线粒体与细胞的能量转换

《细胞生物学》线粒体与细胞能量交换知识梳理，内容包括：线粒体的基本特征、细胞呼吸和能量装换、线粒体与疾病。

线粒体与细胞的能量转换

• 线粒体的基本特征
  • 形态、数量
  • 超微结构
    • 外膜
      • 成分
        • 1/2脂类，1/2蛋白质
      • 通透性
        • 允许分子量为1000以下的物质通过，包括小分子肽
    • 内膜
      • 成分
        • 20%脂类，80%蛋白质
      • 结构
        • 膜间腔/外腔
        • 基质腔/内腔
        • 嵴
        • 嵴间腔
        • 嵴内空间
      • 通透性
        • 小，分子量大于150的物质不能通过
    • 转位接触点
      • 内膜转位子Tim
      • 外膜转位子Tom
    • 基质
      • 酶类
      • 双链环状DNA（线粒体特有）
      • 核糖体
      • 独立的遗传体系
    • 基粒（ATP合酶复合体）
      • 头部F1
        • 由五种亚基组成
      • 柄部
      • 基片F0
        • 由四种主要亚基组成
  • 化学组成
    • 蛋白质
      • 65%-70%
      • 各结构的标志酶
        • 内膜
        • 外膜
        • 基质
        • 膜间腔
    • 脂类
      • 25%-30%
    • 其他
  • 遗传体系
    • 线粒体DNA
      • 编码蛋白质的基因仅13个，均以ATG为起始密码
    • 线粒体基因的转录
      • 转录
      • mRNA的合成
        • 起始密码为AUG（或AUA），终止密码为UAA
      • 蛋白质的翻译
        • UGA
          • 在核基因中是终止密码子，在线粒体基因中编码色氨酸
        • AGG/AGA
          • 在核基因中编码精氨酸，在哺乳动物线粒体基因组是终止密码子
    • 线粒体DNA的复制
      • 重、轻链分别复制
      • 轻链晚于重链
      • 重顺轻逆
      • 不受细胞周期的影响
    • 线粒体核编码蛋白的转运
      • 向线粒体基质中的转运
        • 条件
          • 基质导入序列
          • 与分子伴侣结合
            • 保持前体蛋白在线粒体外的非折叠状态
            • NAC、Hsp70
        • 过程
          • 前体蛋白与受体结合，分子布朗运动提供动力
          • mthsp70结合前导肽链，防止退回
          • 线粒体内膜蛋白MPP切除基质导入序列，分子伴侣协助折叠
      • 向线粒体其他部位（内膜、外膜、膜间腔）的转运
        • 第二类信号序列
  • 起源
  • 融合与分裂
    • 分裂
      • 方式
        • 出芽
        • 收缩
        • 间壁
      • 介导蛋白
        • Dnm1/DRP1，Fis1/FIS1，MFF
      • 特点
        • 不绝对均等，mtDNA随机分配
        • 受细胞分裂影响
    • 融合
      • 介导蛋白
        • 外膜
          • FZO1/Mfns
        • 内膜
          • Mgm1/OPA1
  • 功能
    • 营养物质在线粒体内氧化并与磷酸化耦连生成ATP
    • 摄取和释放Ca+
    • 参与细胞死亡
    • 产热
• 细胞呼吸和能量转换
  • 概念
  • 特点
  • 能量货币ATP
  • 能量来源
    • 糖、脂肪、氨基酸等物质的氧化
  • 生成ATP的过程
    • 糖酵解
      • 葡糖糖在细胞质中经糖酵解途径分解成丙酮酸
      • NADH和H+通过穿梭机制进入线粒体
      • 丙酮酸在线粒体基质中氧化脱羧形成乙酰COA
    • 三羧酸循环（TCA）
      • 线粒体基质
      • 乙酰COA与草酰乙酸结合形成柠檬酸
      • 一系列代谢反应
      • 乙酰基被氧化，草酰乙酸再生
    • 氧化磷酸化/氧化磷酸化耦连
      • 呼吸链
      • ATP合酶复合体
      • NADH，2.5ATP；FADH2,1.5ATP
      • 耦连机制-化学渗透假说
        • 电子传递时H+穿膜形成电化学梯度
      • 结合变构机制
        • ATP的合成被旋转催化
• 线粒体与疾病
  • 疾病过程中线粒体的变化
    • 对外界环境因素的变化敏感
    • 随年龄增长，氧化磷酸化能力下降
  • mtDNA突变与疾病
    • 裸露，易发生突变且很少能修复
  • 线粒体融合与分裂异常