细胞生物学基础 教学课件 作者 员冬梅 主编 李晓文 主审第五章.ppt

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1、细胞生物学基础第五章线粒体和叶绿体第一节线粒体一、线粒体的形态结构1.线粒体的形状、大小、数目和分布（1）形状与大小线粒体的形状是多样的，最常见的是线状或颗粒状，其他有呈哑铃形、圆球形，还有的呈分枝状、环状等。线粒体的大小因细胞类型而异，即使同一类型细胞或同一细胞中的线粒体，大小也不相同。（2）数目线粒体的数目在不同类型的细胞中差异很大。（3）分布线粒体在细胞内的分布也因细胞形态和类型的不同而存在着差异。第一节线粒体2.线粒体的超微结构在电镜下观察，线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。主要由外膜、内膜、膜间隙和基质组成（图5－1）图5-1线粒体的结构A.线粒体的TEM照片B.线

2、粒体的三维结构模式图第一节线粒体（1）外膜(outermembrane)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(innermembrane)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（intermembranespace）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

3、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

4、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

5、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。图5-2真核细胞线粒体中代谢反应图解A.线粒体的TEM照片B.线粒体的三维结构模式图第一节线粒体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）。图5-3亚线粒体小泡的分离与重组A.线粒体的TEM照片B.线粒体的三维结构模式图第一节线粒体(1)电子

6、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-transportchain）。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

7、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图5-4线粒体呼吸链组分的排列顺序A.线粒体的TEM照片B.线粒体的三维结构模式图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