细胞生物学-第6章-细胞的能量转换──线粒体和叶绿体PPT课件下载推荐.ppt
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可向细胞功能旺盛的区域迁移,微管是其导轨、马达蛋白提供动力。
2、线粒体的分布Figure7-4Relationshipbetweenmitochondriaandmicrotubules.鞭毛轴丝肌原纤维线粒体的数目呈动态变化并接受调控;
与细胞类型相关,随着细胞分化而变化AnTEMAnTEMimageofmitochondrionimageofmitochondrionFigure7-3Mitochondrialplasticity.Rapidchangesofshapeareobservedwhenamitochondrionisvisualizedinalivingcell.融合与分裂的动态变化之中融合与分裂的动态变化之中线粒体融合与分裂是线粒体线粒体融合与分裂是线粒体形态调控的基本方式形态调控的基本方式,也是线粒体也是线粒体数目调控的基础数目调控的基础Schematicviewofmitochondrion
(二)线粒体的超微结构
(二)线粒体的超微结构线粒体由内外两层膜封闭,包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔。
A、B扫描电镜照片:
示线粒体内部结构二、线粒体的超微结构二、线粒体的超微结构外膜通透性很高;
孔蛋白;
标志酶是单胺氧化酶内膜不透性;
嵴;
ATP合酶;
标志酶是细胞色素氧化酶;
氧化磷酸化的关键场所膜间隙标志酶是腺苷酸激酶线粒体基质催化线粒体重要生化反应;
标志酶是苹果酸脱氢酶;
含DNA、RNA、核糖体及转录、翻译必需重要分子11、外膜、外膜(outmembrane)(outmembrane)l含40%的脂类和60%的蛋白,具有porin构成的亲水通道,允许分子量5KD的分子通过,1KD的分子可自由通过。
标志酶为单胺氧化酶。
22、内膜、内膜(innermembraneinnermembrane)l含100种以上的多肽,蛋白质和脂类的比例高于3:
1。
心磷脂含量高达20%、缺乏胆固醇,类似于细菌质膜。
标志酶为细胞色素C氧化酶。
氧化磷酸化的电子传递链位于内膜。
l通透性很低,仅允许不带电荷的小分子物质通过。
大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。
如:
丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度协同运输。
l内膜向线粒体内室褶入形成嵴(cristae),能扩大内膜表面积达510倍,嵴有两种:
板层状、管状。
但多呈板层状。
l嵴上覆有基粒。
基粒由头部(F1偶联因子)和基部(F0偶联因子)构成,F0嵌入线粒体内膜。
孔蛋白孔蛋白孔蛋白孔蛋白肽聚糖33、膜间隙、膜间隙(intermembranespace)(intermembranespace):
l是内外膜之间的腔隙,宽约6-8nm。
标志酶为腺苷酸激酶。
44、基质(、基质(matrixmatrix)l为内膜和嵴包围的空间。
除糖酵解在细胞质中进行外,其他的生物氧化过程都在线粒体中进行。
催化三羧酸循环,脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类均位于基质中,其标志酶为苹果酸脱氢酶。
l基质具有一套完整的转录和翻译体系。
包括线粒体DNA(mtDNA),70S型核糖体,tRNAs、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。
l基质中还含有纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质,内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等离子蛋白质(线粒体干重的6570)脂类(线粒体干重的2530):
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)二、线粒体的化学组成及酶的定位二、线粒体的化学组成及酶的定位三、线粒体的功能线粒体主要功能是进行氧化磷酸化,合成ATP,为细胞生命活动提供直接能量;
与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。
(一)氧化磷酸化的分子基础l动物细胞中80%的ATP来源于线粒体,糖、脂肪和氨基酸彻底氧化,电子经过一系列的传递,传至氧分子,逐级释放能量,合成ATP。
l氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程,即有机分子中储藏的能量高能电子质子动力势ATP。
l氧化(电子传递,消耗氧)与磷酸化(ADP+Pi)是同时进行,密切偶连在一起的,但却由两个不同的结构体系执行。
11、电子传递链、电子传递链是指在线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。
主要是氧化磷酸化有关的脂蛋白复合物,能可逆地接受和释放电子或H+。
(11)呼吸链电子载体)呼吸链电子载体主要有:
黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、辅酶Q等。
NAD:
即烟酰胺嘌呤二核苷酸,连接三羧酸循环和呼吸链,将代谢过程中脱下来的氢交给黄素蛋白。
黄素蛋白:
含FMN或FAD的蛋白,可接受2个电子2个质子。
黄素相关的脱氢酶类有:
-以FMN为辅基的NADH脱氢酶。
-以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。
(2)呼吸链的复合物l呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列。
