第十一章 线粒体
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《生物化学》-第十一章
第一节 脂类概述
一、脂类的分类
想一想：
➢ 脂类是脂肪和类脂的总称。脂肪又称甘油三酯（triglyceride，TG） 或三脂酰甘油，由1分子甘油与3分子脂肪酸通过酯键结合而生成， 它是体内能量的主要来源。类脂是某些物理性质与脂肪相似的化合 物，包括磷脂（phospholipid，PL）、糖脂（glycolipid，GL）、胆 固醇（cholesterol，Ch）和胆固醇酯（cholesteryl ester，CE），它 是细胞膜结构的重要组成成分，对维持细胞形态和细胞内外物质的 转运具有重要作用
第一节 脂类概述
四、脂类的生理功能
（二）类脂的生理功能
➢ 胆固醇是细胞膜的基本结构成分，它镶嵌在细胞膜的 磷脂双层之间，使细胞膜的结构富有流动性
➢ 胆固醇在体内还可转变为胆汁酸、维生素D3、性激素 和肾上腺皮质激素等具有重要生理功能的物质
➢ 脂类对促进脂溶性维生素的吸收也有重要的作用
第二节 甘油三酯的代谢
第二节 甘油三酯的代谢
一、甘油三酯的分解代谢
（一）脂肪动员
➢ 参与脂肪动员的酶有甘油三酯脂肪酶、甘油二酯脂肪酶 和甘油一酯脂肪酶
➢ 甘油三酯脂肪酶是脂肪动员的限速酶，其活性受多种激 素的调节，故甘油三酯又称激素敏感性甘油三酯脂肪酶
➢ 肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激 素等能与脂肪细胞膜的表面受体作用，使甘油三酯脂肪 酶的活性增强，促使脂肪动员，这些激素称为脂解激素
➢ 线粒体内膜的外侧和内侧分别有肉碱脂酰转移酶Ⅰ（CATI）和肉碱脂酰转移酶Ⅱ（CATⅡ） ➢ CATI催化脂酰CoA转化为脂酰肉碱，脂酰肉碱通过线粒体内膜上的载体转移到线粒体内膜上 ➢ 脂酰肉碱在CATⅡ的催化下重新生成脂酰CoA并释放肉碱，脂酰CoA随后进入线粒体基质中进行
生物化学-第十一章-物质代谢调节控制
一、酶活性的调节
A
B
E1
C E2
D E3
催化反应速度最慢的酶：关键酶或限速酶
酶结构调节 酶数量调节 （快速调节） （迟缓调节）
1、变构调节
活性中心
代谢物
非共价键
E
别位
变构酶 E 酶结构发生改变
变构效应剂
变构激活剂 变构抑制剂
酶活性↑ 酶活性↓
变构调节的生理意义
① 代谢终产物反馈抑制 (feedback inhibition) 反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多 。
呼吸链 蛋白质合成 尿素合成 三羧酸循环 氧化磷酸化 血红素合成 蛋白质降解 核酸合成
分布区域 线粒体 核糖体 胞浆、线粒体 线粒体 线粒体 胞浆、线粒体 溶酶体、蛋白酶体 细胞核
• 多酶体系的隔离分布：使物质代谢互不干扰
酶活性的调节方式： 1、快速调节，也叫酶活性调节。
2、迟缓调节，也叫酶含量调节。
• 受体分类
按受体在细胞的部位不同，分为：
Ι 膜受体 Ⅱ 细胞内受体
细胞膜受体和细胞内受体
细胞膜受体的类型 1. 离子通道偶联受体 2. G蛋白偶联受体 3. 酶偶联受体
离子通道偶联受体
G蛋白偶联受体
G蛋白
全称：鸟苷酸结合蛋白 特点： ① 由a、b、g亚基组成的异聚体； ②具有GTP酶(GTPase)的活性，能结合GTP或GDP； ③ 其本身的构象改变可活化效应蛋白。
乙酰CoA
乙酰CoA羧化酶
丙二酰CoA
长链脂酰CoA
②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。
+ 糖原合酶
G-6-P –
糖原磷酸化酶
促进糖的储存
抑制糖的氧化
2、共价修饰
生物化学课后习题答案-第十一章xt11
第十一章 DNA的生物合成一、课后习题1.怎样确定DNA复制的主要方式是双向复制，以及一些生物的DNA采取单向复制？2.假定在D环式的复制叉上，螺旋的解开会引起未复制部分的缠绕，当缠绕继续到不可能再进一步缠绕时，主链的增长便停止，然后随从链的延长才会被引发。
