线粒体

线粒体第一节形态结构一、线粒体的形状、大小、数目和分布♦形状多样，多为卵圆形或棒状。

♦大小直径0.5-1.0μm，长1.5-3.0μm。

♦数目不同细胞内差异大，通常含1000-2000个，新陈代谢旺盛的细胞内含量较多。

♦分布多分布于生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位。

二、线粒体的超微结构在电镜下，线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭性囊状结构，主要由外膜、内膜、膜间隙和基质腔组成。

外膜♦外膜膜厚5-7nm。

磷酸钨复染，外膜有排列整齐的筒状圆柱体。

中间有孔径为2nm的孔，称为孔蛋白。

♦分子量5000以内的物质可以自由通过。

内膜♦平均厚度约4.5nm，通透性很小，分子量大于150的物质无法通过，具有高度选择性。

♦内膜向线粒体内室突出形成嵴。

嵴♦线粒体中形态学变化最大的结构。

♦特征性。

♦主要有两种类型：♦板层状（大多数高等动物细胞中线粒体的嵴）；♦小管状（原生动物和其它一些较低等的动物细胞中线粒体的嵴）。

基粒♦内膜和嵴的基质面有许多带柄的小体称为基粒，也称为ATP酶复合体。

♦每个线粒体含有104-105个基粒。

♦形似棒糖，分头、柄和基部三个部分。

♦头部可溶性A TP酶，与基粒柄部合称偶联因子F1；含有ATP酶复合体抑制多肽。

♦柄对寡霉素敏感的蛋白，控制离子通道。

♦基部疏水蛋白，又称偶联因子F0；质子通道。

基质♦在内膜和嵴围成的腔隙中充满的较致密的低电子密度物质。

♦内含大量蛋白质和脂类，包括♦大量重要酶系三羧酸循环酶系、脂肪酸氧化酶系、蛋白质和核酸合成的酶系等。

♦DNA、核糖核蛋白体等。

♦基质颗粒。

第二节化学组成和酶的分布一、线粒体的化学组成♦主要由蛋白质、脂类和水组成。

♦蛋白质65-70%，内膜中含量较多；♦可溶性蛋白：基质中的酶和膜的外周蛋白。

♦不溶性蛋白：镶嵌蛋白、结构蛋白和酶蛋白。

♦脂类25-30%，磷脂为主，内外膜组成不完全相同。

♦与其它膜性结构区别——丰富心磷脂和较少的胆固醇。

二、酶的分布约120种，包括氧化还原酶（37%）、连接酶（10%）、水解酶（＜9%）。

部位特征酶外膜单胺氧化酶膜间隙腺苷酸激酶内膜细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶基质苹果酸脱氢酶第三节半自主性线粒体含有DNA，可以自行编码表达部分蛋白质；同时实现其基因组复制与表达的许多酶又是由核基因组编码的。

一、线粒体DNA（mtDNA）♦双链环状DNA，一个线粒体内平均含有5-10个mtDNA分子。

♦裸露，不与组蛋白结合。

♦不同种属mtDNA的大小不同，所含遗传信息量少。

♦主要编码：线粒体的tRNA，rRNA和部分线粒体蛋白。

♦转录后的mRNA不含内含子，少有非翻译区。

♦人mtDNA由16569bp组成，含有37个基因：2个rRNA基因、22个tRNA基因和13个编码蛋白质的基因。

mtDNA的复制半保留复制，复制不受限于细胞周期。

二、线粒体蛋白质的合成♦有自身合成蛋白质的系统（线粒体核糖体）。

♦与原核细胞相似，与真核细胞有三点不同：♦转录翻译在同一时空进行；♦起始氨基酸为甲酰甲硫氨酸；♦对药物敏感性与原核细胞相同：♦放线菌酮不敏感♦氯霉素、红霉素和四环素敏感♦遗传密码子不同。

线粒体蛋白质的输入♦线粒体内绝大部分蛋白由细胞核DNA编码；♦蛋白质分别输入至：线粒体外膜、内膜、膜间隙以及基质；♦需要解除高级结构，并在分子伴侣的帮助下重新折叠；♦均具有线粒体靶序列：基质导入序列（MTS）；♦需要外膜中的特异性受体以及输入通道；♦蛋白质的输入需要能量。

♦转位接触点——核编码蛋白质进入线粒体的通道。

♦线粒体蛋白质进入基质的过程：1.前体蛋白解折叠；2.解折叠的前体蛋白与受体结合并穿过两层膜（借助布朗棘轮模型）；3. 蛋白折叠/装配；4. 切除引导肽。

♦ 线粒体蛋白质进入线粒体膜间腔的过程（还需膜间隙引导序列）：1. 同Hsp70蛋白结合，然后同受体结合；2. 转运到基质；3. 与基质分子伴娘Hsp70和Hsp60相互作用，切除基质引导序列；4. 转运穿过内膜；5. 切除膜间隙引导序列，添加血红素。

或者1. 同Hsp70蛋白结合，然后同受体结合；2. 转运到基质（但只到达膜间腔）；3. 切除基质引导序列，通过扩散离开转位复合物；4. 切除膜间隙引导序列，添加血红素。

