优选第三章线粒体功能及其相关毒性作用Ppt
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细胞生物学PPT课件 线粒体
线粒体普遍存在于哺乳动物除成熟红细胞之外的所有体细胞 中。其形态、大小、数量和分布因细胞的类型、生理功能以 及环境的不同而存在较大的差异。
Part one
The structure of mitochondrion
1. the morphology of mitochondrion under LM
复合物I——NADH-CoQ还原酶
复合物II——琥珀酸-CoQ还原酶 复合物III——CoQ-细胞色素c还原酶
复合物IV——细胞色素c氧化酶
ATP
ADP+Pi
NADH FMN—FeS I
ATP
ADP+Pi
CoQ
琥珀酸 FAD—FeS II
Cytb-FeS-Cyc1 III
ATP
ADP+Pi H2O
内膜 细胞色素氧化酶 ATP合成酶 亚铁鳌合酶 丙酮酸氧化酶
基质 苹果酸脱氢酶 蛋白质和核酸合成酶 丙酮酸脱氢酶复合物 天冬氨酸转氨酶
膜间隙 腺苷酸激酶 二磷酸激酶 核苷酸激酶
Part three
The function of mitochondria
1. 线粒体是细胞内物质代谢的主要场所, 糖, 脂肪,氨基酸的最终氧化分解,在线粒体中完 成。 2. 伴随物质分解氧化的能量释放与能量转 换,主要在线粒体中实现。
of mitochondria
化学组成
外膜
内膜
蛋白质 脂类 脂质：蛋白质 心磷脂 胆固醇
50% 50% 1：1 少 较少
80% 20% 0.3：1 丰富 极少
❖Water, ions, CoQ, FMN, FAD, NAD
线粒体主要酶的分布
外膜 单胺氧化酶 NADH-细胞色素c还原酶 酰基CoA合成酶
线粒体PPT课件
（一）线粒体与细胞能量代谢
是细胞有氧呼吸的基地和供能的场 所，供应细胞生命活动95%的能量
线粒体的主要功能是氧化各种底物 把产生的自由能转化为可被细胞直 接利用的形式——ATP
.
18
细胞氧化（细胞呼吸）：是指依靠酶的 催化，氧将细胞内各种供能物质氧化、 分解、释放能量，并排出CO2和H2O。 由于这一过程在细胞内进行，要消耗O2 并放出CO2和H2O，所以又称细胞呼吸
含较丰富的心磷脂和较少的胆固醇
.
16
（二）酶
120多种酶 外膜：单胺氧化酶 外室：腺苷酸激酶(催化ATP的磷酸基团转移
到AMP)
内膜：呼吸链酶系、ATP合成酶系 （细胞色素氧化酶）
基质：三羧酸循环反应酶系、丙酮酸与脂 肪酸氧化酶系、蛋白质与核酸合成酶系 （苹果酸脱氢酶）
.
17
三、 线粒体的功能
（1）燃料分解：葡萄糖、脂肪酸、氨基 酸等能源物质在细胞质中无氧分解
（2）反应方程式：葡萄糖+2Pi+2ADP→ 2丙酮酸+2H2O+2ATP
（3）能量转移：大量能量蕴藏在丙酮酸
.
21
2、乙酰辅酶A生成（线粒体基质）
（1）丙酮酸进入线粒体基质 （2）反应方程式：2丙酮酸+2HS-
CoA→2乙酰CoA+2CO2 （3）能量转移：乙酰辅酶A
线粒体前体蛋白与HSP70结合 保持去折 叠状态
2、多肽链穿越线粒体膜
导肽与受体结合 受体蛋白引导蛋白质
到外膜膜蛋白形成的通道 穿过内膜膜蛋
白形成的通道(电化学梯度的作用)
.
