《第七章线粒体.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章线粒体.ppt（75页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、7.1 线粒体形态 7.2 线粒体结构与化学组成 7.3 导向信号与线粒体蛋白定位 7.4 线粒体功能氧化磷酸化 7.5 线粒体遗传、增殖和起源 7.6 过氧化物酶体,第七章 线粒体(Mitochondrion)和 过氧化物酶体(peroxisome),2,7.1 线粒体的形态,7.1 线粒体的形态,Organization and Function of Mitochondria,7.2 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),1,线粒体结构,标志酶:单胺氧
2、化酶 外膜含有较大的通道蛋白:孔蛋白 最大允许5000D的分子自由通过,外膜(outer membrane),P266,8,细菌外膜中的孔蛋白,线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的部位， 通透性差； 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。,内膜(inner membrane),2,线粒体膜的运输系统,线粒体的钙调节作用,标志酶:腺苷酸激酶 功能:建立电化学梯度,膜间间隙(intermembrane space),13,标志酶:苹果酸脱氢酶,线粒体基质(matrix),功
3、能:,TCA循环 脂肪酸氧化 氨基酸降解 合成部分线粒体蛋白,14,线粒体各部分的蛋白质来自何方? 定位机理如何?,7.3 前导肽与线粒体蛋白定位,15,线粒体中的蛋白质来源,核基因编码，在细胞质 中合成 p269,线粒体基因编码，在线粒体 基质中合成 p295,16,99年诺贝尔医学奖得主布洛贝尔,17,7.3.1 前导肽(leading peptide),游离核糖体(free ribosome) 膜结合核糖体 (membrane-bound ribosome) 附着核糖体,细胞质中的核糖体在合成蛋白质时有两种 可能的存在状态,7,18,蛋白质的两种运输方式 翻译后转运 (post-tran
4、slational translocation) 共翻译转运 (co-translational translocation),8,19,细胞质核糖体的蛋白质合成与去向,20,游离核糖体合成蛋白质的去向,21,前导肽与信号肽 前导肽(leading peptide) 导向序列(targeting sequence)、导向信号(targeting signal)、转运肽(transit peptide) 信号肽(signal peptide) 信号序列（signal sequence）,22,前导肽的结构特点 长约20-80个氨基酸，通常带正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸和赖氨酸)含量较为丰富;
5、 序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸，并且有形成两性(既亲水又疏水)螺旋的倾向。,6,23,具有细胞结构的特异性 前导肽的不同片段含有不同的信息,前导肽的特异性,24,双导向序列,25,前导肽转运蛋白时的特点,需要受体 从接触点进入 需要解折叠 需要消耗能量 需要转运肽酶 需要分子伴侣,26,如何证明前导肽引导蛋白质 进入线粒体?,27,实验设计 无细胞体系中合成酵母线粒体蛋白 一组直接加入胰蛋白酶处理 另一组加入线粒体后，再用胰蛋白酶处理,28,线粒体蛋白定位的实验,29,7.3.2 线粒体蛋白定位,线粒体基质蛋白定位 线粒体膜间隙蛋白的定位 线粒体内膜蛋白的定位 线粒体外膜蛋白的
6、定位,30,线粒体基质蛋白的转运,31,需要两个前导肽: 基质导向序列 膜间间隙导向序列 可分为两种方式: 保守性寻靶(conservative targeting) 非保守性寻靶(non-conservative targeting),线粒体膜间隙蛋白的定位,32,线粒体膜间隙蛋白的转运保守性寻靶,33,线粒体膜间隙蛋白的转运非保守性寻靶,34,线粒体膜间间隙蛋白寻靶新说,35,外膜蛋白与内膜蛋白的定位 只需要一个引导肽引导外膜与内膜蛋白穿膜。由于引导肽后有一段疏水的停止转移序列，所以会停止跨膜。 若停止转移序列与外膜转运酶结合，则为外膜蛋白；与内膜转运酶结合，则为内膜蛋白。,36,线粒体内
7、膜蛋白定位的三种途径,?,7.4 线粒体的功能:氧化磷酸化作用,7.4.1 真核细胞中的氧化作用,7.4.2 呼吸链与电子传递,7.4.3 电子传递与氧化磷酸化,6,糖的有氧氧化(细胞氧化或生物氧化): 糖氧化成丙酮酸 丙酮酸脱羧生成乙酰CoA 乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化,7.4.1 真核细胞中的氧化作用,葡萄糖酵解生成丙酮酸 细胞质中的葡萄糖(或糖原)在一 系列酶的催化下生成丙酮酸的过程成 为糖酵解(glycolysis)。,糖的酵解与氧化,线粒体基质中乙酰辅酶A的生成 丙酮酸跨膜进入线粒体基质； 在丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase) 作用下氧化成乙酰辅酶A。
