医用细胞生物学第六章PPT课件
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《细胞生物学》教学课件：第六章 细胞骨架-微管
Dynamic instability is an intrinsic property of microtubules
cytoskeleton
活细胞中微管的 踏车现象
3.微管的体内装配
✓微管组织中心－（快速渡过成核期，快速 装配） ✓微管相关蛋白 ✓具有与功能匹配的动力学不稳定性 ✓药物可影响装配
7
面
98
15nm 25nm
极 性
cytoskeleton
Arrangement of protofilaments in singlet, double, and triplet MTs
单管
二联管 A
三联管 A
B
B
纤毛和鞭毛
C
中心粒和基体
cytoskeleton
•Nucleus and Microtubles •细胞核(兰色),微管网(浅兰色)
Floppy logic model [Non-equivalent steps] Twisting model [Equivalent steps]
（四）微管功能
✓ 维持细胞形态 ✓ 细胞内物质的运输 ✓ 细胞器的定位 ✓ 鞭毛和纤毛的运动 ✓ 纺锤体与染色体运动
cytoskeleton
4.1 细胞形态的维持
The extensive distribution of microtubules can really be appreciated in the light microscope after immunolabeling for tubulin with fluoresceinlabeled antibodies. This micrograph shows cells in culture labeled for tubulin. The labeling is so fine, the small microtubules can be delineated.
细胞生物学-第六章-线粒体PPT课件
五、其它
如辅酶Q、黄素单核苷酸（FMN）、黄素腺嘌 呤二核苷酸（FAD）以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD+）等。这些物质均参与电子传递的氧化还原 过程，它们与内膜密切关联。
2021
第三节 线粒体的功能
➢ 主要功能：是对各种能源物质的氧化和能量转换，
为细胞氧化作用提供场所。
• 物质氧化：细胞内氨基酸、脂肪酸、单糖等供能
三、酶（掌握）
外膜：合成脂类的酶类。特征酶为单胺氧化酶。 内膜：执行呼吸链氧化反应的酶系和ATP合成酶系。特征酶
为细胞色素c氧化酶。 基质：高浓度的多种混合物，特征酶为苹果酸脱氧酶。
2021
2021
四、脂类
脂类含量占线粒体干重的25%~30%。以磷脂为 主，其中以磷脂酰胆碱（卵磷脂）和磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂）为主，还含有一定量的心磷脂（内膜） 和较少的胆固醇（外膜）。
已发现的有100多种线粒体病。例如线粒体心肌病、线粒 体肌病、线粒体脑肌病等。这类病的共同特点都是mtDNA 异常，导致肌细胞内线粒体缺少某些酶，引起线粒体基质的 转运、氧化磷酸化障碍，使肌细胞功能改变，发生疾病。
2021
人心肌细胞的线粒体
线粒体肿胀
线粒体空泡化（心肌缺氧20）21 线粒体增生显著
物质在一系列酶的作用下，消耗O2，产生CO2和水， 放出能量的过程称为细胞氧化作用，此过程中细胞
要 摄 取 O2 排 出 CO2 ， 故 又 称 为 细 胞 呼 吸 （ cellular
respiration）作用。
酶
• 能量转换：物质的化学能
高能磷酸键（ATP）
2021
❖ 动物细胞80%的ATP来源于线粒体。
2021
2021
第五节 线粒体的生物发生
如辅酶Q、黄素单核苷酸（FMN）、黄素腺嘌 呤二核苷酸（FAD）以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD+）等。这些物质均参与电子传递的氧化还原 过程，它们与内膜密切关联。
2021
第三节 线粒体的功能
➢ 主要功能：是对各种能源物质的氧化和能量转换，
为细胞氧化作用提供场所。
• 物质氧化：细胞内氨基酸、脂肪酸、单糖等供能
三、酶（掌握）
外膜：合成脂类的酶类。特征酶为单胺氧化酶。 内膜：执行呼吸链氧化反应的酶系和ATP合成酶系。特征酶
为细胞色素c氧化酶。 基质：高浓度的多种混合物，特征酶为苹果酸脱氧酶。
2021
2021
四、脂类
脂类含量占线粒体干重的25%~30%。以磷脂为 主，其中以磷脂酰胆碱（卵磷脂）和磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂）为主，还含有一定量的心磷脂（内膜） 和较少的胆固醇（外膜）。
已发现的有100多种线粒体病。例如线粒体心肌病、线粒 体肌病、线粒体脑肌病等。这类病的共同特点都是mtDNA 异常，导致肌细胞内线粒体缺少某些酶，引起线粒体基质的 转运、氧化磷酸化障碍，使肌细胞功能改变，发生疾病。
2021
人心肌细胞的线粒体
线粒体肿胀
线粒体空泡化（心肌缺氧20）21 线粒体增生显著
物质在一系列酶的作用下，消耗O2，产生CO2和水， 放出能量的过程称为细胞氧化作用，此过程中细胞
要 摄 取 O2 排 出 CO2 ， 故 又 称 为 细 胞 呼 吸 （ cellular
respiration）作用。
酶
• 能量转换：物质的化学能
