线粒体的分布

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【优秀范文】线粒体的分布

范文一:线粒体(2)

习题使用说明

“A”表示题目难易程度,“一”表示所属章节,“1”为题目序号

对应教学大纲的掌握、熟悉、了解三种程度的教学和学习要求,题目按难易

程度、不同学制专业等分为三个等级:A.容易,考核大纲要求掌握的基本概念和

基本理论,适用于不同学制和各个专业的学生。B.中等,考核大纲要求掌握和熟

悉的、有一定难度的教学内容和需要学生理解、归纳的知识点,适用于不同学制

和各个专业的学生。C.较难,适度拓展大纲中要求掌握和熟悉的教学内容,具有

一定难度和一定深度,旨在考核学生灵活运用所学知识以及自我学习拓宽知识面

的能力

第六章 细胞质和细胞器

(第4节 线粒体)

一、填空题

A-六-1 线粒体有细胞的“ ”之称。

A-六-2 线粒体的嵴由 向内腔突起而成,其内表面附着的突出于内腔

的颗粒称为 。

A-六-3 基粒由头部、 和 三部分组成,具有 活性。

A-六-4 线粒体的功能区隔主要有:外膜 、内膜、膜间隙和 。同时,

线粒体内、外膜上存在一些相互接触的地方,为蛋白质等物质进出线粒体的通道,

称为 。

A-六-5 线粒体具有半自主性,线粒体基质中存在 、RNA、 和蛋白质合成所需要的酶,能够独立表达和进行蛋白质合成。

B-六-6细胞中葡萄糖的生物氧化的过程包括四个步骤:①无氧酵解;

② ;③ ;④氧化磷酸化。其中氧化磷

酸化是在线粒体 上进行的。

B-六-7 人类细胞中线粒体基因组为一条 DNA分子,共包含有 基因 个,可编码 种蛋白质。

B-六-8 线粒体一般聚集在细胞中需能较多的区域,如正在合成蛋白质的分泌细

胞中,线粒体集中分布在_______周围。

B-六-9 腹肌中的线粒体数目应该比心肌中的______________(多或少)。

B-六-10细胞在线粒体中经过______________作用将食物中贮存的能量转换为

细胞生命活动的直接能源 。

C-六-11 线粒体各部分结构中有各自的标记酶,在外膜是单胺氧化酶,膜间腔是

______________,内膜是细胞色素氧化酶,基质是______________。

C-六-12 核编码的蛋白质转运进入线粒体中,需要依赖蛋白质上的 序

列与线粒体膜上的受体结合,在分子伴侣 的协同下完成。

C-六-13 一分子葡萄糖完全氧化产生的ATP分子数为 。

C-六-14 细胞中含酶最多的细胞器为 。

C-六-15化学渗透假说的两个特点是① ;

② 。

二、选择题

(一)单项选择题

A-六-1 细胞中进行生物氧化和能量转换的主要场所是( )。

A 核糖体 B 粗面内质网 C 线粒体 D 细胞质基质

A-六-2 线粒体的功能是( )。

A 蛋白质合成场所

B 营养和保护作用

C 细胞的供能中心

D 物质储存与加工

A-六-3 具有“动力工厂”之称的细胞器是( )。

A 中心体 B 高尔基复合体 C 核糖体 D 线粒体

A-六-4 下列细胞器中在起源上不属于内膜系统的是( )。

A 内质网 B 高尔基复合体 C 溶酶体 D 线粒体

A-六-5 关干线粒体的形态数量大小和分布的说法错误的是( )。 A光镜下线粒体的形态可表现为线状和杆状

B 线粒体形态、大小和数量受环境影响不大。

C 生命活动旺盛时多,疾病、营养不良代谢水平下降时少

D 细胞发育早期较小,成熟时较大。

A-六-6 由两层单位膜围成的细胞器是( )。

A 高尔基复合体 B 线粒体 C 溶酶体 D 内质网

A-六-7 关于线粒体的结构不正确的是( )。

A 是由单层膜包裹而成的细胞器

B 是由双层单位膜封闭的细胞器

C 线粒体嵴上有许多基粒

D 线粒体基质中含有核糖体

A-六-8 线粒体的嵴来源于( )。

A 外膜 B 膜间腔 C 内膜 D 基质颗粒衍生

A-六-9.真核细胞的核膜外DNA存在于( )。

A 核膜 B 线粒体 C 内质网 D 核糖体

A-六-10 葡萄糖分解的三个阶段的顺序是( )。

A 糖酵解→丙酮酸脱氢、三羧酸循环→电子传递和氧化磷酸化

B 糖酵解→电子传递和氧化磷酸化→丙酮酸脱氢、三羧酸循环

C 丙酮酸脱氢、三羧酸循环→糖酵解→电子传递和氧化磷酸化

D 电子传递和氧化磷酸化→丙酮酸脱氢、三羧酸循环→糖酵解

B-六-11 下列细胞中含线粒体最多的是( )。

A 上皮细胞 B 心肌细胞 D 成纤维细胞 E 淋巴细胞

B-六-12 下列有关线粒体的结构描述,不正确的是( )。

A 线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构

B 线粒体内膜上有大量向内腔突起的折叠,形成嵴

C 电镜下可观察到线粒体内、外膜上存在相互接触的地方,即转位接触点

D 线粒体内膜的外表面附着许多突出的颗粒,即基粒

B-六-13 下列物质线粒体基质中不存在的是( )。

A 孔蛋白 B 双链环状DNA C 核糖体 D 三羧酸循环相关酶类 B-六-14 生物氧化中释放能量生成ATP的主要环节是( )。

A 糖酵解 B 脂肪酸分解

C 三羧酸循环 D 电子传递和氧化磷酸化

B-六-15 与氧化磷酸化有关的电子传递和氧化磷酸化发生在( )。

A 细胞质中 B 线粒体外膜 C 线粒体基质 D 线粒体内膜 B-六-16 线粒体内三羧酸循环的特点是( )。

A 脱羧产生CO2、放出氢原子

B 放出氢原子和电子

C 脱羧产生CO2、放出ADP

D 脱羧放出ATP

B-六-17 下列有关线粒体的描述,不正确的是( )。

A 线粒体DNA分子为双链环状

B 线粒体遗传密码子表与通用密码子表不完全相同

C 线粒体核糖体为80S型

D 线粒体所需的蛋白质大部分由核编码后转运进线粒体

B-六-18 关于线粒体基因组,下列说法错误的是( )。

A 线粒体DNA为一条双链环状的DNA分子,全长16569个碱基对

B 线粒体DNA可以编码线粒体的tRNA、rRNA及全部线粒体蛋白质

C 线粒体合成蛋白质的过程与原核细胞相似

D 线粒体遗传系统受控于细胞核的遗传系统

B-六-19 线粒体作为半自主细胞器,下列论述有误的是( )。

A 线粒体具有环状双链DNA,可以自我复制

B 线粒体可以像细菌一样自我增殖分裂

C 线粒体具有核糖体,可以合成蛋白质,但线粒体核糖体与胞质中核糖体并不相同

D 线粒体蛋白质均靠自身合成,且不受细胞核的调控

B-六-20 关于线粒体基质蛋白定位过程的描述不正确的是( )。

A 定位于线粒体基质前体蛋白在细胞质中的游离核糖体合成。

B 前体在细胞质分子伴侣Hsp70的帮助下解折叠,然后通过N-端的导肽同线粒体外膜上的受体蛋白识别。

C 进入基质前,前体蛋白在Hsp60的帮助下折叠

D 前体蛋白在受体(或附近)的内外膜接触点(contact site)处内膜,进入线粒体基质。

C-六-21 有人认为线粒体的行为类似于细菌,下列说法中与该观点不相符合的是( )。

A DNA分子均为环形 B 蛋白质合成的起始氨基酸均为N-甲酰甲硫氨酸

C 核糖体均为70S型 D 均能合成自身所需的全部蛋白质

C-六-22线粒体外膜的标志酶是( )。

A 单胺氧化酶 B 苹果酸脱氢酶

C 细胞色素氧化酶 D 腺苷酸激酶

C-六-23 下列说法中对线粒体内膜通透性描述正确的是( )。

A 线粒体内膜含有孔蛋白,当孔蛋白完全打开时,可通过相对分子质量高达5000的分子。

B线粒体内膜上的孔蛋白可允许分子量小于1000的物质自由通过。

C 线粒体内膜富含心磷脂,与离子的不可通透性有关。

D 线粒体内膜较外膜通透性大。

C-六-24 对于基粒的结构描述不正确的是( )。

A 基粒头部与柄部突出于内膜表面称为F1偶联因子,基部嵌入内膜称为F0偶联因子。

B F0偶联因子自然状态下正常功能是催化ATP合成。

C F0还是质子(H+)流向F1的穿膜通道。

D 基粒由多个蛋白质亚基组成。

C-六-25 生物氧化过程中质子驱动力的维持依赖的结构基础是( )。

A 线粒体内外膜转位接触点。

B 线粒体外膜上的孔蛋白允许分子量小于1000的物质自由通过。

C 线粒体外膜对质子保持高度不通透。

D 线粒体内膜对质子保持高度不通透。

(二)多项选择题

A-六-1 关于线粒体的描述,下列说法是正确的是( )。

A 是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。

B 线粒体是细胞中唯一的含有遗传物质的结构。

C 线粒体是细胞的能量供应中心,多聚集在生理功能旺盛、需要能量的区域。

D 线粒体可完成糖类的分解全过程。

E 是敏感而多变的细胞器,其形态可因细胞类型的不同而不同、并可随细胞 的发育阶段不同而发生变化

A-六-2 线粒体DNA上的基因( )。

A 排列紧密,只有很少的非编码序列

B 排列不紧密,非编码序列较长

C 与核基因相同,有内含子,可转录出rRNA、tRNA和mRNA

D 与核基因不同,无内含子,但可转录出rRNA、tRNA和mRNA

E 具有重叠基因

A-六-3 mtDNA的特点是( )。

A 是与核DNA密码略有不同的线状DNA

B 是与核DNA密码略有不同的环状DNA

C 可与组蛋白结合,形成染色体

D 不可与组蛋白结合,裸露

E 含有线粒体全部蛋白质的遗传信息

A-六-4 线粒体的半自主性主要表现在( )。

A 自身含有遗传物质,mtDNA可以自我复制

B mtDNA的复制和转录需要核基因编码的蛋白质参与

C 线粒体中含有核糖体,可以合成自身的蛋白质

D 线粒体可以通过细胞分裂进行增殖

E 生物发生上受核基因和线粒体基因共同控制

习题使用说明

“A”表示题目难易程度,“一”表示所属章节,“1”为题目序号

对应教学大纲的掌握、熟悉、了解三种程度的教学和学习要求,题目按难易

程度、不同学制专业等分为三个等级:A.容易,考核大纲要求掌握的基本概念和

基本理论,适用于不同学制和各个专业的学生。B.中等,考核大纲要求掌握和熟

悉的、有一定难度的教学内容和需要学生理解、归纳的知识点,适用于不同学制

和各个专业的学生。C.较难,适度拓展大纲中要求掌握和熟悉的教学内容,具有

一定难度和一定深度,旨在考核学生灵活运用所学知识以及自我学习拓宽知识面

的能力

第六章 细胞质和细胞器

(第4节 线粒体)

一、填空题

A-六-1 线粒体有细胞的“ ”之称。

A-六-2 线粒体的嵴由 向内腔突起而成,其内表面附着的突出于内腔

的颗粒称为 。

A-六-3 基粒由头部、 和 三部分组成,具有 活性。

A-六-4 线粒体的功能区隔主要有:外膜 、内膜、膜间隙和 。同时,

线粒体内、外膜上存在一些相互接触的地方,为蛋白质等物质进出线粒体的通道,

称为 。

A-六-5 线粒体具有半自主性,线粒体基质中存在 、RNA、 和蛋白质合成所需要的酶,能够独立表达和进行蛋白质合成。

B-六-6细胞中葡萄糖的生物氧化的过程包括四个步骤:①无氧酵解;

② ;③ ;④氧化磷酸化。其中氧化磷

酸化是在线粒体 上进行的。

B-六-7 人类细胞中线粒体基因组为一条 DNA分子,共包含有 基因 个,可编码 种蛋白质。

B-六-8 线粒体一般聚集在细胞中需能较多的区域,如正在合成蛋白质的分泌细

胞中,线粒体集中分布在_______周围。

B-六-9 腹肌中的线粒体数目应该比心肌中的______________(多或少)。

B-六-10细胞在线粒体中经过______________作用将食物中贮存的能量转换为

细胞生命活动的直接能源 。

C-六-11 线粒体各部分结构中有各自的标记酶,在外膜是单胺氧化酶,膜间腔是

______________,内膜是细胞色素氧化酶,基质是______________。

C-六-12 核编码的蛋白质转运进入线粒体中,需要依赖蛋白质上的 序

列与线粒体膜上的受体结合,在分子伴侣 的协同下完成。

C-六-13 一分子葡萄糖完全氧化产生的ATP分子数为 。

C-六-14 细胞中含酶最多的细胞器为 。

C-六-15化学渗透假说的两个特点是① ;

