细胞生物学基础 教学课件 ppt 作者 员冬梅 主编 李晓文 主审第五章.ppt

细胞生物学基础 第五章 线粒体和叶绿体 第一节 线粒体 第一节 线粒体 第一节 线粒体 （1）外膜(outer membrane) 外膜是包围在线粒体最外面的一层单位膜，厚6~7nm，光滑而有弹性，与内膜不连接。 (2) 内膜(inner membrane) 内膜位于外膜内侧，把膜间隙与基质分开，具有单位膜的结构，厚约6~8nm。内膜渗透性很差，能严格地控制分子和离子通过，这种“不透性”在ATP的生成过程中起重要作用。内膜向线粒体腔内凸出褶叠形成嵴(cristae)。嵴是线粒体很重要的特殊结构，它使内膜的表面积大大扩增。 第一节 线粒体 （3）膜间隙（intermembrane space） 膜间隙是指线粒体内、外膜之间封闭的腔隙，包括外周间隙和嵴间隙，外周间隙为平行于内外膜之间把内外膜分开的间隙，宽约6~8nm，嵴间隙为嵴的两层膜间的隙腔，它与外周间隙相通，实际上是外周间隙的延伸。膜间隙中充满无定形液体，含有许多可溶性酶、底物和辅助因子等。 （4）基质（matrix） 内膜和嵴所围成的空隙内充满较致密的胶状物质即为基质。基质内不仅含有蛋白质和脂类，还含有线粒体基因组DNA、特定的线粒体核糖体、tRNA、线粒体基因表达和蛋白质合成需要的多种酶类。此外，还含有电子密度很大的致密的颗粒状物质，这些颗粒含有Ca 、Mg、 Zn等离子，具有调节线粒体内部离子环境的功能。线粒体中催化三羧酸循环、丙酮酸和脂肪酸氧化等酶类都存在于基质中。 第一节 线粒体 二、线粒体的化学组成及酶的定位 1.线粒体的化学组成 线粒体的化学成分主要是蛋白质和脂类。蛋白质含量占线粒体干重的65%~70%，其主要分布在基质和内膜中。在线粒体中，不同组成部分内蛋白质的含量存在着很大的差异。如大鼠肝细胞线粒体蛋白质的67%在基质内， 21%在内膜，6%在外膜，6%在膜间隙；酵母线粒体内蛋白质的50%在基质中，30%在内膜上。 第一节 线粒体 2.线粒体酶的定位 目前已知线粒体中约有140余种酶，分布在各个结构组分中，其中氧化还原酶占37%，合成酶占10%，水解酶占近9%。主要酶在线粒体中的分布见列表5-1 第一节 线粒体 三、线粒体的功能 线粒体的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。同时线粒体还与细胞中氧自由基的生成、细胞程序性死亡、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等有关。 第一节 线粒体 1.氧化磷酸化的分子结构基础 氧化(放能)和磷酸化(贮能)是同时进行并密切偶联在一起的，但却是由两个不同的结构系统实现的。1968年E．Racker等人用超声波将线粒体破碎，线粒体内膜碎片可自然卷成颗粒朝外的小膜泡，这种小膜泡称为亚线粒体小泡或亚线粒体颗粒(图5－3）。 第一节 线粒体 (1) 电子传递链(呼吸链) 线粒体内膜上的呼吸链是典型的多酶氧化还原体系，由多个组分组成，并在内膜上相互关联地有序排列，承担着电子传递作用，故称为电子传递链（electron-transport chain）。在呼吸链的组成中，黄素相关的脱氢酶系有两种：以黄素单核苷酸（FMN）为辅基的NADH脱氢酶和以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基的琥珀酸脱氢酶。它们是接受代谢物上脱下的氢的原初受体，由此普遍认为细胞内有两条典型的呼吸链，即NADH呼吸链和FADH呼吸链。 辅酶Q是一种脂溶性的醌类化合物，它具有三种不同的氧化还原状态，即：氧化态辅酶Q（CoQ或Q）、还原态辅酶Q（CoQH或QH）和介于两者之间的自由基半醌（QH）。由于辅酶Q具有高度疏水性，故能在线粒体内膜的疏水区中迅速扩散，它是呼吸链中的一种不牢固结合于蛋白质上的、作为一种特殊灵活的载体而发挥作用，因而在呼吸链中处于中心地位。 细胞色素是一类含铁的电子传递体。 第一节 线粒体 第一节 线粒体 第一节 线粒体 呼吸链的各组分在内膜上的含量比不同，不同种类细胞中线粒体的这种比例也不相同。大致比例为：复合物Ⅰ︰Ⅲ︰Ⅳ＝1︰3︰7。四种复合物在电子传递过程中协同作用。复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成主要的NADH呼吸链，催化NADH的氧化；复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成FADH呼吸链，催化琥珀酸的氧化(图5－5)。 第一节 线粒体 实验表明，呼吸链各组分有严格的排列顺序和方向。从NADH到分子氧之间的电子传递过程中，电子是按氧化还原电位从低向高传递。如图5－6