生物学-第六章线粒体与细胞的能量转换

这是一篇关于生物学第六章线粒体与细胞的能量转换的思维导图，包含线拉体的基本特征、细胞呼吸与能量交换等。

第六章线粒体与细胞的能量转换

• 线粒体的基本特征
  • 形态、数量和结构
    • 呈线状、粒状或杆状。酸性膨胀，碱性粒状
    • 外膜是线粒体外层单位膜
      • 孔蛋白，外膜物质转运通道
      • 大物质需要外膜和内膜蛋白质转运体
    • 内膜表面附着许多颗粒
      • 通透性小，物质跨膜必须借助特异的膜转运蛋白或通透酶
      • 低通透性有助于建立线粒体内膜两侧的质子化学梯度的建立
      • 结构
        • 基质腔
        • 膜间腔
        • 嵴
        • 嵴间腔
        • 嵴内空间
      • 基粒（本质是ATP合酶）
        • 头部
          • 催化合成ATP
        • 柄部
        • 基片
    • 内外膜接触点¾转位接触点
      • 内膜转位子Tim
        • 通道蛋白
      • 外膜转位子Tom
        • 受体蛋白
    • 基质是氧化代谢的场所
      • 含有相关酶
      • 线粒体是人体细胞除细胞核外唯一含有DNA的细胞器
  • 化学组成
    • 蛋白质
      • 线粒体的主要组成成分
      • 种类
        • 可溶性蛋白
        • 不溶性蛋白
    • 磷脂
      • 以磷脂为主
      • 心磷脂
        • 内膜主要含量，内膜低物质通透性的关键
    • 外膜蛋白质与脂质比例为1∶1内膜蛋白质与脂质比例为4∶1
    • 标志酶
      • 外膜 ¾¾¾¾ 单胺氧化酶
      • 膜间腔 ¾¾¾¾ 腺苷酸激酶
      • 内膜 ¾¾¾¾ 细胞色素氧化酶
      • 基质 ¾¾¾¾ 苹果酸脱氢酶
  • 遗传体系
    • mtDNA
    • 半自主性细胞器
      • 外环重链，内环轻链
  • 功能
    • 氧化磷酸化
    • 摄取和释放Ca2+
    • 参与细胞死亡
• 细胞呼吸与能量交换
  • 在特定细胞器（主要是线粒体）内，在O2的参与下，分解各种大分子物质，产生CO2；与此同时，分解代谢所释放出的能量储存于 ATP中的过程，称为细胞呼吸，也称生物氧化 或细胞氧化
  • 特点
    • 本质上是在线粒体中进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应
    • 所产生的能量储存于 ATP的高能磷酸键中
    • 整个反应过程是分步进行的，能量也是逐步释放的
    • 反应是在恒温（37C)和恒压条件下进行的
    • 反应过程中需要H2O的参与
  • 过程
    • 糖酵解
      • 细胞质中，1葡萄糖→2丙酮酸
      • 从葡萄糖开始净生成2ATP，从糖原开始净生成3ATP
      • 底物水平磷酸化
      • NADH+H+通过特异性穿梭系统进入系统
      • 乙酰CoA生成
        • 氧气充足情况下，在线粒体基制中， 1丙酮酸→1乙酰CoA、1CO2和1NADH+H+
    • 三羧酸循环
      • 乙酰 CoA 首先和线粒体基质中含有 4 个碳原子的草酰乙酸缩合，二者以共价键连接，形成含有6个碳原子的柠檬酸
      • 通过7次连续的酶促反应及 2 次脱羧，在循环的末端又重新形成反应起始阶段的草酰乙酸
      • 一分子柠檬酸参与三羧酸循环，直至循环终末共生成10分子 ATP
      • 子主题1乙酰CoA+3NAD++FAD+ADP+Pi→2CO2+3NADH+1FADH2+ATP+2H++CoA-SH
      • 1乙酰CoA+3（NAD+）+FAD+ADP+Pi→ 2（CO2）+3NADH+1（FADH2）+ATP+2（H+）+CoA-SH
    • 氧化磷酸化
      • 氧化磷酸化的基础
        • 呼吸链（电子传递链）
          • 由一系列可逆地接受和释放电子或H+的化学物质组成，它们存在于线粒体内膜，形成相互关联、有序排列的脂蛋白复合物功能体系，也称为电子传递链呼吸链偶联线粒体的磷酸化过程