② 。

二、选择题

(一)单项选择题

A-六-1 细胞中进行生物氧化和能量转换的主要场所是( )。

A 核糖体 B 粗面内质网 C 线粒体 D 细胞质基质

A-六-2 线粒体的功能是( )。

A 蛋白质合成场所

B 营养和保护作用

C 细胞的供能中心

D 物质储存与加工

A-六-3 具有“动力工厂”之称的细胞器是( )。

A 中心体 B 高尔基复合体 C 核糖体 D 线粒体

A-六-4 下列细胞器中在起源上不属于内膜系统的是( )。

A 内质网 B 高尔基复合体 C 溶酶体 D 线粒体

A-六-5 关干线粒体的形态数量大小和分布的说法错误的是( )。 A光镜下线粒体的形态可表现为线状和杆状

B 线粒体形态、大小和数量受环境影响不大。

C 生命活动旺盛时多,疾病、营养不良代谢水平下降时少

D 细胞发育早期较小,成熟时较大。

A-六-6 由两层单位膜围成的细胞器是( )。

A 高尔基复合体 B 线粒体 C 溶酶体 D 内质网

A-六-7 关于线粒体的结构不正确的是( )。

A 是由单层膜包裹而成的细胞器

B 是由双层单位膜封闭的细胞器

C 线粒体嵴上有许多基粒

D 线粒体基质中含有核糖体

A-六-8 线粒体的嵴来源于( )。

A 外膜 B 膜间腔 C 内膜 D 基质颗粒衍生

A-六-9.真核细胞的核膜外DNA存在于( )。

A 核膜 B 线粒体 C 内质网 D 核糖体

A-六-10 葡萄糖分解的三个阶段的顺序是( )。

A 糖酵解→丙酮酸脱氢、三羧酸循环→电子传递和氧化磷酸化

B 糖酵解→电子传递和氧化磷酸化→丙酮酸脱氢、三羧酸循环

C 丙酮酸脱氢、三羧酸循环→糖酵解→电子传递和氧化磷酸化

D 电子传递和氧化磷酸化→丙酮酸脱氢、三羧酸循环→糖酵解

B-六-11 下列细胞中含线粒体最多的是( )。

A 上皮细胞 B 心肌细胞 D 成纤维细胞 E 淋巴细胞

B-六-12 下列有关线粒体的结构描述,不正确的是( )。

A 线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构

B 线粒体内膜上有大量向内腔突起的折叠,形成嵴

C 电镜下可观察到线粒体内、外膜上存在相互接触的地方,即转位接触点

D 线粒体内膜的外表面附着许多突出的颗粒,即基粒

B-六-13 下列物质线粒体基质中不存在的是( )。

A 孔蛋白 B 双链环状DNA C 核糖体 D 三羧酸循环相关酶类 B-六-14 生物氧化中释放能量生成ATP的主要环节是( )。

A 糖酵解 B 脂肪酸分解

C 三羧酸循环 D 电子传递和氧化磷酸化

B-六-15 与氧化磷酸化有关的电子传递和氧化磷酸化发生在( )。

A 细胞质中 B 线粒体外膜 C 线粒体基质 D 线粒体内膜 B-六-16 线粒体内三羧酸循环的特点是( )。

A 脱羧产生CO2、放出氢原子

B 放出氢原子和电子

C 脱羧产生CO2、放出ADP

D 脱羧放出ATP

B-六-17 下列有关线粒体的描述,不正确的是( )。

A 线粒体DNA分子为双链环状

B 线粒体遗传密码子表与通用密码子表不完全相同

C 线粒体核糖体为80S型

D 线粒体所需的蛋白质大部分由核编码后转运进线粒体

B-六-18 关于线粒体基因组,下列说法错误的是( )。

A 线粒体DNA为一条双链环状的DNA分子,全长16569个碱基对

B 线粒体DNA可以编码线粒体的tRNA、rRNA及全部线粒体蛋白质

C 线粒体合成蛋白质的过程与原核细胞相似

D 线粒体遗传系统受控于细胞核的遗传系统

B-六-19 线粒体作为半自主细胞器,下列论述有误的是( )。

A 线粒体具有环状双链DNA,可以自我复制

B 线粒体可以像细菌一样自我增殖分裂

C 线粒体具有核糖体,可以合成蛋白质,但线粒体核糖体与胞质中核糖体并不相同

D 线粒体蛋白质均靠自身合成,且不受细胞核的调控

B-六-20 关于线粒体基质蛋白定位过程的描述不正确的是( )。

A 定位于线粒体基质前体蛋白在细胞质中的游离核糖体合成。

B 前体在细胞质分子伴侣Hsp70的帮助下解折叠,然后通过N-端的导肽同线粒体外膜上的受体蛋白识别。

C 进入基质前,前体蛋白在Hsp60的帮助下折叠

D 前体蛋白在受体(或附近)的内外膜接触点(contact site)处内膜,进入线粒体基质。

C-六-21 有人认为线粒体的行为类似于细菌,下列说法中与该观点不相符合的是( )。

A DNA分子均为环形 B 蛋白质合成的起始氨基酸均为N-甲酰甲硫氨酸

C 核糖体均为70S型 D 均能合成自身所需的全部蛋白质

C-六-22线粒体外膜的标志酶是( )。

A 单胺氧化酶 B 苹果酸脱氢酶

C 细胞色素氧化酶 D 腺苷酸激酶

C-六-23 下列说法中对线粒体内膜通透性描述正确的是( )。

A 线粒体内膜含有孔蛋白,当孔蛋白完全打开时,可通过相对分子质量高达5000的分子。

B线粒体内膜上的孔蛋白可允许分子量小于1000的物质自由通过。

C 线粒体内膜富含心磷脂,与离子的不可通透性有关。

D 线粒体内膜较外膜通透性大。

C-六-24 对于基粒的结构描述不正确的是( )。

A 基粒头部与柄部突出于内膜表面称为F1偶联因子,基部嵌入内膜称为F0偶联因子。

B F0偶联因子自然状态下正常功能是催化ATP合成。

C F0还是质子(H+)流向F1的穿膜通道。

D 基粒由多个蛋白质亚基组成。

C-六-25 生物氧化过程中质子驱动力的维持依赖的结构基础是( )。

A 线粒体内外膜转位接触点。

B 线粒体外膜上的孔蛋白允许分子量小于1000的物质自由通过。

C 线粒体外膜对质子保持高度不通透。

D 线粒体内膜对质子保持高度不通透。

(二)多项选择题

A-六-1 关于线粒体的描述,下列说法是正确的是( )。

A 是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。

B 线粒体是细胞中唯一的含有遗传物质的结构。

C 线粒体是细胞的能量供应中心,多聚集在生理功能旺盛、需要能量的区域。

D 线粒体可完成糖类的分解全过程。

E 是敏感而多变的细胞器,其形态可因细胞类型的不同而不同、并可随细胞 的发育阶段不同而发生变化

A-六-2 线粒体DNA上的基因( )。

A 排列紧密,只有很少的非编码序列

B 排列不紧密,非编码序列较长

C 与核基因相同,有内含子,可转录出rRNA、tRNA和mRNA

D 与核基因不同,无内含子,但可转录出rRNA、tRNA和mRNA

E 具有重叠基因

A-六-3 mtDNA的特点是( )。

A 是与核DNA密码略有不同的线状DNA

B 是与核DNA密码略有不同的环状DNA

C 可与组蛋白结合,形成染色体

D 不可与组蛋白结合,裸露

E 含有线粒体全部蛋白质的遗传信息

A-六-4 线粒体的半自主性主要表现在( )。

A 自身含有遗传物质,mtDNA可以自我复制

B mtDNA的复制和转录需要核基因编码的蛋白质参与

C 线粒体中含有核糖体,可以合成自身的蛋白质

D 线粒体可以通过细胞分裂进行增殖

E 生物发生上受核基因和线粒体基因共同控制

范文二:15线粒体

第八章 线粒体

一、名词解释

1、mitochondrion

2、crlstae

3、基粒

4、半自主性细胞器

5、F1偶联因子

6、respiratory chain

7、mtDNA

8、cellular respiration

9、氧化磷酸化

二、选择题

【A1型题】

1、在光镜下可见线粒体的形状为( )

A.分枝状 B.棒状、线状或颗粒状 C.星状 D.卵圆形 E.以上形状都有

2、在电镜下观察线粒体的形状呈( )

A.短杆状 B.环形 C.哑钤形 D.星形 E.以上形状都有可能

3、可在光学显微镜下见到的结构是( ) :

A.微粒体 B.基粒 C.溶酶体 D.线粒体 E.受体

4、由两层单位膜围成的细胞器是( )

A.高尔基复合体 B.溶酶体 C.线粒体 D.微体 E.内质网

5、线粒体中含量最高的组分是( )

A.DNA B.脂类 C.糖类 D.RNA E.蛋白质

6、线粒体嵴的形状是( )

A.板层状嵴 B.纵行嵴 C.管状嵴 D.锯齿状嵴 E.以上形状都有可能

7、呼吸链主要位于( )

A.线粒体外膜 B.线粒体内膜

C.线粒体基粒 D.线粒体基质 E.线粒体膜间腔

8、线粒体中ADP~ATP发生在( )

A.基质 B.内膜 C.膜间腔 D.基粒 E.嵴膜

9、真核细胞的核膜外DNA存在于( )

A.核膜 B.线粒体 C.内质网 D.核糖体 E.高尔基复合体

10、细胞消耗游离氧的代谢发生在( )

A.线粒体 B.染色体 C.溶酶体 D.高尔基复合体 E.中心体

11、下列哪一种说法描述线粒体DNA较为确切( )

A.线状DNA B.环状DNA

C.是与核DNA密码略有不同的环状DNA

D.与核DNA密码略有不同的线状DNA

E.mtDNA含线粒体全部蛋白的遗传信息

12、动物细胞中含有DNA分子并能产生ATP的细胞器是( )

A.中心体 B.溶酶体

C.核糖体 D.线粒体 E.高尔基复合体

13、糖的有氧氧化过程中丙酮酸→CO2+H2O发生在( )

A.核糖体 B.内质网 C.溶酶体 D.细胞质基质 E.线粒体

14、细胞内线粒体在氧化磷酸化过程中生成( )

A.GTP B.cAMP C .AMP D.ATP E.cGMP

15、线粒体中三羧酸循环反应进行的场所是( )

A.基质 B.内膜 C.基粒 D.嵴膜 E.膜间腔

16、葡萄糖有氧氧化的步骤中在细胞质中进行的是( )

A.糖酵解 B.三羧酸循环

C.氧化磷酸化 D.三个步骤全部在线粒体中进行 E.丙酮酸脱氢

17、细胞氧化过程中,乙酰辅酶A的生成发生在( )

A.线粒体基质 B.线粒体内膜C.线粒体外膜 D.细胞基质 E.核基质

18、线粒体内三羧酸循环的特点是( )

A.脱羧产生CO2、放出电子 B.脱羧产生C02、放出氢原子

C.放出氢原子和电子 D.脱羧产生C02、放出ADP

E.脱羧放出ATP

19、葡萄糖分解的三个阶段的顺序是( )

A.糖酵解→丙酮酸脱氢、三羧酸循环→电子传递和氧化磷酸化

B.糖酵解→电子传递和氧化磷酸化→丙酮酸脱氢、三羧酸循环

C.丙酮酸脱氢、三羧酸循环→糖酵解→电子传递和氧化磷酸化

D.丙酮酸脱氢→三羧酸循环→电子传递和氧化磷酸化→糖酵解

E.电子传递和氧化磷酸化→丙酮酸脱氢、三羧酸循环→糖酵解

20、一分子葡萄糖彻底氧化后可以产生的能量有( )

A.34个ATP B.36个ATP C .38个ATP D.40个ATP E.42个ATP .

21、线粒体半自主性的一个重要方面体现于下列哪一事实( )

A.线粒体DNA(mtDNA)能独立复制 B.线粒体含有核糖体

C.在遗传上由线粒体基因组和细胞核基因组共同控制

D.mtDNA与细胞核DNA的遗传密码有所不同 E.mtDNA在G2期合成

22、细胞生命活动所需能量均来自( )

A.中心体 B.线粒体 C.内质网 D.核糖体 E.溶酶体

23、线粒体的寿命为1周,它通过何种方式而增殖( )

A.分裂、出芽等 B.减数分裂 C.有丝分裂 D.由内质网而来 E.重新合成

24、能源物质进入线粒体后产生的能量与体外氧化比较下列哪条是正确的( )

A.产能多,一部分以热形式散失,40%-50%储存在ATP中,需要时释放

B.产能多,全部以热形式散失

C.产能多,全部储存在ATP中

D.产生能量仅供生命活动所需

E.产生能量仅供肌肉收缩活动

25、人和动物体内的代谢终产物CO2形成的场所是( )

A.高尔基复合体 B.血浆 C.线粒体 D.肺泡 E.中心体

26、线粒体的功能是( )

A.蛋白质合成场所 B.营养和保护作用

C.细胞的供能中心 D.物质储存与加工 E.物质运输与分泌

27、线粒体内膜上的标志酶是( )

A.单胺氧化酶 B.细胞色素氧化酶

C.胸苷激酶 D.腺苷酸激酶 E.磷酸二酯酶

28、属于呼吸链成分的是( )

A .DNA B.RNA C.FMN D.rER E .sER

29、基粒又称为( )

A.微粒体 B.糖原颗粒 C.中心粒 D.ATP酶复合体 E.联会复合体

30、线粒体外膜的标志酶是( )

A.细胞色素氧化酶 B.ATP酶

C.单胺氧化酶 D.腺苷酸激酶 E腺苷酸环化酶

31、下列细胞中含线粒体最多的是( )

A.上皮细胞 B.心肌细胞C.成熟红细胞 D.细菌 E.成纤维细胞

32、对寡霉素敏感的蛋白存在于( )

A.基粒头部 B.基粒柄部 C.基粒基部 D.基质腔 E.嵴内腔

33、细胞呼吸的本质是( )

A.产生的能量储存于ATP的高能磷酸键

B.能量逐步释放 C.需要恒温、恒压 D.不需水的参与 E.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

【A2型题】

1、下列对线粒体的描述不正确的是( )

A.是细胞进行生物氧化和能量的主要场所

B.在细胞内的数量可因细胞种类而不同

C.存在于所有真核细胞内

D.在细胞内多聚集于生理功能旺盛的区域

E.有半自主性的表现

2、关于线粒体的结构哪一种说法是不正确的( )

A.是由单层膜包裹而成的细胞器

B.是由双层单位膜封闭的细胞器

C.线粒体嵴上有许多基粒

D.是含DNA的细胞器

E.线粒体膜上有标志酶

3、关于线粒体的形态、数量、大小和分布哪种说法是错误的( )

A.光镜下线粒体的形态可表现为线状和杆状

B.形态易受环境的影响,在低渗环境中呈囊状,在高渗溶液中呈线状

C.生命活动旺盛时多,疾病、营养不良、代谢水平下降时少

D.细胞发育早期较小,成熟时较大

E.线粒体形态、大小和数量不受环境影响,不同细胞线粒体都相同

4、下列哪项不符合线粒体DNA复制的事实( )

A.复制是双向的 B.复制需消耗能量

C.不对称复制 D.半保留复制 E.复制发生于G2期

5、与核基因组相比,线粒体基因组有以下特点,除了( )

A.排列较紧密,较少非编码序列

B.转录是从两个主要启动子处开始的

C.线粒体DNA中不含内含子,也很少有非翻译区

D.线粒体DNA与组蛋白结合

E.部分遗传密码与“通用”遗传密码不同

【B型题】

A. F0F1:复合体 B. Fo C.F1 D.SCP E.F1抑制多肽

+ 1、构成H通道的是( )

2、能介成ATP的是( )

3、使寡霉素的解偶联作用得以发挥,从而抑制ATP生成的是( )

A.细胞质基质 B.线粒体基质 C.线粒体外膜 D.线粒体内膜 E.线粒体基粒

4、糖酵解发牛于( )

5、ADP—ATP发生于( )