高能磷酸键（ATP）
2021
❖ 动物细胞80%的ATP来源于线粒体。
2021
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第五节 线粒体的生物发生
《细胞生物学》教学课件：第六章 细胞骨架-微管
This electron micrograph shows microtubules in cross section with the MAP bridge. The arrows point to bridges between microtubules. The star points to a MAP bridge to the vesicle. In summary, MAPs accelerate polymerization, serve as "motors" for vesicles and granules, and essentially control cell compartmentation.
Cytoskelton
肖卫纯 13501227688, weichunx@
细胞骨架
细胞骨架（cytoskeleton): 指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
微丝
microfilament
中间丝
Intermediate filaments
微管
Microtubules
cytoskeleton
（三）微管的装配和极性
α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚 体,αβ二聚体先形成环状核心(ring),经过侧面 增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体平行于 长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。 当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一 段微管。
cytoskeleton
组装过程分三个时期：成核期、聚合期和稳定期
7
面
98
15nm 25nm
极 性
cytoskeleton
Arrangement of protofilaments in singlet, double, and triplet MTs
细胞生物学课件：第六章+内质网和蛋白合成
内质网上核糖体合成的蛋白：
A.分泌蛋白；
B.输入溶酶体腔的溶酶体酶蛋白（讲溶酶体时讲其 筛选运输机制）；
C.插入到内质网膜中的整合蛋白。
D. 内 质 网 驻 留 蛋 白 （ 讲 高 尔 基 体 时 介 绍 其 回 运 机 制）。
内质网上核糖体合成的蛋白的特点：
跨膜蛋白：插入膜中成为膜蛋白，多数随膜流转换成 质膜和其它细胞器的成分；
由K. R. Porter、A. Claude 和 E. F. Fullam等 人于1945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维 细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做 内质网endoplasmic reticulum，ER，后来发现 内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还与 质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切。
一．内质网的形态结构
内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最 多的膜。内质网是由单层单位膜围成的封闭的网状管道 系统。根据形态的不同可分为糙面内质网和光面内质网 两类。
糙面内质网（RER）呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体 附着。
光面内质网（SER）呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。
细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构 的一部分。
蛋白占总重的1/3，大都定位于核糖体的表面和间插在 rRNA折叠形成的缝隙中。核糖体蛋白的作用是使核心 RNA保持稳定，同时允许rRNA在蛋白合成时发生必要 的构型变化。
2.核糖体的RNA催化剂 为tRNA提供结合位点（A、P、E
结合位点） 催化氨基酸间肽键的形成（核糖体
大亚单位中的rRNA）。
第四节蛋白合成的命运
5、废弃蛋白的降解：一些变性的和错误折 叠的蛋白，可通过蛋白降解途径进行清除。 如内质网中错误折叠的蛋白就是在细胞质 溶质中通过蛋白的泛素化降解途径被降解。
A.分泌蛋白；
B.输入溶酶体腔的溶酶体酶蛋白（讲溶酶体时讲其 筛选运输机制）；
C.插入到内质网膜中的整合蛋白。
D. 内 质 网 驻 留 蛋 白 （ 讲 高 尔 基 体 时 介 绍 其 回 运 机 制）。
内质网上核糖体合成的蛋白的特点：
跨膜蛋白：插入膜中成为膜蛋白，多数随膜流转换成 质膜和其它细胞器的成分；
