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.docVIP

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 线粒体的形态、数量和结构 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） 光镜下的线粒体成线状、粒状或杆状。 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 酸性时线粒体膨胀，碱性时线粒体为粒状 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。双链中一为重链（H）（编码合成物质较多），一为轻链（I）（编码了ND6及8个tRNA） 2.线粒体的DNA序列中有37个基因，仅13个是编码蛋白质的基因，都以ATG（甲硫氨酸）为起始密码；其他24个基因编码两种rRNA分子（用于构成线粒体的核糖体）和22种tRNA分子（用于线粒体mRNA的翻译） （二）重链和轻链各有一个启动子启动线粒体基因的转录 1.重链上的转录起始位点有两个，形成两个初级转录物，因为每个mRNA的5’端与tRNA的3’端是紧密相连的。转录物I比转录物II的转录要频繁得多 2.与核合成mRNA不同，线粒体mRNA不含内含子，也很少有非翻译区 3.线粒体基因中两个重叠基因，一个是复合物I的ND4L和ND4，另一个是复合物V的ATP酶8和ATP酶6 4.线粒体mRNA翻译的起始氨基酸为甲腺甲硫氨酸，人类细胞的线粒体编码系统中UGA编码色氨酸 （三）线粒体DNA的两条链有各自的复制起始点 1.重链的复制起始点位于环的顶部，tRNA^Phe基因和tRNA^Pro基因 2.轻链的复制要晚于重链 3.一般情况下，重链的合成方向是顺时针的；轻链的合成方向是逆时针的 4.线粒体中mtDNA的复制比一般的复制时间要长 5.mtDNA的复制特点还包括它的复制不受细胞周期的影响，可以越过细胞周期的禁止期或间期，甚至可以分布在整个细胞周期 四 线粒体核编码蛋白质的转运 线粒体中约有1000个基因产物，仅有37个为线粒体基因组编码，所以线粒体内大多数参与电子传递链的蛋白都为核编码。 核编码蛋白向线粒体基质中转运 核编码蛋白进入线粒体时需要分子伴侣蛋白协助 蛋白在胞质中合成，靠分子伴侣协助， 基质导入序列（MTS）：输入到线粒体的蛋白质在其N-端都具有一段MTS，线粒体内外膜上的受体能识别并结合特定序列；富含精氨酸、赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸，少见天冬氨酸、谷氨酸，序列包含了所有介导前体蛋白输入到线粒体基质的信号。 前体蛋白在线粒体外保持非折叠状态 ①少数线粒体蛋白可溶前体与新生多肽相关复合物（NAC，分子伴侣）相互作用，增加了蛋白转运的准确性； ②多数前体蛋白与热休克蛋白70（hsc70,分子伴侣）结合，防止了蛋白形成不可解开的构象和已松弛前体蛋白的聚集（aggregation）； ③前体蛋白与前体蛋白结合因子（PBF）结合，增加了hsc70对线粒体蛋白的转运； ④前体蛋白与线粒体输入刺激因子（MSF）结合，常单独发挥ATP酶作用，为聚集蛋白的解聚提供能量； ⑤某些前体蛋白（如内膜ATP/ADP反向转运体）与MSF所形成复合体与外膜受体Tom37和Tom70结合，再转移到受体Tom20和Tom22，同时释放M