6、三羧酸循环发生于( )

7、标志酶单胺氧化酶存在于( )

8、电子传递链位于( )

9、酮酸脱氢发生于{ )

A.UTP B.GTP C .ATP D.ADP E .cAMP

10、增加一个高能磷酸键就被磷酸化为ATP的物质是( )

11、线粒体产生的主要高能物质是( )

12、既可作为能量储存物质,又直接为大多数细胞活动提供能量的物质是( )

13、只含一个高能键的物质是( )

【X型题】

1、关于线粒体的结构和功能哪些说法不正确( )

A.不问生物的线粒体的嵴形态相同

B.细胞内形成供能的中心

C.可完成细胞氧化的全过程

D.是双层膜结构的细胞器

2、细胞内物质氧化的特点是( )

A.氧化产生的能量主要以热能形式传给细胞

B.在常温、常压下进行,既不冒烟,也不燃烧

C.不同代谢过程需要不同的酶催化

D.氧化放能是分步、小量和逐渐进行的

3、线粒体的特征有( )

A.细胞内分解各种物质的场所

B.细胞内供能中心

C.具双层膜结构

D.光镜F呈线状或颗粒状

4、线粒体的超微结构有( )

A.外膜 B.内膜 C.膜间腔 D.基质腔

5、发生在线粒体内的生物化学反应有( )

A.三核酸循环 B.丙酮酸一乙酰辅酶A C.ADP--ATP D.糖酵解

6、线粒体常分布于细胞中的部位有( )

A.细胞需能区域 B.高尔基体四周C.粗面内质网附近 D.核周围

7、线粒体是细胞的动力工厂在于( )

A.含有DNA B.含有产能有关的酶 C.是产生能量的场所 D.是蛋白质合成的场所

8、在线粒体膜上进行的代谢过程有( )

A.二羧酸循环 B.糖酵解 C.丙酮酸一乙酸辅酶A D.氧化磷酸化

9、光镜下线粒体的形状可能是( )

A.颗粒状 B.分枝状 C.棒状 D.线状

10、清除衰老的线粒体是通过( )

A.溶酶体的粒溶作用 B.溶酶体的异溶作用 C.溶酶体的自溶作用 D.细胞膜的外叶

11、线粒体的基粒结构可分为( )

A.头部 B.囊腔 C.柄部 D.基部

12、含核酸成分的细胞器有( )

A.染色体 B.核糖体 C.高尔基复合体 D.线粒体

13、识别线粒体有关部位的标志酶足( )

A.单胺氧化酶 B.腺苷酸激酶 C.细胞色素氧化酶 D.mtDNA复制的酶

14、属膜相结构的细胞器是( )

A.细胞核 B.溶酶体 C.线粒体 D.中心体

三、填空题

1、普通光学显微镜下线粒体的形态可呈、

2、电镜下线粒体的结构组成有膜、膜、 腔、腔和腔。

3、作为线粒体不同部位的标志酶,外膜有内膜有基质有膜间腔则有。

4、线粒体内膜上的基粒由三部分组成。

5、线粒体在细胞中常分布于、等部位。

6、细胞呼吸过程中糖酵解发生于,三羧酸循环发生于氧化磷酸化生成ATP在进行。

7、线粒体的基本病理变化包括、

8、具有双层膜结构的细胞器有和

9、细胞生命活动所需要的能量绝大多数来自。

10、发生在线粒体上细胞呼吸的3个主要步骤是 、、。

11、细胞中产生ATP的主要部位在,产生CO2的主要部位在。

12、线粒体增殖的主要方式有四、判断题

1、成熟红细胞没有细胞核和线粒体。()

2、线粒体的功能就是将葡萄糖氧化成CO2和水,同时产生ATP。()

3、线粒体虽然是半自主性细胞器,有自身的遗传物质,但所有遗传密码却与核基因的完全相同。()

4、线粒体是一种具有双层膜的细胞器,内外膜的结构相似,功能相同。()

5、线粒体增殖是通过分裂进行的,且与细胞分裂同步。()

6、线粒体是一种自主性细胞器,原因是其具有自己的DNA和核糖体。()

7、线粒体的DNA与核小体DNA一样,也是与组蛋白结合在一起。()

8、由线粒体核糖体合成的线粒体的膜蛋白是通过共翻译定位的。()

9、氯霉素专一性地抑制线粒体中蛋白质的合成,而对细胞质中的蛋白质合成无作用。()

10、线粒体和叶绿体在进行电子传递时,被传递的电子都要传膜3次,才能传递给最终的电子受体。()

11、线粒体的遗传物质编译的蛋白质很少,线粒体的膜蛋白大部分由核基因编码。()

12、线粒体的内膜唯一功能就是产生ATP。()

五、简答题

1、试述线粒体的超微结构。

2、说明基粒结构组成和功能。

3、简述参与电子传递链的核编码蛋白质转入线粒体的过程。

4、简述细胞呼吸的主要过程。

5、为什么说线粒体是一个半自主性细胞器?

6、线粒体的数量和分布在不同的细胞中为什么有差异?

六、案例分析题

分析克山病的发生与线粒体的关系。

范文三:线粒体的分离

实验三 线粒体的分离、超活染色与观察

一、实验目的

1、学习差速离心法分离动、植物线粒体技术。

2、观察动、植物活细胞内线粒体的形态、数量与分布。

3、学习细胞器的超活染色技术。

二、实验原理

利用沉降系数不同的颗粒,在一定介质中沉降速度的差异,采取分级差速离心的方法,将线粒体从细胞悬液中逐级分离出来。离心用的悬浮介质通常用缓冲的蔗糖溶液,它比较接近细胞质的分散相,在一定程度上能保持细胞器的结构和酶的活性,在pH7.2的条件下,亚细胞组分不容易重新聚集,有利于分离。整个操作过程应注意使样品保持4℃,避免酶失活。

活体染色是指对生活有机体的细胞或组织能着色但又无毒害的一种染色方法。它的目的是显示生活细胞内的某些结构,而不影响细胞的生命活动和产生任何物理、化学变化以致引起细胞的死亡,可用来研究生活状态下的细胞形态、结构和生理、病理状态。体外活体染色又称超活染色,它是由活的动、植物分离出部分细胞或组织小块,以活体染料溶液浸染,染料被选择固定在活细胞的某种结构上而显色。詹纳斯绿B(Janus green B)和中性红(neutral red)两种碱性染料是活体染色剂中最重要的染料,对于线粒体的染色各有专一性。

线粒体的鉴定用詹纳斯绿活染法。詹纳斯绿B(Janus green B)是对线粒体专一的活细胞染料,毒性很小,属于碱性染料,解离后带正电,由电性吸引堆积在线粒体膜上。线粒体的细胞色素氧化酶使该染料保持在氧化状态呈现蓝绿色从而使线粒体显色,而胞质中的染料被还原成无色。

三、实验材料与方法

1、材料:人口腔上皮细胞、大鼠肝脏、玉米黄化幼苗(水稻、高粱等幼苗均可)、洋葱鳞茎内表皮细胞。

2、主要试剂和仪器:Ringer 溶液,10%、1/3000中性红溶液,1%、1/5000詹纳斯绿B溶液;分离介质:0.25mol/L蔗糖、50mmol/L的Tris-盐酸缓冲液(pH7.4),3mmol/L EDTA,0.75mg/ml牛血清白蛋白(BSA),50mmol/L的Tris-HCl缓冲液(pH7.4),0.3mol/L 甘露醇(pH7.4)、20%次氯酸钠(NaClO)溶液、1%詹纳斯绿B染液,生理盐水, 0.25mol/L蔗糖+0.01mol/L Tris-盐酸缓冲液(pH7.4),0.34mol/L蔗糖+0.01mol/L Tris-盐酸缓冲液(pH7.4),固定液,姬姆萨染液,1/15mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.8)。温箱,冰箱,冷冻控温高速离心机(或普通高速离心机),高速离心机,显微镜,恒温水浴锅,解剖盘,玻璃匀浆器,剪刀、镊子,双面刀片,载玻片,凹面载玻片,盖玻片,漏斗,小烧杯,表面皿,吸管,牙签,吸水纸,纱布,瓷研钵,尼龙织物。

四、实验方法

(一)大鼠肝线粒体的分离

1、制备大鼠肝细胞匀浆。实验前大鼠空腹12h,击头处死,剖腹取肝,迅速用生理盐水洗净血水,用滤纸吸干。称取肝组织2g,剪碎,用预冷到0-4℃的0.25mol/L缓冲蔗糖溶液洗涤数次。然后在0-4℃条件下,按每克肝加9ml冷的0.25mol/L缓冲蔗糖溶液将肝组织

匀浆化,蔗糖溶液应分数次添加,匀浆用双层尼龙织物过滤备用。注意尽可能先充分剪碎肝组织,缩短匀浆时间,整个分离过程不宜过长,以保持组分生理活性。

2、差速离心。先将3ml 0.34mol/L缓冲蔗糖溶液放入离心管,然后沿管壁小心地加入3ml肝匀浆使其覆盖于上层。用冷冻控温高速离心机按图7-1顺序进行差速离心。

3、分离物鉴定。

(1)细胞核:取细胞核沉淀一滴涂片,入甲醇-冰醋酸液固定15min,充分吹干,滴姬姆萨染液(原液10-20倍稀释)染色10min。自来水冲洗,吹干,镜检。结果:细胞核紫红色,上面附着的少量胞质为浅蓝色碎片。

(2)线粒体:取线粒体沉淀涂片(注意勿太浓密),不待干即滴加1%詹纳斯绿B染液染20min,覆上盖玻片,镜检。线粒体蓝绿色,呈小棒状或哑铃状。

分离细胞核

鼠肝1克匀浆

匀浆过滤

滤液(制涂片一张①)

将滤液3mL覆盖于相同容积的0.34mol/L蔗糖溶液上

700×g离心10min

↓ ↓

沉淀(细胞核及碎片) 上清液1(制一张涂片②,自然干燥)

洗涤(0.25mol/L预冷蔗糖溶

液3mL洗涤两次)每次1000×g

离心15min

↓ ↓

沉淀(细胞核) 上清液2(与上清液1合并)

分离线粒体

混合上清液10000×g离心10

↓ ↓

沉淀(线粒体) 上清液(弃去)

洗涤,加 0.25mol/L预冷

蔗糖溶液6mL ,10000×g离心

10min,重复洗涤两次

↓ ↓

沉淀(线粒体) 上清液(制一张涂片,后弃去)

(二)玉米线粒体的分离

1、玉米种子用20%次氯酸钠溶液浸泡10min消毒,清水冲洗30min,再浸泡清水15h。将种子平铺在放有湿纱布的盘内,保持湿度,置温箱28℃于暗处培育2-3d。待芽长到1-2cm长时剪下下约15g,放0-4℃ 1h。

2、加3倍体积分离介质,在瓷研钵内快速研磨成匀浆。

3、用多层纱布过滤,滤液经700×g离心10min。除去核和杂质沉淀。

4、取上清液10000×g离心10min,沉淀为线粒体。再同上离心洗涤一次。

5、沉淀为线粒体,可存于0.3mol/L甘露醇中,注意以上匀浆化及离心均控制在0-4℃进行。

6、线粒体的观察:取线粒体沉淀涂在清洁的载玻片上,不待干立即滴加1%詹纳斯绿B染色20min,放上盖玻片,用显微镜观察,线粒体是蓝绿色圆形颗粒。

(三)人口腔粘膜上皮细胞线粒体的超活染色观察

1、取清洁载玻片放在37℃恒温水浴锅的金属板上,滴2滴1/5000詹纳斯绿B染液。

2、实验者用牙签钝端在自己口腔颊粘膜处稍用力刮取上皮细胞,将刮下的粘液状物放入载玻片的染液滴中,染色10-15min(注意不可使染液干燥,必要时可再加滴染液),盖上盖玻片,用吸水纸吸去四周溢出的染液,置显微镜下观察。

3、在低倍镜下,选择平展的口腔上皮细胞,换高倍镜或油镜进行观察。可见扁平状上皮细胞的核周围胞质中,分布着一些被染成蓝绿色的颗粒状或短棒状的结构,即是线粒体。

(四)洋葱鳞茎表皮细胞线粒体的超活染色观察

1、用吸管吸取1/5000詹纳斯绿B染液,滴一滴于干净的载玻片上,然后,撕取一小片洋葱鳞茎内表皮,置于染液中,染色10-15min。

2、用吸管吸去染液,加一滴Ringer液,注意使内表皮组织展开,盖上盖玻片进行观察。

3、在高倍镜下,可见洋葱表皮细胞中央被一大液泡所占据,细胞核被挤至一侧贴细胞壁处。仔细观察细胞质中线粒体的形态与分布。

五、作业与思考:

1、将线粒体沉淀作一涂片,用姬姆萨染色,检查是否混杂细胞核和胞质碎片,估计分离所得线粒体的纯度。

2、分离介质0.25mol/L及0.34mol/L缓冲蔗糖溶液哪一种在下层?有什么作用?

3、绘口腔上皮细胞示线粒体形态与分布。

4、用一种活体染色剂对细胞进行超活染色,为什么不能同时观察到线粒体等多种细胞器?