那么，在什么条件下更可能观察到大小与前体片段相似的D环？3.试述滚动机制有哪些主要特征？怎样鉴别环状与线状DNA？4.已知大肠杆菌DNA的长度为1100μm，其复制叉式在一个世代大约40min内通过一个复制叉完成的，试求其复制体的链增长速度、正在复制的DNA分子的转速。
参考答案：1.原核生物的染色体和质粒，真核生物的细胞器DNA都是环状双链分子。
实验表明，它们都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多是双向的，即形成两个复制叉或生长点，分别向两侧进行复制；也有一个是单向的，只形成一个复制叉或生长点。
2.叶绿体和线粒体DNA（除纤毛虫的线粒体线性DNA分子外）的复制方式。
双链环在固定点解开进行复制，但两条链的合成是高度不对称的，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代，在电镜下看到呈（取代环，D环）形状。
待一条链复制到一定程度，露出另一链的复制起点并开始复制。
两条多核苷酸链的起点不在同一点上，当两条链的起点分开一定距离时就产生D环（如线粒体DNA的复制）。
双链环两条链的起点不在同一位置，但同时在起点处解开双链，进行D环复制，称为2D环复制（如叶绿体DNA的复制）。
这时，更可能观察到大小与前体片段相似的D环。
3. Walter Gilbert（1968）提出滚环模型来解释φX174DNA的复制：首先由特异核酸内切酶在环状双链DNA（称为RF型、增值型，即单链DNA已复制一次成双链）的一条链上切开切口产生5′—P末端和3′—OH末端。
5′—P末端与细胞质膜连接，被固定在膜上，然后环形的双链通过滚动而进行复制。
以完整链（正链）为模板进行的DNA合成是在DNA 聚合酶参与下，在切口的3′—OH末端按5′—3′的方向逐个添加核苷酸；以5′—P 末端结合在细胞膜上的链（被切断的负链）作模板所进行的DNA合成也是由DNA聚合酶催化，先按5′—3′方向形成短链（冈崎片断），然后再通过DNA连接酶连接起来。
第十一单元脂代谢 脂肪酸的分解代谢
第十一单元脂代谢28章脂肪酸的分解代谢29章脂类的生物合成脂肪酸的空间构象三酰甘油的结构示意图28章脂肪酸的分解代谢线粒体中脂肪酸氧化的化学步骤可分为三步：1 ）长链脂肪酸降解为两个碳原子单元--乙酰CoA2 ）乙酰CoA经过柠檬酸循环氧化成CO23 ) 从还原的电子载体到线粒体呼吸链的电子传递1 脂质的消化、吸收和传送2 脂肪酸的氧化3 不饱和脂肪酸的氧化4 酮体5 磷脂的代谢6 鞘脂类的代谢7 甾醇的代谢8 脂肪酸代谢的调节1 脂质的消化、吸收和传送1.1 脂肪的消化发生在脂质—水的界面处脂类先进行消化，在小肠内的各种脂类水解酶的作用下水解成较小的简单化合物--甘油和脂肪酸。
由于脂类是水不溶性的，而消化作用的酶却是水溶性的，因此脂类的消化是在脂质—水的界面处发生的。
消化的速度取决于界面的表面积。
在小肠蠕动的“剧烈搅拌下”，在胆汁盐的乳化作用下，消化量大幅增加。
1.2 胆汁盐促进脂类在小肠中被吸收包括胆酸、甘氨胆酸和牛黄胆酸胆汁盐对于脂类的乳化作用可以增加脂类的消化吸收。
脂类的消化产物，甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂可与胆汁酸乳化成更小的混合微团（20nm），这种微团极性增大，易于穿过肠粘膜细胞表面的水屏障，被肠粘膜的拄状表面细胞吸收。
1.3 吸收脂类的消化产物，甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂可与胆汁酸乳化成更小的混合微团（20nm），这种微团极性增大，易于穿过肠粘膜细胞表面的水屏障，被肠粘膜的拄状表面细胞吸收。
被吸收的脂类，在柱状细胞中重新合成甘油三酯，结合上蛋白质、磷酯、胆固醇，形成乳糜微粒（CM），经胞吐排至细胞外，再经淋巴系统进入血液。