由K. R. Porter、A. Claude 和 E. F. Fullam等 人于1945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维 细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做 内质网endoplasmic reticulum，ER，后来发现 内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还与 质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切。
一．内质网的形态结构
内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最 多的膜。内质网是由单层单位膜围成的封闭的网状管道 系统。根据形态的不同可分为糙面内质网和光面内质网 两类。
糙面内质网（RER）呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体 附着。
光面内质网（SER）呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。
细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构 的一部分。
蛋白占总重的1/3，大都定位于核糖体的表面和间插在 rRNA折叠形成的缝隙中。核糖体蛋白的作用是使核心 RNA保持稳定，同时允许rRNA在蛋白合成时发生必要 的构型变化。
2.核糖体的RNA催化剂 为tRNA提供结合位点（A、P、E
结合位点） 催化氨基酸间肽键的形成（核糖体
大亚单位中的rRNA）。
第四节蛋白合成的命运
5、废弃蛋白的降解：一些变性的和错误折 叠的蛋白，可通过蛋白降解途径进行清除。 如内质网中错误折叠的蛋白就是在细胞质 溶质中通过蛋白的泛素化降解途径被降解。
医用细胞生物学第六章PPT课件
二、mtDNA突变导致疾病
当突变线粒体DNA进行异常复制时，机体的免疫系统并 不能对此予以识别和阻止，于是细胞为了将突变的线粒体迅 速分散到子细胞中去，即以加快分裂的方式对抗这种状态， 以减轻对细胞的损害，但持续的损害将最终导致疾病的发生 。这类以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因的疾病常称 为线粒体疾病（mitochondrial disorders）。
第三部分中术语8 344G表示在核苷酸8 344位置 的鸟嘌呤（G）的突变。
如果在神经和肌肉细胞中90% 的线粒体存在MTTK*MERRF8344G突 变，那么便会出现典型的MERRF症 状，当突变的线粒体所占比例较少 时，MERRF的特征也随之变轻。
核DNA编码的线粒体遗传病
1.线粒体蛋白输入缺陷 2.底物运输缺陷 3.底物利用缺陷 4.铁运输缺陷 5.电子传递链缺陷
线粒体起源的内共生学说
第四节 线粒体与疾病
线粒体病的概念
以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因 的疾病称为线粒体病。
一般情况下，线粒体病主要是由于基因 的突变引起的。
每一个人类细胞中带有数百个线粒体，每个线粒体中 又含有若干个mtDNA分子。线粒体通过合成ATP而为细胞 提供能量，调节细胞质的氧化-还原（redox）状态，也是 细胞内氧自由基产生的主要来源，后者则与细胞的许多生 命活动有关。因此维持线粒体结构与功能的正常，对于细 胞的生命活动至关重要。
转位接触点：内外膜相互接触部位，蛋白进出通道
3 转位接触点
内外膜接触点
（四）基质腔（内室 / 嵴间腔） (matrix space / inner chamber) ：
内膜包围的空间， 三羧酸循环的重要场所
基质(matrix)： 含多种酶 ，双链环状DNA、RNA,核糖体
医学细胞生物学全册课件
Sydney Brenner
H. Robert Horvitz •John E. Sulston
细胞学与化学的结合
四、亚显微结构与分子生物学形成阶段
亚显微水平
20世纪50年代开始
1933年：RusKa制造第一台透射电镜
( 扫描电镜）
扫描电子显微镜
人类精子
人类红细胞
分子生物学的形成与发展
1944 Avery-DNA是遗传物质
1953 Watson，Crick-DNA双螺旋模型
1953 Meselson，Matthaei-半保留复制 1953 Crick-中心法则 1955 Gamov-三联子密码
H. Robert Horvitz •John E. Sulston
2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别 因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化 学奖。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
2007年，美国科学家马里奥-卡佩奇和奥利弗-史密西斯、 英国科学家马丁-埃文斯，因他们在在涉及胚胎干细胞和 哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现获诺贝尔诺贝 尔生理学或医学奖。
学》等
2. 杂志：细胞生物学、遗传、生命科学等 3. 网络：细胞生物学精品课程网站
第二节 细胞生物学发展的几个 主要阶段与发展趋势
四个阶段：
第一阶段：细胞的发现和细胞学说的创立
第二阶段：光学显微镜下的细胞学研究 (细胞学的经 典时期）
第三阶段：实验细胞学阶段
第四阶段：亚显微结构与分子水平的细胞生物学
三、实验细胞学阶段
20世纪初叶—20世纪中叶
1910年Morgan建立基因学说：基因是 遗传性状的基本单位，且直线排列在染 色体上，并成为连锁群.