【资料】

1、1%詹纳斯绿B染液:称取50mg詹纳斯绿B溶于5ml Ringer溶液中,稍加微热(30-40℃),使之溶解,用滤纸过滤后,即为1%原液。取1%原液1ml加入49ml Ringer溶液,即成1/5000工作液装入瓶中备用。最好现用现配,以保持它的充分氧化能力。

2、0.25mol/L蔗糖+0.01mol/L Tris-盐酸缓冲液(pH7.4):0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷(Tris) 10ml;0.1mol/L盐酸 8.4ml;加重蒸水到 100ml;再加蔗糖使浓度为0.25mol/L;蔗糖为密度梯度离心用D(+)蔗糖

3、0.34mol/L蔗糖+0.01mol/L Tris-盐酸缓冲液(pH7.4):配方与前类似

4、固定液:甲醇-冰醋酸(9:1)

5、姬姆萨染液:Giemsa粉0.5g,甘油33ml,纯甲醇33ml。先往Giemsa粉中加少量甘油在研钵内钵磨至无颗粒,再将剩余甘油倒入混匀,56℃左右保温2h令其充分溶解,最后加甲醇混匀,成为姬姆萨原液,保存于棕色瓶。用时吸出少量用1/15 mol/L磷酸盐缓冲液作10-20倍稀释

6、1/15mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.8):1/15mol/L KH2PO4 50ml+1/15mol/L Na2HPO4 50ml

7、分离介质:0.25mol/L蔗糖、50mmol/L的Tris-盐酸缓冲液(pH7.4)、3mmol/L EDTA、0.75mg/ml牛血清白蛋白(BSA)

8、50mmol/L的Tris-HCl缓冲液(pH7.4):50ml 0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷(Tirs)溶液与42ml 0.1mol/L盐酸混匀后,加水稀释至100ml

9、、Ringer 溶液

氯化钠 0.85(变温动物用0.65g)

氯化钾 0.25g

氯化钙 0.03g

蒸馏水 100ml

10、10%、1/3000中性红溶液

称取0.5g中性红溶于50ml Ringer液,稍加热(30-40℃)使之很快溶解,用滤纸过滤,装入棕色瓶于暗处保存,否则易氧化沉淀,失去染色能力。

临用前,取已配制的1%中性红溶液1ml,加29ml Ringer溶液混匀,装入棕色瓶备用。

范文四:线粒体的起源

一 线粒体的起源:

大部分的专家学者认为,线粒体就是真核生物细胞内一种重要细胞器。

它们由内外两层脂膜围成,基质内含有线粒体自己的基因组(mtDNA)和细胞氧化代谢中必需的的酶和蛋白。线粒体内膜上的电子传递链的氧化磷酸化反应为机体提供ATP,是生命活动的主要能量和热量来源,因此线粒体被誉为细胞的‘动力站’。

但是很多学者也提出另一种假说,即线粒体和真核细胞是一种内共生的关系。

内共生学说。该学说是1970年一些生物学家在前人研究的基础上提出的。根据这个学说,大约在十几亿年前,有一种大型的有吞噬能力的原核生物,叫做前真核细胞。前真核细胞先后吞噬了几种原核生物(如原始的需氧型细菌、蓝藻等),这些被吞噬的生物不仅没有被消化分解,反而在前真核细胞中生存下来了。在进化的过程中,被吞噬的生物由寄生过渡到共生,最终成为宿主细胞的细胞器。例如,前真核细胞吞噬了一种原始的需氧细菌(又称原线粒体),结果这种需氧细菌在前真核细胞的细胞质里生存下来了,并且逐步与前真核细胞形成了内共生关系:需氧细菌不断地从前真核细胞获取糖酵解产物,而前真核细胞又从需氧细菌那里得到糖酵解产物进一步氧化而释放的能量。在共同生存的过程中,需氧细菌中的原生质缩减,出现内膜和嵴,从而成为宿主细胞内专门进行氧化磷酸化产生ATP的细胞器,这就是真核细胞中的线粒体。又如,真核细胞中的叶绿体来自被吞噬的原始的蓝藻。

内共生学说的主要证据是:1.线粒体和叶绿体都具有自主性活动,它们所含的DNA是环状的,与细菌、蓝藻的相同;2.线粒体和叶绿体所含的核糖体与原核生物的相似,而与真核生物的不同,并且这两种细胞器也能够像原核生物一样进行无丝分裂;3.线粒体和叶绿体都有两层膜,内膜来自这些细胞器本身,外膜来自细胞的膜系统。内共生学说的缺点是不能解释细胞核的起源,因为真核细胞的核结构与原核细胞的差别很大,不仅仅是有无核膜的问题。

二,线粒体在生命科学中的地位和意义如何?

在20世纪后半页,先后有五位科学家由于在线粒体生物能力学领域的重大发现而获得诺贝尔奖。近十多年来,人们还发现线粒体除了能量转换功能之外, 还有其它多种极为重要的生理功能,包括生成活性氧自由基、调节细胞的氧化还原电势和信号转导、调控细胞凋亡和某些基因的表达等。 由于线粒体在细胞凋亡中的关键性作用,因此线粒体又被称为‘细胞生存和死亡之马达’。当前,线粒体的研究已深入到生物的发育、代谢、衰老、疾病、肿瘤以及进化、遗传等众多重要领域 ,成为当前生命科学和分子医学中最活跃的新前沿之一。

三 线粒体疾病

是指病变发生在细胞的线粒体内,是线粒体基因组(mtDNA)和/或核基因组(nDNA)编码线粒体蛋白的基因变异引起的线粒体结构和氧化磷酸化功能的损伤,而引起的疾病。线粒体病通常表现为ATP能量减少、活性氧自由基(ROS)增多和乳酸中毒等造成细胞损伤或细胞凋亡等。线粒体疾病可发生在身体某一部位或多个部位,形成多系统疾病,患者常有两种或更多病症的综合表现,形成综合症。临床症状十分复杂多样和明显个体差异,这与线粒体遗传的异质性(Heteroplasmy)和在体内的特定分布有关。线粒体疾病独特的临床表型多表现为肌无力运动不耐受、听力伤失、共济失调、症状突发(中风)、学习障碍、白内障、心衰、糖尿病和生长缓慢等,但如果一患者兼有三种以上的上述病症,或累及多器官和多系统,很可能就是线粒体病。但由于它没有标志性诊断标准,尚需在临床上作出进一步测试和确诊水平。根据流行病学调查,线粒体疾病的流行率和死亡率都很高。

范文五:第一节线粒体

第一节 线粒体

1890年R. Altaman首次发现线粒体,命名为bioblast,以为它可能是共生于细胞内独立生活的细菌。

1898年Benda首次将这种颗命名为mitochondrion。

1900年L. Michaelis用Janus Green B对线粒体进行染色,发现线粒体具有氧化作用。

Green(1948)证实线粒体含所有三羧酸循环的酶,Kennedy和Lehninger(1949)发现脂肪酸氧化为CO2的过程是在线粒体内完成的,Hatefi等(1976)纯化了呼吸链四个独立的复合体。Mitchell(1961-1980)提出了氧化磷酸化的化学偶联学说。

一、结构

(一)形态与分布

线粒体一般呈粒状或杆状,但因生物种类和生理状态而异,可呈环形,哑铃形、线状、分杈状或其它形状。主要化学成分是蛋白质和脂类,其中蛋白质占线粒体干重的65-70%,脂类占25-30%。

一般直径0.5~1μm,长1.5~3.0μm,在胰脏外分泌细胞中可长达10~20μm,称巨线粒体。

数目一般数百到数千个,植物因有叶绿体的缘故,线粒体数目相对较少;肝细胞约1300个线粒体,占细胞体积的20%;单细胞鞭毛藻仅1个,酵母细胞具有一个大型分支的线粒体,巨大变形中达50万个;许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体。

通常结合在维管上,分布在细胞功能旺盛的区域。如在肝细胞中呈均匀分布,在肾细胞中靠近微血管,呈平行或栅状排列,肠表皮细胞中呈两极性分布,集中在顶端和基部,在精子中分布在鞭毛中区。线粒体在细胞质中可以向功能旺盛的区域迁移,微管是其导轨,由马达蛋白提供动力。

(二)超微结构

线粒体由内外两层膜封闭,包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔(图7-1、7-2)。在肝细胞线粒体中各功能区隔蛋白质的含量依次为:基质67%,内膜21%,外8%膜,膜间隙4%。

图7-1线粒体的TEM照片 图7-2线粒体结构模型

1、外膜 (out membrane)

含40%的脂类和60%的蛋白质,具有孔蛋白(porin)构成的亲水通道,允许分子量为5KD以下的分子通过,1KD以下的分子可自由通过。标志酶为单胺氧化酶。

2、内膜 (inner membrane)

含100种以上的多肽,蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷脂含量高(达20%)、缺乏胆固醇,类似于细菌。通透性很低,仅允许不带电荷的小分子物质通过,大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。如:丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度协同运输。

线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜,因此从能量转换角度来说,内膜起主要的作用。内膜的标志酶为细胞色素C氧化酶。

内膜向线粒体基质褶入形成嵴(cristae),嵴能显著扩大内膜表面积(达5~10倍),嵴有两种类型:①板层状(图7-1)、②管状(图7-3),但多呈板层状。

图7-3 管状嵴线粒体

嵴上覆有基粒(elementary

particle),基粒由头部(F1偶

联因子)和基部(F0偶联因子)

构成,F0嵌入线粒体内膜。

3、膜间隙(intermembrane space)

是内外膜之间的腔隙,延伸至嵴的轴心部,腔隙宽约6-8nm。由于外膜具有大量亲水孔道与细胞质相通,因此膜间隙的pH值与细胞质的相似。标志酶为腺苷酸激酶。

4、基质(matrix)

为内膜和嵴包围的空间。除糖酵解在细胞质中进行外,其他的生物氧化过程都在线粒体中进行。催化三羧酸循环,脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类均位于基质中,其标志酶为苹果酸脱氢酶。

基质具有一套完整的转录和翻译体系。包括线粒体DNA(mtDNA),70S型核糖体,tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。

基质中还含有纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质,内含Ca2+、Mg2+、Zn2+等离子。

二、氧化磷酸化的分子基础

(一)电子载体

呼吸链电子载体主要有:黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、辅酶Q等。

1. NAD

即烟酰胺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,图7-4),是体内很多脱氢酶的辅酶,连接三羧酸循环和呼吸链,其功能是将代谢过程中脱下来的氢交给黄素蛋白。

2. 黄素蛋白:含FMN(图7-5)或FAD(图7-6)的蛋白质,每个FMN或FAD可接受2个电子2个质子。呼吸链上具有FMN为辅基的NADH脱氢酶,以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。

3. 细胞色素:分子中含有血红素铁(图7-7),以共价形式与蛋白结合,通Fe3+、Fe2+形式变化传递电子,呼吸链中有5类,即:细胞色素a、a3、b、c、c1,其中a、a3含有铜原子。

图7-7 血红素c的结构

4. 三个铜原子:位于线粒体内膜的一个蛋白质上,形成类似于铁硫蛋白的结构,通过Cu2+、Cu1+的变化传递电子。

5. 铁硫蛋白:在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合,通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递,有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型(图7-8)。

6. 辅酶Q:是脂溶性小分子量的醌类化合物,通过氧化和还原传递电子(图7-9)。有3种氧化还原形式即氧化型醌Q,还原型氢醌(QH2)和介于两者之者的自由基半醌(QH)。

利用脱氧胆酸(deoxycholate,一种离子型去污剂)处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物,即复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ,辅酶Q和细胞色素C不属于任何一种复合物。辅酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的C侧,属于膜的外周蛋白。

1、复合物Ⅰ

即NADH脱氢酶,哺乳动物的复合物Ⅰ由42条肽链组成,呈L型,含有一个FMN和至少6个铁硫蛋白,分子量接近1MD,以二聚体形式存在,其作用是催化NADH的2个电子传递至辅酶Q,同时将4个质子由线粒体基质(M侧)转移至膜间隙(C侧)。电子传递的方向为:NADH→FMN→Fe-S→Q,总的反应结果为: NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C

2、复合物Ⅱ

即琥珀酸脱氢酶,至少由4条肽链组成,含有一个FAD,2个铁硫蛋白,其作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q,但不转移质子。电子传递的方向为:琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。反应结果为:

琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2

3、复合物 Ⅲ

即细胞色素c还原酶,由至少11条不同肽链组成,以二聚体形式存在,每个单体包含两个细胞色素b(b562、b566)、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。其作用是催化电子从辅酶Q传给细胞色素c,每转移一对电子,同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。总的反应结果为:

2还原态cyt c1 + QH2 + 2 H+M→2氧化态cyt c1 + Q+ 4H+C

复合物Ⅲ的电子传递比较复杂,和“Q循环”有关(图7-10)。辅酶Q能在膜中自由扩散,在内膜C侧,还原型辅酶Q(氢醌) 将一个电子交给Fe-S→细胞色素c1→细胞色素c,被氧化为半醌,并将一个质子释放到膜间隙,半醌将电子交给细胞色素b566→b562,释放另外一个质子到膜间隙。细胞色素b566得到的电子为循环电子,传递路线为:半醌→b566→b562→辅酶Q。在内膜M侧,辅酶Q可被复合体Ⅰ(复合体Ⅱ)或细胞色素b562还原为氢醌。一对电子由辅酶Q到复合物Ⅲ的电子传递过程中,共有四个质子被转移到膜间隙,其中两个质子是辅酶Q转移的。

图7-10 Q循环示意图 引自Lodish等1999

4、复合物 Ⅳ

即细胞色素c氧化酶,以二聚体形式存在,其作用是将从细胞色素c接受的电子传给氧,每转移一对电子,在基质侧消耗2个质子,同时转移2个质子至膜间隙。每个单体由至少13条不同的肽链组成,分为三个亚单位:亚单位I(subunit I):包含两个血红素(a1、a3)和一个铜离子(CuB),血红素a3和CuB形成双核的Fe-Cu中心。亚单位Ⅱ(subunit Ⅱ),包含两个铜离子(CuA)构成的双核中心,其结构与2Fe-2S相似。亚单位Ⅲ(subunit Ⅲ)的功能尚不了解。电子传递的路线为:cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2,总的反应结果为:

4还原态cyt c + 8 H+M + O2→4氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O

复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成主要的呼吸链,催化NADH的脱氢氧化,复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成另一条呼吸链,催化琥珀酸的脱氢氧化(图7-11)。对应于每个复合物Ⅰ,大约需要3个复合物Ⅲ,7个复合物Ⅳ,任何两个复合物之间没有稳定的连接结构,而是由辅酶Q和细胞色素c这样的可扩散性分子连接。

呼吸链各组分有序,使电子按氧化还原电位从低向高传递,能量逐级释放,呼吸链中的复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都是质子泵,可将质子有机质转移到膜间隙,形成质子动力势(proton-motive force),驱动ATP的合成,实验证明人为提高线粒体膜间隙的质子浓度,能使线粒体合成ATP。

图7-11 两条主要的呼吸链(引自Lodish等1999)

呼吸链组分及ATP酶在线粒体内膜上呈不对称分布,如细胞色素C位于线粒体内膜的C侧(向细胞质的一侧),而ATP酶位于内膜的M侧(向线粒体基质的一侧)。

对于呼吸链组分在内膜上的分布主要依靠用亚线粒体颗粒和冰冻能刻电镜技术来研究。

将线粒体用超声波破碎,线粒体内膜碎片可形成颗粒朝外的小膜泡,称亚线粒体小泡或亚线粒体颗粒,这种小泡具有正常的电子传递和磷酸化的功能。用细胞色素c的抗体能够抑制完整线粒体的氧化磷酸化,但不能抑制亚线粒体颗粒的氧化磷酸化,说明细胞色素c位于线粒体内膜的C侧。

三、氧化磷酸化的作用机理

(一)质子动力势

Mitchell P.1961提出“化学渗透假说(Chemiosmotic Hypothesis)”,70年代关于化学渗透假说取得大量实验结果的支持,成为一种较为流行的假说,Mitchell本人也因此获得1978年诺贝尔化学奖。