在脂肪组织和骨骼肌毛细血管中，在脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase,LPL)作用下，乳糜微粒中的三酰甘油被水解为游离脂肪酸和甘油，游离脂肪酸被这些组织吸收，甘油被运送到肝脏和肾脏，经甘油激酶和甘油-3-磷酸脱氢酶作用，转化为磷酸磷酸二羟丙酮2 脂肪酸的氧化2.1 脂肪酸的活化2.2 脂肪酸转入线粒体2.3 β-氧化2.4 脂肪酸氧化是高度的放能过程2.5 甘油的氧化2.1 脂肪酸的活化脂肪酸的分解（代谢）发生于原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体基质中。
第十一章 细胞质遗传 (共117张PPT)
般只能通过卵细胞传给子代，而不能通过精细胞 遗传给子代。
2019/9/25
精细胞
第二节 母性影响
一、母性影响的概念： 下一代表现型由上一代母本基因型决定。
二、母性影响的本质： 由核基因的某些产物在卵细胞的细胞质中积累
所引起的一种遗传现象。 ∴母性影响不属于胞质遗传的范畴。
2019/9/25
三、实例
2019/9/25
4、mtDNA两条单链的密度 不同，分别为重链（H） 和轻链（L）；
5、mtDNA非常小，仅为核 DNA十万分之一。
2019/9/25
线粒体数目及mt DNA大小：
2019/9/25
（二）线粒体基因组的构成
1981年Kanderson最早测出人的mt DNA全序列为 16569bp。
第十一章 细胞质遗传
2019/9/25
第1节 细胞质遗传的概念和特点 第2节 母性影响 第3节 叶绿体遗传 第4节 线粒体遗传 第5节 共生体和质粒的遗传 第6节 植物雄性不育的遗传
2019/9/25
第一节 细胞质遗传的概念和特点 一、细胞质遗传的概念
2019/9/25
细胞质遗传： 由胞质遗传物质引起的遗传现象（又称非染色
2019/9/25
杂种植株所表现的性状完全由母本枝条所决定， 与提供花粉的父本枝条无关。
∴控制紫茉莉花斑性状的遗传物质是通过母本传 递的。
2019/9/25
②原因
2019/9/25
花斑枝条： 绿细胞中含有正常的绿色质体(叶绿体)； 白细胞中只含无叶绿体的白色质体(白色体)； 绿白组织交界区域：某些细胞内即有叶绿体、
2019/9/25
右旋
2019/9/25
左旋
③前定作用或延迟遗传 由受精前母体卵细胞基因型决定子代性状表现
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精细胞
第二节 母性影响
一、母性影响的概念： 下一代表现型由上一代母本基因型决定。
二、母性影响的本质： 由核基因的某些产物在卵细胞的细胞质中积累
所引起的一种遗传现象。 ∴母性影响不属于胞质遗传的范畴。
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三、实例
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4、mtDNA两条单链的密度 不同，分别为重链（H） 和轻链（L）；
5、mtDNA非常小，仅为核 DNA十万分之一。
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线粒体数目及mt DNA大小：
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（二）线粒体基因组的构成
1981年Kanderson最早测出人的mt DNA全序列为 16569bp。
第十一章 细胞质遗传
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第1节 细胞质遗传的概念和特点 第2节 母性影响 第3节 叶绿体遗传 第4节 线粒体遗传 第5节 共生体和质粒的遗传 第6节 植物雄性不育的遗传
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第一节 细胞质遗传的概念和特点 一、细胞质遗传的概念
2019/9/25
细胞质遗传： 由胞质遗传物质引起的遗传现象（又称非染色
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杂种植株所表现的性状完全由母本枝条所决定， 与提供花粉的父本枝条无关。
