医学第七章 线粒体

这是一篇关于第七章 线粒体的思维导图，包含形态、 数目、 分布、动态变化特征、结构、功能、线粒体疾病的特点等。

线粒体

• 形态
  • 光镜下可见，多呈线状、粒状、杆状等；随着细胞种类和生理状态不同，大小和 形态会发生很大变化，可呈环形、哑铃形或其他形状。
  • 动态结构，在活细胞中具运动特性，形态可快速改变
• 数目
  • 在不同类型的细胞中，线粒体数目相差很大，一般数百到数千个。
  • 通常，在生理功能旺盛的细胞中，其线粒体数量较多。
• 分布
  • 分布：在多数细胞中，均匀分布在整个细胞质中；但在某些细胞中，分布不均一。
  • 分布规律：与能量需求相关能量需求越集中的区域，其分布越密集； 反之，其分布越稀疏。
• 动态变化特征
  • 当融合和分裂平衡时，线粒体的数目和体积大小基本不变
  • 当融合>分裂时，线粒体数目减少，体积变大
  • 当融合<分裂时，线粒体数目增多，体积变小，又称做线粒体的片段化
• 结构
  • 外膜(outer membrane)-通透性高
    • 光滑平整的封闭囊状
    • 脂类与蛋白质比例：1:1
    • 含少量酶蛋白
    • 富含转运蛋白（孔蛋白Porin）,通透性较高
    • 标志酶：单胺氧化酶（MAO）
  • 内膜 (inner membrane)-高度不通透，形成嵴
    • 蛋白与脂类的比例大于3:1
    • 含大量心磷脂和极低胆固醇
    • 高度特化，通透性极低,严格控制分子离子通过
    • 标志酶：细胞色素c氧化酶
    • 折叠成嵴(cristae),提高合成ATP能力
    • 镶嵌排列呼吸链(respiratory chain)组分
    • 内表面排列着带柄的球状小体——基粒(elementary particle）
    • 嵴（cristae）
      • 显著扩大内膜表面积
      • 高等动物细胞内，两种主要类型：
        • ① 板层状
        • ② 管状或分枝管状
    • 呼吸链 (respiratory chain)
      • 指线粒体内膜上一系列氢载体(hydrogen transfer)和递电子体(electron transfer) 有序地排列成相互关联的链状，具有传递电子和质子的作用,也称电子传递链（electron-transport chain）。
      • 递电子体：只传递电子的酶和辅酶（复合体II）
      • 递氢体：既传递电子又传递质子的酶和辅酶（复合体I，III，IV）
    • 基粒 (elementary particle)
      • 将呼吸链电子传递过程中释放的能量用于使ADP磷酸化生成ATP的关键结构。
  • 两个腔室
    • 膜间腔(intermembrane space）
      • 转位接触点：内外膜相互接触的地方，膜间腔变窄，主要由特异受体和通道蛋白构成的蛋白质等进出线粒体的通道。
      • 标志酶：腺苷酸激酶
    • 基质腔(Matrix space)
      • 基质（Matrix）
        • 酶类
        • 具有一套完整的转录和翻译体系：mtDNA,70S型核糖体，rRNA，tRNAs，DNA聚合酶，氨基酸活化酶等。
        • 基质颗粒，内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等离子。
        • 标志酶：苹果酸脱氢
• 功能
  • 细胞呼吸
    • 线粒体内,在O2的参与下，胞内糖类、 脂肪和蛋白质等有机物彻底氧化分 解，产生CO2和H2O，并伴随能量释放 和ATP生成的过程，又称细胞氧化 (cellular oxidation)或生物氧化（biological oxidation)。
    • 过程
      • 1.糖酵解(细胞质基质)
        • 葡萄糖分解生成丙酮酸
      • 2.乙酰辅酶A形成(线粒体基质)
        • 丙酮酸氧化脱羧，生成乙酰辅酶A
      • 3.三羧酸循环(线粒体基质)
      • 4.电子传递和氧化磷酸化（线粒体内膜）
        • 呼吸链(respiratory chain，电子传递链)
          • 呼吸链的组成
            • • 复合体Ⅰ：NADH脱氢酶
            • • 复合体Ⅱ：琥珀酸脱氢酶
            • • 复合体Ⅲ：细胞色素c氧化还原酶复合体
            • • 复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶复合体
            • • 辅酶Q （泛醌）
            • • 细胞色素c
          • 两条主要的呼吸链
            • 复合物I、III、IV组成主要的呼吸链
              • • 催化NADH的脱氢氧化
              • • 处于主导地位
            • 复合物II、III、IV组成另一条呼吸链
              • • 催化FADH2的脱氢氧化
              • • 占次要地位
          • 连接方式
          • 电子载体
            • 接收和释放电子的分子或原子，包括黄素蛋白，细胞色素，泛醌（辅酶Q），铁硫蛋白，铜原子
        • 基粒 (elementary particle)
          • 由多种亚基构成的复合体
          • 其化学本质是F0F1ATP合成酶
          • 分为
            • ① 球形的F1（头部）
              • • 又称耦联因子F1
              • • 催化ATP合成
              • • 由5种多肽组成α3β3γδε复合体
              • • β亚基具有ATP合成的催化位点
            • ② 嵌入内膜的F0（基部）
              • • 又称耦联因子F0
              • • 由3种亚基组成a1b2c12复合体
              • • 具有质子通道的作用
    • ATP的含义及作用
      • ATP
        • 三磷酸腺苷，细胞的能量货币
        • 细胞生命活动时直接的能量利用形式
      • ATP的作用
        • 是细胞生命活动的直接供能者
        • 是细胞能量转换的中间携带者，即“能量货币”
        • 是细胞的能量获得、转换、储存和利用的枢纽
      • ATP合成的2条主要途径
        • 氧化磷酸化
          • 高能电子在线粒体内膜呼吸链的电子传递中释 放出的能量被线粒体内膜和嵴上的基粒用来催 化ADP磷酸化而合成ATP的过程。
          • 合成ATP的主要形式，占比80%以上。
        • 底物水平磷酸化
          • 由高能底物水解放能，直接将ADP磷酸化生成ATP
          • 产生的能量较少，占比10%-20%。
    • 基本过程
• 半自主性细胞器
  • 自主性
    • 具有mtDNA：双链，环状，裸露，不与组蛋白结合，分散在基质中
    • 具有蛋白质合成系统：包括mtmRNA、mttRNA、mtrRNA、核糖体。
  • 非自主性
    • mtDNA信息量小，仅编码5~10%的蛋白质，其余的蛋白质由核基因编码。
    • 线粒体遗传系统受控于核遗传系统
• 线粒体疾病的特点
  • 高突变率
    • 线粒体 DNA突变率比细胞核DNA突变率高10～20倍
    • 内在原因
      • 1.mtDNA裸露；
      • 2.大量氧自由基造成mtDNA损伤；
      • 3.基因排列紧密，不含内含子；
      • 4.缺乏DNA损伤修复系统
  • 多质性
    • 1个细胞中往往有成百上千个线粒体，如果这些mtDNA分子都一致,称为同质性
    • 当mtDNA发生突变时，就会导致一个细胞内同时存在野生型和突变型两种mtDNA,称为异质性
  • 母系遗传
  • 阈值效应
    • 每个细胞的mtDNA有多种拷贝，而一个线粒体编码基因的表现型依赖于一个细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例。
    • 当突变型mtDNA达到一定阈值时,才足以引起某器官或组织的功能异常,患者才表现出病理特征。
• mitochondria