植物线粒体

目录
1 线粒体动力学：线粒体形状、大小、数量、移动和细胞遗传的控制 1
1.1 引言 1
1.2 内共生和线粒体进化 2
1.2.1 线粒体和原核细胞分裂 2
1.2.2 质体、收缩环、肌动球蛋白以及线粒体FtsZ的丢失 3
1.3 线粒体系的结构和组织——不连续的整体 5
1.4 线粒体数量、大小和整体形态的控制 7
1.4.1 线粒体分裂 7
1.4.2 线粒体融合 9
1.5 线粒体运动和细胞遗传 12
1.5.1 线粒体的运动和细胞骨架 12
1.5.2 线粒体系的结构和细胞周期 13
1.5.3 酵母的线粒体遗传 14
1.5.4 拟南芥friendly线粒体突变体和线粒体的胞内分布 18
1.6 其他植物线粒体动力学突变 19
1.7 线粒体的形态和运动能力的代谢调控 20
1.8 结语 21
致谢 22
参考文献 22
2 植物线粒体基因组的不稳定性 31
2.1 引言 31
2.2 植物线粒体基因组的独特性与动态性 31
2.3 细胞核对线粒体DNA重组的调控 33
2.4 植物线粒体基因组的动态重组与复制 35
2.5 线粒体DNA维护的细胞核调控 36
2.6 植物线粒体基因组重排诱导的细胞和发育反应 37
2.7 植物线粒体基因组及其适应性 38
致谢 39
参考文献 39
3 植物线粒体基因组的表达 43
3.1 引言 43
3.2 三角状五肽重复区蛋白家族的鉴别：一个认识植物线粒体基因组表达的重大发现 44
3.2.1 PPR蛋白的结构 45
3.2.2 PPR蛋白的功能 45
3.3 高等植物线粒体的转录 46
3.3.1 植物线粒体中保守和可变的转录单元 46
3.3.2 植物线粒体中有多少不同的保守或非保守的启动子结构？ 47
3.3.3 线粒体DNA转录需要哪些蛋白？ 49
3.3.4 植物线粒体基因的表达在转录水平上受到调控吗？ 51
3.4 剪接 53
3.4.1 内含子类型 53
3.4.2 顺式和反式剪接 53
3.4.3 剪接机制 54
3.4.4 剪接体系 55
3.5 RNA编辑过程中核苷酸序列的改变 56
3.5.1 RNA编辑在植物界的分布 56
3.5.2 RNA编辑的功能和影响 57
3.5.3 高等植物线粒体中RNA编辑过程的机制和生化机理 58
3.5.4 上游顺式元件特异性编辑位点 59
3.6 植物线粒体转录本的5′端和3′端加工 60
3.6.1 5′端和3′端的加工装置 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的稳定和降解 66
3.7.1 稳定mRNA的顺式和反式元件 66
3.7.2 RNA降解机制 67
3.7.3 RNA降解的作用 68
3.8 翻译和翻译后的调控 69
3.8.1 翻译机制 69
3.8.2 翻译调控 70
3.8.3 翻译后调控 70
3.9 结语 71
致谢 71
参考文献 71
4 核编码线粒体蛋白的输入 85
4.1 引言 85
4.2 线粒体定位信号 86
4.2.1 靶向肽特征 86
4.2.2 双靶向肽 88
4.3 胞浆因子 90
4.4 线粒体和叶绿体间的前体蛋白分选 91
4.5 转运装置 92
4.5.1 外膜转运酶：有识别能力的外膜 92
4.5.2 重新发现膜间隙 94
4.5.3 内膜——两个以上Tim的故事 95
4.5.4 基质——发动机房 97
4.6 蛋白水解 97
4.6.1 线粒体加工肽酶 98
4.6.2 线粒体中间肽酶 100
4.6.3 内膜肽酶 101
4.6.4 线粒体肽酶组和前序列蛋白酶(PreP) 101
4.6.5 依赖ATP的膜结合蛋白酶FtsH 104
4.6.6 依赖于ATP的Lon样蛋白酶 104
4.6.7 依赖于ATP的Clp蛋白酶 105
4.6.8 膜整合扁菱形蛋白酶 106
4.7 蛋白转运组分的进化 107
4.8 线粒体蛋白转运组分的基因组蓝图 108
4.9 结语 108
致谢 109
参考文献 110
5 线粒体呼吸链复合体的生物发生：通信、基因表达和装配 123
5.1 引言 123
5.2 呼吸所必需辅基的生物合成 125
5.2.1 线粒体Fe-S簇合物的生物合成 125
5.2.2 血红素B合成的后期步骤 126
5.2.3 血红素A的合成 128
5.3 线粒体呼吸链复合体的装配 128
5.3.1 复合体Ⅰ的装配 129
5.3.2 复合体Ⅲ的生物合成需要细胞色素c的成熟 130
5.3.3 复合体Ⅳ的装配 131
5.3.4 复合体Ⅴ的装配 132
5.4 线粒体呼吸链复合体生物合成的基因表达 133
5.4.1 电子传递链基因表达的核协调 133
5.4.2 线粒体基因和核基因表达之间的协调 135
5.5 线粒体-细胞核的交互作用 137
5.5.1 植物线粒体逆向信号传导线索 137
5.5.2 逆向信号传导通路的潜在组分 138
5.6 结语 139
致谢 140
参考文献 140
6 植物氧化磷酸化体系的超分子结构 149
6.1 引言 149
6.2 氧化磷酸化体系复合体Ⅰ～Ⅴ的结构和功能 149
