植物線粒體

目錄
1 線粒體動力學(xué)：線粒體形狀、大小、數(shù)量、移動和細(xì)胞遺傳的控制 1
1.1 引言 1
1.2 內(nèi)共生和線粒體進(jìn)化 2
1.2.1 線粒體和原核細(xì)胞分裂 2
1.2.2 質(zhì)體、收縮環(huán)、肌動球蛋白以及線粒體FtsZ的丟失 3
1.3 線粒體系的結(jié)構(gòu)和組織——不連續(xù)的整體 5
1.4 線粒體數(shù)量、大小和整體形態(tài)的控制 7
1.4.1 線粒體分裂 7
1.4.2 線粒體融合 9
1.5 線粒體運(yùn)動和細(xì)胞遺傳 12
1.5.1 線粒體的運(yùn)動和細(xì)胞骨架 12
1.5.2 線粒體系的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞周期 13
1.5.3 酵母的線粒體遺傳 14
1.5.4 擬南芥friendly線粒體突變體和線粒體的胞內(nèi)分布 18
1.6 其他植物線粒體動力學(xué)突變 19
1.7 線粒體的形態(tài)和運(yùn)動能力的代謝調(diào)控 20
1.8 結(jié)語 21
致謝 22
參考文獻(xiàn) 22
2 植物線粒體基因組的不穩(wěn)定性 31
2.1 引言 31
2.2 植物線粒體基因組的獨(dú)特性與動態(tài)性 31
2.3 細(xì)胞核對線粒體DNA重組的調(diào)控 33
2.4 植物線粒體基因組的動態(tài)重組與復(fù)制 35
2.5 線粒體DNA維護(hù)的細(xì)胞核調(diào)控 36
2.6 植物線粒體基因組重排誘導(dǎo)的細(xì)胞和發(fā)育反應(yīng) 37
2.7 植物線粒體基因組及其適應(yīng)性 38
致謝 39
參考文獻(xiàn) 39
3 植物線粒體基因組的表達(dá) 43
3.1 引言 43
3.2 三角狀五肽重復(fù)區(qū)蛋白家族的鑒別：一個認(rèn)識植物線粒體基因組表達(dá)的重大發(fā)現(xiàn) 44
3.2.1 PPR蛋白的結(jié)構(gòu) 45
3.2.2 PPR蛋白的功能 45
3.3 高等植物線粒體的轉(zhuǎn)錄 46
3.3.1 植物線粒體中保守和可變的轉(zhuǎn)錄單元 46
3.3.2 植物線粒體中有多少不同的保守或非保守的啟動子結(jié)構(gòu)？ 47
3.3.3 線粒體DNA轉(zhuǎn)錄需要哪些蛋白？ 49
3.3.4 植物線粒體基因的表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上受到調(diào)控嗎？ 51
3.4 剪接 53
3.4.1 內(nèi)含子類型 53
3.4.2 順式和反式剪接 53
3.4.3 剪接機(jī)制 54
3.4.4 剪接體系 55
3.5 RNA編輯過程中核苷酸序列的改變 56
3.5.1 RNA編輯在植物界的分布 56
3.5.2 RNA編輯的功能和影響 57
3.5.3 高等植物線粒體中RNA編輯過程的機(jī)制和生化機(jī)理 58
3.5.4 上游順式元件特異性編輯位點(diǎn) 59
3.6 植物線粒體轉(zhuǎn)錄本的5′端和3′端加工 60
3.6.1 5′端和3′端的加工裝置 60
3.6.2 tRNA加工 61
3.6.3 rRNA加工 62
3.6.4 mRNA加工 63
3.7 RNA的穩(wěn)定和降解 66
3.7.1 穩(wěn)定mRNA的順式和反式元件 66
3.7.2 RNA降解機(jī)制 67
3.7.3 RNA降解的作用 68
3.8 翻譯和翻譯后的調(diào)控 69
3.8.1 翻譯機(jī)制 69
3.8.2 翻譯調(diào)控 70
3.8.3 翻譯后調(diào)控 70
3.9 結(jié)語 71
致謝 71
參考文獻(xiàn) 71
4 核編碼線粒體蛋白的輸入 85
4.1 引言 85
4.2 線粒體定位信號 86
4.2.1 靶向肽特征 86
4.2.2 雙靶向肽 88
4.3 胞漿因子 90
4.4 線粒體和葉綠體間的前體蛋白分選 91
4.5 轉(zhuǎn)運(yùn)裝置 92
4.5.1 外膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶：有識別能力的外膜 92