          • 电子传递体（只传递电子的酶或辅酶）
            • 细胞色素
            • 铁硫蛋白
            • 醌类
          • 递氢体（既传递电子又传递质子的酶或辅酶）
          • 四种复合物
            • 复合物I——NADH-CoQ还原酶复合体（NADH脱氢酶）
              • 化NADH将电子传递至CoQ，同时将质子由线粒体基质转移至膜间隙
            • 复合物Ⅱ——琥珀酸-CoQ还原酶复合体（琥珀酸脱氢酶)
              • 催化电子从琥珀酸转至CoQ
            • 复合物皿——CoQ-细胞色素c还原酶复合体（细胞色素还原酶）
              • 催化电子从CoQ传给细胞色素C，同时将质子由线粒体基质转移至膜间隙
            • 复合物IV——细胞色素c氧化酶复合体（细胞色素氧化酶)
              • 从细胞色素c接受的电子传给氧，同时转移质子至线粒体膜间腔
            • 复合物I、皿、IV都是质子泵，可将质子从线粒体基质转移到线粒体膜间隙，形成质子动力势
            • 承担电子的传递过程的部分酶促反应外，（细胞色素c除外）还以镶嵌的形式结合在线粒体膜脂类双分子中
          • 两条完整的呼吸链
            • NADH呼吸链，由复合物I、皿、IV构成，催化NADH的脱氢氧化
            • （FADH2）呼吸链，由复合物Ⅱ、皿、IV构成，催化琥珀酸的脱氢氧化
            • 任意两个复合物由辅酶Q和细胞色素c这样的可扩散性分子连接
          • 各组分排列有序，电子按氧化还原电位能从高到低传递，能量逐级释放
        • ATP合酶复合体催化ATP的合成
          • 基粒，也称复合物V，与ATP合成和水解都有关的双向酶复合物。广泛存在于叶绿体、异养菌、光合细菌类囊体膜或细胞膜上
          • 形态
            • 头部
              • 外观呈球状，突出于内膜（嵴）面向基质，容易从内膜 脱落，化学本质是具催化活性的外周蛋白，简称（F1）因子或（F1）-ATPase
            • 柄部
              • 外观为杆状，是连接（F0）和（F1）的结构，具有质子转运活性，化学本质是一种使（F1）对寡霉素敏感的蛋白质或称寡霉素敏感授予蛋白（OSCP），寡霉素与OSCP结合后，特异性阻断质子通道，抑制 ATP合成
            • 基片
              • A基片是嵌入线粒体内膜（嵴）的疏水性蛋白，简称（F0）或（F0）-ATPase
          • ATP合酶的F，因子由5种、9个亚基，即αgβ3v8E，具有3个ATP合成的催化位点（每个β亚基有1个） α和β是表现酶活性的主要部分，呈交替排列，形状如橘瓣
          • ε、V和c结合在一起形成“转子”，位于αgβ3的中央，调节3个β亚基催化位点的开放和关闭 ε 亚基有抑制酶水解 ATP及堵塞H+通道，减少H+泄漏的功能
          • （F0）因子由多亚基组成，形成一个跨膜的质子通道 （F0）因子的直径约为7.5nm，12 个c 亚基形成轮状结构，a亚基和b亚基位于c亚基的外侧 a 亚基中有质子通道，C亚基可被a亚基提供的质子电流驱动而旋转,即a亚基是唯一（H+）回流的通道
      • 电子传递时（H+）穿膜形成的电化学梯度
        • 化学渗透假说
          • 主要论点
            • 形成内膜内、外两侧的电化学质子梯度
            • 在梯度驱动下，线粒体膜间隙H+穿过内膜上的ATP合酶回 流到线粒体基质，促使 ATP合酶催化ADP与Pi合成ATP
          • 主要步骤
            • 线粒体内膜中的呼吸链可被视为质子泵
            • ATP合酶则构成了膜间隙中高浓度H+顺浓度梯度回流基质 的通道，并催化合成ATP
          • 特点
            • 强调线粒体膜结构的完整性与功能的统一
            • 强调线粒体的定向化学反应
      • 电化学梯度所包含的能量转换成ATP的化学能
        • 结合变构机制