细胞生物学第六章细胞的能量转换器
之间由辅酶Q或细胞色素c这样的可扩散性分子连接。
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
呼吸链各组分的排列是高度有序的使电子按氧化还原电位从低向高传递，
呼吸链中有三个部位有较大的自由能变化，足以使ADP与无机磷结合形成
ATP。部位Ⅰ在NADH至CoQ之间。部位Ⅱ在细胞色素b和细胞色素c之间。
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•图7-7 血红素c的结构
细胞生物学第六章细胞的能量转换器
•4.铁硫蛋白：
•在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行 电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型（图7-8）。
•图7-8 铁硫蛋白的结构（（引自Lodish等1999）
•5. 辅酶Q：
辅酶Q。在内膜M侧，辅酶Q可被复合体Ⅰ（复合体Ⅱ）或细胞色素b562
还原为氢醌。一对电子由辅酶Q到复合物Ⅲ的电子传递过程中，共有四个质
子被转移到膜间隙，其中两个质子是辅酶Q转移的。
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
• Q cycle
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
•4.复合物IV：细胞色素c氧化酶
•是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子（图7-9）。有3种氧化
还原形式即氧化型醌Q，还原型氢醌（QH2）和介于两者之者的自由基半醌（QH）。
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
•图7-9 辅酶Q
•（二）呼吸链的复合物
•利用脱氧胆酸（deoxycholate，一种离子型去污剂）处理线粒体内膜、
–脂类(线粒体干重的25～30％)：
• 磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。 • 线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
呼吸链各组分的排列是高度有序的使电子按氧化还原电位从低向高传递，
呼吸链中有三个部位有较大的自由能变化，足以使ADP与无机磷结合形成
ATP。部位Ⅰ在NADH至CoQ之间。部位Ⅱ在细胞色素b和细胞色素c之间。
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•图7-7 血红素c的结构
细胞生物学第六章细胞的能量转换器
•4.铁硫蛋白：
•在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行 电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型（图7-8）。
•图7-8 铁硫蛋白的结构（（引自Lodish等1999）
•5. 辅酶Q：
辅酶Q。在内膜M侧，辅酶Q可被复合体Ⅰ（复合体Ⅱ）或细胞色素b562
还原为氢醌。一对电子由辅酶Q到复合物Ⅲ的电子传递过程中，共有四个质
子被转移到膜间隙，其中两个质子是辅酶Q转移的。
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
• Q cycle
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
•4.复合物IV：细胞色素c氧化酶
•是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子（图7-9）。有3种氧化
还原形式即氧化型醌Q，还原型氢醌（QH2）和介于两者之者的自由基半醌（QH）。
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细胞生物学第六章细胞的能量转换器
•图7-9 辅酶Q
•（二）呼吸链的复合物
•利用脱氧胆酸（deoxycholate，一种离子型去污剂）处理线粒体内膜、
–脂类(线粒体干重的25～30％)：
• 磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。 • 线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
第六章线粒体和细胞的能量转换