根据“化学渗透假说”,当电子沿呼吸链传递时,所释放的能量将质子从内膜基质侧(M侧)泵至膜间隙(胞质侧或C侧),由于线粒体内膜对离子是高度不通透的,从而使膜间隙的质子浓度高于基质,在内膜的两侧形成pH梯度(△pH)及电位梯度(Ψ),两者共同构成电化学梯度(图7-12),即质子动力势(△P)。

△P=Ψ-(2.3RT/F)△pH

其中T为绝对温度,R为气体常数,F为法拉第常数。大量实验表明,当温度为25℃时△P=Ψ-59△pH,△P的值为220mV左右。

质子沿电化学梯度穿过内膜上的ATP酶复合物流回基质,使ATP酶的构象发生改变,将ADP和Pi合成ATP。

(二)ATP合酶的结构和作用机理

ATP合酶(ATP synthetase, 图7-13),分子量500KD,状如蘑菇。分为球形的F1(头部)和嵌入膜中的F0(基部),它可以利用质子动力势合成ATP,也可以水解ATP,转运质子,属于F型质子泵。每个肝细胞线粒体通常含15000个ATP合酶、每个酶每秒钟可产生100个ATP。

F1由5种多肽组成α3β3γδε复合体,具有三个ATP合成的催化位点(每个β亚基具有一个)。α和β单位交替排列,状如桔瓣。γ贯穿αβ复合体(相当于发电机的转子),并与F0接触,ε帮助γ与F0结合。δ与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构(相当于发电机的定子)。

图7-13 ATP合酶的结构(引自Lodish等1999)

F0由三种多肽组成ab2c12复合体,嵌入内膜,12个c亚基组

成一个环形结构,具有质子通道,可使质子由膜间隙流回基质。

1979年代Boyer P提出构象耦联假说,一些有力的实验证据使

这一学说得到广泛的认可。其要点如下:

1.ATP酶利用质子动力势,产生构象的改变,改变与底物的亲

和力,催化ADP与Pi形成ATP(图7-14)。

2.F1具有三个催化位点,但在特定的时间,三个催化位点的构

象不同、因而与核苷酸的亲和力不同。在L构象(loose),ADP、

Pi与酶疏松结合在一起;在T构象(tight)底物(ADP、 Pi)

与酶紧密结合在一起,在这种情况下可将两者加合在一起;在

O构象(open)ATP与酶的亲和力很低,被释放出去。

3.质子通过F0时,引起c亚基构成的环旋转,从而带动γ亚

基旋转,由于γ亚基的端部是高度不对称的,它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化(L、T、O),不断将ADP和Pi加合在一起,形成ATP。

图7-14 ATP合酶三

种构象的交替改变

(引自Lodish等

1999)

支持构象耦联假说的实验有:

1.日本的吉田(Massasuke Yoshida)等人将α3β3γ固定在玻片上,在γ亚基的顶端连接荧光标记的肌动蛋白纤维,在含有ATP的溶液中温育时,在显微镜下可观察到γ亚基带动肌动蛋白纤维旋转(图7-15)。

图7-15 γ亚基旋转的观察(引自Lodish等1999)

2.在另外一个实验中,将荧光标记的肌动蛋白连接到ATP合

酶的F0亚基上,在ATP存在时同样可以观察到肌动蛋白的旋

转。

(三)氧化磷酸化抑制剂

1.电子传递抑制剂

抑制呼吸链的电子传递。包括以下类型:

① 抑制NADH→CoQ的电子传递。如:阿米妥(amytal)、鱼

藤酮(rotenone)、杀粉蝶素A(piericidin)。

② 抑制Cyt b→Cyt c1的电子传递。如:抗霉素

A(antinomycin A)。

③ 抑制细胞色素氧化酶→O2。如:CO、CN、NaN3、H2S。

电子传递抑制剂可用来研究呼吸链各组分的排列顺序,当呼吸链某一特定部位被抑制后,

底物一侧均为还原状态,

氧一侧均为氧化态,可用分光光度计检测,因为电子传递链组分氧化态和还原态具有不同的吸收峰。

2.磷酸化抑制剂

与F0结合结合,阻断H+通道,从而抑制ATP合成。如:寡霉素(oligomycin)、二环己基碳化二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide,DCC):

3.解偶联剂(uncoupler)

使氧化和磷酸化脱偶联,氧化仍可以进行,而磷酸化不能进行,解偶联剂为离子载体或通道,能增大线粒体内膜对H+的通透性,消除H+梯度,因而无ATP生成,使氧化释放出来的能量全部以热的形式散发。动物棕色脂肪组织和肌肉线粒体中有独特的解偶联蛋白(uncoupling proteins, UCPs),与维持体温有关。常用解偶联剂主要有: 质子载体: 2,4-二硝基酚(DNP,图7-16),羰基-氰-对-三氟甲氧基苯肼(FCCP)。

质子通道:增温素(thermogenin)。

其它离子载体:如缬氨霉素。

某些药物:如过量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶联,从而使体温升高。

四、线粒体的半自主性

1963年M. 和 S. Nass发现线粒体DNA(mtDNA)后,人们又在线粒体中发现了RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、tRNA、核糖体、氨基酸活化酶等进行DNA复制、转录和蛋白质翻译的全套装备,说明线粒体具有独立的遗传体系。

虽然线粒体也能合成蛋白质,但是合成能力有限。线粒体1000多种蛋白质中,自身合成的仅十余种。线粒体的核糖体蛋白、氨酰tRNA 合成酶、许多结构蛋白, 都是核基因编码, 在细胞质中合成后,定向转运到线粒体的,因此称线粒体为半自主细胞器。

利用标记氨基酸培养细胞,用氯霉素和放线菌酮分别抑制线粒体和细胞质蛋白质合成的方法,发现人的线粒体DNA编码的多肽为细胞色素c氧化酶的3个亚基,F0的2个亚基,NADH脱氢酶的7个亚基和细胞色素b等13条多肽。此外线粒体DNA还能合成12S和16SrRNA及22种tRNA。

mtDNA分子为环状双链DNA分子,外环为重链(H),内环为轻链(L )。基因排列非常紧凑,除与mtDNA复制及转录有关的一小段区域外,无内含子序列。每个线粒体含数个m tDNA,动物m tDNA 约16-20kb,大多数基因由H链转录, 包括2个rRNA , 14个tRNA 和12个编码多肽的mRNA , L链编码另外8个tRNA和一条多肽链。mtDNA上的基因相互连接或仅间隔几个核苷酸序列, 一些多肽基因相互重叠, 几乎所有阅读框都缺少非翻译区域。很多基因没有完整的终止密码, 而仅以T或TA 结尾,mRNA的终止信号是在转录后加工时加上去的。

线粒体在形态,染色反应、化学组成、物理性质、活动状态、遗传体系等方面,都很像细菌,所以人们推测线粒体起源于内共生。按照这种观点,需氧细菌被原始真核细胞吞噬以后,有可能在长期互利共生中演化形成了现在的线粒体。在进化过程中好氧细菌逐步丧失了独立性,并将大量遗传信息转移到了宿主细胞中,形成了线粒体的半自主性。

线粒体遗传体系确实具有许多和细菌相似的特征,如:①DNA为环形分子,无内含子;②核糖体为70S型;③RNA聚合酶被溴化乙锭抑制不被放线菌素D所抑制;④tRNA、氨酰基-tRNA合成酶不同于细胞质中的;⑤蛋白质合成的起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA,对细菌蛋白质合成抑制剂氯霉素敏感对细胞质蛋白合成抑制剂放线菌酮不敏感。

此外哺乳动物mtDNA的遗传密码与通用遗传密码有以下区别:①UGA不是终止信号,而是色氨酸的密码;②多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码,起始甲硫氨酸由AUG,AUA,AUU和AUC四个密码子编码;③AGA,AGG不是精氨酸的密码子,而是终止密码子,线粒体密码系统中有4个终止密码子(UAA,UAG,AGA,AGG)。

mtDNA表现为母系遗传。其突变率高于核DNA,并且缺乏修复能力。有些遗传病,如Leber遗传性视神经病,肌阵挛性癫痫等均与线粒体基因突变有关。

五、线粒体的增殖

线粒体的增殖是通过已有的线粒体的分裂,有以下几种形式:

1、间壁分离,分裂时先由内膜向中心皱褶,将线粒体分类两个,常见于鼠肝和植物产生组织中。

2、收缩后分离,分裂时通过线粒体中部缢缩并向两端不断拉长然后分裂为两个,见于蕨类和酵母线粒体中。

3、出芽,见于酵母和藓类植物,线粒体出现小芽,脱落后长大,发育为线粒体。

范文六:线粒体自噬

线粒体自噬,在除去损伤或多余的线粒体过程中其关键作用。几种蛋白受体,包括酵母中的ATG32,以及哺乳动物系统中的NIX/BNIP3L,BNIP3和DUNDCI,都是在线粒体自噬中直接起作用。ATG32与ATG8和ATG11在线粒体表面发生相互作用,并且促进核心ATG蛋白在线粒体中的组装。NIX/BNIP3L, BNIP3和FUNDCI也有一个经典的模式来与LC3(ATG8的哺乳动物同源物)发生相互作用从而激活线粒体自噬。最近的研究发现受体介导的线粒体自噬受可逆的蛋白磷酸化调控。在酵母中,Casein kinase 2 (CK2,酪蛋白激酶2)可使ATG32磷酸化,激活线粒体自噬。与此相反,在哺乳动物细胞中,Src激酶及CK2使FUNDCI磷酸化从而防止线粒体自噬。值得注意的是,在应对缺氧或是用FCCP处理时,线粒体激酶PGAMS使FUNDCI去磷酸化从而激活线粒体自噬。在这里,我们主要集中于以受体介导的线粒体自噬的活化为基础的分子机制的研究进展和在健康和疾病中的分解代谢过程的影响。

Introduction

线粒体决定细胞的存亡。健康的线粒体的功能就像是一个动力工厂,通过三羧酸循环和氧化磷酸化来实现能量转换。应对细胞死亡的刺激,线粒体外膜改变其通透性释放细胞色素c,可以结合胞浆中的受体Apafl形成凋亡体,从而激活半胱天冬酶的级联反映进行细胞凋亡,这是一种细胞程序性死亡的形式。在氧化磷酸化反应过程中,线粒体也是产生不可避免的副产物过氧化物的主要位点。此外,线粒体还是铁代谢和脂质代谢的中心。考虑到这些关键因素,损伤的线粒体会对细胞造成伤害,功能障碍的线粒体的积累是多种类型疾病的特征,包括心脏衰竭,阿尔茨海默病,帕金森病和癌症。

为了维持细胞的健康,真核生物进化了一种机制,通过线粒体自噬来分离和去除损坏的或不需要的线粒体。有关于线粒体自噬,它的一个方面就是其进化保守型。在酿酒酵母的发芽期,线粒体向液泡的运输,已经被视为一种线粒体从核中逃逸的可行机制。随后的遗传途径明确表明,在单细胞的真核生物当中,线粒体的降解完全取决于一系列的“核心”自噬相关(ATG)蛋白,这些蛋白对于自噬体(双膜结合的囊泡包裹一次性货物)的形成是必要的。除了ATG蛋白,其他自噬体液泡融合的必要因素以及自噬体在液泡内的分解等,十几个重要的线粒体自噬分子在酵母中被报道。其中,在线粒体的降解过程中,通过对非必需基因有缺陷的缺失突变体的两个独立的全基因组筛选,atg32已经被确定作为一个关键的分子。线粒体自噬,在除去损伤或多余的线粒体过程中其关键作用。几种蛋白受体,包括酵母中的ATG32,以及哺乳动物系统中的NIX/BNIP3L,BNIP3和DUNDCI,都是在线粒体自噬中直接起作用。ATG32与ATG8和ATG11在线粒体表面发生相互作用,并且促进核心ATG蛋白在线粒体中的组装。NIX/BNIP3L, BNIP3和FUNDCI也有一个经典的模式来与LC3(ATG8的哺乳动物同源物)发生相互作用从而激活线粒体自噬。最近的研究发现受体介导的线粒体自噬受可逆的蛋白磷酸化调控。在酵母中,Casein kinase 2 (CK2,酪蛋白激酶2)可使ATG32磷酸化,激活线粒体自噬。与此相反,在哺乳动物细胞中,Src激酶及CK2使FUNDCI磷酸化从而防止线粒体自噬。值得注意的是,在应对缺氧或是用FCCP处理时,线粒体激酶PGAMS使FUNDCI去磷酸化从而激活线粒体自噬。在这里,我们主要集中于以受体介导的线粒体自噬的活化为基础的分子机制的研究进展和在健康和疾病中的分解代谢过程的影响。

Introduction

线粒体决定细胞的存亡。健康的线粒体的功能就像是一个动力工厂,通过三羧酸循环和氧化磷酸化来实现能量转换。应对细胞死亡的刺激,线粒体外膜改变其通透性释放细胞色素c,可以结合胞浆中的受体Apafl形成凋亡体,从而激活半胱天冬酶的级联反映进行细胞凋亡,这是一种细胞程序性死亡的形式。在氧化磷酸化反应过程中,线粒体也是产生不可避免的副产物过氧化物的主要位点。此外,线粒体还是铁代谢和脂质代谢的中心。考虑到这些关键因素,损伤的线粒体会对细胞造成伤害,功能障碍的线粒体的积累是多种类型疾病的特征,包括心脏衰竭,阿尔茨海默病,帕金森病和癌症。

为了维持细胞的健康,真核生物进化了一种机制,通过线粒体自噬来分离和去除损坏的或不需要的线粒体。有关于线粒体自噬,它的一个方面就是其进化保守型。在酿酒酵母的发芽期,线粒体向液泡的运输,已经被视为一种线粒体从核中逃逸的可行机制。随后的遗传途径明确表明,在单细胞的真核生物当中,线粒体的降解完全取决于一系列的“核心”自噬相关(ATG)蛋白,这些蛋白对于自噬体(双膜结合的囊泡包裹一次性货物)的形成是必要的。除了ATG蛋白,其他自噬体液泡融合的必要因素以及自噬体在液泡内的分解等,十几个重要的线粒体自噬分子在酵母中被报道。其中,在线粒体的降解过程中,通过对非必需基因有缺陷的缺失突变体的两个独立的全基因组筛选,atg32已经被确定作为一个关键的分子。