8、,乙酰辅酶A的生成,生物需要能量时首先利用多糖; 必要时也会利用脂肪: 脂肪被水解生成脂肪酸; 脂肪酸能够进入线粒体基质，通过氧化途径(-oxidation pathway)循环氧化生成乙酰辅酶A。,氧化,三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle, TCA) 又叫Krebs循环、柠檬酸循环。,三羧酸循环,7.4.2 呼吸链与电子传递,线粒体能量转换策略 三羧酸循环中的能量转换-高能电子中蕴藏着巨大能量 NAD+ NADH 自由能增加 FAD+ FADH2 自由能增加 NADH和FADH2必须被氧化才能维持三羧酸循环 NADH + 1/2 O2 NAD+ + H2O + 能
9、量 FADH2 + 1/2 O2 FAD+ + H2O + 能量 NADH和FADH2被氧化时释放的H+、电子和能量如何安置?,几种辅酶的结构,呼吸链(respiratory chain) 又称电子传递链 功能是参与对还原型辅酶的氧化 H+的传递 电子传递,The Electron Transport Chain,Complex I NADH-dehydrogenase or NADH-ubiquinone(UQ) oxidoreductase Complex succinate-dehydrogenase or succinate-ubiquinone (UQ) oxidoreductase
10、 Coenzyme Q Complex cytochrome bc1 or ubiquinol(UQH2)-cytochrome c oxidoreductase Cytochrome c Complex cytochrome c oxidase,呼吸链的组成,p286,递电子体与递氢体 递电子体：复合物、辅酶Q和细胞色素c 递氢体：复合物（质子泵）、 （质子泵） 、（质子泵）和辅酶Q,53,细胞色素氧化酶的质子泵作用实验,Types of Electron Carriers 黄素蛋白(Flavoproteins) 细胞色素(Cytochromes) 铜原子(Copper atoms) 泛醌(
11、Ubiquinone) 铁硫蛋白(Iron-sulfur proteins),p286,泛醌的氧化与还原,56,Q 循 环,线粒体基质,细胞质基质,主次电子传递链,主呼吸链 复合物、和构成主呼吸链，从NADH来的电子依次经过这三个复合物, 进行传递。 次呼吸链 复合物、构成次呼吸链，来自FADH2的电子不经过。,7.4.3 电子传递与氧化磷酸化,Oxidative phosphorylation 活细胞中伴随着呼吸链的氧化作用所发生的能量转换和ATP的形成过程。,线粒体内膜电化学梯度的建立 电化学梯度（Electrochemical gradient ） 质子梯度 内膜两侧电位差 proton
12、-motive force(质子动势),质子动势的建立,FO-F1颗粒的结构和功能 酶活性:两种酶活性 ATP水解酶(hydrolase) ATP合成酶(synthetase) 故FO-F1颗粒又称为ATP合酶(ATP synthase)。,F1-FO 复合物是ATP合成部位,Structure of ATP synthase,结构 Head section:即F1，由5种多肽组成九聚体(33)，3个亚基各有1个催化ATP合成的位点。 Stalk section:由F1的亚基和亚基构成，亚基穿过头部作为头部旋转的轴。 Membrane section:即FO，由3种不同的亚基组成的十五聚体(1
13、a2b12c)。 c亚基: b亚基: a亚基:,The Mechanism of Oxidative Phosphorylation 英国生物化学家P.Mitchell 1961年提出了化学渗透假说(chemiosomotic coupling hypothesis)，解释氧化磷酸化的偶联机理。,9,化学渗透学说,292,66,结合改变模型（binding-change model）,ATP合酶合成ATP的机制,67,一层单位膜包裹的囊泡 与植物中的乙醛酸循环体(glyoxysome) 统称为微体(microbody) 直径0.11.0m 含有大量的氧化酶和过氧化氢酶 标志酶：过氧化氢酶,7.
14、6 过氧化物酶体(peroxisome),10,68,电镜下的过氧化物酶体,Crystalline core (always urate(尿酸盐) oxidase),69,7.6.1 过氧化物酶体的酶类,氧化酶(oxidases) 约占过氧化物酶体酶总量的一半 各种氧化酶作用于不同的底物 将氧还原成过氧化氢。 RH2 + O2 R + H2O2,70,过氧化氢酶(catalase) 是过氧化物酶体的标志酶 约占过氧化物酶体酶总量的40% 作用是将过氧化氢还原成水 2H2O2 O2 + 2H2O,71,7.6.2 基本功能,合成和降解H202 使毒性物质失活(解酒) 对氧浓度的调节作用 脂肪酸的氧化(20%-50%) 含氮物质的代谢,72,氧浓度对过氧化物酶体和线粒体呼吸作用的影响,73,7.6.3 过氧化物酶体生物发生,通过二裂法进行增殖; 所有的酶和蛋白都是在细胞质的游离核糖体 上合成，通过导肽运送而来； 脂类由内质网合成并通过磷脂交换蛋白输送； 酶蛋白的羧基端有一个三肽序列Ser-Lys-Leu (SKL)，起引导作用。,74,过氧化物酶体的增殖,75,过氧化物酶体生物发生,