33
3、多肽链在线粒体基质内重新折叠
基质中的HSP70与蛋白质结合 基 质中的 HSP60与蛋白质结合，使它 折叠成三维结构 导肽被酶切掉
是细胞有氧呼吸的基地和供能的场 所，供应细胞生命活动95%的能量
线粒体的主要功能是氧化各种底物 把产生的自由能转化为可被细胞直 接利用的形式——ATP
.
18
细胞氧化（细胞呼吸）：是指依靠酶的 催化，氧将细胞内各种供能物质氧化、 分解、释放能量，并排出CO2和H2O。 由于这一过程在细胞内进行，要消耗O2 并放出CO2和H2O，所以又称细胞呼吸
含较丰富的心磷脂和较少的胆固醇
.
16
（二）酶
120多种酶 外膜：单胺氧化酶 外室：腺苷酸激酶(催化ATP的磷酸基团转移
到AMP)
内膜：呼吸链酶系、ATP合成酶系 （细胞色素氧化酶）
基质：三羧酸循环反应酶系、丙酮酸与脂 肪酸氧化酶系、蛋白质与核酸合成酶系 （苹果酸脱氢酶）
.
17
三、 线粒体的功能
（1）燃料分解：葡萄糖、脂肪酸、氨基 酸等能源物质在细胞质中无氧分解
（2）反应方程式：葡萄糖+2Pi+2ADP→ 2丙酮酸+2H2O+2ATP
（3）能量转移：大量能量蕴藏在丙酮酸
.
21
2、乙酰辅酶A生成（线粒体基质）
（1）丙酮酸进入线粒体基质 （2）反应方程式：2丙酮酸+2HS-
CoA→2乙酰CoA+2CO2 （3）能量转移：乙酰辅酶A
线粒体前体蛋白与HSP70结合 保持去折 叠状态
2、多肽链穿越线粒体膜
导肽与受体结合 受体蛋白引导蛋白质
到外膜膜蛋白形成的通道 穿过内膜膜蛋
白形成的通道(电化学梯度的作用)
.
33
3、多肽链在线粒体基质内重新折叠
基质中的HSP70与蛋白质结合 基 质中的 HSP60与蛋白质结合，使它 折叠成三维结构 导肽被酶切掉
细胞生物学线粒体PPT课件
CoQH2
第18页/共48页
铁硫蛋白
+e 传递电子机理：Fe3+ -e
第19页/共48页
Fe2+
2．电子载体的排列顺序
◆电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递 (NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)
◆ 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高 能电子 (能量转化)， 终止于O2形成水。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
● 线粒体的形态结构 ● 线粒体的化学组成及酶的定位 ● 氧化磷酸化 ● 线粒体与疾病
第1页/共48页
1. 线粒体的形态、大小、数量与分布
第2页/共48页
2.
◆ 外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)，通透 性较高。 ◆ 内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折 叠形成嵴（cristae）。含有与能量转换相关的蛋白 ◆ 膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性 酶、底物及辅助因子。 ◆ 基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因
第33页/共48页
2．能量耦联与ATP合酶的作用机制
几个假说 •1953年 Edward Slater 化学耦联假说 •1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说
•1979年 Paul B1o9y7e8r 年结合获变诺构假贝说尔化学奖
1997年获诺贝尔化学奖
第34页/共48页
化学渗透假说原理示意图
(一)线粒体中的氧化代谢
1.三大物质代谢 2.NADH的进入线粒体的两种“穿梭”途径
第11页/共48页
第12页/共48页
细胞质
苹果酸-天冬氨酸穿梭途径
线粒体内膜
线粒体的结构与功能PPT课件
◆含有大量的心磷脂(cardiolipin)，心磷脂与 离子的不可渗透性有关；
