《细胞生物学》课程教学资源（PPT课件）第6章 线粒体和叶绿体

第6章线粒体和叶绿体 2m◆ inner membrane cristae outer membrane intermembrane space- matrix stroma thylakoid space DNA ribosomes thylakoid membrane- MITOCHONDRION CHLOROPLAST Figure 14-37 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)

第6章 线粒体和叶绿体 Figure 14-37 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

本章主要内容 ·线粒体与氧化磷酸化 ·叶绿体与光合作用 ·线粒体和叶绿体的半自主性及其起源

本章主要内容 • 线粒体与氧化磷酸化 • 叶绿体与光合作用 • 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源

第一节线粒体与氧化磷酸化 Outer mirochondrial membran (pormeablo to metabolites) c02 Intermembrane space Stage I Inner mitochondrial membrane Glucose 2 NAD+- Stage ll →GTP 2NADH个Y2ATP c02 2 Pyruvate Pyruvate →Acetyl CoA- Citricacid 2C0 +2C02 Fatty acid Transporter NAD'NADH NADH cycle ATP+ NAD+ HSCoA FADH AMP+ FADH, PP FAD Fatty acyl Transporter 3 NADH Mitochondriel matrix COA Stage lll Stage IV NADH NAD* ATP ATP Succinate ADP 2e+2H*+302→H20 一P NAD NAD' Fumarate H20 OH shuttle Electron transport chain FoF:complex Figure 12-8 Molecular Cell Biology,Sixth Edition C2008 W.H.Freeman and Company

第一节 线粒体与氧化磷酸化

线粒体的基本形态及动态特征 (一)线粒体的形态、分布及数目 ·呈颗粒或短线状 ·分布与细胞内的能量需求密切相关 ·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 mitochondria flagellar axoneme myofibril of contractile apparatus (A)CARDIAC MUSCLE (B)SPERM TAIL Figure 14-6 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)

一、线粒体的基本形态及动态特征 • 呈颗粒或短线状 • 分布与细胞内的能量需求密切相关 • 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 （一）线粒体的形态、分布及数目 Figure 14-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

(二)线粒体的融合与分裂 ，线粒体融合与分裂是线粒体形态调控的基本方式，也是 线粒体数目调控的基础 FISSION mitochondrial DNA FUSION

（二）线粒体的融合与分裂 • 线粒体融合与分 裂是线粒体形态调控的基本方式，也是 线粒体数目调控的基础

Possible relationship between mitochondrial fusion, fission,biogenesis and degradation. Fusion: increase in mitochondrial mass Biogenesis (synthesis) Mitochondrial fusion-fission Fused mitochondria cycle Fissioned mitochondria Fission: Mitophagy increase in (degradation) Joumal of mitochondrial number Cell Science cs.biologists.org Seo A Y et al.J Cell Sci 2010;123:2533-2542

Seo A Y et al. J Cell Sci 2010;123:2533-2542 Possible relationship between mitochondrial fusion, fission, biogenesis and degradation

(三) 线粒体融合与分裂的分子及细胞生物学基础 1.融合的分子生物学基础 。 果蝇调控线粒体融合基 因Fz0 GTPase 该基因编码一种GTPase,定 COOHT 位于线粒体外膜 Fzo 哺乳动物线粒体融合素 卷曲螺旋 (mitofusin) ·介导线粒体融合的基因编 线粒体外膜 码结构类似的大分子 8589 GTPase 膜间隙葱 onnn 线粒体内膜 84

（三）线粒体融合与分裂的分子及细胞生物学基础 • 果蝇调控线粒体融合 基 因Fzo 该基因编码一种GTPase，定 位于线粒体外膜 • 哺乳动物线粒体融合素 （mitofusin） • 介导线粒体融合的基因编 码结构类似的大分子 GTPase 1. 融合的分子生物学基础

2.分裂的分子生物学基础 线粒体分裂依赖特定的基因和蛋白质来调控 ·线粒体分裂需要发动蛋白(dynamin) dynamin类蛋白是一类大分子GTPase,需其他蛋白介导发 挥作用。 GTP一 GDP+Pi 发动蛋白 B 装配驱动的缢缩 GTP水解驱动的缢缩与切断

2. 分裂的分子生物学基础 • 线粒体分裂依赖特定的基因和蛋白质来调 控 • 线粒体分裂需要发动蛋白（dynamin） • dynamin 类蛋白是一类大分子GTPase，需其他蛋白介导发 挥作用

Mitochondrial fusion and fission molecules A Mfn Fusion Drp1 Fis1 ssion http://hmg.oxfordjoumals.org/content/14/suppl_2/R283/F2.expansion

Mitochondrial fusion and fission molecules http://hmg.oxfordjournals.org/content/14/suppl_2/R283/F2.expansion

3.线粒体融合与分裂的细胞生物学基础 线粒体分裂环(mitochondrial division ring) ·分裂的三个阶段：早期；中期；后期 -Dynamin patch -IM -OM -FtsZ ring MD ring -Dynamin ring Phase 1- Phase 2 Phase 3 Nishida K et al.PNAS 2003;100:2146-2151

3. 线粒体融合与分裂的细胞生物学基础 • 线粒体分裂环（mitochondrial division ring） • 分裂的三个阶段：早期；中期；后期 Nishida K et al. PNAS 2003;100:2146-2151