6.2.1 复合体Ⅰ 149
6.2.2 复合体Ⅱ 150
6.2.3 复合体Ⅲ 150
6.2.4 复合体Ⅳ 150
6.2.5 复合体Ⅴ 151
6.3 氧化磷酸化系统的超分子组织 151
6.3.1 固体状态模型与流体状态模型 151
6.3.2 植物中氧化磷酸化超级复合体的组成 153
6.3.3 植物氧化磷酸化超级复合体的结构 154
6.3.4 植物氧化磷酸化超级复合体的功能 155
6.4 结语 156
致谢 156
参考文献 156
7 线粒体电子传递和氧化应激 161
7.1 引言 161
7.2 标准的电子传递链 161
7.2.1 标准的ETC复合体 161
7.2.2 其他“标准”ETC酶 163
7.3 交替氧化酶 163
7.4 NAD(P)H脱氢酶 164
7.4.1 基本性质 164
7.4.2 NAD(P)H脱氢酶的生理功能 165
7.4.3 丙甲甘肽在完整细胞和离体线粒体呼吸功能研究中的重要作用 165
7.5 NAD(P)H脱氢酶的底物 166
7.5.1 NAD(P)的转运、合成和降解 166
7.5.2 NAD(P)的还原程度 166
7.5.3 游离态和结合态NADH 167
7.5.4 转氢酶 167
7.6 氧化应激——ROS的转化 167
7.6.1 减少ROS的产生 168
7.6.2 ROS的清除或解毒 169
7.7 线粒体DNA和脂质氧化 171
7.7.1 DNA氧化 171
7.7.2 脂质氧化 172
7.8 线粒体蛋白质氧化 173
7.8.1 与活性氧的相互作用 173
7.8.2 氧化型线粒体蛋白的鉴定 173
7.8.3 ROS与酶的相互作用及在酶促反应中的作用 175
7.8.4 与PUFA氧化产物的轭合 176
7.9 氧化蛋白质的命运 176
7.10 如何避免氧化损伤遗传到下一代？ 177
7.11 结语 177
致谢 178
参考文献 178
8 线粒体代谢 185
8.1 引言 185
8.2 线粒体的代谢途径 186
8.2.1 三羧酸循环途径中的酶 186
8.3 线粒体电子传递 196
8.3.1 复合体Ⅰ 197
8.3.2 复合体Ⅱ 197
8.3.3 复合体Ⅲ 198
8.3.4 复合体Ⅳ 198
8.3.5 复合体Ⅴ 198
8.3.6 交替氧化酶 199
8.3.7 附加NADH脱氢酶 200
8.4 载体 200
8.5 氨基酸代谢 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 支链氨基酸 204
8.6 维生素和脂类的合成 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 叶酸 206
8.6.5 类异戊二烯 208
8.6.6 脂类 208
8.7 线粒体代谢在生物学过程中的作用 208
8.7.1 光下的呼吸行为 208
8.7.2 为细胞质蔗糖合成提供线粒体ATP 210
8.7.3 氮素同化中乙酰辅酶A转化成α-酮戊二酸反应的作用 211
8.7.4 支持光呼吸作用的氧化还原当量输出 213
8.7.5 三羧酸循环活性修饰提高光合表现 214
8.7.6 线粒体代谢与花的发育 216
8.7.7 线粒体代谢在根系养分吸收中的作用 217
8.7.8 跃变型果实成熟期的线粒体代谢活性 218
8.8 结语：对线粒体和线粒体外代谢之间相互作用进一步理解的未来展望 219
参考文献 220
9 植物细胞质雄性不育与线粒体基因突变 242
9.1 引言 242
9.2 CMS基因的识别和鉴定 243
9.2.1 CMS基因鉴定中存在的问题 243
9.2.2 CMS基因的起源和作用后果 246
9.2.3 群体遗传学家眼中的CMS 247
9.3 当前关于不育机制与线粒体在植物繁殖中作用的多种推测 248
9.3.1 线粒体和植物有性繁殖 248
9.3.2 T-URF13与玉米Texas不育性以及其他CMS基因产物及其特性之间的可能机制 251
9.3.3 CMS和细胞程序性死亡 251
9.4 核基因对育性的恢复 252
9.4.1 Rf基因：遗传学特征和分子效应 252
9.5 从PPR蛋白、生物化学及进化意义上谈恢复基因 254
9.6 结语 255
致谢 256
参考文献 256
10 线粒体与植物细胞程序性死亡 268
10.1 引言 268
10.2 细胞程序性死亡 269
10.3 死亡程序 270
10.4 线粒体与哺乳动物细胞凋亡 270
10.5 细胞程序性死亡过程中线粒体结构和生理的变化 273
10.6 线粒体促凋亡蛋白在植物PCD中的作用 275
10.6.1 细胞色素c和植物PCD 275
10.6.2 凋亡诱导因子(AIF)和核酸内切酶G(Endo G) 277
10.7 线粒体因子的释放机制 277
10.7.1 Bcl样蛋白和植物细胞程序性死亡 278
10.7.2 通透性转变孔道(PTP)和植物细胞程序性死亡 279
10.8 活性氧 281
10.9 交替氧化酶 28