◆3类酶：运输酶类、合成酶类、电子传递和 ATP合成的酶类；
◆内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。
2
线粒体膜的运输系统
膜间间隙(intermembrane space)
◆标志酶:腺苷酸激酶 ◆功能:建立电化学梯度
线粒体基质(matrix)
嵴间腔 （内室）
膜间隙 嵴 内膜 外膜 （外室）
脂类
蛋白质
酶类
线 线粒体 DNA
粒 体
线粒体 mRNA
基 质
线粒体 tRNA
线粒体核糖体 基质颗粒
线粒体核糖体 线粒体DNA嵴内腔 基粒 基质颗粒 （ATP酶）
线粒体结构与化学组成
外膜(outer membrane) 内膜(inner membrane) 膜间隙(intermembrane space) 线粒体基质(matrix)
琥珀酸 II
NADH I
III
IV
CoQ CytC
O2
V 生成3个ATP
Complex I : Complex II: Complex III: Complex IV: Complex V:
NADH-CoQ 还原酶 琥珀酸-CoQ 还原酶 细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶 ATP合成酶
n 1、复合物I：NADH（烟酰胺嘌呤二核苷酸）CoQ还原酶
线粒体的结构与功能
1894年 ——Altmann —— 光镜 —— 生命小体 (bioblast) 1897年 —— Benda —— 线粒体(mitochondria)
一.线粒体的形态、大小和分布
形态：光镜： 线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃
◆3类酶：运输酶类、合成酶类、电子传递和 ATP合成的酶类；
◆内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。
2
线粒体膜的运输系统
膜间间隙(intermembrane space)
◆标志酶:腺苷酸激酶 ◆功能:建立电化学梯度
线粒体基质(matrix)
嵴间腔 （内室）
膜间隙 嵴 内膜 外膜 （外室）
脂类
蛋白质
酶类
线 线粒体 DNA
粒 体
线粒体 mRNA
基 质
线粒体 tRNA
线粒体核糖体 基质颗粒
线粒体核糖体 线粒体DNA嵴内腔 基粒 基质颗粒 （ATP酶）
线粒体结构与化学组成
外膜(outer membrane) 内膜(inner membrane) 膜间隙(intermembrane space) 线粒体基质(matrix)
琥珀酸 II
NADH I
III
IV
CoQ CytC
O2
V 生成3个ATP
Complex I : Complex II: Complex III: Complex IV: Complex V:
NADH-CoQ 还原酶 琥珀酸-CoQ 还原酶 细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶 ATP合成酶
n 1、复合物I：NADH（烟酰胺嘌呤二核苷酸）CoQ还原酶
线粒体的结构与功能
1894年 ——Altmann —— 光镜 —— 生命小体 (bioblast) 1897年 —— Benda —— 线粒体(mitochondria)
一.线粒体的形态、大小和分布
形态：光镜： 线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃
线粒体病专业知识讲座培训课件
*
线粒体病专业知识讲座
2014.11.10 头部MR：侧脑室及导水管周围脑质（双侧下丘脑、中脑被盖）及延髓背侧多发异常信号影，考虑代谢性脑病可能性大，脑萎缩，脑MRA未见异常； 2014.12.9 头部MR：双侧背侧丘脑-脑桥后部分、延髓多发病灶，对比11月10结果，背侧丘脑病灶增大，左侧丘脑为新发病灶，结合临床不排除线粒体脑病。
线粒体病专业知识讲座
线粒体病（mitochondrial disorders）
由于遗传基因异常引起线粒体呼吸链酶的功能缺陷而出现的一组多系统疾病; 也称为线粒体细胞病。
