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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***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***酸并提供能量(ATP)的过程。
葡萄糖+ 2ADP + 2Pi +2NAD+ → 2***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***酸+产生4ATP
催化的关键酶:己糖激酶、磷酸果糖激酶和***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***酸的抑制,AMP可以解除抑制。
***酸激酶主要受ATP的抑制。
***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:
沟通了生物体内的其他代谢途径
为生物体提供了大量用于生命活动的能量
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,***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
***酸→乙酰辅酶A
***酸脱氢酶复合体的组成:
***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***素焦磷酸(TPP)——VB1
硫辛酰***——硫辛酸
Mg2+
***酸脱羧→羟乙基-TPP→乙酰二氢硫辛酰***→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-***戊二酸脱氢酶系(α-***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。
***酸+CO2+ATP+H2O→草酰乙酸+ADP+Pi+2H+(***酸羧化酶)
磷酸烯醇式***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:
:供能