心智圖資源庫 第六章 粒線體與細胞的能量轉換
這是一篇關於粒線體心智圖,包含粒線體的基本特徵、粒線體與疾病、細胞呼吸與能量轉換等。
編輯於2024-01-19 01:36:40Microbiologia medica, Infezioni batteriche e immunità riassume e organizza i punti di conoscenza per aiutare gli studenti a comprendere e ricordare. Studia in modo più efficiente!
La teoria cinetica dei gas rivela la natura microscopica dei fenomeni termici macroscopici e le leggi dei gas trovando la relazione tra quantità macroscopiche e quantità microscopiche. Dal punto di vista del movimento molecolare, vengono utilizzati metodi statistici per studiare le proprietà macroscopiche e modificare i modelli di movimento termico delle molecole di gas.
Este é um mapa mental sobre uma breve história do tempo. "Uma Breve História do Tempo" é um trabalho científico popular com influência de longo alcance. Ele não apenas introduz os conceitos básicos da cosmologia e da relatividade, mas também discute os buracos negros e a expansão. Do universo. questões científicas de ponta, como inflação e teoria das cordas.
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第六章 粒線體與細胞的能量轉換
第一節 粒線體的基本特徵
一、粒線體的形態、數量和結構
(一)粒線體的形態、數量
形態:光鏡下呈線狀、粒狀或桿狀等
數量:①因細胞種類而不同②最少的只含1個粒線體,最多的達50萬個。 ③代謝旺盛時,粒線體數量較多,反之粒線體的數量較少。 ④精細胞約25個,腎臟細胞約400個,肝細胞約1,300個粒線體,成熟的紅血球多無粒線體。
(二)粒線體的超微結構
電鏡下,粒線體是由雙層單位膜套疊而成的封閉性膜囊結構。
1.外膜 (outermembrane)
位置:粒線體最外層的一層單位膜,厚度約5~7nm。
組成:約50%為脂類,約50%為蛋白質。
特性:①包括多種轉運蛋白,②形成較大的水相通道跨越脂質雙層,使外膜出現直徑2~3nm的小孔,允許通過分子量在10 000 Da以下的物質,包括一些小分子多肽。
2.內膜 (innermembrane)
位置:位於粒線體外膜內側,平均厚4.5nm
組成:20%是脂類,80%是蛋白質。
特性:通透性小,分子量大於150的物質不能通過。選擇通透性高,膜上的轉運蛋白控制內、外腔的物質交換,以確保活性物質的代謝。
3.轉位接觸點 (translocation contactsite)
在粒線體的內、外膜上存在的一些內膜與外膜相互接觸的地方,此處膜間隙變狹窄,稱為轉位接觸點。
功能:蛋白質等物質進出粒線體的通道
4.基質 (matrix)
成分:①酶類(催化三羚酸循環、脂肪酸氧化、胺基酸分解、蛋白質合成等)
獨立的遺傳體系
②雙股環狀DNA(粒線體特有)
③核醣體
5.基粒 (elementaryparticle)
內膜(包括峭)的內表面附著許多突出於內腔的顆粒,每個粒線體大約有104~105個。
頭部具有酵素活性,能催化ADP磷酸化生成ATP,
又稱ATP合成酶複合體(ATP synthase complex),也稱為FoFiATP合成酶。
二、粒線體的化學組成
1.蛋白質:是粒線體的主要成分,約佔65%~70%,多分佈於內膜和基質。
2.脂類:佔粒線體乾重的25%~30%,大部分是磷脂質。
3.其他:含DNA和完整的遺傳系統,多種輔酶(如CoQ、FMN、FAD和NAD 等)、維生素和各類無機離子。
三、粒線體的遺傳體系(了解)
(一)粒線體DNA
