山东师范大学：《细胞生物学》课程教学资源（PPT课件）第七章 细胞的能量转换（线粒体和叶绿体）

第七章 细胞的能量转换── 线粒体和叶绿体

第七章 细胞的能量转换── 线粒体和叶绿体

线粒体与氧化磷酸化 叶绿体与光合作用 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 线粒体和叶绿体的增殖与起源

线粒体与氧化磷酸化 叶绿体与光合作用 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 线粒体和叶绿体的增殖与起源

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

一、线粒体的形态结构 线粒体的形态、大小、数量与分布 线粒体的超微结构 ◆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 表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体

一、线粒体的形态结构 线粒体的形态、大小、数量与分布 线粒体的超微结构 ◆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 表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体

执行氧化反应的电子传递链 ATP合成酶 线粒体内膜转运蛋白

执行氧化反应的电子传递链 ATP合成酶 线粒体内膜转运蛋白

二、线粒体的化学组成及酶的定位 线粒体组分分离方法 线粒体的化学组成 线粒体酶的定位

二、线粒体的化学组成及酶的定位 线粒体组分分离方法 线粒体的化学组成 线粒体酶的定位

线粒体的化学组成 蛋白质(线粒体干重的65～70％) 脂类(线粒体干重的25～30％)： ✓ 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）

线粒体的化学组成 蛋白质(线粒体干重的65～70％) 脂类(线粒体干重的25～30％)： ✓ 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）

三、氧化磷酸化 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。 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)的分子基础 氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说 (Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961) 质子动力势的其他作用 线粒体能量转换过程略图

三、氧化磷酸化 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。 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)的分子基础 氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说 (Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961) 质子动力势的其他作用 线粒体能量转换过程略图

氧化磷酸化的分子基础 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 氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能) 同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行 电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，组成 两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链 在电子传递过程中，有几点需要说明 ATP合成酶（ATP synthase）(磷酸化的分子基础)

氧化磷酸化的分子基础 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 氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能) 同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行 电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，组成 两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链 在电子传递过程中，有几点需要说明 ATP合成酶（ATP synthase）(磷酸化的分子基础)

电子传递链的四种复合物(哺乳类) 复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（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NADH氧化，从中获得2高能电子➔辅酶Q；泵出4 H+ 复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（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2低能电子➔FAD➔Fe-S➔辅酶Q(无H+泵出) 复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2➔cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，2个来自基质） 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

电子传递链的四种复合物(哺乳类) 复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（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NADH氧化，从中获得2高能电子➔辅酶Q；泵出4 H+ 复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（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2低能电子➔FAD➔Fe-S➔辅酶Q(无H+泵出) 复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2➔cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，2个来自基质） 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