4.5.2 重新發(fā)現(xiàn)膜間隙 94
4.5.3 內(nèi)膜——兩個以上Tim的故事 95
4.5.4 基質(zhì)——發(fā)動機(jī)房 97
4.6 蛋白水解 97
4.6.1 線粒體加工肽酶 98
4.6.2 線粒體中間肽酶 100
4.6.3 內(nèi)膜肽酶 101
4.6.4 線粒體肽酶組和前序列蛋白酶(PreP) 101
4.6.5 依賴ATP的膜結(jié)合蛋白酶FtsH 104
4.6.6 依賴于ATP的Lon樣蛋白酶 104
4.6.7 依賴于ATP的Clp蛋白酶 105
4.6.8 膜整合扁菱形蛋白酶 106
4.7 蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)組分的進(jìn)化 107
4.8 線粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)組分的基因組藍(lán)圖 108
4.9 結(jié)語 108
致謝 109
參考文獻(xiàn) 110
5 線粒體呼吸鏈復(fù)合體的生物發(fā)生：通信、基因表達(dá)和裝配 123
5.1 引言 123
5.2 呼吸所必需輔基的生物合成 125
5.2.1 線粒體Fe-S簇合物的生物合成 125
5.2.2 血紅素B合成的后期步驟 126
5.2.3 血紅素A的合成 128
5.3 線粒體呼吸鏈復(fù)合體的裝配 128
5.3.1 復(fù)合體Ⅰ的裝配 129
5.3.2 復(fù)合體Ⅲ的生物合成需要細(xì)胞色素c的成熟 130
5.3.3 復(fù)合體Ⅳ的裝配 131
5.3.4 復(fù)合體Ⅴ的裝配 132
5.4 線粒體呼吸鏈復(fù)合體生物合成的基因表達(dá) 133
5.4.1 電子傳遞鏈基因表達(dá)的核協(xié)調(diào) 133
5.4.2 線粒體基因和核基因表達(dá)之間的協(xié)調(diào) 135
5.5 線粒體-細(xì)胞核的交互作用 137
5.5.1 植物線粒體逆向信號傳導(dǎo)線索 137
5.5.2 逆向信號傳導(dǎo)通路的潛在組分 138
5.6 結(jié)語 139
致謝 140
參考文獻(xiàn) 140
6 植物氧化磷酸化體系的超分子結(jié)構(gòu) 149
6.1 引言 149
6.2 氧化磷酸化體系復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ的結(jié)構(gòu)和功能 149
6.2.1 復(fù)合體Ⅰ 149
6.2.2 復(fù)合體Ⅱ 150
6.2.3 復(fù)合體Ⅲ 150
6.2.4 復(fù)合體Ⅳ 150
6.2.5 復(fù)合體Ⅴ 151
6.3 氧化磷酸化系統(tǒng)的超分子組織 151
6.3.1 固體狀態(tài)模型與流體狀態(tài)模型 151
6.3.2 植物中氧化磷酸化超級復(fù)合體的組成 153
6.3.3 植物氧化磷酸化超級復(fù)合體的結(jié)構(gòu) 154
6.3.4 植物氧化磷酸化超級復(fù)合體的功能 155
6.4 結(jié)語 156
致謝 156
參考文獻(xiàn) 156
7 線粒體電子傳遞和氧化應(yīng)激 161
7.1 引言 161
7.2 標(biāo)準(zhǔn)的電子傳遞鏈 161
7.2.1 標(biāo)準(zhǔn)的ETC復(fù)合體 161
7.2.2 其他“標(biāo)準(zhǔn)”ETC酶 163
7.3 交替氧化酶 163
7.4 NAD(P)H脫氫酶 164
7.4.1 基本性質(zhì) 164
7.4.2 NAD(P)H脫氫酶的生理功能 165
7.4.3 丙甲甘肽在完整細(xì)胞和離體線粒體呼吸功能研究中的重要作用 165
7.5 NAD(P)H脫氫酶的底物 166
7.5.1 NAD(P)的轉(zhuǎn)運(yùn)、合成和降解 166
7.5.2 NAD(P)的還原程度 166
7.5.3 游離態(tài)和結(jié)合態(tài)NADH 167
7.5.4 轉(zhuǎn)氫酶 167
7.6 氧化應(yīng)激——ROS的轉(zhuǎn)化 167
7.6.1 減少ROS的產(chǎn)生 168
7.6.2 ROS的清除或解毒 169
7.7 線粒體DNA和脂質(zhì)氧化 171