∴控制紫茉莉花斑性状的遗传物质是通过母本传 递的。
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②原因
2019/9/25
花斑枝条： 绿细胞中含有正常的绿色质体(叶绿体)； 白细胞中只含无叶绿体的白色质体(白色体)； 绿白组织交界区域：某些细胞内即有叶绿体、
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右旋
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左旋
③前定作用或延迟遗传 由受精前母体卵细胞基因型决定子代性状表现
线粒体-0803
44
MEDICAL CELL BIOLOGY
化学渗透假说的主要内容是：
呼吸链的各组分在线粒体内膜中的分布是不对称的 ，当高能电子在膜中沿呼吸链传递时，所释放的能 量将H+ 从内膜基质侧泵至膜间隙，由于膜对H+ 是 不通透的，从而使膜间隙的H+ 浓度高于基质，因而 在内膜的两侧形成电化学质子梯度（electrochemical proton gradient，△μH+），也称为质 子动力势（proton motive force，△P）。在这个 梯度驱动下，H+ 穿过内膜上的ATP合成酶流回到基 质，其能量促使ADP和Pi合成ATP。
二、氧化磷酸化是线粒体能 量转换的主要环节
电子传递和氧化磷酸化：供能物质经过酵解、 乙酰辅酶A生成、三羧酸循环脱下的氢原子，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。 呼吸链（电子传递链）:辅酶 I（NAD） 黄 酶（FAD）辅酶Q 细胞色素 b c1 c a a3 O2
MEDICAL CELL BIOLOGY
图 真核细胞中碳水化合物代谢俯瞰
43
MEDICAL CELL BIOLOGY
一、氧化磷酸化偶联机制
氧化磷酸化的偶联机制---化学渗透假说（ chemiosmotic coupling hypothesis己成 为氧化磷酸化机制研究中最为流行的一种假 说。该假说是1961年英国生物化学家 Mitchell提出来的，他因此获得了1978年诺 贝尔化学奖。
三、线粒体遗传系统与细胞核 遗传系统的相互作用
线粒体的生物合成分为两个阶段：
1.通过核基因及细胞质的装置系统，合 成线粒体内膜大部分蛋白和线粒体遗传装置 的有关酶系→运到线粒体内。
(武大张楚富版生化原理)第十一章.电子传递与氧化磷酸化
CoQH2 (氢醌型或还原型)
19
4. 复合体Ⅲ： 细胞色素C还原酶
• 功能：将电子从CoQ传递给Cytc • 组成：Cytb、Fe-S、Cytc1 • 细胞色素(Cyt)：含铁卟啉辅基的色蛋白，分
a、b、c三类， • 呼吸链中含5种（b、c1、c、a和a3)，在呼吸链
中作为电子传递体，
20
细胞色素
2.铁-硫蛋白类
黄素蛋白
II （FAD）
铁硫蛋白 （Fe-S）
3.辅酶Ｑ
FADH2 呼吸链
（CoQ）
4.细胞色素类
（ b、c1、c、a和a3 ）
NADH
黄素蛋白 （FMN）
I
铁硫蛋白 （Fe-S）
CoQ
Cyt b
Fe-S III
NADH 呼吸链
Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3 IV
9
O2
（二）电子传递链的组成
细胞色素 还原酶
Cyt c
两条 主要 的呼 吸链
Cyt aa3
复合物 IV
细胞色素
氧化酶
O2
26
NADH呼吸链电子传递和水的生成
AH2
还原型代 谢底物
A
氧化型代 谢底物
NAD+ NADH+H+
FMNH2
Fe
FMN
CoQ
S
CoQH2
2e 2Fe2+
细胞色素
b- c- c1 -aa3
2Fe3+
2H+
1
2 O2 O2H2O
琥珀酸 延胡索酸
FADH2呼吸链电子传递和水的生成
2H+
FAD
Fe
线粒体与氧化磷酸化
重点: 线粒体的超微结构 线粒体的能量转换功能 线粒体的半自主性
第一节
线粒体的形态结构