*
线粒体病专业知识讲座
下列生化过程在线粒体内进行： 1. 三羧酸循环、丙酮酸氧化； 2. 氨基酸、脂肪酸、固醇的代谢； 3. 参与细胞凋亡和氧化磷酸化过。
*
线粒体病专业知识讲座
1.遗传方式：复杂多样，可呈母系遗传 （mtDNA的突变）；也可呈孟德尔遗传 （核基因的突变）。 2.母系遗传 ：即母亲的线粒体病能遗 传下一代，男女均可发病；也只有下一代的女性，能将线粒体病继续往下代传递。
线粒体病的遗传特征：
*
线粒体病专业知识讲座
神经 消化 心血管 呼吸 内分泌 眼部 肌肉
*
*
线粒体病专业知识讲座
腹部超声：肝稍大。 脑电图：中度异常 肌电图：神经源性损害。 肌活检：偶见肌纤维萎缩，线粒体、糖原及脂滴未见明显异常。
下列检查结果：
*
线粒体病专业知识讲座
头部MR（ 11月10 ）：侧脑室及导水管周围脑质（双侧下丘脑、中脑被盖）及延髓背侧多发异常信号影，考虑代谢性脑病可能性大。 头部MRI : 双侧背侧丘脑-脑桥后部分、延髓多发病灶，对比11月10 的检查，背侧丘脑病灶增大，左侧丘脑为新发病灶，结合临床不排除线粒体脑病。
线粒体病专业知识讲座
2014.11.10 头部MR：侧脑室及导水管周围脑质（双侧下丘脑、中脑被盖）及延髓背侧多发异常信号影，考虑代谢性脑病可能性大，脑萎缩，脑MRA未见异常； 2014.12.9 头部MR：双侧背侧丘脑-脑桥后部分、延髓多发病灶，对比11月10结果，背侧丘脑病灶增大，左侧丘脑为新发病灶，结合临床不排除线粒体脑病。
线粒体病专业知识讲座
线粒体病（mitochondrial disorders）
由于遗传基因异常引起线粒体呼吸链酶的功能缺陷而出现的一组多系统疾病; 也称为线粒体细胞病。
*
线粒体病专业知识讲座
下列生化过程在线粒体内进行： 1. 三羧酸循环、丙酮酸氧化； 2. 氨基酸、脂肪酸、固醇的代谢； 3. 参与细胞凋亡和氧化磷酸化过。
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线粒体病专业知识讲座
1.遗传方式：复杂多样，可呈母系遗传 （mtDNA的突变）；也可呈孟德尔遗传 （核基因的突变）。 2.母系遗传 ：即母亲的线粒体病能遗 传下一代，男女均可发病；也只有下一代的女性，能将线粒体病继续往下代传递。
线粒体病的遗传特征：
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线粒体病专业知识讲座
神经 消化 心血管 呼吸 内分泌 眼部 肌肉
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线粒体病专业知识讲座
腹部超声：肝稍大。 脑电图：中度异常 肌电图：神经源性损害。 肌活检：偶见肌纤维萎缩，线粒体、糖原及脂滴未见明显异常。
下列检查结果：
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线粒体病专业知识讲座
头部MR（ 11月10 ）：侧脑室及导水管周围脑质（双侧下丘脑、中脑被盖）及延髓背侧多发异常信号影，考虑代谢性脑病可能性大。 头部MRI : 双侧背侧丘脑-脑桥后部分、延髓多发病灶，对比11月10 的检查，背侧丘脑病灶增大，左侧丘脑为新发病灶，结合临床不排除线粒体脑病。
线粒体功能及其相关毒性作用33页PPT
谢谢！
线粒体功能及其相关毒性作用
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。— Nhomakorabea 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
线粒体-课件(PPT-精)
×
二者水解导肽
GIP 内膜膜电位启动
MPP+PEP
• • • • • • • • •
前体蛋白靠近线粒体（布朗运动） Hsp70解折叠 蛋白结构松散适合跨膜 GIP蛋白受体识别 内膜两侧膜电位启动 内外膜接触部位入腔 MPP、PEP “去导肽” 同时重新卷曲折叠(mHsp70 Hsp60) 放出能量使蛋白与伴侣分离
线粒体的增殖