·线粒体DNA通常是裸露的，不与组蛋白结合。 ·存在与线粒体基质内或依附于线粒体内膜。 ·每个线粒体内平均含有5-10个线粒体DNA分子。 ·主要编码线粒体tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质。
cell Biology
线粒体基因组序列（剑桥序列），为一条双链环 状DNA分子，一条为重链，一条为轻链。 人类线粒体基因组 共编码了37个基因： 2种rRNA(12s,16s) 22种tRNA 13种mRNA(多肽)
cell Biology
cell Biology
线粒体的化学组成
线粒体干重的主要成分是蛋白质和脂类，分别 占65%-70%和25%-30%。 此外线粒体中还含有DNA和完整的遗传系统， 多种辅酶、维生素和各类无机离子。
线粒体的遗传体系
线粒体DNA（mtDNA）构成了线粒体基因组。
cell Biology
cell Biology
医学细胞生物学
Medical Cell Biology
cell Biology
cell Biology
cell Biology
第六章 线粒体和细胞的能量转换
第一节 线粒体的基本特征
cell Biology
·在光镜下，线粒体呈线状、粒状或杆状，直径0.5-1um。 ·不同类型或不同生理状态的细胞，线粒体形态、大小、 数量及排列分布并不相同。 ·代谢活动旺盛的细胞，线粒体数目较多。
线粒体形态的可变性
cell Biology
cell Biology
线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。
膜间腔
基质 基粒
外膜
内膜
嵴
cell Biology
cell Biology
cell Biology
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转位接触点：内外膜相互接触部位，蛋白进出通道
3 转位接触点
内外膜接触点
（四）基质腔（内室 / 嵴间腔） (matrix space / inner chamber) ：
内膜包围的空间， 三羧酸循环的重要场所
基质(matrix)： 含多种酶 ，双链环状DNA、RNA,核糖体
线粒体中的代谢功能定位
第六章
线粒体与细胞的能量转换
制作团队：DNA 成员：巨豪、王远帆
陈楠楠、陈丽君、 管小安
● 生物的各种活动都需要能量 ● 能量的80-95%由线粒体提供 ● 动力工厂 ● 存在于除红细胞以外的一切真核细胞中
线粒体的起源
● 内共生假说 ● 1970，Margulis，真核细
胞祖先是种吞噬细胞；线 粒体祖先是种革兰氏阴性 菌。前者吞后者 ● 细胞分化假说 ● 原始的原核细胞质膜内陷 包被DNA，然后再分化形成 独立的细胞器。
⒊内膜向内形成嵴，嵴的内表面上布满了颗 粒——基粒。除基粒外，还存在着许多蛋白复 合体。 4.无胆固醇，富含双磷脂酰甘油，即心磷脂。
嵴与上面的基粒
⑵基粒
基粒是线粒体 中将ADP合成为 ATP的重要部位， 本质为ATP合酶， 也称为F0F1ATP酶
基粒由头部、 柄部和基部三部分 组成。
头部： 基粒由α3、β3、γ、δ、ε组成蛋白质
㈠外膜的特点：
1.通透性强： 分子通道允许小于5KD的小分子通过
2.孔蛋白： 膜上存在着多种转动蛋白，它们形成孔
径为1-3nm的含水通道，这些蛋白称为～ 3.膜中的蛋白质和脂类比例为1：1
㈡线粒体内膜的特点：
⒈高度特化的单位膜，膜上蛋白质占膜总重 量的76%；
⒉通透性小，是线粒体调节物质通过的主要的 途径。
Attardi等认为，线粒体的生物发生过程分两个 阶段。在第一阶段，线粒体的膜进行生长和复制， 然后分裂增殖；第二阶段包括线粒体本身的分化 过程，建成能够行使氧化磷酸化功能的机构。线 粒体的生长和分化阶段分别接受细胞核和线粒体 两个独立的遗传系统控制。
（二）线粒体的起源尚无定论
线粒体可能起源于古老厌氧真核细胞共生的 早期细菌。在之后的长期进化过程中，二者共生 联系更加密切，共生物的大部分遗传信息转移到 细胞核上，这样留在线粒体上的遗传信息大大减 少，即线粒体起源的内共生学说。许多证据支持 这一假说：线粒体的遗传系统与细菌相似，如 DNA呈环状、不与组蛋白结合；线粒体的蛋白质 合成方式与细菌相似，如核糖体为70S，抑制蛋白 质合成的机制等。但这一机制也有不足之处，所 以有学者提出了非共生假说。
1976年Hatefi等纯化了呼吸链四个独立的复合 体。
1961-1980提出了氧化磷酸化的化学偶联学说 。
现在我们已经明确了线粒体是细胞能量转换的 中心，细胞代谢中所需能量中大约有95%为线粒体 提供。
线粒体数量：差别很大，如肝细胞中约有 1000-2000个，而淋巴细胞中只有几个.