一、 线粒体的形态
形态
线状、圆柱状或椭球状，向内伸出“嵴” 两栖类卵母细胞—卵黄晶体：球拍状
大小
直径0.5－1um，长度约2-8um； 胰腺外分泌细胞—巨大线粒体—10-20um
哺乳类培养细胞的线 粒体光镜照片
（一）头部（F1）
具有ATP酶活性，催化ADP和Pi合成ATP。
分子组成：3α、3β、γ、δ、ε九条肽链
（二）膜部（F0） ：
F0因子，三种亚基（a，b2，c10-14）组成， 是嵌入内膜的疏水性蛋白质，也是质子流向
F1的穿膜通道。寡霉素结合Fo后，可阻塞质
子通道，抑制ATP的合成。
F1 :
嵴表面— 基本颗粒（简称基粒）
线粒体内膜上有球状颗粒—ATP合成酶 右图：牛心脏线粒体的负染电镜照片
3、外室（膜间隙）
内外膜之间——6-8nm 膜间隙与嵴内隙相通
内外膜接触处无膜间隙——蛋白质运输通道
含无定形液体，可溶性酶和底物、辅助因子等。
4、内室（线粒体基质）
蛋白质
酶：三羧酸循环、脂肪酸氧化、丙酮酸氧化
电子传递链不对称分布，起质子泵的作用，将质子从
内膜基质侧泵至膜间隙；电子传递时，所释放的能量，
转化成跨膜的pH梯度及电位梯度，两者共同构成电化
学梯度，即质子动力势；由于线粒体内膜的完整性， 质子只能沿电化学梯度穿过内膜上的ATP酶复合物流 回基质，使ATP酶的构象发生改变，将ADP和Pi合成 ATP。
氧化磷酸化与电子传递分别进行 2，4--二硝基苯酚——解偶联剂 实验证据：线粒体内膜重组实验——“亚线粒体小泡” 完整：具氧化磷酸化与电子传递作用 去掉基粒：只能电子传递，不能合成ATP
第一节
线粒体的形态结构
一、 线粒体的形态
形态
线状、圆柱状或椭球状，向内伸出“嵴” 两栖类卵母细胞—卵黄晶体：球拍状
大小
直径0.5－1um，长度约2-8um； 胰腺外分泌细胞—巨大线粒体—10-20um
哺乳类培养细胞的线 粒体光镜照片
（一）头部（F1）
具有ATP酶活性，催化ADP和Pi合成ATP。
分子组成：3α、3β、γ、δ、ε九条肽链
（二）膜部（F0） ：
F0因子，三种亚基（a，b2，c10-14）组成， 是嵌入内膜的疏水性蛋白质，也是质子流向
F1的穿膜通道。寡霉素结合Fo后，可阻塞质
子通道，抑制ATP的合成。
F1 :
嵴表面— 基本颗粒（简称基粒）
线粒体内膜上有球状颗粒—ATP合成酶 右图：牛心脏线粒体的负染电镜照片
3、外室（膜间隙）
内外膜之间——6-8nm 膜间隙与嵴内隙相通
内外膜接触处无膜间隙——蛋白质运输通道
含无定形液体，可溶性酶和底物、辅助因子等。
4、内室（线粒体基质）
蛋白质
酶：三羧酸循环、脂肪酸氧化、丙酮酸氧化
电子传递链不对称分布，起质子泵的作用，将质子从
内膜基质侧泵至膜间隙；电子传递时，所释放的能量，
转化成跨膜的pH梯度及电位梯度，两者共同构成电化
学梯度，即质子动力势；由于线粒体内膜的完整性， 质子只能沿电化学梯度穿过内膜上的ATP酶复合物流 回基质，使ATP酶的构象发生改变，将ADP和Pi合成 ATP。
氧化磷酸化与电子传递分别进行 2，4--二硝基苯酚——解偶联剂 实验证据：线粒体内膜重组实验——“亚线粒体小泡” 完整：具氧化磷酸化与电子传递作用 去掉基粒：只能电子传递，不能合成ATP
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线粒体蛋白质输入基质的途径
(二) 蛋白质输入到内膜中的途径
蛋白质前体具有一个N末端基质靶向序列和一个
相隔不远的肽链内的停止移行序列
基质靶向序列穿过内外膜接触点进入基质中，然
后被切除；
当其疏水性的停止移行序列穿入Tim通道时，肽
链的移行被中止并锚定于内膜中，从而使肽链的 C端保留在膜间隙；
允许分子量小于6kDa 的
孔蛋白
分子通过。
外膜特征性酶是单胺氧
化酶。
内膜
(二) 内膜(inner membrane)
厚约5nm。内膜向线粒体内室突出形成嵴
(cristae)。嵴的形成增加了内膜的表面积。
内膜含有三类不同功能的蛋白质
– 呼吸链的酶复合体 – ATP合酶(ATP synthase)复合体 – 特异性转运蛋白质
一、线粒体DNA的结构、功能和差异