间壁或隔膜分离 • 分裂时先由内膜向中心皱褶，将线粒体分为两个，成为只有外 膜相连的两个独立细胞器，接着线粒体完全分离，常见于鼠肝 和植物分生组织中。 收缩分离 • 分裂时通过线粒体中部缢缩并向两端不断拉长然后分裂为两个， 见于蕨类和酵母中。 出芽 • 线粒体出现球形小芽，与母体分离后长大，发育为线粒体，见 于酵母和藓类植物。
膜间隙
内膜 基质
含有线粒体的遗传系统，包括DNA、RNA、核糖体和转录翻译信息所需装置 标志酶：苹果酸脱电子传递链 和电子传递
质子转移与 质子驱动力 的形成
ATP的形成 机制—氧化 磷酸化
1、线粒体中的氧化代谢
线粒体是细胞氧化代谢的中心，是糖类、脂质和蛋白质最终氧化释能的场所。 线粒体中的三羧酸循环，简称TCA循环，是物质氧化的最终共同途径，氧化磷酸 化是生物体获得能量的主要途径。 动物细胞线粒体内膜上的NADH脱氢酶只接受来自线粒体基质上的NADH上的电 子。 NADH上电子进入线粒体的途径：
电子传递
电子载体
电子载体排列顺序
电子转运复合物
电子载体
• 概念：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化合物称为电子 载体。
电子载体
• 参与电子传递链的电子载体有5种：
• ①泛醌（ubiquinone,UQ） 或辅酶Q(coenzyme) 连中 提 都 • ②黄素蛋白（flavoprotein） 的心 供 是 辅都 电 蛋 • ③细胞色素（cytochrome） 基是 子 白 。与 的 质 • ④铁硫蛋白（iron-sulfur protein） 蛋 氧 。 白化接 质还受 • ⑤铜原子（copper atom）
线粒体PPT课件
分布：通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能
量较多的部位，如肌细胞的肌纤维和精细胞的尾部；或 较为集中分布在有较多氧化反应底物的区域，如脂肪滴， 因为脂肪滴中有许多要被氧化的脂肪。
3
肌细胞的肌纤维和精子的尾部聚集较多的线粒体
线粒体包围着脂肪滴
线粒体的结构
光镜下线粒体结构
电镜下线粒体结构 4
线粒体的超微结构
5.线粒体的增殖与细菌一样——直接分裂。
20
21
五、线粒体的增殖----分裂
间壁分离
收缩分离
出芽分裂
22
23
生命活动中95%的能量来自线粒体
线粒体是糖、脂肪、氨基酸等能源物质最终氧 化释放能量的场所。
细胞氧化（细胞呼吸）
在特定的细胞器（主要是线粒体）内，在O2的参与 下，分解各种大分子物质，产生CO2,同时，分解代 谢所释放的能量储存于ATP中的过程，称为细胞氧 化、细胞呼吸或生物氧化。
（mitochondrion)
1
一 线粒体的形态、数量和结构 形态：光镜下多数细胞的线粒体呈线状、粒状或杆状，形 态的差异与细胞类型及生理状态有关。
大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.5—1.0um;长度：3um。在骨
骼肌细胞、胰脏外分泌细胞中可长达10~20μm，称巨线粒体。
2
成熟哺乳动物红细胞无线粒体。
一个线粒体内平均有5-10个mtDNA 双链环状的DNA分子，裸露不与组蛋白结合。 mtDNA结构紧密,编码37个基因。 mtDNA复制贯穿于整个细胞周期。
15
2种 编码 rRNA(12S和16S）基因 mtDNA 16569 bp 37个基因 22种 编码 tRNA基因 13种 编码 蛋白质基因
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） 示 意 图ATPຫໍສະໝຸດ 糖 丙酮酸脂肪 脂肪酸
CoA 三羧酸循环TCA NADH或FADH2
线粒体内膜 丙酮酸载体
电子传递到 形成质子电化
氧生成水
学梯度
ATP合成酶 合成ATP
5
（一）线粒体中的氧化代谢
线粒体是糖类、 脂类和蛋白质最终氧 化释能的场所，TCA 是物质氧化的最终共 同途径，氧化磷酸化 是生物体获得能量的 主要途径。
（二）电子传递链与电子传递
在电子传递的过程中，接受和释放的电子的分子和原子被称 为电子载体。