第一节 线粒体的基本特征
线粒体的发现
1850年R. Altaman首次发现，命名为 bioblast。
1898年von Benda提出mitochondrion。 1900年L. Michaelis用Janus Green B 对线
粒体进行染色，发现线粒体具有氧化作用。
至20世纪50年代，在许多学者的努力下， 证实三羧酸循环，氧化磷酸化和脂肪酸氧 化等重要的能量代谢过程均发生在线粒体 中。
需要能量较多的部位。 总之：线粒体的形态、大小、数目和分布在不
同形态和类型细胞中可朔性较大。
● 线粒体结构的 一般特征：
光镜结构：
超微结构
线粒体的超微结构模式平面图
线粒体是由双层单位膜套叠而成的封 闭性膜囊结构
电镜下，线粒体是由双层单位膜套叠而成的封 闭性膜囊结构。两层膜将线粒体内部空间与细胞 质隔离，并使线粒体内部空间分隔成两个膜空间， 构成线粒体的支架。
复合体。其中3个α亚基和3个Leabharlann 亚基组成 球形的头部，柄部：
柄部由γ、δ、ε三个亚基组成，是头部与 内膜的连接部分。
头部和柄组成了基粒的F1偶联因子，主要功 能是合成ATP。
基部：
（三）膜间腔（外室） (intermembrane space / out chamber)： • 内外膜之间 • 包括嵴内腔 • 含多种可溶性酶， • 含底物和 辅助因子
● 约占总含量的1/3，大部分是磷脂（90%）
此外还有DNA、多种辅酶、维生素及无机离子等
七、线粒体的起源与发生尚有争论
（一）线粒体是通过分裂方式实现增殖的
对于现代真核细胞中的线粒体发生 （biogenesis）机制，目前有三种关于线粒体生物 发生的观点，即重新合成、起源于非线粒体的亚 细胞结构以及通过原有线粒体的分裂形成。
外膜
磷脂合成
脂肪酸去饱和作用 脂肪酸延长
内膜
电子传递
氧化磷酸化 代谢产物转运
基质
膜间腔
丙酮酸酯氧化
核苷酸磷酸化
TCA 循环 脂肪的ß 氧化
DNA 复制, RNA 转录，蛋白质翻译
二、线粒体的化学组成
1.蛋白质 ● 占总含量的2/3，主要分布于内膜和基质
氧化还原酶 37％
连接酶 10％
水解酶 9％
2.脂类
线粒体起源的内共生学说
第四节 线粒体与疾病
线粒体病的概念
以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因 的疾病称为线粒体病。
一般情况下，线粒体病主要是由于基因 的突变引起的。
每一个人类细胞中带有数百个线粒体，每个线粒体中 又含有若干个mtDNA分子。线粒体通过合成ATP而为细胞 提供能量，调节细胞质的氧化-还原（redox）状态，也是 细胞内氧自由基产生的主要来源，后者则与细胞的许多生 命活动有关。因此维持线粒体结构与功能的正常，对于细 胞的生命活动至关重要。
线粒体的形态、数量和结构 线粒体的化学组成 线粒体的遗传体系 核编码的蛋白质向线粒体的转运 线粒体的起源与发生
一、线粒体的形态、数量和结构
形态：光镜： 线状、粒状、短杆状；有的圆形、 哑铃形、星形；还有分枝状、环状等
大小：一般直径：0.5—1.0µm; 长度： 3µm。 数目：正常细胞中：1000—2000个。 分布：通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和