mtDNA复制的特点
– mtDNA 的 复 制 所 需 要 的 mtDNA 聚 合 酶 、 mtRNA聚合酶(催化合成RNA引物)等，都是 由核基因组所编码的。 – mtDNA复制不受细胞周期的影响，在细胞周 期的各个阶段都能复制。
一、线粒体DNA的结构、功能和差异
二、ATP合酶(ATP Synthase)
ATP合酶：又称F0-F1ATP酶，是大的跨膜复合体；
F1 由5个不同的亚单位组成——3 3 1 1 1。与
交替环状排列，形成球形头部；
X射线晶体衍射分析 左：侧面观， 右：顶面观
二、ATP合酶(ATP Synthase)
亚单位具有与ATP、ADP结合位点，催化ADP和Pi
出芽形成
线粒体增殖有几种方式:
– 间壁分离 – 收缩后分裂 – 出芽分裂
肝细胞中的线粒体
(二) 线粒体的起源
被人们普遍接受的学说是内共生起源学说(1970):
– 细胞的祖先是一种体积巨大的，具有吞噬能力的细胞； – Mi的祖先即原Mi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，原Mi逐 渐演变为真核细胞的Mi。
膜质子通道。
细菌的F0 已被确定，由a、b、c三种亚单位组成；
数量关系为a1b2c9-12。
– a、b和F1 的亚单位共同组成 “定子”，以防止亚单位顶 上的、六聚体转动。
第三节 线粒体DNA与线粒体病
线粒体是具有一定自主性的细胞器， 它含有自己的DNA(mtDNA)和核糖体具有 独立编码、合成蛋白质的能力。 一、线粒体DNA的结构、功能和差异 二、线粒体病
二、线粒体的超微结构和组成
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。
(一) 外膜 (Outer membrane)
膜厚约67nm。用磷钨酸
外膜
负染，外膜有排列整齐 的筒状圆柱体。中央有 孔，孔径为2nm，称为孔 蛋白(porin)。
一、胞质中合成的蛋白质向线粒体 内输入的共同特点
3.蛋白质前体与Tom中的受体特异性结合后， 被转位进入线粒体膜间隙或在内外膜接触 点处转位而进入到基质中。
– 受体和转位子总称为外膜转位子(translocon of the outer membrane, Tom)复合物和内膜转位 子(translocon of the inner membrane，Tim)复 合物。
一、胞质中合成的蛋白质向线粒体 内输入的共同特点
1. 以前体形式运输，蛋白质前体向线粒体输 入需要靶向序列(targeting sequence)(亦称 导肽或信号肽)引导和/或锚定。
导肽 成熟的Pr
一、胞质中合成的蛋白质向线粒体 内输入的共同特点
导肽：蛋白质前体的N端或近N端具有一
个或数个由20～50个aa残基组成的靶向序 列，称之为导肽。
一、线粒体DNA的结构、功能和差异
mtDNA的结构特点
– mtDNA是一个封闭的双链环状分子，裸露而不 与组蛋白结合； – 不同种属mtDNA的大小不同，所含遗传信息量 少；
• 人线粒体DNA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。
合成ATP； 与亚基有很强的亲和力，结合在一起形成“转 子”(rotor)，通过旋转调节3个亚单位催化位点的 开放和关闭。
F1 部 分 还 有 一 个 10kDa 的
多肽，称为ATP酶的抑制 多肽，可能具有调节酶活 性的作用。
二、ATP合酶(ATP Synthase)
F0是嵌合在内膜上的疏水蛋白复合体，形成一个跨
一、胞质中合成的蛋白质向线粒体 内输入的共同特点
导肽的作用：
– 引导蛋白质前体与线粒体外膜的受体特异性结 合并穿过线粒体外膜； – 使肽链的穿膜移行停止并作为锚定在膜中的序 列。
有的导肽被剪切，有的则不被剪切。
一、胞质中合成的蛋白质向线粒体 内输入的共同特点
2. 蛋白质前体进入线粒体一般需要外膜中的 特异性受体及位于内、外膜中的输入通道, 即线粒体蛋白转位子(translocon)