1.存在部位:粒線體的基質內或依附於粒線體內膜。
2.數量:一個粒線體內往往有1至數個mtDNA分子,平均為5~10個。
3.基因組結構:
①形態
②長度16568bp
③無組蛋白
④H鏈,L鏈
⑤無內含子
⑥複製、轉錄
⑦密碼子
4.編碼產物:少。粒線體的tRNA、rRNA及一些粒線體蛋白質。
(二)粒線體的複製(了解)
mtDNA複製類似原核細胞,D環複製
輕鏈的複製要晚於重鏈
重鏈的合成方向是順時針的輕鏈的合成方向是逆時針的
複製不受細胞週期的影響,可以越過細胞週期的靜止期或間期,甚至分佈在整個細胞週期中。
子主題
四、粒線體核編碼蛋白質的轉運
(一)核編碼蛋白向粒線體基質中的轉運
1.核編碼蛋白進入粒線體時需要訊號序列輸
2.前驅蛋白在粒線體內保持非摺疊狀態
3.分子運動產生的動力協助多肽鏈穿過粒線體膜
4.多肽鏈需要在粒線體基質內重新折疊才形成有活性的蛋白質
(二)核編碼蛋白向粒線體其他部位的轉運
五、粒線體的起源
目前普遍接受假說,內共生學說,認為粒線體可能起源於某種早期細菌,它最初與古老厭氧真核細胞共生,最終成為真核細胞的一部分。
六、粒線體的融合與分裂
(一)粒線體透過分裂進行增殖
(二)mtDNA隨機地、不均等的被分配到新的粒線體中
在有絲分裂和減數分裂時,新合成的 mtDNA分子隨機分配到子代線粒體,子代線粒體隨機分佈到子細胞中,因此,子細胞就擁有不同比例的突變型mtDNA分子
(三)粒線體的融合有利於促進粒線體的相互協作
七、粒線體的功能
1.氧化磷酸化:營養物質在粒線體內氧化並與磷酸化耦聯生成ATP是粒線體的主要功能。
2.攝取與釋放Ca2 :粒線體和內質網一起共同調節胞質中的Ca2 濃度
3.參與細胞死亡:在某些情況下,粒線體是細胞死亡的啟動環節;而在其他情況下,粒線體則只是細胞死亡的「路徑」。
第二節 細胞呼吸與能量轉換
引入
1分子葡萄糖直接、完全燃燒釋放能量約2804kJ/mol,遠大於任何載體分子所能捕獲的能量。 1分子ATP的能量約 31kJ/mol
遞氫體NAD 和NADH的循環
遞氫體FAD和FADH的循環
細胞氧化/生物氧化/細胞呼吸
細胞氧化(cellular oxidation):細胞在O,的參與下,分解各種大分子物質,產生COz,釋放出的能量儲存於ATP中的過程,也稱為生物氧化(biological oxidation)。類似人類呼吸,又稱細胞呼吸(cellular respiration)
在細胞氧化物質的同時,進行ADP的磷酸化反應,所以又稱為氧化磷酸化。
細胞氧化的基本過程
一、糖解作用
葡萄糖在細胞質中降解生成丙酮酸
發生部位:細胞質
淨生成2 ATP,2 NADH
有氧條件下最終進入粒線體進行氧化
無氧條件下發酵產能
發酵使ATP在無氧條件下產生,同時NAD 再生
二、乙醯輔酶A生成
丙酮酸進入粒線體,在粒線體基質中分解生成乙醯CoA
發生部位:粒線體基質
生成1 NADH
三、三羚酸(TCA)循環
乙醯CoA經過三酸循環,使其C全部氧化成CO2
產生
3 NADH
1 FADH2
1 ATP(GTP)
發生部位:粒線體基質
粒線體內膜通透性小,分子量大於150的物質無法通過。
四、氧化磷酸化耦聯ATP形成
糖解作用、乙醯輔酶A和三羚酸循環產生的H包含H 和e-
其中H 被NADH和FADH,捕獲,透過呼吸鏈輔酶,泵入粒線體膜間腔,
e-由呼吸鏈順序傳遞,傳遞過程中產生自由能差,被輔酶作為泵的能量,
它們最後把O2還原成H2O,同時由基粒合成大量ATP。
發生部位:粒線體內膜、基粒
H 梯度怎麼形成?
H 梯度有什麼作用?
五、呼吸鏈/電子傳遞鏈
呼吸鍊是一系列能夠可逆地接受和釋放H 和e-的酵素體系,它們在粒線體內膜上有序排列成鏈狀,所以稱為呼吸鏈。又因為它們能進行H 和e-的傳遞,所以又稱為電子傳遞鏈。
1 呼吸鏈
2 從「自由能差」思考,細胞為什麼要進行多次傳遞?
3 化學滲透假說 (chemiosmotic coupling hypothesis
化學滲透假說認為氧化磷酸化偶聯的基本原理是:電子傳遞中的自由能差造成H 穿膜傳遞,轉變為橫跨粒線體內膜的電化學質子梯度。質子順梯度回流並釋放出能量,驅動結合在內膜上的ATP合成酶,催化ADP磷酸化合成ATP。
4 基粒
又稱ATP合成酶,形狀如蘑菇,屬於F型質子泵
球形的F1(頭部)
嵌入膜中的F0(基部)
5 ATP合成酶的工作機制:結合變構
第三節 粒線體與疾病
一、疾病過程中的粒線體變化
粒線體對外在環境因素的變化很敏感,一些環境因素的影響可直接造成粒線體功能的異常。
隨著年齡的增長,粒線體的氧化磷酸化能力下降
二、mtDNA突變與疾病
以粒線體結構和功能缺陷為主要疾病原因的疾病常稱為粒線體疾病。
粒線體疾病主要影響神經、肌肉系統。
三、粒線體融合和分裂異常相關的疾病
四、粒線體疾病的治療
總結
子主題