范文七:线粒体与疾病

线粒体与疾病

摘要:以线粒体结构和功能缺陷为主要病因的疾病常称为线粒体病, 主要指线粒体基因变化所致的疾病。线粒体在能量代谢、自由基产生、衰老、细胞凋亡中起重要作用。线粒体广泛分布于各种真核细胞中, 其主要功能是通过呼吸链(电子传递链和氧化磷酸化系统) 为细胞活动提供能量,并参与一些重要的代谢通路,维持细胞的钙、铁离子平衡,以及参与其他生命活动的信号传导。线粒体的基因突变, 呼吸链缺陷, 线粒体膜的改变等因素均会影响整个细胞的正常功能, 从而导致病变。许多研究表明, 线粒体功能异常与帕金森氏症, 阿尔兹海默病, 糖尿病, 肿瘤, 等疾病的发生发展过程密切相关, 既是疾病病因之一, 亦是疾病发病的早期征兆。

线粒体的功能

线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化, 合成ATP , 为细胞生命活动提供能量。线粒体是糖类、脂肪和氨基酸等物质最终氧化释能的场所。糖类和脂肪等营养物质在细胞质中经过降解作用产生丙酮酸和脂肪酸, 这些物质进入线粒体基质中, 再经过一系列分解代谢形成乙酰辅酶 A, 即可进一步参加三羧酸循环。三羧酸循环中脱下的氢, 经线粒体内膜上的电子传递链 (呼吸链) , 最终传递给氧, 生成水。在此过程中释放的能量, 通过 ADP的磷酸化, 生成高能化合物 ATP , 供机体各种活动的需要。此外, 线粒体在细胞凋亡的过程中也起着枢纽作用。主要途径是通过线粒体膜通透性改变, 导致细胞色素 C 、调亡诱导因子 ( A I F)、多种降解酶前体的释放和膜电位下降、活性氧产生及线粒体基质肿胀, 最终导致细胞裂解。线粒体跨膜电位DYmt的下降, 被认为是细胞凋亡级联反应过程中最早发生的事件。

线粒体功能异常

线粒体功能异常多指由于线粒体膜受到破坏、呼吸链受到抑制、酶活性降低、线粒体DNA( m t DNA ) 的损伤等引起的能量代谢障碍, 进而导致一系列相互作用的损伤过程。

线粒体功能异常引起的疾病研究进展

线粒体与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关。线粒体异常会影响整个细胞的正常功能, 从而导致病变。许多研究表明, 帕金森氏症, 阿尔兹海默病,糖尿病, 肿瘤,等疾病的发生发展均与线粒体功能的异常有关。

线粒体与帕金森氏症 ( Par k i nson s disease ,PD)

帕金森病是一种慢性神经系统退行性疾病, 是由中脑黑质致密部多巴胺神经元选择性变性死亡、纹状体多巴胺减少所致, 其发病机制目前并不很清楚。在提出的各种假说中, 人们越来越重视线粒体功能异常在帕金森病发病中的作用。线粒体呼吸链是体内氧自由基产生的主要部位, 呼吸链中任何部位受到抑制都会使自由基产生增多。PD患者黑质中线粒体酶复合体缺陷会导致自由基产生增多, ATP合成减少。能量的减少会造成细胞内外离子失衡, 膜电位下降, 导致一些电压依赖的 C a2 +通道的持续开放, 造成 Ca2+急剧内流, 细胞内 Ca2+增多, 耗竭细胞内 ATP , 同时通过活化蛋白酶、脂肪酶、核酸内切酶, 介导了兴奋毒性的细

胞损伤, 造成神经元死亡。

近年来还发现, 线粒体控制核的程序化死亡( apoptosis), 体外试验表明低浓度的 MPP对酶复合体的抑制可以造成培养的多巴胺能神经元的程序化死亡, 而高浓度主要引起细胞的坏死。

Mochizuk i等发现 PD患者黑质致密带多巴胺能神经元呈现程序化死亡, 这些结果提示, 在 PD多巴胺能神经元死亡的早期, 可能存在由酶复合体抑制引起的程序化死亡, 以后随着生化缺陷的加剧, 而出现由程序化死亡向坏死的转变。表明在 PD早期如能改善线粒体功能, 阻止程序化死亡加剧, 将有助于保护残存的神经元, 阻止疾病进程。

线粒体与阿尔茨海默病 ( A lzhe i mer s d isease , AD )

阿尔茨海默病 ( AD ) 作为老年性痴呆的一种重要类型, 是中枢神经系统的一种渐进性退行性疾病。目前, AD的病因研究较多, 其中线粒体因在能量代谢、自由基产生、衰老和神经退行性变等方面的特殊作用而倍受关注。

线粒体功能异常可导致一系列相互作用的损伤过程: 能量代谢障碍以及基于钙稳态破坏和活性氧产生为基础的神经元兴奋性毒性。许多证据表明,线粒体能量代谢障碍在 AD的发生中占有重要地位。正电子断层扫描 ( Posit ron e m is sion tomography , PET) 检查显示 AD患者脑组织氧化, 并且能量代谢受损, 表现为脑部葡萄糖利用减少, 脑脊液中乳酸含量增高, 而琥珀酸、延胡索酸、谷氨酰胺含量降低, 这些表明 AD患者脑线粒体氧化代谢过程受损。神经元能量代谢障碍和兴奋性毒性作用可升高细胞内 C a2 +水平, 导致活性氧等自由基的产生。由于 AD患者脑部神经元中线粒体 DNA氧化程度为正常水平的 3倍, 说明引起氧化损伤的自由基可能主要来源于线粒体。线粒体损伤及功能改变在细胞凋亡中发挥重要作用: 线粒体呼吸功能的降低、氧化磷酸化-电子传递偶联受损、膜电位降低等线粒体功能的改变(其变化早于核固缩和细胞膜完整性的破坏) , 最终导致 AD患者的神经细胞凋亡。

线粒体糖尿病 (M aternall y inheritedd i abetes)

mt DNA基因的 3243位点处鸟嘌呤取代了腺嘌呤, 有研究认为该突变引起 m t DNA转录和翻译的异常, 致使 m t DNA 氧化磷酸化( OXPHOS) 过程受损, 无法产生足够的 ATP , 从而使细胞胰岛素分泌受到抑制。同时, 自由基产生过多, 使线粒体功能进一步受损, 严重时细胞可死亡。骨骼肌同样也存在 OXPHOS障碍,外周葡萄糖摄取减少, 肌肉的糖酵解增加, 从而促进乳酸循环, 肝糖异生亢进, 致血糖增高。线粒体基因突变糖尿病是糖尿病单基因致病类型。在最新的糖尿病分型中把其列为特殊类型糖尿病, 属于细胞遗传缺陷疾病。

线粒体与肿瘤 ( Cancer)

肿瘤的发生、发展是一个复杂的过程, 与癌基因激活、抑癌基因失活、细胞调亡异常以及 D N A损伤修复功能异常密切相关。近年来, 随着对线粒体研究的深入, 线粒体在肿瘤发生、发展中的作用, 日益受到人们的关注。线粒体细胞膜异常在肿瘤发展中起重要作用。线粒体外膜含有丰富的苯二氮类受体 ( PBR ) 与通透性转换通道复合物 ( PTPC ), 它们均参与细胞调亡的调控。在肿瘤细胞中, PBR的表达上调, 可明显增加线粒体膜流动性、线粒体脂代谢及 D N A合成, 增加细胞分裂所需能量, 使肿瘤细胞增殖。

PTPC的组成发生改变, 导致 PTPC蛋白的过表达, 这有助于肿瘤对调亡的耐受。此外, 线粒体呼吸链缺陷也与肿瘤的发生、发展关系密切。70多年前, W arbur g最早提出线粒体呼吸链的缺陷可导致细胞去分化, 并因此发生致瘤性转化。大部

分正常细胞生成 ATP的主要方式是氧化磷酸化, 而肿瘤细胞主要通过糖酵解途径, 许多肿瘤细胞线粒体内膜的 ATP酶复合体亚基表达显著下降。任何降低线粒体氧化磷酸化功能的事件, 均可促进氧化组织中发生转化的细胞或肿瘤细胞的增殖, 呼吸酶复合体大量减少与肿瘤细胞快速增长和侵袭性增加密切相关。可见线粒体生物氧化功能的改变是细胞发生致癌性转化的机制之一。综上所述, 线粒体可以通过多种机制参与阿尔茨海默病, 帕金森氏症, 肿瘤, 线粒体糖尿病等疾病的发生发展。目前这些病症的发病机理并不十分清楚, 研究线粒体功能异常与神经退行性疾病以及肿瘤之间的关系, 不仅可以使我们更好地了解其发病机制, 还为这些疾病的治疗提供了新的线索和思路, 具有广阔的前景: 线粒体呼吸链中酶复合体的缺陷主要是由于 m t DNA突变造成的, 因此将神经退行性疾病在mtDNA上的定位, 探究突变 DNA是如何得以保持并占优势的, 可以更合理的解释神经退行性疾病的发病机理, 达到早期诊断疾病的目的; 在肿瘤的治疗中, 传统化疗药通过细胞内信号传导途径间接作用于线粒体, 容易形成耐药。mtDNA突变可以引起多种疾病的发生, 作者从mtDNA对各种疾病的致病关系和机制作了阐述。尽管各种疾病发生的机制错综复杂,但其物质基础同样决定于遗传物质,这促使了近年来对线粒体基因组的不稳定性及mtDNA与核基因组整合的研究逐渐增多。另外, 对于线粒体疾病的检测,一个值得探讨的问题是,不取病理组织而用患者其他组织来源的 DNA 样品, 能否做出同样的诊断结果, 即患者不同组织细胞的mtDNA突变是否具有相同的特征(突变类型及性质) , 而某些病例检出多种突变的情形说明, 要判断究竟哪些突变在疾病产生过程中起作用, 还须做更多的研究, 如研究mtDNA突变及其与核 DNA 的关系。探索相关疾病的危害, 对于人类诊断、预防和治疗遗传病的发生,提高人口素质将起到非常重要的作用。由于mtDNA的拷贝数量远超过核DNA,因此检测mtDNA比检测染色体更为灵敏、经济, 但对于mtDNA突变机制的研究尚处在较低水平阶段, mtDNA突变在上述疾病发生的过程中究竟充当怎样的角色, 与其他因素是否协同发生作用, 这些问题有待于进一步研究。

参考文献

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作者:专业班级:班

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日期:2013年4月27日

范文八:线粒体与疾病

线粒体与疾病

摘要: 以线粒体结构和功能缺陷为主要病因的疾病常称为线粒体病, 主要指线粒体基因变化所致的疾病。线粒体在能量代谢、自由基 产生、衰老、细胞凋亡中起重要作用。线粒体广泛分布于各种真核细胞中, 其主要功能是通过呼吸链(电子传递链和氧化磷酸化系统) 为细胞活动提供能量,并参与一些重要的代谢通路,维持细胞的钙、 铁离子平衡,以及参与其他生命活动的信号传导。线粒体的基因突变, 呼吸链缺陷, 线粒体膜的改变等因素均会影响整个细胞的正常功能, 从而导致病变。许多研究表明, 线粒体功能异常与帕金森氏症, 阿尔兹海默病, 糖尿病, 肿瘤, 等疾病的发生发展过程密切相关, 既是疾病病因之一, 亦是疾病发病的早期征兆。

关键词: 线粒体; 功能异常; 帕金森氏症; 阿尔茨海默病; 线粒体糖尿病; 肿瘤

1.1 线粒体的功能

线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化, 合成ATP , 为细胞生命活动提供能量。线粒体是糖类、脂肪和氨基酸等物质最终氧化释能的场所。糖类和脂肪等营养物质在细胞质中经过降解作用产生丙酮酸和脂肪酸, 这些物质进入线粒体基质中, 再经过一系列分解代谢形成乙酰辅酶 A, 即可进一步参加三羧酸循环。三羧酸循环中脱下的氢, 经线粒体内膜上的电子传递链 (呼吸链) , 最终传递给氧, 生成水。在此过程中释放的能量, 通过 ADP的磷酸化, 生成高能化合物 ATP , 供机体各种活动的需要。此外, 线粒体在细胞凋亡的过程中也起着枢纽作用。主要途径是通过线粒体膜通透性改变, 导致细胞色素 C 、调亡诱导因子 ( A I F)、多种降解酶前体的释放和膜电位下降、活性氧产生及线粒体基质肿胀, 最终导致细胞裂解。线粒体跨膜电位 DYmt的下降, 被认为是细胞凋亡级联反应过程中最早发生的事件。

1.2 线粒体功能异常

线粒体功能异常多指由于线粒体膜受到破坏、呼吸链受到抑制、酶活性降低、线粒体DNA( m t DNA ) 的损伤等引起的能量代谢障碍, 进而导致一系列相互作用的损伤过程。

2.1 线粒体功能异常引起的疾病研究进展

线粒体与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关。线粒体异常会影响整个细胞的正常功能, 从而导致病变。许多研究表明, 帕金森氏症, 阿尔兹海默病,糖尿病, 肿瘤,等疾病的发生发展均与线粒体功能的异常有关。

2.2 线粒体与帕金森氏症 ( Par k i nson s disease ,PD)

2.2.1帕金森病是一种慢性神经系统退行性疾病, 是由中脑黑质致密部多

巴胺神经元选择性变性死亡、纹状体多巴胺减少所致, 其发病机制目前并不很清楚。在提出的各种假说中, 人们越来越重视线粒体功能异常在帕金森病发病中的作用。

2.2.2线粒体呼吸链是体内氧自由基产生的主要部位, 呼吸链中任何部位受到抑制都会使自由基产生增多。PD患者黑质中线粒体酶复合体缺陷会导致自由基产生增多, ATP合成减少。能量的减少会造成细胞内外离子失衡, 膜电位下降, 导致一些电压依赖的 C a2 +通道的持续开放, 造成 Ca2+急剧内流, 细胞内 Ca2+增多, 耗竭细胞内 ATP , 同时通过活化蛋白酶、脂肪酶、核酸内切酶, 介导了兴奋毒性的细胞损伤, 造成神经元死亡。

2.2.3 近年来还发现, 线粒体控制核的程序化死亡( apoptosis), 体外试验表明低浓度的 MPP对酶复合体的抑制可以造成培养的多巴胺能神经元的程序化死亡, 而高浓度主要引起细胞的坏死。

2.2.4 Moch izuk i等发现 PD患者黑质致密带多巴胺能神经元呈现程序化死亡, 这些结果提示, 在 PD多巴胺能神经元死亡的早期, 可能存在由酶复合体抑制引起的程序化死亡, 以后随着生化缺陷的加剧, 而出现由程序化死亡向坏死的转变。表明在 PD早期如能改善线粒体功能, 阻止程序化死亡加剧, 将有助于保护残存的神经元, 阻止疾病进程。