由电子载体组成的电子传递序列被称为电子传递链。 五种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素、泛醌、 铁硫蛋
白和铜原子。除泛醌外，其他氧化还原中心都是与蛋白质相 连的辅基。 呼吸链中的电子载体有严格的排列顺序和方向，按氧化还原 电位由低向高排列(NAD+/NADH最低，O2/H2O最高）。
优选第三章线粒体功能及其相 关毒性作用
线粒体膜间隙
➢ 膜间隙的宽度通常为6-8nm，在呼吸活跃时，膜间隙可显著扩大。 ➢ 含有可溶性酶类、底物以及辅助因子。其含有的腺苷酸激酶可以
催化ATP分子末端磷酸基团转移到AMP，生成ADP。
线粒体基质
线粒体基质富含可溶性蛋白胶状物，具有稳定的pH和渗透压。具有催化三羧酸循环、脂肪 酸氧化和氨基酸降解的相关酶类。含有DNA、RNA 、核糖体。
在动物细胞线粒体膜上存在渗透性转换孔（PTP），当PTP开放时， 线粒体内膜对中低分子量的化合物的渗透性会突然增加，从而导致 线粒体基质中分子量小于1.5kD的游离物质渗透进入膜间空间，这个 过程称为线粒体渗透性转换（mitochondrion permeability transition,MPT）。
复合物Ⅳ：细胞色素c氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，三维构象， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与形成水
（三）质子转移与驱动力的形成
Ca2+调控
线粒体承担的能量转换实质
ATP合酶的结构与组成
ATP合酶是最终生成ATP的装置。它分布于细菌质膜、线粒体内 膜和叶绿体类囊体膜上。
ATP合酶的分子由球形的头部和基部组成。
线粒体功能小结
线粒体主要功能是高效地将有机物中储存的能量转换为细 胞生命活动的直接能源ATP；与细胞中氧自由基的生成，调节细 胞氧化还原电位和信号转导、调控细胞凋亡、细胞内多种离子 的跨膜转运及电解质稳态平衡。
复合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ还原酶（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心， 作用：催化1对低能电子FADFe-S辅酶Q (无H+泵出)
复合物Ⅲ：CoQ- Cyt c还原酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1个cyt c1、1个cyt b、1个Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，2个来自基质）
上就是把H+跨膜电位差和质
子浓度梯度形成的质子驱动
力转换成ATP分子中的高能
磷酸键。
TCA循环提供的质子驱动力 和高能电子是线粒体合成 ATP的基本能源。
（四）ATP形成机制—氧化磷酸化
氧化(电子传递、放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切耦 联，分别由两个不同的结构体系实现。
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。
18
Ca2+浓度的持续升高
1. 高血压：Ca2+释放的增加使更多的钙离子进入平滑肌细胞，同时还 促进了细胞内储存Ca2+的释放，细胞内储存钙的释放再加上细胞外 钙离子的内流可引起血管平滑肌的收缩，且影响细胞的生长，造成 血管肥大，导致结构性和功能性外周阻力增高，血压增高。
线粒体的分离
外膜 磷脂合成 脂肪酸的去饱和化 脂肪酸链的延伸 标志酶：单胺氧化酶
基质 丙酮酸氧化 三羧酸循环 脂肪酸的β氧化 DNA复制、RNA转录 蛋白质翻译 标志酶：苹果酸脱氢酶
内膜 电子传递 氧化磷酸化 代谢中间物的转运 标志酶：细胞色素氧化酶
膜间空间 核苷酸的磷酸化 标志酶：腺苷激酶
线 粒 体 产 能 （
8
电子传递复合物
电子传递复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链， 电子传递链各组分在线粒体内膜上不对称分布。
