1987年， 提出mtDNA突变可引起人类的
疾病
迄今为止，已发现人类 100 余种疾病与
线粒体DNA突变有关
人mtDNA是一个长为16,569 bp的双链闭合环状分子
mtDNA的结构模式图
（一）mtDNA的结构特点
双链闭环分子，外环为重(H)链，
内环为轻(L)链
无内含子、基因之间少有间隔 无核苷酸结合蛋白，缺少组蛋白
线 粒 体
mitochondrion
学习目的与要求 1.掌握线粒体的基本结构、功能； 线粒体的遗传体系；蛋白质穿膜 进入线粒体。
2.熟悉线粒体相关的临床意义。 3.了解线粒体的发生。
主要内容：
第一节 线粒体的基本特征
第二节 第三节
细胞呼吸与能量转换 线粒体与疾病
第一节 线粒体的基本特征
一、形态、大小、数目和分布
分解和ATP合成的场所。
嵴 嵴：内膜向内室折叠形成，增加 了内膜的表面积。 嵴的形态和排列方式主要有两种类型：
板层状（大多数高等动物细胞中）
小管状（原生动物和一些较低等 动物细胞中）
板层状嵴
小管状嵴
基粒（ATP合酶）：内膜和嵴膜基质面上带 柄的小颗粒。与膜面垂直而规律排列。
转位接触点（translocation contact site） 在线粒体的内、外膜上存在的一些 内膜与外膜相互接触的地方，此处膜间 隙变狭窄，称为转位接触点。 内膜转位子（Tim）—— 通道蛋白 外膜转位子（Tom）—— 受体蛋白
⑵ 分子伴侣：协助核基因编码的蛋白
质进入线粒体中。
蛋白质向线粒体基质转运示意图
2.蛋白质运送过程
二、线粒体的超微结构 三、线粒体的化学组成 四、线粒体的遗传体系 五、蛋白质穿膜进入线粒体 六、线粒体的增殖 七、线粒体的功能
一、形态、大小、数目和分布
1.形态 光镜下: 线状、粒状、 短杆 状等。 在一定条件下可改变：
低渗时，膨胀呈泡状； 高渗时，伸长呈线状。
2.大小
一般直径： 0.5-1.0um 骨骼肌细胞的线粒体： 长度可达8--10um。
• 蛋白质转运涉及的转位因子 TOM复合体：通过外膜，进入膜间腔。 TIM复合体：进入基质(TIM23)或插入 内膜(TIM22)
OXA复合体：将线粒体合成的蛋白质和
某些进入基质的蛋白质插
到内膜上。
(一) 蛋白质向线粒体基质中的转运 1.需要条件
⑴ 基质导入序列（matrix-targeting sequence，MTS）: 输入到线粒体的蛋白质在其N-端的 一段靶序列，线粒体外膜和内膜上的受 体能识别并结合相关的MTS。
嵴 基质腔 （内腔）
内含基质
外
膜
外 膜
包围在线粒体外 表面的一层单位膜。 厚6—7nm，平整、光 滑。 封闭结构使之 在细胞质中相对隔 绝，保证了线粒体 能够不受干扰地进 行物质氧化分解。
内
膜
内 膜
厚约5nm，有高度的 选择通透性，借助载体蛋 白控制内外物质的交换。
集中了电子传递体 和氧化磷酸化酶系,ATP 合成酶系，是物质氧化
呼吸链氧化反应的酶系、 ATP合成酶系
特征酶：细胞色素（c）氧化酶
嵴 间 腔 三羧酸循环反应、丙酮酸与脂肪酸氧化 的酶系 、蛋白质和核酸合成酶系 特征酶：苹果酸脱氢酶
四、 线粒体的遗传体系
1963 年，在鸡卵母细胞中发现线粒体
DNA 并分离到完整的线粒体 DNA （ mtDNA ）
1981年， 发表了完整的人mtDNA序列
MtDNA 转录 RNA前体 切割加工
13种mt-mRNA 22种mt-tRNA 2种mt-rRNA(12S,16S)
呼吸链蛋白质的组成
2.特点： （与胞质蛋白质合成相比）
1) 各种RNA是线粒体所独有的 RNA聚合酶的抑制剂 线粒体：菲啶溴红（E.B.） 类似原
核细胞
真核细胞：放线菌素D、a—鹅膏覃碱
3.数 目：
不同类型细胞中差异较大。 哺乳动物: 肝细胞中2000个左右 肾细胞中300个左右 精子中25个左右
4.分布： 通常分布于细胞生理功能旺盛区 域和需要能量多的部位。
精子尾部 心肌细胞
二、线粒体的超微结构
电镜下观察：线粒体是由两层单位膜 围成的封闭囊状结构。
外
内
膜
膜
膜间腔 （外腔）
2 ）核糖体对药物的敏感性不一样
线粒体： 氯霉素、红霉素 真核细胞胞质：放线菌酮 3）转录、翻译在同 一时间和地 点进行
4）通用遗传密码与线粒体遗传密码的差别
密码子 UGA AUA
线粒体密码 通用遗传密码
色氨酸
甲硫氨酸
终止子
异亮氨酸
AGG
终止子
精氨酸
线 粒 体 遗 传 系 统 与 核 遗 传 系 统 的 相 互 关 系
功能：蛋白质等物质进出线粒体的通道。
黑色箭头所指为转位接触点； 红色箭头所指为通过转位接触点转运的物质
基质(内腔)
基粒 基质颗粒 嵴内腔 线粒体DNA （ATP酶） 线粒体核糖体
内膜和嵴围成的腔。
脂 类 蛋白质 酶 类 线粒体 DNA 线粒体 mRNA 线粒体tRNA 线粒体核糖体 基质颗粒
三羧酸循环的场所。 线粒体内 DNA、蛋白质合成的场所。
五、蛋白质穿膜进入线粒体 线粒体中的蛋白质绝大多数由 核基因编码，在细胞质中的游离核 糖体合成，称前体蛋白，将定向转 运至线粒体。
1. 去折叠 1 、去折叠
？
2.穿线粒体膜
外膜
内膜
3.重折叠
线粒体含有4个蛋白质输入 的亚区域：线粒体外膜 线粒体内膜 膜间腔 基质
蛋白质转运涉பைடு நூலகம்的转位因子模式图
三、 线粒体的化学组成
蛋白质：占65% -70%，内膜含量较多。
可溶性蛋白：基质中的酶和膜的外周蛋白； 不溶性蛋白：构成膜的镶嵌蛋白、结构 脂 蛋白和部分酶蛋白。 类：占干重的25% -30%
水、辅酶、维生素、金属离子等。
线粒体中酶的分布
部 位 线粒体主要酶的分布
外
膜
膜 间 腔 内 膜
脂类代谢有关的酶 特征酶：单胺氧化酶 腺苷酸激酶、核苷酸激酶 特征酶：腺苷酸激酶
的保护
无DNA损伤修复系统
线粒体遗传病
（二）mtDNA的遗传特征
半自主性复制
mtDNA能独立复制、转录和翻译， 但又受核DNA的影响。
mtDNA系母系遗传
人类受精卵中的线粒体绝大部分
来自卵母细胞。因此，线粒体病是从
受累的女性传递下来。
线粒体遗传病
（三)线粒体蛋白质合成系统
1. 线粒体RNA转录