mtDNA编码蛋白质的特点 –蛋白质合成的起始氨基酸一细菌的一样， 是甲酰蛋氨酸(f-met)。 – 放线菌酮可选择性地抑制细胞质中的蛋白质 合成，但不影响线粒体中的蛋白质合成。 – 氯霉素、红霉素和四环素可抑制线粒体中的 蛋白质合成，而对细胞质中的蛋白质合成没 有影响或影响很小。
二、线粒体病
(一) 蛋白质输入到基质中的途径
蛋白质前体与胞液中的Hsp70结合呈解折叠
状态；
N端的基质靶向序列与其特异性受体相结合
并在内外膜接触点同时穿过对接的Tom和Tim 转位子直接进入线粒体基质；
经基质蛋白酶切除N端的基质靶向序列； 在基质中mHsp70的协助下重新折叠为有功能
的蛋白质。
在膜间隙中存在与内膜疏松结合的细胞色素C。
– 一旦细胞色素C释放到细胞质中，则参与细胞凋亡的 的启动作用。
(四) 基质(matrix)
– 含有许多重要的酶系
• 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；
嵴之间形成的间隙，内含很多蛋白质和脂类。
– 含有DNA、核糖核蛋白体等。
第二节 呼吸链与ATP合酶
线粒体内膜主要存在两个重要的体系
– 呼吸链：电子传递体系，它们按一定的顺序排列 在内膜上 ；
– 基粒：又称为ATP合酶，是磷酸化体系，起着催 化ADP和Pi生成ATP的作用。
呼吸链的氧化作用和磷酸化耦联才能产生
ATP。
– 氧化磷酸化是生成ATP一种主要方式，是细胞内 能量转换的主要环节。
第十一章 线粒体
基础医学院 细胞生物学系 刘羿男
第十一章 线粒体
第一节 线粒体的形态结构和组成 第二节 呼吸链与ATP合酶 第三节 线粒体DNA和线粒体病 第四节 线粒体蛋白质的输入 第五节 线粒体的增殖和起源
第一节 线粒体的形态结构和组成
一、线粒体的形状、大小、数目和分布 二、线粒体的超微结构和组成 (一) 外膜(outer membrane) (二) 内膜(inner membrane) (三) 膜间隙(intermembrane space) (四) 基质(matrix)
线粒体的起源
重点掌握的内容
1. 线粒体的超微结构；
2. 内膜的大分子结构与组成及功能；
3. Targeting sequence、线粒体的半自主
性；
4. 胞质中合成的蛋白质向线粒体内输入的
共同特点；
5. 核基因编码的蛋白质输入到线粒体基质
内的过程。
内膜富含心磷脂(cardiolipin)，使内膜具有对
离子不能渗透的性质。
(二) 内膜(inner membrane)
内膜和嵴的基质面有许多带柄的小体称为基
粒 (elementary particle) 或 称 F1 颗 粒 (F1 particle)。
– 每个线粒体有104~105 个F1颗粒。 – 形似棒糖，分头、柄 和基部三部分组成。
由于线粒体功能缺陷引发的疾病目前已知
近百种，并仍在增加。
目前研究较明确的线粒体DNA病，可分
三种类型：
– mtDNA缺失
– mtDNA点突变
– nDNA异常所致mtDNA改变
第四节 线粒体蛋白质的输入
线粒体的半自主性
– 线粒体含有自己的DNA(mtDNA)和核糖体， 能够自主进行蛋白质的合成，但只有少数蛋 白质是由mtDNA编码，在线粒体的核糖体上 合成，大多数蛋白质是由核基因编码，在细 胞质游离核糖体合成后再输入到线粒体，因 此线粒体是一个半自主性细胞器。
特点：当形成-螺旋结构时，其一侧具有
带正电荷的碱性氨基酸残基(Arg,Lys), 另 一侧为疏水性氨基酸残基。
– 可形成即具亲水性又具疏水性的，有利于穿 越线粒体的双层膜。
பைடு நூலகம்
细胞色素氧化酶线粒体蛋 白输入的信号序列 • IV 亚 单 位 信 号 序 列 (18aa)
•
当信号序列形成螺旋 时，带正电荷的aa残基 ( red) 位 于 一 侧 ， 而 疏 水 性 ( yellow) 位 于 另 一 侧。
嵴的形态
垂直排列的板层状嵴 如：胰腺泡细胞和 肾小管上皮细胞
平行排列的板层状嵴 如：神经细胞
管泡状嵴 如：肾上腺皮质细胞
(三) 膜间隙(intermembrane space)
是外膜与内膜之间的狭窄的腔隙，宽约6~8nm。 由于外膜的通透性大，膜间隙内的基本成分与胞
液相同。