 四種復雜哺乳動物 ◆ 復合物Ⅰ NADH-CoQ 還原酶復合物既是電子轉運蛋白，又是質子轉運蛋白。它由 42 個蛋白質亞基、至少 6 個 Fe-S 中心和 1 個黃素蛋白組成，其作用是催化 NADH 的氧化 獲得 2 個高能電子 → 輔酶 Q 泵出 4H◆ 復合物 Ⅱ琥珀酸脫氫酶復合物是電子轉運體而不是質子轉運蛋白。它包含一個 FAD 輔基 2Fe-S 中心和一個細胞色素 b，用于催化 2 個低能電子?！?FAD→Fe-S→輔酶Q no H泵出 ◆Complex Ⅲ細胞色素bc1復合物既是電子轉運蛋白又是質子轉運蛋白。它由 1cytc12cytb1Fe-S 蛋白組成，催化電子從 UQH2→cytc 泵送到 4H2。UQ2 來自矩陣。復合體 IV 細胞色素 C 氧化酶既是電子轉運蛋白又是質子轉運蛋白。它由二聚體組成。每個單體包含 13 個亞基，cytacyta3CuFe，它催化從 cytc→O2 分子泵送電子以形成水 2H。2H參與水的形成。在電子轉移過程中有幾點需要說明?！羲姆N電子載體 黃素蛋白 細胞色素含有血紅素輔基 Fe-S 中心輔酶 Q 前三種與蛋白質結合 輔酶 Q 是脂溶性醌 ◆ 電子在 NADH 脫氫酶催化氧化 NADH 形成高-能量電子。能量轉換以 O2 結束，形成水。

AD*低，H2OO2*高。高能電子釋放的能量驅動線粒體內(nèi)膜的三大復合體。H泵將H從基質側泵送到膜空間，形成跨越線粒體內(nèi)膜的H梯度能量轉換。ATP合酶磷酸化的對稱分布分子基礎 ◆分子結構 ◆線粒體ATP合成系統(tǒng)的解離與重構 實驗證明，電子轉移和ATP合成是由兩種不同的結構系統(tǒng)進行的。F1粒子具有ATP酶活性 ◆工作特性可逆 復合酶不僅可以利用質子電化學梯度中儲存的能量合成ATP，還可以水解ATP，將質子從底物泵送到膜間隙。1994年酶的晶體結構獲1997年諾貝爾化學獎。氧化磷酸化的偶聯(lián)機制?；瘜W滲透假說?；瘜W滲透假說?；瘜W滲透假說的內(nèi)容。能量將H從底物泵送到膜間隙，形成H的電化學梯度。在此梯度下，H通過ATP合酶返回底物。同時，儲存在ATP電化學梯度中的能量被合成并儲存在ATP高能磷酸鍵中。質子動力 質子動力 ◆化學滲透假說的一些解釋。質子能量是 ATP 合成的驅動力。膜應具有完整性。電子轉移和 ATP 合成是兩個相關但不同的事件。

線粒體病 以缺硒引起心肌損傷為主要病理改變的地方性心肌病。硒對線粒體有穩(wěn)定作用 細胞衰老的生物鐘 95 氧自由基來自呼吸鏈，單電子向分子氧的泄漏是其產(chǎn)生的主要原因。合成并轉運到細胞質中的線粒體 v 內(nèi)膜上的其他蛋白質基質和外膜上的蛋白質 核糖體蛋白 聚合酶氨酰 tRNA 合成酶細胞內(nèi)合成的大rRNA 核糖體小大亞基蛋白mt 核糖體蛋白氨酰tRNA 合成酶RNA 聚合酶DNA 復制相關酶三羧酸循環(huán)可溶性酶三線粒體蛋白轉運v? 引導肽細胞核編碼的線粒體蛋白含有N 端引導肽含有20-80個疏水氨基酸殘基。包含識別線粒體的信息。它具有指導線粒體蛋白轉運進入線粒體的功能。?跨膜轉運前體 → 受體 → 內(nèi)部區(qū)室 → 切除肽折疊 → 展開 → 重新折疊分子伴侶 III 線粒體生物發(fā)生