2.2.5 线粒体与阿尔茨海默病 ( A lzhe i mer s d isease , AD ) 阿尔茨海默病 ( AD ) 作为老年性痴呆的一种重要类型, 是中枢神经系统的一种渐进性退行性疾病。目前, AD的病因研究较多, 其中线粒体因在能量代谢、自由基产生、衰老和神经退行性变等方面的特殊作用而倍受关注。

2.2.6 线粒体功能异常可导致一系列相互作用的损伤过程: 能量代谢障碍以及基于钙稳态破坏和活性氧产生为基础的神经元兴奋性毒性。许多证据表明,线粒体能量代谢障碍在 AD的发生中占有重要地位。正电子断层扫描 ( Posit ron e m is sion tomography , PET) 检查显示 AD患者脑组织氧化, 并且能量代谢受损, 表现为脑部葡萄糖利用减少, 脑脊液中乳酸含量增高, 而琥珀酸、延胡索酸、谷氨酰胺含量降低, 这些表明 AD患者脑线粒体氧化代谢

过程受损。神经元能量代谢障碍和兴奋性毒性作用可升高细胞内 C a2 +水平, 导致活性氧等自由基的产生。由于 AD患者脑部神经元中线粒体 DNA氧化程度为正常水平的 3倍, 说明引起氧化损伤的自由基可能主要来源于线粒体。线粒体损伤及功能改变在细胞凋亡中发挥重要作用: 线粒体呼吸功能的降低、氧化磷酸化-电子传递偶联受损、膜电位降低等线粒体功能的改变(其变化早于核固缩和细胞膜完整性的破坏) , 最终导致 AD患者的神经细胞凋亡。

2.2.7线粒体糖尿病 (M aterna ll y inheritedd i abetes)

mt DNA基因的 3243位点处鸟嘌呤取代了腺嘌呤, 有研究认为该突变引起 m t DNA转录和翻译的异常, 致使 m t DNA 氧化磷酸化( OXPHOS) 过程受损, 无法产生足够的 ATP , 从而使 细胞胰岛素分泌受到抑制。同时, 自由基产生过多, 使线粒体功能进一步受损, 严重时细胞可死亡。骨骼肌同样也存在 OXPHOS障碍,外周葡萄糖摄取减少, 肌肉的糖酵解增加, 从而促进乳酸循环, 肝糖异生亢进, 致血糖增高。线粒体基因突变糖尿病是糖尿病单基因致病类型。在最新的糖尿病分型中把其列为特殊类型糖尿病, 属于细胞遗传缺陷疾病。

2.2.8 线粒体与肿瘤 ( Cancer)

肿瘤的发生、发展是一个复杂的过程, 与癌基因激活、抑癌基因失活、细胞调亡异常以及 D N A损伤修复功能异常密切相关。近年来, 随着对线粒体研究的深入, 线粒体在肿瘤发生、发展中的作用, 日益受到人们的关注。线粒体细胞膜异常在肿瘤发展中起重要作用。线粒体外膜含有丰富的苯二氮类受体 ( PBR ) 与通透性转换通道复合物 ( PTPC ), 它们均参与细胞调亡的调控。在肿瘤细胞中, PBR的表达上调, 可明显增加线粒体膜流动性、线粒体脂代谢及 D N A合成, 增加细胞分裂所需能量, 使肿瘤细胞增殖。

2.2.9 PTPC的组成发生改变, 导致 PTPC蛋白的过表达, 这有助于肿瘤对调亡的耐受。此外, 线粒体呼吸链缺陷也与肿瘤的发生、发展关系密切。70多年前, W arbur g最早提出线粒体呼吸链的缺陷可导致细胞去分化, 并因此发生致瘤性转化。大部分正常细胞生成 ATP的主要方式是氧化磷酸化, 而肿瘤细胞主要通过糖酵解途径, 许多肿瘤细胞线粒体内膜的 ATP酶复合体亚基表达显著下降。任何降低线粒体氧化磷酸化功能的事件, 均可促进氧化组织中发生转化的细胞或肿瘤细胞的增殖, 呼吸酶复合体大量减少与肿瘤细胞快速增长和侵袭性增加密切相关。 可见线粒体生物氧化功能的改变是细胞发生致癌性转化的机制之一。

综上所述, 线粒体可以通过多种机制参与阿尔茨海默病, 帕金森氏症, 肿瘤, 线粒体糖尿病等疾病的发生发展。目前这些病症的发病机理并不十分清楚, 研究线粒体功能异常与神经退行性疾病以及肿瘤之间的关系, 不仅可以使我们更好地了解其发病机制, 还为这些疾病的治疗提供了新的线索和思路, 具有广阔的前景: 线粒体呼吸链中酶复合体的缺陷主要是由于 m t DNA突变造成的, 因此将神经退行性疾病在 mt DNA上的定位, 探究突变 DNA是如何得以保持并占优势的, 可以更合理的解释神经退行性疾病的发病机理, 达到早期诊断疾病的目的; 在肿瘤的治疗中, 传统化疗药通过细胞内信号传导途径间接作用于线粒体, 容易形成耐药。

mtDNA 突变可以引起多种疾病的发生, 作者从mtDNA 对各种疾病的致病关

系和机制作了阐述。尽管各种疾病发生的机制错综复杂,但其物质基础同样决定于遗传物质,这促使了近年来对线粒体基因组的不稳定性及mtDNA 与核基因组整合的研究逐渐增多。另外, 对于线粒体疾病的检测,一个值得探讨的问题是,不取病理组织而用患者其他组织来源的 DNA 样品, 能否做出同样的诊断结果, 即患者不同组织细胞的 mtDNA 突变是否具有相同的特征(突变类型及性质) , 而某些病例检出多种突变的情形说明, 要判断究竟哪些突变在疾病产生过程中起作用, 还须做更多的研究, 如研究mtDNA 突变及其与核 DNA 的关系。探索相关疾病的危害, 对于人类诊断、 预防和治疗遗传病的发生,提高人口素质将起到非常重要的作用。由于mtDNA 的拷贝数量远超过核DNA,因此检测mtDNA 比检测染色体更为灵敏、 经济, 但对于mtDNA突变机制的研究尚处在较低水平阶段, mtDNA 突变在上述疾病发生的过程中究竟充当怎样的角色, 与其他因素是否协同发生作用, 这些问题有待于进一步研究。

参 考 文 献

[ 1 ]齐建光. 儿童线粒体心脏损害 23 例临床分析[ J] . 实用儿科临床杂志, 2006, 20( 1) : 2~ 5.

[ 2 ]丛义梅, 李鑫, 贾红玲, 等. 线粒体膜通透性变化与细胞凋亡的关系[ J] . 中国畜牧兽医, 2008, 35( 10) : 35~ 38.

[ 3 ]宋晓艳, 王亮, 张妍. 线粒体及其相关疾病 [ J] . 山西医药杂志, 2009 , 5 ( 38) : 440– 442.

[ 4 ] 关婷, 鲍远程, 余元勋, 等. 帕金森病发病机制的研究 [ J].现代中西医结合杂志, 2009, 18 ( 34 ): 4300– 4302 .

[ 5 ] 李晓秀, 杜冠华. 线粒体功能障碍与帕金森病 [ J ]. 中国药学杂志, 2009 , 4 ( 17) : 1284- 1286 .

[ 6] 张颖, 胡国华. 线粒体呼吸链功能异常在帕金森病中作用的研究进展

[ J] . 中风与神经疾病杂志 2010 , 27 ( 1) : 89–91.

[ 7 ] 马丽晶, 徐勉. 线粒体基因突变所致糖尿病发病机制及治疗进展 [ J] . 医学综述, 2010, 16 ( 2 ) : 275 – 277.

中南大学

现代分子生物学讲座

线粒体与疾病

作者:付翠翠 院系:护理学院

专业班级:护理学1001班 学号:2402100109

日期:2011年12月24日

范文九:线粒体讲义

第二章:线粒体

半自主性细胞器:线粒体和叶绿体

线粒体和叶绿体都具有自己的遗传物质和进行蛋白合成的装置,但组成线粒体和叶绿体的各种蛋白质都是由核DNA和线粒体DNA或叶绿体DNA分别编码的,所以它们都是半自主性的细胞器。

线粒体通过氧化磷酸化作用进行能量转换,为细胞进行各种生命活动提供能量。 线粒体的结构和化学组成:

外膜(outer memberane):起界膜作用 内膜(inner memberane):向内折叠成嵴(cristae)

外膜和内膜将线粒体分割成两个区室,一个是内外膜之间的腔隙,称为膜间隙(intermemberane space),另一个为内膜所包围的空间,称为基质(matrix)。

外膜含有一些特殊的酶类,如参与肾上腺素氧化、色氨酸降解的酶等,表明外膜不仅参与膜磷脂的合成,而且还而已对那些将在线粒体基质中进行彻底氧化的物质进行初步分解。外膜的标志酶是单胺氧化酶。

标志酶:通过细胞化学分析, 线粒体各部位有特征性的酶。 内膜含有多种运转系统,还含有大量的合成ATP的装置。在内膜的嵴上有许多排列规则的颗粒,称为线粒体基粒(elementary particle)又称耦联因子1,简称F1,是ATP合酶的头部,内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。

基质中的酶类最多,三羧酸循环,脂肪酸氧化、氨基酸降解等有关的酶都存在于线粒体基质中。此外,基ongoing还含有线粒体的遗传系统,包括DNA、RNA、核糖体和转录翻译遗传信息所必须的各种装置。标志酶:苹果酸脱氢酶。

线粒体的功能:

线粒体是物质最终彻底氧化分解的场所,其主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP,为细胞的生命活动提供直接的能量。此外,线粒体还与细胞中氧自由基的生成,调节细胞氧化还原电位和信号转导,调控细胞凋亡、基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运以及电解质稳态平衡,包括线粒体对细胞Ca+的稳态调节等有关。 糖酵解(EMP)场所——细胞质

在无氧条件下,葡萄糖进行分解,形成2分子丙酮酸并提供能量(ATP)的过程。

葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ → 2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O 糖酵解分为准备和实施阶段: 准备阶段(前5步):葡萄糖→2个磷酸三碳糖+消耗2ATP 实施阶段(后5步):2个磷酸三碳糖→2丙酮酸+产生4ATP 催化的关键酶:己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 糖酵解途径的调节:

己糖激酶:受6-磷酸葡萄糖,ATP柠檬酸,3-磷酸甘油酸的抑制 磷酸果糖激酶(主要):受ATP,柠檬酸,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸的抑制,AMP可以解除抑制。

丙酮酸激酶主要受ATP的抑制。

丙酮酸的去路: 有氧时:

无氧时:(乳酸,厌氧菌或肌肉运动造成暂时性缺氧)

乙醇(酵母细胞)

EMP的意义:

(1) 沟通了生物体内的其他代谢途径

(2) 为生物体提供了大量用于生命活动的能量

(3) 动物的糖原异生作用的基础。是指非糖物质(如氨基酸、乳酸、甘油等)在人体的

肝脏和肾脏等器官中在某些酶的催化作用下,转变成糖原或葡萄糖的过程。

三羧酸循环(TCA,Krebs循环):

定义:在有氧条件下,丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水,同时释放能量。 第一步:线粒体内 丙酮酸→乙酰辅酶A

丙酮酸脱氢酶复合体的组成: 丙酮酸脱氢酶(E1)

二氢硫辛酸转乙酰酶(E2) 二氢硫辛酸脱氢酶 (E3) 酶的辅助因子: NAD+——VPP FAD ——VB2

辅酶A(CoA)——泛酸

硫胺素焦磷酸(TPP)——VB1 硫辛酰胺——硫辛酸

Mg2+

丙酮酸脱羧→羟乙基-TPP→乙酰二氢硫辛酰胺→乙酰辅酶A FADH2-E3 + NAD+ → FAD-E3 + NADH + H+

第二步:线粒体基质 限速酶:

柠檬酸脱氢酶、抑制: ATP和NADH ,琥珀酰CoA,柠檬酸 激活: ADP 异柠檬酸脱氢酶、抑制: ATP 激活: ADP,Ca2+

α-酮戊二酸脱氢酶系(α-酮戊二酸脱氢酶(E1)、转琥珀酰酶(E2)——核心、二氢硫辛酸脱氢酶 (E3))、抑制: NADH ,琥珀酰CoA 激活: Ca2+ 琥珀酸脱氢酶

底物水平磷酸化:在底物氧化还原过程中,分子内部能量重新分布,使无机磷酸酯化形成高能磷酯键,后者在酶的作用下将能量转给ADP,生成ATP。

回补反应:

酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的反应。

丙酮酸+CO2+ATP+H2O→ 草酰乙酸+ADP+Pi+2H+(丙酮酸羧化酶) 磷酸烯醇式丙酮酸+CO2+H2O→草酰乙酸+H3PO4(PEP羧化酶)

乙醛酸循环(植物和微生物中)

TCA循环的生物学意义: 1.主要:供能

2.为生物合成提供中间物。

3.三大营养物质的最终代谢通路。 4.是CO2的重要来源之一。

补充:磷酸戊糖途径

生物学意义:

a是生物体产生NADPH的主要途径,NADPH是长链脂肪酸和固醇类物质合成的还原剂(提供H)

b生物体中戊糖代谢就以该途径为主,和核酸的代谢相关联

c光合作用暗反应的逆反应相关联

d该途径的中间产物与其他代谢相关联

e生成的CO2沟通了生物与大气的关系

碘乙酸抑制PPP途径

葡萄糖异生作用:葡糖异生作用指的是以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。常见的可用于合成葡萄糖的物质有:乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。

a丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸,再由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化反应生成磷酸烯醇式丙酮酸。

丙酮酸 + ATP + GTP + H2O →

磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + Pi

b果糖-1,6-二磷酸→果糖-6-磷酸

果糖-1,6-二磷酸 + H2O ————→ 果糖-6-磷酸 + Pi

果糖-1,6-二磷酸酶

c葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖

葡萄糖-6-磷酸 + H 2O ———————→葡萄糖 + Pi

葡萄糖-6-磷酸酶

范文十:鱼类线粒体(1)

题 献 综 述 鱼类线粒体及线粒体控制区的研究进展

文 目:

鱼类线粒体及线粒体控制区的研究进展

摘要:线粒体DNA是动物体内唯一发现的核外遗传物质。与其他动物相同,鱼类线粒体全长约16.5kbp左右,分为编码区和非编码区两大部分,编码区编码37个基因,非编码区即线粒体基因组的控制区(也称D-loop),其碱基替换率比 线粒体DNA其它区域高5-10倍,遗传上是高变区。遗传学上可根据线粒体控制区的特点和特性,可利用限制性酶切片段长度多态性技术(RFLP)、PCR技术和测序技术等方法分析物种的遗传多样性和其分类地位。线粒体DNA控制区序列在研究鱼类种内遗传分化中具有重要意义,为传统鱼类形态学分类提供了分子生物学证据,为地质演化和鱼类进化的关系提供论据,为物种保护和渔业管理提供科学理论基础。

关键字:鲢鱼;线粒体DNA;D-loop区;分类地位

几乎所有的脊椎动物的细胞中都含有线粒体(mitochondria)这种细胞器,它自身携带DNA,可自我复制、表达,并有核基因编码的蛋白质和酶从细胞质输入线粒体,共同完成生物氧化的理功能。动物的线粒体DNA(mtDNA)是共价闭合的双链DNA,其基因结构简单,一级结构的碱基突变率高。近年来,随着DNA序列分析、限制性酶切片段长度多态性技术(RFLP)及PCR技术的应用和发展,mtDNA在动物起源、种群分化与系统发生、分类及遗传瓶颈效应等方面取得了重要进展。

1 线粒体概述

与其他动物相似,鱼类线粒体基因组的长度大多在15-20kb左右,环状双链,根据碱性氯化铯密度梯度离心中双链密度不同分为重链(H链)和轻链(L链),由2个rRNA基(16S rRNA、12S rRNA)、22 个tRNA基因、控制区(D-Loop环区)和轻链复制起始区和13个疏水蛋白质基因。13个蛋白质因是细胞色素b(Cyt b)基因,2个ATP酶的亚基,3个细胞色素c(Cyt c)氧化酶的亚基(COI,COII,COIII),7个NADP还原酶的亚单位(ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5、ND6),除一个蛋白质基因(ND6)和8个tRNA基因由L链编码外,其余的大部分基因都由H链编码[1]。各基因间排列紧密,非编码序列比例小,基因排列的顺序基本一致,只有鸟类(如鸡)稍有改变,基因内不含内含子,碱基的使用节约、高效[2]。

2 线粒体DNA的遗传特性

MtDNA与核DNA相比,具有无组织特异性、严格的母系遗传、基因组拷贝数多,进化速率快等独特的遗传特征。在mtDNA研究中,对同一个体的肾、肝、心、胎盘和皮肤等不同组的比较表明,线粒体DNA的结构无组织特异性;动物的mtDNA一般是母系遗传,尤其是高等动物,虽然在某些高等动物的受精过程中,精子可以携带约100个拷贝的mtDNA进入卵子,但卵子内含有约10个以上的mtDNA分子;mtDNA拷贝数多,每个细胞中有1000-10000个拷贝,容易从组织中分离提纯,试验技术简单,重复性较好; mtDNA的进化速率是单拷贝DNA的5-10倍,群体内变异大。

MtDNA基因组内不同区域的进化速率不同,适合不同水平的进化研究。进化方式主要为碱基替换,包括转换和颠换,很少发生基因重排。这是因为动物mtDNA复制酶r-多聚酶,不具备校对能力,碱基误配率高,并缺乏修复机制;而mtDNA代增时间短,快速增殖为突变提供了更多的机会;而mtDNA无核蛋白保护,易受代谢中间产物诱变而发生突变:mtDNA的选择压力小,突变较容易固定下来。MtDNA在同一物种的群体内变异大,使其在边缘种间、种内遗传分析的灵敏度提高;分子量较小,动物mtDNA的分子大小一般为15-20kb,处于限制性内切酶的分析范围。MtDNA基因组结构比较简单、稳定,同核DNA相比,mtDNA编码效率较高,蛋白质编码基因无内含子,基因分隔常少于10bp,两基因间几乎没有空间,有时相互交搭[3-5]。 因此,mtDNA逐步成为构建物种系统发生的重要手段。近年来,DNA序列分析、RFLP及PCR技术的应用和发展促进了mtDNA在物种起源与系统发生、种内遗传分化和遗传瓶颈效应等各方面的研究[6]。

3 线粒体控制区

MtDNA中的12S rRNA、16S rRNA等rRNA基因、D-loop、Cyt b和ND4等基因常被选做为分子标记[7-8]。其中控制区(control region)又称D-环区(D-loop,displacement loop region),一般位于tRNA-Pro和tRNA-Phe基因之间,是整个mtDNA基因组序列和长度变异最大的区域,其进化速率是mtDNA其他区段的2-5倍[9],但其中也包含一些保守片段。控制区包括终止结合序列区(terminal associated sequences,TAS),H-链复制起始区OH,保守序列框(conserved sequence blocks,CSB),L-链启动子(L-strand promoter,LSP)及H-链启动子(H-strand promoter,HSP)。由于控制区包含OH,LSP,HSP等重要元件,所以控制区长度的变异势必会影响mtDNA的复制和转录,从而影响到整个生物体的代谢速率。控制区是mtDNA变化最复杂,却又被了解最少,也最吸引人的区域,对控制区结构功能的研究将有助于了解DNA的复制、转录的机制和进化的规律。

控制区的终止结合序列区包含与DNA复制终止相关的序列TAS,位于控制区的5’端,拷贝数在l-8个之间,是mtDNA长度变异的主要原因。拷贝数不仅种间有差异,种内个体间也存在差异,只是小于种间。一般每个重复序列中都含有一个保守的TAS,TAS可能是与H-链复制终止有关的信号。刘焕章等人[10]在对比多种鱼类的序列后确定鱼类中的 ETAS为TACATAT-------- ATGTATTATCACCAT-ATAT-TATATTAACCAT(“-”表示发生变异的碱基,即转换、颠换或缺失)并在研究鳑鲏鱼类的mtDNA控制区的结构时发现彩副橘(Paracheilognathus imberbis)的终止结合序列区为232bp,没有明显的重复、长片段的缺失和插入,发现一个TAS,其中含有核心序列ACAT;高体鰟鲏(Rhodeus ocellatus)终止结合序列区为340bp,其中有两处不完全重复,都含有多个TAS 的反向互补序列ATGT;大鳍鱊(Acheilognathus macropteerus)的终止结合序列区为442bp,其中有一段59bp的不完全重复,重复序列也含有TAS的反向互补序列AT-GT。郭新红等

人[11]识别了不同倍性鲤科鱼中的ETAS为TACATAT -------- ATGTATTATCACCAT ----- TATATTAACCA-,并发现红鲫、鲤鱼、异源四倍体鲫鲤和三倍体湘云鲫中分别含有4个TACAT核心序列,日本白鲫中含有3个TACAT核心序列,三倍体湘云鲤含有1个TACAT核心序列,而斑马鱼(Brachydanio rerio)中含有6个TACAT核心序列。

Southern等[12]首次在mtDNA控制区的中央保守区(central conserved domain)识别了保守序列B,C,D,E,F。Lee等对众多鱼类的序列进15 行比较时,仅识别了CSB-D的存在。刘焕章对比哺乳动物和一些鱼类序列,识别了鳑鲏鱼类的CSB-F,CSB-E,CSB-D,并确定了识别它们的关键序列,CSB-F的关键序列为:ATGTAG-TA----GAGACCACC,它是分开终止结合序列区和中央保守区的标志;紧接其后的是CSB-E,CSB-E有较大的变异,识别的标志是关键序列为: AGGG-----GTGGGG的存在,其中含有GTGGG-box;在CSB-E之后是CSB-D,识别的标志是关键序列为:TATT-CTTG-ATCTG-T-A。此外,在鲿科鱼类和不同倍性鲤科鱼类mtDNA控制区的中央保守区中的CSB-F,CSB-E,CSB-D也被成功识别并找出关键序列,但曾青兰等[15]在大口胭脂鱼(Cyprinellus Valenciennes)中只识别了CSB-D。

保守序列区(conserved sequence blocks)包含有重链的复制起点OH,重链和轻链的启动子(HSP和LSP),以及3个保守区CSB1,CSB2,CSB3,研究表明CSB1 与mtDNA的复制起始相关。在已研究线粒体控制区的鱼类中,雅罗鱼(Leuciscus idus),鳑鲏鱼类(Rhodeus lighti),鲿科鱼类(Pelteobagrus)[13],溪鳉(Aplocheilus lineatus),大口胭脂鱼(Cyprinellus Valenciennes)[14]以及不同倍性鲤科鱼类等的CSB1,CSB2,CSB3 已被成功识别,不同鱼类的CSB的一般形式稍有不同。其中CSB1最为保守,几乎所有的脊椎动物都含有CSB1,但发现肺鱼只有CSB2和CSB3,鳕鱼只有 CSB2。

4 鱼类线粒体DNA控制区的研究意义及其应用

4.1 线粒体DNA控制区序列在研究鱼类种内遗传分化中的重要意义

鱼类是脊椎动物中较原始而在种属数量上最占优势的一个类群,其分布广泛,起源复杂。现代鱼类分类系统从鱼类的形态结构、生理特征以及化石资料中探求鱼类的进化历程,取得了很多有意义的结果。但由于许多客观条件的限制,在研究过程中时常感到证据不足,在种下水平尤为突出。鱼类mtDNA控制区序列研究技术不仅能对鱼类的多样性进行分类和命名,而且能对产生并维持该多样性的过程进行研究。Lee等人[15]专门探讨了硬骨鱼类D-Loop的结构和进化方式,发现即使在亲缘关系很近的物种间也存在高度的长度变异。对于探讨一些快速形成的物种,D-Loop提供的信息可能更有价值。在剑尾鱼属(Xiphophores)系统关系的研究上,Lockhart等人[16]就认为D-Loop提供的信息更为可靠。以序列测定技术为支持,鱼类线粒体D-Loop是研究鱼类种内基因分化最常用的工具。线粒体控制区序列分析在鱼类种内种群结构和遗传分化的研究中具有多方面的重要意义。目前,己有众多的工作学者将D-Loop作为分子标记应用于鱼类种内

遗传分化的研究。

4.2 D-Loop分析为传统鱼类形态学分类提供了分子生物学证据

传统的鱼类分类学综合了外形、骨骼、食性以及生活史等各个方面对鱼进行分类,但有些种内的分化特征无法利用传统方法进行进一步的分类。基于分子遗传学的D-Loop分子标记便能够有效地检测到传统形态学所无法辨别的种群分化,甚至能发现亚种的存在。Chenoweth和Hughes[17]在以D-Loop分析技术研究了澳洲鲈(Macauaria novemaculeata)(一种在河流中生活而产卵时则顺流而下将卵产于海中的鱼类)的各种种群后提出分析这种鱼的种群结构只用传统的生活史研究是远远不够的,而要结合其他多种研究方法如分子生物学技术。Murkamaietal[18]分析了日本鲫鱼(Carassius auratus)169个个体的D-Loop序列,发现了37个单倍型,而这37个单倍型构成了3个主要的群体。Gengorobuna(一种鲫鱼)的两个单倍型自成一个群体,从而证明了传统形态分类学将Gengoorbuna定位为鲫鱼的一个亚种的论断。

4.3 D-Loop分析为地质演化和鱼类进化的关系提供论据

地球历史上众多大规模的地质变迁是导致环境变化的直接原因,也间接地导致了物种因适应不断变化的环境而形成的生物多样性。因此,地质事件与各物种的分化有着必然的联系,而以分子生物学方法分析物种的基因变化是揭示这种联系的最有效的手段。Johnson[19]检测了分布于北美Bonneville谷地和Snkae河流域的尤他白鲑(Gila alartari1a)6个种群的77个个体的D-Loop,发现24个单倍型构成了两个不同的群体,这两个群体的分化时间与水文学上的Bonnvellie谷地和Snake河在更新世早期就开始分化的论断非常一致,提示冰川移动和气候变迁等地理事件对水生生物的种群间基因分化有重要的影响。Falk[20]对西非罗非鱼(Asorhteordon melnaotheorn)的D-Loop进行序列分析,发现种内的世系时间可以追溯到50万至90万年前,该种在更新世早期与Saortheordon ngripinnsi开始分离。数据还提示地理学上的西非更新世庇护带可能对种群间基因分化的程度和水平有着重要的影响。Wang等人[21]通过分析D-Loop研究了台湾铲颇鱼(Variockrnius barbatulus)的种群遗传结构,发现各种群间的基因交流很少,种群内部也很少有遗传变异,提示大部分台湾铲颇鱼都是由数量很少的同一群祖先演化而来的。数据显示这个鱼种在台湾主要有6个不同的种群,与它们生存的各河流的地理分布一致。其东部种群的分化时间大约为一百万年,也与地理学上台湾东部中央山脉隆起的时间相一致。微卫星DNA研究发现在瑞士康斯坦斯湖中存在有两个亚种群的河鲈(Perca fluviatilis),但这一成果也提出了一个令人饶有兴趣的问题:这两个亚种群是异域分化的还是同域分化的? Bhermnan-Gdoeletal[22] 用D-Loop序列分析法解决了这一问题。根据所发现的10个单倍型的分布和频率,他们提出了康斯坦斯湖河鲈的两个亚种群是同域分化的论断,而且计算出分化的时间是在冰河时期之后。

4.4 鱼类种内D-Loop分析为物种保护和渔业管理提供科学理论基础

保护生物多样性是当今世界环保的一个主题,稀有鱼种通常被划分为不同的管理单元来进行保护。通过对D-Loop的分析可以发现具有稀有基因型的鱼类,从而可以对其进行有选择性的人工保护。Gunrwaldetal[23]利用D-Loop分析了北美11条河流里的短吻鳃(Acipenser brevirostrum)的种群基因结构和基因流水平。从275个样本里检测出了29个单倍型,各个河流种群的单倍型有显著的基因差异,并且各个河流种群间的基因交流水平非常低,结果提示几乎所有的不同河流的短吻鳃种群都应被当作不同的单元来管理。Ovenden等[24]对澳大利亚北部和亚洲东南部黄吻姬鲷(Pristipomoides multidens)的不同种群700多个个体的D-Loop进行了分析,发现在印度尼西亚和澳大利亚水域的不同种群间存在着显著的基因分化和空间遗传隔离,提示当地渔业部门应当对这些种群分别进行保护和管理,防止遗传多样性的消失和物种的灭绝。

线粒体D-Loop分析是一项新兴的技术,目前在鱼类研究中己经做了很多工作,D-Loop不仅在确定某种鱼类的进化地位、物种保护和物种进化与地质演化相互间关系等方面有重要意义,也能为确定稀有基因型鱼类、鱼类遗传瓶颈效应和基因流动等研究提供证据。

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