7.7.1 DNA氧化 171
7.7.2 脂質(zhì)氧化 172
7.8 線粒體蛋白質(zhì)氧化 173
7.8.1 與活性氧的相互作用 173
7.8.2 氧化型線粒體蛋白的鑒定 173
7.8.3 ROS與酶的相互作用及在酶促反應(yīng)中的作用 175
7.8.4 與PUFA氧化產(chǎn)物的軛合 176
7.9 氧化蛋白質(zhì)的命運(yùn) 176
7.10 如何避免氧化損傷遺傳到下一代？ 177
7.11 結(jié)語 177
致謝 178
參考文獻(xiàn) 178
8 線粒體代謝 185
8.1 引言 185
8.2 線粒體的代謝途徑 186
8.2.1 三羧酸循環(huán)途徑中的酶 186
8.3 線粒體電子傳遞 196
8.3.1 復(fù)合體Ⅰ 197
8.3.2 復(fù)合體Ⅱ 197
8.3.3 復(fù)合體Ⅲ 198
8.3.4 復(fù)合體Ⅳ 198
8.3.5 復(fù)合體Ⅴ 198
8.3.6 交替氧化酶 199
8.3.7 附加NADH脫氫酶 200
8.4 載體 200
8.5 氨基酸代謝 202
8.5.1 半胱氨酸 202
8.5.2 脯氨酸 203
8.5.3 甘氨酸 203
8.5.4 支鏈氨基酸 204
8.6 維生素和脂類的合成 205
8.6.1 硫辛酸 205
8.6.2 生物素 205
8.6.3 硫胺素 206
8.6.4 葉酸 206
8.6.5 類異戊二烯 208
8.6.6 脂類 208
8.7 線粒體代謝在生物學(xué)過程中的作用 208
8.7.1 光下的呼吸行為 208
8.7.2 為細(xì)胞質(zhì)蔗糖合成提供線粒體ATP 210
8.7.3 氮素同化中乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化成α-酮戊二酸反應(yīng)的作用 211
8.7.4 支持光呼吸作用的氧化還原當(dāng)量輸出 213
8.7.5 三羧酸循環(huán)活性修飾提高光合表現(xiàn) 214
8.7.6 線粒體代謝與花的發(fā)育 216
8.7.7 線粒體代謝在根系養(yǎng)分吸收中的作用 217
8.7.8 躍變型果實(shí)成熟期的線粒體代謝活性 218
8.8 結(jié)語：對線粒體和線粒體外代謝之間相互作用進(jìn)一步理解的未來展望 219
參考文獻(xiàn) 220
9 植物細(xì)胞質(zhì)雄性不育與線粒體基因突變 242
9.1 引言 242
9.2 CMS基因的識別和鑒定 243
9.2.1 CMS基因鑒定中存在的問題 243
9.2.2 CMS基因的起源和作用后果 246
9.2.3 群體遺傳學(xué)家眼中的CMS 247
9.3 當(dāng)前關(guān)于不育機(jī)制與線粒體在植物繁殖中作用的多種推測 248
9.3.1 線粒體和植物有性繁殖 248
9.3.2 T-URF13與玉米Texas不育性以及其他CMS基因產(chǎn)物及其特性之間的可能機(jī)制 251
9.3.3 CMS和細(xì)胞程序性死亡 251
9.4 核基因?qū)τ缘幕謴?fù) 252
9.4.1 Rf基因：遺傳學(xué)特征和分子效應(yīng) 252
9.5 從PPR蛋白、生物化學(xué)及進(jìn)化意義上談恢復(fù)基因 254
9.6 結(jié)語 255
致謝 256
參考文獻(xiàn) 256
10 線粒體與植物細(xì)胞程序性死亡 268
10.1 引言 268
10.2 細(xì)胞程序性死亡 269
10.3 死亡程序 270
10.4 線粒體與哺乳動物細(xì)胞凋亡 270
10.5 細(xì)胞程序性死亡過程中線粒體結(jié)構(gòu)和生理的變化 273
10.6 線粒體促凋亡蛋白在植物PCD中的作用 275
10.6.1 細(xì)胞色素c和植物PCD 275
10.6.2 凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)和核酸內(nèi)切酶G(Endo G) 277
10.7 線粒體因子的釋放機(jī)制 277
10.7.1 Bcl樣蛋白和植物細(xì)胞程序性死亡 278
10.7.2 通透性轉(zhuǎn)變孔道(PTP)和植物細(xì)胞程序性死亡 279
10.8 活性氧 281
10.9 交替氧化酶 28