第四节功能驻能和供能细胞氧化又称细胞呼吸，依靠酶的催化，将细胞内各种供能物质氧化释放能量的过程。

一、糖酵解♦ 细胞质基质中进行。

♦ 为无氧氧化过程，不需耗氧。

糖酵解产物进入线粒体♦ 丙酮酸：机制不明，可能依靠自身的脂溶性。

♦ NADH+H +：特异性穿梭系统。

二、乙酰辅酶A 生成♦ 线粒体基质中进行♦ 氧化（脱氢）脱羧反应。

三、三羧酸循环（TCA ）线粒体基质中进行。

四、电子传递偶联氧化磷酸化♦ 线粒体内膜上进行。

♦ 供能物质经过以上各步脱下的氢原子，通过内膜上的一系列呼吸链酶系的电子传递，最后与氧结合生成水，电子传递过程中释放的能量被用于ADP 磷酸化形成ATP 。

电子传递♦ 电子载体在电子传递过程中与释放的电子结合并将电子传递下去的物质。

包括有黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白、辅酶Q 。

♦ 电子传递呼吸链（呼吸链）四种电子载体与其他蛋白质形成复合物后，有序的镶嵌在内C 3H 4O 3 + 辅酶A （CoA ） + 2NAD 丙酮酸脱氢酶系Mg 2+ 乙酰CoA + 2NADH + 2H + + CO 2葡萄糖 （C 6H 12O 6）糖酵解酶系 2丙酮酸+（C 3H 4O 3膜上，组成的传递电子和质子的酶体系。

♦有四个含电子载体的复合体及另外两个独立存在的电子载体组成，包括复合体Ⅰ、复合体Ⅱ、复合体Ⅲ、复合体Ⅳ和细胞色素c以及辅酶Q。

♦各组分高度有序排列，复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成主要传递途径；复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成另一条传递途径。

♦两条电子传递途径：复合体Ⅰ或Ⅱ→UQ→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ。

氧化磷酸化♦伴随电子传递链的氧化过程所进行的能量转换和ATP的生成称氧化磷酸化或称氧化磷酸化偶联。

♦偶联磷酸化的关键装置——基粒（ATP酶复合体）。

化学渗透假说1.线粒体内膜上的电子传递链同时起质子（H+）泵的作用，可以在电子传递的同时将质子（H+）从线粒体基质腔（内室）转移到膜间腔（外室）。

2.线粒体内膜上的基粒（ATP酶复合体）也能可逆地跨线粒体内膜转运质子（H+）。

♦一方面：它可以水解A TP产生能量将质子从内室转移到外室；♦另一方面：当外室存在大量质子时，使线粒体内膜内外存在足够的质子电化学梯度，质子则从外室通过基粒（ATP酶复合体）F0上的质子通道进入内室，同时驱动F1因子中ATP酶利用这种势能合成ATP。

3.线粒体内膜本身具有离子不通透性，能隔绝包括H+、OH-在内的各-种正负离子。

4.线粒体内膜上有一系列介导基本代谢物质和选择性转运无机离子进出内膜的载体蛋白。

基粒合成ATP结合变构机制：♦质子运动所释放的能量不直接用于ADP磷酸化主要用于改变活性位点与A TP产物的结合亲和力。

♦在任何时刻，ATP合酶上的3个β亚基以3种不同的构象存在。

从而使它们对核苷酸有不同的亲和性。

♦ATP通过旋转催化而合成，在此过程中，通过F0“通道”的质子流引起c亚基环和附着于其上的γ亚基纵轴在α3β3的中央进行旋转，旋转是由F0质子通道所进行的质子跨膜运动来驱动的。

五、一分子的葡萄糖彻底氧化生成38个ATP糖酵解2个、三羧酸循环2个、呼吸氧化过程34个。

第五节起源与增殖一、线粒体的起源内共生假说认为线粒体来源与细菌。

♦细胞的祖先是一种体积巨大的，具有吞噬能力的细胞；♦Mi的祖先是一种革兰氏阴性菌，不仅能进行糖酵解，而且能利用氧气，把糖酵解产物丙酮酸进一步氧化分解产生更多的能量；♦当真核细胞吞噬这种细菌后，两者形成“互利”的共生关系，真核细胞利用细菌供给充分的能量，而细菌也依赖于宿主细胞获得更多的原料，在长期共生过程中，细菌逐渐演变为真核细胞的Mi。

证据：♦线粒体DNA呈环状、裸露与细菌相似。

♦线粒体的核糖体为70S与细菌相同，而真核细胞为80S。

♦线粒体蛋白质的合成更接近细菌。

♦线粒体内、外膜结构和功能差别很大，外膜与真核细胞的sER相似；内膜与细菌质膜相似。

♦线粒体的增殖与细菌一样——直接分裂。

非内共生假说认为线粒体来源于质膜内陷，又称分化假说。

♦细胞的祖先是一种进化程度很高的需氧细菌，呼吸链和磷酸化系统位于细胞膜和细胞膜内陷的结构上；♦进化过程中内膜不断内陷，融合成小泡，脱离质膜，进化成完整的呼吸单位；♦融合过程中，包裹进一个质粒，形成线粒体。

证据：♦细菌的中膜体与线粒体非常相似均为凹陷的细胞膜♦质粒DNA与线粒体DNA比较有许多相似之处二、线粒体的增殖♦间壁分离线粒体的内膜向中心内褶形成间壁，或某一个嵴的延伸。

当延伸到对侧内膜时，线粒体一分为二，成为只有外膜相连的两个独立细胞器，接着线粒体就完全分离。

♦收缩分离线粒体中央部分收缩并向两端拉长，中央形成很细的颈，整个线粒体成哑铃形，最后断裂为二形成两个新线粒体。

♦出芽分离先从线粒体上长出小芽，然后小芽与母线粒体分离，经过不断长大，形成新的线粒体。

第六节线粒体与医学一、线粒体与细胞死亡（略）二、线粒体用于鉴定1.应用于人种起源和迁徙的研究；2.法医学上的运用。

三、线粒体与疾病♦线粒体肌病；♦克山病；♦线粒体与衰老；♦线粒体DNA突变造成的遗传病。