預先存在的線粒體來自生長和分裂。1.隔膜與內(nèi)壁分離翻譯的模板能量酶，向中心折疊，將線粒體一分為二。2.收縮與分離。中間部分收縮和拉長。3. 萌芽和繁殖。線粒體的增殖。2.線粒體的起源。6 或 8ATP 丙酮酸氧化脫羧產(chǎn)生 2NADH 線粒體產(chǎn)生 6ATP 三羧酸循環(huán)底物水平磷酸化產(chǎn)生線粒體 2ATP 產(chǎn)生 6NADH 線粒體產(chǎn)生 18ATP 產(chǎn)生 2FADH2 線粒體產(chǎn)生 4ATP 產(chǎn)生 36 或 38 個 ATP。問題1 如何證明線粒體的電子轉移和磷酸化是由兩種不同的結構系統(tǒng)實現(xiàn)的。2 ATP 合酶分子結構和作用機制 3 化學滲透假說 4 的主要論點是核基因組編碼的細胞質核糖體上合成的蛋白質如何轉運到線粒體 5 為什么線粒體是半自主細胞器 6 簡要線粒體超微結構的描述翻譯的模板能量酶，大小，數(shù)量及分布 1 形態(tài)顆粒棒 2 大小、大小、直徑，051?m，長1530?m3，動物細胞內(nèi)數(shù)量平均為數(shù)百個，4個生理功能旺盛的分布區(qū)，線粒體主要酶分布于精子尾部。名稱位點酶名稱外膜單胺氧化酶NADH-細胞色素c還原酶對魚藤酮犬尿烯酸羥化酶?；o助劑不敏感

酶 A 合成酶膜間隙腺苷酸激酶二磷酸激酶核苷酸激酶內(nèi)膜細胞色素 bcc1aa3 氧化酶 ATP 合成酶琥珀酸脫氫酶 β-羥基丁酸和 β-羥基丙酸脫氫酶肉堿酰基轉移酶、丙酮酸氧化酶、NADH 脫氫酶、一種敏感的底物、蘋果酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶的敏感底物、異檸檬酸脫氫酶、烏頭酸酶、谷氨酸脫氫酶、脂肪酸氧化酶、天冬氨酸轉氨酶蛋白和核酸合成酶丙酮酸脫氫酶復合物的整個電子傳遞鏈存在于內(nèi)膜中。氧化磷酸化由 ATPase 復合物進行。完整的線粒體亞線粒體囊泡尿素或胰蛋白酶超聲處理處理光滑囊泡以重建亞線粒體囊泡的產(chǎn)生和重建。下軟骨囊泡的分離和重組的實驗說明。ATP合成的催化位點 每個β亞基1個F0ab2c12復合物嵌入內(nèi)膜 12個c亞基與質子通道ATP合酶轉子形成環(huán)狀結構 γ和ε結合調(diào)節(jié)三個亞基催化位點的開閉 組成ab2 和δ 連接α3β3 和F0 1979 Boyer 提出構象耦合假說1。ATPase 利用質子動力勢催化ATP2 的合成。F1 有 3 個催化位點。催化位點有 3 種構象 3. 當質子通過 F0 時，c亞基形成的環(huán)旋轉，帶動γ亞基旋轉。γ亞基末端高度不對稱，導致β亞基三個催化位點構象發(fā)生周期性變化。LTO繼續(xù)將ADP和Pi加在一起形成ATP質子動勢Mitchell1961提出了化學滲透假說，即電子沿呼吸鏈行進時釋放的能量將質子從內(nèi)膜基質的M側泵送到膜空間的C側形成質子動勢△P△PΨ-23RTF△pH 其中△pHpH 梯度Ψ 勢梯度T 絕對溫度R 氣體常數(shù)F 為法拉第常數(shù)當溫度為25℃時，△P 的值約為220mV。說明 80 以下內(nèi)容可直接刪除。可以編輯和修改數(shù)據(jù)?？梢跃庉嫼托薷臄?shù)據(jù)。所用數(shù)據(jù)僅供參考。實際情況分析