复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化1对电子从NADH辅酶Q； 泵出4 H+
细胞内的钙库
• 细胞内储存Ca2+库包括肌质网、线粒体，负责肌细胞细胞质中 钙离子的调节，心肌细胞去极化时释放钙离子，复极化时摄 取钙离子。心衰时，肌质网功能障碍的原因之一是能量的缺 乏，ATP依赖的Ca2+泵功能降低，导致心肌复极化时不能有效 摄取钙离子，去极化时又不能及时释放钙离子。
• 线粒体在正常情况下可以摄取细胞总Ca2+量的20%，这与线粒 体中生物氧化酶的功能有关，在心衰出现时，细胞内pH的改 变影响线粒体内Ca2+稳态，使线粒体摄取钙离子增多，当Ca2+ 超载时，引起线粒体功能障碍。
线粒体的损伤
线粒体渗透转变 细胞内Ca2+异常 ATP合成酶异常 自由基的产生和积累 原发性代谢紊乱的相互作用 线粒体DNA异常
线粒体渗透转变(MPT)
1. 线粒体摄取Ca2+、渗透势下降，ROS和RNS生成、ATP耗竭和原发性代 谢紊乱都会引起线粒体内膜通透性（MPT）突然升高。
2. MPT是一种跨越线粒体内外膜间的蛋白质孔（巨通道）开放引起的。 这个通道对于分子质量小于1500的溶质可通透，它的开放使质子自 由的内流进入，引起膜电位迅速和完全耗散、ATP合成的中断以及水 的渗透内流，导致线粒体膨胀，已经蓄积于基质间隙的Ca2+通过此 孔大量流出，进入细胞质。这样的线粒体不仅不能合成ATP，而且由 于内膜的去极化迫使ATP合酶以相反的模式（水解ATP）将余留的能 源全部耗尽。如果细胞中大部分或全部的线粒体都发生渗透转变， 细胞溶解坏死将达到巅峰。
CoA 三羧酸循环TCA NADH或FADH2
线粒体内膜 丙酮酸载体
电子传递到 形成质子电化
氧生成水
学梯度
ATP合成酶 合成ATP
5
（一）线粒体中的氧化代谢
线粒体是糖类、 脂类和蛋白质最终氧 化释能的场所，TCA 是物质氧化的最终共 同途径，氧化磷酸化 是生物体获得能量的 主要途径。
（二）电子传递链与电子传递
在电子传递的过程中，接受和释放的电子的分子和原子被称 为电子载体。
由电子载体组成的电子传递序列被称为电子传递链。 五种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素、泛醌、 铁硫蛋
白和铜原子。除泛醌外，其他氧化还原中心都是与蛋白质相 连的辅基。 呼吸链中的电子载体有严格的排列顺序和方向，按氧化还原 电位由低向高排列(NAD+/NADH最低，O2/H2O最高）。
优选第三章线粒体功能及其相 关毒性作用
线粒体膜间隙
➢ 膜间隙的宽度通常为6-8nm，在呼吸活跃时，膜间隙可显著扩大。 ➢ 含有可溶性酶类、底物以及辅助因子。其含有的腺苷酸激酶可以
催化ATP分子末端磷酸基团转移到AMP，生成ADP。
线粒体基质
线粒体基质富含可溶性蛋白胶状物，具有稳定的pH和渗透压。具有催化三羧酸循环、脂肪 酸氧化和氨基酸降解的相关酶类。含有DNA、RNA 、核糖体。
在动物细胞线粒体膜上存在渗透性转换孔（PTP），当PTP开放时， 线粒体内膜对中低分子量的化合物的渗透性会突然增加，从而导致 线粒体基质中分子量小于1.5kD的游离物质渗透进入膜间空间，这个 过程称为线粒体渗透性转换（mitochondrion permeability transition,MPT）。
复合物Ⅳ：细胞色素c氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，三维构象， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与形成水
（三）质子转移与驱动力的形成
Ca2+调控
线粒体承担的能量转换实质
ATP合酶的结构与组成
ATP合酶是最终生成ATP的装置。它分布于细菌质膜、线粒体内 膜和叶绿体类囊体膜上。
ATP合酶的分子由球形的头部和基部组成。
线粒体功能小结
线粒体主要功能是高效地将有机物中储存的能量转换为细 胞生命活动的直接能源ATP；与细胞中氧自由基的生成，调节细 胞氧化还原电位和信号转导、调控细胞凋亡、细胞内多种离子 的跨膜转运及电解质稳态平衡。
