细胞生物学第06篇 线粒体.ppt

线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两个不 同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性 ATP合酶可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成 ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙 2．能量耦联与ATP合酶的作用机制 几个假说 ?1953年 Edward Slater 化学耦联假说 ?1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说 ?1979年 Paul Boyer 结合变构假说 1978年获诺贝尔化学奖 1997年获诺贝尔化学奖 化学渗透假说原理示意图 4H+ 2H+ 2H+ 4H+ NADH+H+ 2H+ 2H+ 2H+ ADP+Pi ATP 高质子浓度 H2O 2e- + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 质子流 线粒体内膜 磷酸化 氧化 2．能量耦联与ATP合酶的作用机制 ◆化学渗透假说内容： 电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。 ◆支持化学渗透假说的实验证据该实验表明： ·质子动力势乃ATP合成的动力 ·膜应具有完整性 ·电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件 质子动力势的其他作用 ◆ 产热：冬眠动物与新生儿的Brown Fat Cell 线粒体产生大量热量 Boyer和Walker的工作 英国科学家Walker通过x光衍射获得高分辩率的牛心线粒体ATP酶晶体的三维结构， 证明在ATP酶合成ATP的催化循环中三个β亚基的确有不同构象， 从而有力地支持了Boyer的假说。 Boyer和Walker共同获得1997年诺贝尔化学奖。 美国科学家Boyer为解释ATP酶作用机理,提出结合变构假说，认为ATP合成酶β亚基有三种不同的构象，一种构象(L)有利于ADP和Pi结合，一种构象(T)可使结合的ADP和Pi合成ATP，第三种构象(O)使合成的ATP容易被释放出来。在ATP合成过程中，三个β亚基依次进行上述三种构象的交替变化，所需能量由跨膜H+提供。 ATPase的结合变构模型 ?? ? III ? ? IV II I 定子 转子 结合变构理论认为质子流通过Fo引起亚基III 寡聚体和?及?亚基一起转动,这种旋转配置? /?亚基之间的不对称的相互作用,引起催化位点性质的转变, ?亚基的中心? -螺旋被认为是转子,亚基I和II与?亚基组合在一起组成定子,它压住? /?异质六聚体. ATP酶作用机理 ADP+Pi Proten Flux H+ ATP +H2O ATP ADP+Pi Proten Flux 有于ADP与Pi结合的构象 有于ADP与Pi生成的构象 有利于ATP释放的构象 利用分子马达检测病原菌 利用分子马达检测病原菌原理 色素体δ-free F0F1-ATPase可作为一种新型的生物传感器去检测反应体系中的目的miRNA。首先将特异的miRNA探针连接到F0F1-ATPase的β亚基上。 δ-free F0F1-ATPase在光驱动下质子进行连续的改变，从而引发分子马达的旋转。连接在β亚基上的探针与miRNA反应，这个杂交反应会影响到分子马达的旋转，可以通过对分子马达进行标记即用pH-敏感型的CdTe原子团标记来检测其改变。总的反应体系可以通过荧光强度的变化来监测。由于探针的特异性及检测的灵敏性可以很容易的区分反应体系中的miRNA家族。 由于不同病原菌具有不同的特异性核苷酸序列，所以可将该方法用于病原菌的检测。具体的操作同上，只是探针换成了特异性引物，检测对象变成了特异性基因片段。该方法具有快速、灵敏、特异性强的特点，可作为快速检测方法研究的新的趋势，具有广阔的应用前景。 氧化磷酸化图解 四、线粒体与疾病 线粒体是细胞内最容易受损伤的细胞器，许多研究工作表明，线粒体与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关。 克山病是一种心肌线粒体病 线粒体释放细胞色素C参与细胞凋亡 线粒体ＤＮＡ上某一微小的差异与引发帕金森氏症等疾病的神经细胞死亡现象相关，这一差异还可能决定人能否长寿。 小 结 1、了解线粒体的形态与分布，电子载体的种类和排列顺序，线粒体与疾病。熟悉NAD+、 FMN、FAD、铁硫蛋白、泛醌和细胞色素的作用；。 2、掌握线粒体的结构、电子传递链、呼吸链复合体的概念； ATP合酶的结构及氧化磷酸化机制；NADH氧化呼吸链、琥珀酸氧化呼吸链及其排列顺序。 3．重点：线粒体的结构，呼吸链、