(2)呼吸链的复合物l利用脱氧胆酸(deoxycholate,一种离子型去污剂)处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物。
辅酶Q和细胞色素C不属于任何一种复合物。
辅酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的C侧,属于膜的外周蛋白。
l组成:
42条肽链,呈L型,含一个FMN和至少6个铁硫蛋白,分子量约1MD,以二聚体形式存在。
l作用:
催化NADH的2个电子传递至辅酶Q,同时将4个质子由线粒体基质(M侧)转移至膜间隙(C侧)。
l电子传递的方向:
NADHFMNFe-SQl总的反应结果:
NADH+5H+M+QNAD+QH2+4H+C复合物I:
NADH脱氢酶l组成:
至少由4条肽链,含有1个FAD,2个铁硫蛋白,1个细胞色素b。
催化琥珀酸的低能电子至辅酶Q,但不跨膜转移质子。
电子传递的方向为:
琥珀酸FADFe-SQ。
反应结果为:
琥珀酸+Q延胡索酸+QH2复合物II:
琥珀酸脱氢酶复合物复合物IIIIII:
细胞色素:
细胞色素cc还原酶。
还原酶。
ll组成:
组成:
至少至少1111条不同肽链,以二聚体形式存在,条不同肽链,以二聚体形式存在,每个单体包含两个细胞色素每个单体包含两个细胞色素bb(b566b566、b562b562)、)、一个铁硫蛋白和一个细胞色素一个铁硫蛋白和一个细胞色素cc11。
ll作用:
作用:
催化电子从辅酶催化电子从辅酶QQ传给细胞色素传给细胞色素cc,每转移,每转移一对电子,同时将一对电子,同时将44个质子由线粒体基质泵至膜间个质子由线粒体基质泵至膜间隙。
隙。
ll22还原态还原态cytc1+QHcytc1+QH22+2H+2H+MM22氧化态氧化态cytc1+cytc1+Q+4HQ+4H+CCl组成:
为二聚体,每个单体含至少13条肽链,分为三个亚单位。
将从细胞色素c接受的电子传给氧,每转移一对电子,在基质侧消耗2个质子,同时转移2个质子至膜间隙。
lcytcCuAhemeaa3-CuBO2l4还原态cytc+8H+M+O24氧化态cytc+4H+C+2H2O复合物IV:
细胞色素c氧化酶A.Molecularbasisofoxidation:
Electron-transportchainA.Molecularbasisofoxidation:
Electron-transportchain(33)电子传递过程中,需要说明的几点:
)电子传递过程中,需要说明的几点:
四种类型电子载体:
黄素蛋白、细胞色素(血红素基团Fe)、Fe-S中心、辅酶Q。
前三种与蛋白质结合,辅酶Q为脂溶性醌。
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。
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)高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基质泵到膜间隙,形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化)电子传递链各组分在膜上不对称分布由复合物I、III、IV组成主要的呼吸链,催化NADH的脱氢氧化。
由复合物II、III、IV组成,催化琥珀酸的脱氢氧化。
对应于每个复合物,大约需要3个复合物,7个复合物,任何两个复合物之间没有稳定的连接结构,而是由辅酶Q和细胞色素C这样的可扩散性分子连接。
呼吸链组分及ATP酶在线粒体内膜上呈不对称分布,如细胞色素C位于线粒体内膜的C侧(向细胞质的一侧),而ATP酶位于内膜的M侧(向线粒体基质的一侧)。
(44)两条主要的呼吸链两条主要的呼吸链图图7-117-11两条主要的呼吸链(引自两条主要的呼吸链(引自LodishLodish等等19991999)TransportofelectronsfromNADHTransportofelectronsfromFADH2l状如蘑菇,属于F型质子泵。
l分为突出于膜外的F1头部和嵌入膜中的F0基部。
lF1由5种多肽组成33复合体,具有三个ATP合成的催化位点(每个亚基具有一个)。
亚基有水解酶活性。
和单位交替排列,状如桔瓣。
贯穿复合体(相当于发电机的转子),并与F0接触,(艾普西龙)帮助与F0结合。
(代尔塔)与F0的两个b亚基形成固定复合体的结构(相当于发电机的定子)。
lF0由三种多肽组成ab2c12复合体,嵌入内膜,12个c亚基组成一个环形结构,具有质子通道。
l工作特点:
可逆性复合酶,即能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP,又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。
2、ATP合酶的分子结构与组成
(1)ATP合酶(ATPsynthase)F1particleisthecatalyticsubunit;
TheF0particleattachestoF1andisembeddedintheinnermembrane.F1:
5subunitsintheratio3:
3:
1FF0:
0:
1a1a:
2b2b:
12c12cvThestructureoftheATPsynthaseThestructureoftheATPsynthaseF1F0vTheATPsynthaseisareversiblecouplingdeviceTheATPsynthaseisareversiblecouplingdevice
(二)氧化磷酸化的偶联机制1、化学渗
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- 细胞生物学 细胞 能量 转换 线粒体 叶绿体
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