6-线粒体和叶绿体PPT课件.ppt
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1、第六章第六章 细胞的能量转换细胞的能量转换 线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体1-线粒体和叶绿体的共同特征:线粒体和叶绿体的共同特征:1、能量转化细胞器、能量转化细胞器2、具封闭的双层膜、具封闭的双层膜3、属半自主性细胞器、属半自主性细胞器Mit(eukaryotic):氧化磷酸化氧化磷酸化 ATPChl(plant):光合作用光合作用 ATP+NADPH Sugar2-3-第一节第一节 线粒体和氧化磷酸化线粒体和氧化磷酸化18901890,AltamanAltaman首次发现,命名为首次发现,命名为bioblastbioblast;1897,von Benda提出mitochondrion;190
2、0,Michaelis发现线粒体具有氧化作用;(植物)19121912,KingsburyKingsbury第一个提出线粒体是细胞内氧化还原第一个提出线粒体是细胞内氧化还原反应的场所;反应的场所;1948,Green,1949,Kennedy和Lehninger分别发现三羧酸循环和脂肪酸氧化是在线粒体内完成的;1952-1953,用电镜观察到线粒体的精细结构;1963-19641963-1964,确定线粒体内有,确定线粒体内有DNADNA存在。存在。2020世纪世纪80,9080,90年代,兴起年代,兴起“线粒体学线粒体学”、“线粒体医学线粒体医学”。4-A.MitA.Mit的形态结构的形态结
3、构v棒状或杆状,动棒状或杆状,动态细胞器;态细胞器;v直径直径0.51,长,长1.53.0m,胰外分,胰外分泌细胞中可达泌细胞中可达1020m,称巨线,称巨线粒体;粒体;v人的成纤维细胞,人的成纤维细胞,40um。5-线粒体的可塑性线粒体的可塑性6-v线粒体的数目和大小反应细胞的线粒体的数目和大小反应细胞的能量能量需求需求7-vMit 的超微结构的超微结构功能区隔:外膜、内膜、膜间隙、基质四部分功能区隔:外膜、内膜、膜间隙、基质四部分8-1 1、外膜、外膜 (out membrane)(out membrane)脂脂类类与与蛋蛋白白质质含含量量相相当当;6nm,具具有有孔孔蛋蛋白白(porin
4、)构构成成的的亲亲水水通通道道,允允许许小小分分子子物物质质(5*103,ATP,coA,NAD)通通过过,标标志志酶酶为为单单胺胺氧化酶氧化酶。9-a.很高的蛋白质很高的蛋白质/脂质比,脂质比,6-8nm;b.b.通透屏障通透屏障:类似细菌质膜;心磷:类似细菌质膜;心磷脂含量高脂含量高(达达20%)20%)、缺乏胆固醇,、缺乏胆固醇,通透性很低;通透性很低;c.c.具有具有嵴嵴,能扩大表面积(,能扩大表面积(510510倍)倍),分板层状和管状两种;,分板层状和管状两种;d.d.嵴上有嵴上有基粒基粒(F F1 1,ATPATP合成酶的头部)合成酶的头部);内膜标志酶为内膜标志酶为细胞色素细胞
5、色素C C氧化酶氧化酶。2 2、内膜、内膜 (inner membraneinner membrane)含三类功能蛋白质:电子传递链、含三类功能蛋白质:电子传递链、ATPATP合成酶、转运蛋白合成酶、转运蛋白10-3 3、膜间隙、膜间隙 是内外膜之间的腔隙,宽约是内外膜之间的腔隙,宽约6-8nm6-8nm,含酶、底物、,含酶、底物、辅助因子等;辅助因子等;标志酶为标志酶为腺苷酸激酶腺苷酸激酶。4 4、基质(、基质(matrixmatrix)含三羧酸循环、脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的含三羧酸循环、脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类;酶类;mtDNAmtDNA及核酸、蛋白合成体系;纤维丝和致及核酸、