在特定条件下线粒体与疾病的发生有着密切的关系， 一方面是疾病状态下线粒体作为细胞病变的一部分，是疾 病在细胞水平上的一种表现形式；另一方面线粒体作为疾 病发生的主要动因，是疾病发生的关键，主要表现为 mtDNA突变导致细胞结构和功能异常。
3 转位接触点
内外膜接触点
（四）基质腔（内室 / 嵴间腔） (matrix space / inner chamber) ：
内膜包围的空间， 三羧酸循环的重要场所
基质(matrix)： 含多种酶 ，双链环状DNA、RNA,核糖体
线粒体中的代谢功能定位
第六章
线粒体与细胞的能量转换
制作团队：DNA 成员：巨豪、王远帆
陈楠楠、陈丽君、 管小安
● 生物的各种活动都需要能量 ● 能量的80-95%由线粒体提供 ● 动力工厂 ● 存在于除红细胞以外的一切真核细胞中
线粒体的起源
● 内共生假说 ● 1970，Margulis，真核细
胞祖先是种吞噬细胞；线 粒体祖先是种革兰氏阴性 菌。前者吞后者 ● 细胞分化假说 ● 原始的原核细胞质膜内陷 包被DNA，然后再分化形成 独立的细胞器。
⒊内膜向内形成嵴，嵴的内表面上布满了颗 粒——基粒。除基粒外，还存在着许多蛋白复 合体。 4.无胆固醇，富含双磷脂酰甘油，即心磷脂。
嵴与上面的基粒
⑵基粒
基粒是线粒体 中将ADP合成为 ATP的重要部位， 本质为ATP合酶， 也称为F0F1ATP酶
基粒由头部、 柄部和基部三部分 组成。
头部： 基粒由α3、β3、γ、δ、ε组成蛋白质
㈠外膜的特点：
1.通透性强： 分子通道允许小于5KD的小分子通过
2.孔蛋白： 膜上存在着多种转动蛋白，它们形成孔
径为1-3nm的含水通道，这些蛋白称为～ 3.膜中的蛋白质和脂类比例为1：1
㈡线粒体内膜的特点：
⒈高度特化的单位膜，膜上蛋白质占膜总重 量的76%；
⒉通透性小，是线粒体调节物质通过的主要的 途径。
Attardi等认为，线粒体的生物发生过程分两个 阶段。在第一阶段，线粒体的膜进行生长和复制， 然后分裂增殖；第二阶段包括线粒体本身的分化 过程，建成能够行使氧化磷酸化功能的机构。线 粒体的生长和分化阶段分别接受细胞核和线粒体 两个独立的遗传系统控制。
（二）线粒体的起源尚无定论
线粒体可能起源于古老厌氧真核细胞共生的 早期细菌。在之后的长期进化过程中，二者共生 联系更加密切，共生物的大部分遗传信息转移到 细胞核上，这样留在线粒体上的遗传信息大大减 少，即线粒体起源的内共生学说。许多证据支持 这一假说：线粒体的遗传系统与细菌相似，如 DNA呈环状、不与组蛋白结合；线粒体的蛋白质 合成方式与细菌相似，如核糖体为70S，抑制蛋白 质合成的机制等。但这一机制也有不足之处，所 以有学者提出了非共生假说。
1976年Hatefi等纯化了呼吸链四个独立的复合 体。
1961-1980提出了氧化磷酸化的化学偶联学说 。
现在我们已经明确了线粒体是细胞能量转换的 中心，细胞代谢中所需能量中大约有95%为线粒体 提供。
线粒体数量：差别很大，如肝细胞中约有 1000-2000个，而淋巴细胞中只有几个.
