线粒体

医学细胞生物学，第八章，线粒体

线粒体

• 线粒体的形态结构特征
  • 线粒体的形态、数量及分布与其功能状态有关
    • 线粒体的形态多样，其变化与细胞类型和所处的生理条件密切相关，大小也随着不同细胞类型而异
    • 生理活动旺盛的细胞线粒体数目较多，反之则少
    • 线粒体在细胞内的分布不均，一般聚集在细胞功能旺盛，需要能量供应的区域
  • 线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭膜性囊结构
    • 外膜
      • 全封闭的单位膜结构，化学组成多为结构蛋白和糖类，通透性高
    • 内膜
      • 外膜内侧包裹线粒体基质的一层单位膜结构，通透性极低
    • 膜间腔
      • 内外膜之间的腔隙
    • 基质
      • 线粒体内膜和嵴包围的空间，本质是一个复杂的生化反应环境
• 线粒体功能
  • 线粒体中含有多种参与能量代谢的酶系
    • 线粒体有120余种酶
    • 线粒体干重的主要成分是蛋白质，多数分布于内膜和基质
  • 线粒体是细胞有氧呼吸产生ATP的重要场所
    • 糖酵解
      • 一分子葡萄糖分解生成2分子丙酮酸、2分子NADH和2分子ATP
    • 乙酰辅酶A形成
    • 三羧酸循环
      • 各种有机物进行最后氧化的过程，也是各类有机物相互转化的枢纽
      • 中间产物可用来合成包括氨基酸，卟啉及嘧啶核苷酸在内的许多物质
    • 电子传递与氧化磷酸化
      • 高能电子沿线粒体内膜的电子传递链或呼吸链传递过程中释放能量，释放的能量在基粒中通过氧化磷酸化生成ATP
      • 电子传递链是电子传递的结构基础，基粒是ATP合成的场所
• 线粒体遗传体系
  • 线粒体有相对独立的遗传体系
    • 线粒体DNA（mtDNA）
      • 线粒体是人和动物细胞唯一含有DNA的细胞器
      • 不同种属线粒体DNA的大小、遗传密码，以及所编码的蛋白质的数量和特性均不相同
      • 人类线粒体基因组共有37个编码基因
      • 线粒体DNA的复制与核基因方式相同（即半保留复制）
    • 线粒体内蛋白质合成
      • 核基因编码的蛋白质
        • 在细胞质中合成后运输到线粒体
      • mtDNA编码在线粒体基质腔合成的蛋白质
  • 导肽介导核编码蛋白质向线粒体转运
    • 核编码蛋白向线粒体基质中的转运
      • 导肽引导核编码蛋白向线粒体基质中的转运
      • 前体蛋白在线粒体外保持去折叠状态
      • 多肽链穿越线粒体膜
      • 多肽链在线粒体基质内重新折叠
    • 核编码蛋白向线粒体其他部位的转运
      • 蛋白质向线粒体膜间腔的转运
      • 蛋白质向线粒体外膜和内膜的转运
• 线粒体起源与增殖
  • 线粒体起源的假说
    • 内共生学说
    • 非内共生学说
  • 线粒体通过分裂方式增殖
    • 出芽分裂增殖（藓类植物及酵母细胞中）
    • 收缩后分离增殖（蕨类植物和酵母细胞中）
    • 间壁分离增殖（哺乳动物和植物分生组织细胞中）
  • mtDNA随机、不均等地被分配到新的线粒体中
  • 线粒体融合是由一系列相关蛋白介导的过程
• 线粒体与医学
  • 线粒体与疾病诊断
    • 线粒体与肿瘤
      • 线粒体及线粒体内嵴的数量减少
    • 线粒体对代谢变化的反应
      • 结构和功能的不可逆性病变
    • 线粒体对射线和微波照射的反应
      • 超微结构异常
    • 药物和毒物对线粒体的作用
      • 畸形巨线粒体
  • mtDNA突变与疾病
    • Leber遗传性视神经病
  • 线粒体疾病的治疗
    • 线粒体某些组分具有治疗作用