6、蛋白合成体系;纤维丝和致密颗粒状物质,内含密颗粒状物质,内含CaCa2+2+、MgMg2+2+、ZnZn2+2+等离子。等离子。标志酶为标志酶为苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶。11-12-化学成分化学成分1.1.蛋白质:占线粒体干重的蛋白质:占线粒体干重的65-70%65-70%2.2.脂类:占线粒体干重的脂类:占线粒体干重的25-30%25-30%,主要是磷脂,占,主要是磷脂,占3/43/4内膜内膜 脂类:蛋白质脂类:蛋白质 0.30.3:1 1,富含酶蛋白和辅酶,富含酶蛋白和辅酶,较多的心磷脂较多的心磷脂外膜外膜 脂类:蛋白质脂类:蛋白质 1 1:1 1,只含少量的酶蛋白,只含少量的酶蛋白3.3
7、.其他:维生素、金属离子、线粒体其他:维生素、金属离子、线粒体DNADNA、RNARNA、核糖体、电子传递、核糖体、电子传递链的成分等链的成分等B.MitB.Mit的化学组成及酶的定位的化学组成及酶的定位13-线粒线粒体各体各组分组分的分的分离离14-线粒体中各种酶的定位线粒体中各种酶的定位15-TCA、脂肪酸、脂肪酸-氧化、氧化磷酸化氧化、氧化磷酸化(合成(合成ATP)储积钙离子储积钙离子细胞内氧自由基的形成细胞内氧自由基的形成细胞凋亡细胞凋亡细胞信号转导细胞信号转导细胞内多种离子的跨膜运输细胞内多种离子的跨膜运输电解质稳定平衡的调控电解质稳定平衡的调控C.MitC.Mit的功能的功能16-
8、步骤步骤定位定位糖酵解等糖酵解等细胞质基质细胞质基质三羧酸循环、脂肪酸的三羧酸循环、脂肪酸的-氧化氧化线粒体基质线粒体基质电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化线粒体内膜。电子传递链存在于线粒体内膜。电子传递链存在于内膜上,氧化磷酸化作用由基粒内膜上,氧化磷酸化作用由基粒承担承担(一)生物氧化的概念、类型及定位(一)生物氧化的概念、类型及定位1、生物氧化的概念、生物氧化的概念2、类型、定位、类型、定位17-1、糖酵解糖酵解 指细胞将葡萄糖分指细胞将葡萄糖分子(子(6碳糖)分解碳糖)分解成成3碳糖,最终形碳糖,最终形成成丙酮酸丙酮酸的过程。的过程。细胞质中,不需要细胞质中,不需要O2的参与。的
9、参与。丙酮酸进入线粒体丙酮酸进入线粒体 氧化形成氧化形成乙酰乙酰CoACoA。底物磷酸化:底物磷酸化:(二)有机物的氧化分解(二)有机物的氧化分解18-2 2、三羧酸循环、三羧酸循环产生高能电子产生高能电子乙酰乙酰CoACoA生成生成后,进入线粒后,进入线粒体基质,三羧体基质,三羧酸循环,最终酸循环,最终生成生成NADHNADH、FADHFADH2 219-1 1、氧化磷酸化的概念:、氧化磷酸化的概念:2 2、电子传递链、电子传递链1 1)电子传递链的概念)电子传递链的概念 2 2)呼吸链的组成呼吸链的组成:NADH脱氢酶、辅酶脱氢酶、辅酶Q、cytb及及cytC1、cytC、cytaa3、O
10、2 (电子载体)电子载体)3)在内膜上)在内膜上形成蛋白复合体形成蛋白复合体、。复合物复合物:即:即NADHNADH脱氢酶脱氢酶复合物复合物:CoQ-Cytc还原酶还原酶复合体复合体:包括:包括cyta a 3,细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶复合物复合物:琥珀酸脱氢酶:琥珀酸脱氢酶4)至少两条呼吸链:)至少两条呼吸链:NADH呼吸链、呼吸链、FADH2呼吸链呼吸链(三)氧化磷酸化(三)氧化磷酸化20-呼吸链的组成、排列及电子传递呼吸链的组成、排列及电子传递21-氧化磷酸化和呼吸链电子传递的偶联氧化磷酸化和呼吸链电子传递的偶联 22-3 3、氧化、氧化磷酸化磷酸化的机制的机制(ATPATP形成)形