复合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ还原酶（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心， 作用：催化1对低能电子FADFe-S辅酶Q (无H+泵出)
复合物Ⅲ：CoQ- Cyt c还原酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1个cyt c1、1个cyt b、1个Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，2个来自基质）
上就是把H+跨膜电位差和质
子浓度梯度形成的质子驱动
力转换成ATP分子中的高能
磷酸键。
TCA循环提供的质子驱动力 和高能电子是线粒体合成 ATP的基本能源。
（四）ATP形成机制—氧化磷酸化
氧化(电子传递、放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切耦 联，分别由两个不同的结构体系实现。
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。
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Ca2+浓度的持续升高
1. 高血压：Ca2+释放的增加使更多的钙离子进入平滑肌细胞，同时还 促进了细胞内储存Ca2+的释放，细胞内储存钙的释放再加上细胞外 钙离子的内流可引起血管平滑肌的收缩，且影响细胞的生长，造成 血管肥大，导致结构性和功能性外周阻力增高，血压增高。
线粒体的分离
外膜 磷脂合成 脂肪酸的去饱和化 脂肪酸链的延伸 标志酶：单胺氧化酶
基质 丙酮酸氧化 三羧酸循环 脂肪酸的β氧化 DNA复制、RNA转录 蛋白质翻译 标志酶：苹果酸脱氢酶
内膜 电子传递 氧化磷酸化 代谢中间物的转运 标志酶：细胞色素氧化酶
膜间空间 核苷酸的磷酸化 标志酶：腺苷激酶
线 粒 体 产 能 （
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电子传递复合物
电子传递复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链， 电子传递链各组分在线粒体内膜上不对称分布。
复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化1对电子从NADH辅酶Q； 泵出4 H+
细胞内的钙库
• 细胞内储存Ca2+库包括肌质网、线粒体，负责肌细胞细胞质中 钙离子的调节，心肌细胞去极化时释放钙离子，复极化时摄 取钙离子。心衰时，肌质网功能障碍的原因之一是能量的缺 乏，ATP依赖的Ca2+泵功能降低，导致心肌复极化时不能有效 摄取钙离子，去极化时又不能及时释放钙离子。
• 线粒体在正常情况下可以摄取细胞总Ca2+量的20%，这与线粒 体中生物氧化酶的功能有关，在心衰出现时，细胞内pH的改 变影响线粒体内Ca2+稳态，使线粒体摄取钙离子增多，当Ca2+ 超载时，引起线粒体功能障碍。
线粒体的损伤
线粒体渗透转变 细胞内Ca2+异常 ATP合成酶异常 自由基的产生和积累 原发性代谢紊乱的相互作用 线粒体DNA异常
线粒体渗透转变(MPT)
1. 线粒体摄取Ca2+、渗透势下降，ROS和RNS生成、ATP耗竭和原发性代 谢紊乱都会引起线粒体内膜通透性（MPT）突然升高。
2. MPT是一种跨越线粒体内外膜间的蛋白质孔（巨通道）开放引起的。 这个通道对于分子质量小于1500的溶质可通透，它的开放使质子自 由的内流进入，引起膜电位迅速和完全耗散、ATP合成的中断以及水 的渗透内流，导致线粒体膨胀，已经蓄积于基质间隙的Ca2+通过此 孔大量流出，进入细胞质。这样的线粒体不仅不能合成ATP，而且由 于内膜的去极化迫使ATP合酶以相反的模式（水解ATP）将余留的能 源全部耗尽。如果细胞中大部分或全部的线粒体都发生渗透转变， 细胞溶解坏死将达到巅峰。