第一节 线粒体的基本特征
线粒体的发现
1850年R. Altaman首次发现，命名为 bioblast。
1898年von Benda提出mitochondrion。 1900年L. Michaelis用Janus Green B 对线
粒体进行染色，发现线粒体具有氧化作用。
至20世纪50年代，在许多学者的努力下， 证实三羧酸循环，氧化磷酸化和脂肪酸氧 化等重要的能量代谢过程均发生在线粒体 中。
需要能量较多的部位。 总之：线粒体的形态、大小、数目和分布在不
同形态和类型细胞中可朔性较大。
● 线粒体结构的 一般特征：
光镜结构：
超微结构
线粒体的超微结构模式平面图
线粒体是由双层单位膜套叠而成的封 闭性膜囊结构
电镜下，线粒体是由双层单位膜套叠而成的封 闭性膜囊结构。两层膜将线粒体内部空间与细胞 质隔离，并使线粒体内部空间分隔成两个膜空间， 构成线粒体的支架。
复合体。其中3个α亚基和3个Leabharlann 亚基组成 球形的头部，柄部：
柄部由γ、δ、ε三个亚基组成，是头部与 内膜的连接部分。
头部和柄组成了基粒的F1偶联因子，主要功 能是合成ATP。
基部：
（三）膜间腔（外室） (intermembrane space / out chamber)： • 内外膜之间 • 包括嵴内腔 • 含多种可溶性酶， • 含底物和 辅助因子
● 约占总含量的1/3，大部分是磷脂（90%）
此外还有DNA、多种辅酶、维生素及无机离子等
七、线粒体的起源与发生尚有争论
（一）线粒体是通过分裂方式实现增殖的
对于现代真核细胞中的线粒体发生 （biogenesis）机制，目前有三种关于线粒体生物 发生的观点，即重新合成、起源于非线粒体的亚 细胞结构以及通过原有线粒体的分裂形成。
外膜
磷脂合成
脂肪酸去饱和作用 脂肪酸延长
内膜
电子传递
氧化磷酸化 代谢产物转运
基质
膜间腔
丙酮酸酯氧化
核苷酸磷酸化
TCA 循环 脂肪的ß 氧化
DNA 复制, RNA 转录，蛋白质翻译
二、线粒体的化学组成
1.蛋白质 ● 占总含量的2/3，主要分布于内膜和基质
氧化还原酶 37％
连接酶 10％
水解酶 9％
2.脂类
线粒体起源的内共生学说
第四节 线粒体与疾病
线粒体病的概念
以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因 的疾病称为线粒体病。
一般情况下，线粒体病主要是由于基因 的突变引起的。
每一个人类细胞中带有数百个线粒体，每个线粒体中 又含有若干个mtDNA分子。线粒体通过合成ATP而为细胞 提供能量，调节细胞质的氧化-还原（redox）状态，也是 细胞内氧自由基产生的主要来源，后者则与细胞的许多生 命活动有关。因此维持线粒体结构与功能的正常，对于细 胞的生命活动至关重要。
线粒体的形态、数量和结构 线粒体的化学组成 线粒体的遗传体系 核编码的蛋白质向线粒体的转运 线粒体的起源与发生
一、线粒体的形态、数量和结构
形态：光镜： 线状、粒状、短杆状；有的圆形、 哑铃形、星形；还有分枝状、环状等
大小：一般直径：0.5—1.0µm; 长度： 3µm。 数目：正常细胞中：1000—2000个。 分布：通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和
在特定条件下线粒体与疾病的发生有着密切的关系， 一方面是疾病状态下线粒体作为细胞病变的一部分，是疾 病在细胞水平上的一种表现形式；另一方面线粒体作为疾 病发生的主要动因，是疾病发生的关键，主要表现为 mtDNA突变导致细胞结构和功能异常。