11、成)-化学渗透假说内容化学渗透假说内容质子动力势质子动力势:Mitchell(1961)提出“化学渗透假化学渗透假说说”l电子传递链各组分在线粒电子传递链各组分在线粒体内膜中体内膜中不对称分布不对称分布。l当当高能电子高能电子沿其传递时,沿其传递时,所释放的所释放的能量能量将将H H+从基质从基质泵到膜间隙,形成泵到膜间隙,形成H H+电化电化学梯度学梯度。l在这个梯度驱使下,在这个梯度驱使下,H H+穿穿过过ATPATP合成酶合成酶回到基质,回到基质,同时合成同时合成ATP,ATP,电化学梯度电化学梯度中蕴藏的能量储存到中蕴藏的能量储存到ATPATP高能磷酸键高能磷酸键。23-支持化学渗透假
12、说的实验证据支持化学渗透假说的实验证据该实验表明该实验表明质子动力势乃质子动力势乃ATPATP合合成的动力成的动力膜应具有完整性膜应具有完整性定向的化学反应定向的化学反应电子传递与电子传递与ATPATP合成合成是两件相关而又不同是两件相关而又不同的事件的事件24-4.ATP4.ATP合成酶的组成及分子结构、作用机制合成酶的组成及分子结构、作用机制a a)组成及结构)组成及结构F F型质子泵型质子泵,H+-ATPH+-ATP合成合成酶,酶,F1F0-ATPase;F1F0-ATPase;1 1)球形的)球形的F1F1(头部),(头部),形成形成“转子转子”;2 2)嵌入膜中的)嵌入膜中的F0F0
13、(基部)(基部),组成,组成“定子定子”;25-F1:3:3:1:1:1 具具3个个ATP合成的催合成的催化位点化位点F F0:0:1a1a:2b2b:12c12c 环形结构,具质环形结构,具质子通道子通道26-v F1 F1因子具有因子具有ATPATP酶活性酶活性27-b b)ATPATP合成酶性质:是一种具有双向作用的装置合成酶性质:是一种具有双向作用的装置28-c)ATPATP合成酶的作用机制合成酶的作用机制Step 1:Proton gradient is built up as a result of NADH(produced from oxidation reactions)fe
14、eding electrons into electron transport system.Step 2:Protons(indicated by+charge)enter back into the mitochondrial matrix through channels in ATP synthase enzyme complex.This entry is coupled to ATP synthesis from ADP and phosphate(Pi)29-ATPATP合成酶的作用机制合成酶的作用机制(F1F1因子)因子)结合变构模型结合变构模型-ATP-ATP紧密结合紧密结合
15、-ADP(-ADP(松散结合)松散结合)-空缺空缺(非常松散)非常松散)30-v旋转的实验验证旋转的实验验证Japan researcher,Nature 386:300,1997.吉田(吉田(Massasuke Massasuke YoshidaYoshida)等)等31-32-ATP合酶的结合变化及旋转催化机制要点合酶的结合变化及旋转催化机制要点1)酶的组成及结构:基粒(F0F1因子),由头部(F1)和基部(F0)组成。2)F1偶联因子:水溶性球蛋白,较易脱落。由9个亚基:3、3、1、1、1。3和3交替排列,组成橘状结构,每一亚基就似橘瓣。而、紧密结合在一起,形成“转子”,上端插入橘结构的
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