在線粒體嵴的表面和內界膜的基質面上附有密集排列的、火柴頭狀的亞單位,稱為基粒。其粒由約10nm的球形頭部與寬約3.5nm、長約5nm的短柄構成。頭部伸入基質,相當于ATP合成酶所在處,是氧化磷酸化*終合成ATP酶的一部分。柄的一端與嵴的界膜相連,是一聯接蛋白,脂類和氨基酸在線粒體內被氧化成水和二氧化碳,所釋放的能量則通過這種連接蛋白轉給ADP生成ATP。線粒體的亞單位只有在特殊處理的標本中,如將線粒體由(大鼠肝細胞)細胞勻漿中分離出來,并用低滲法破壞其界膜,使其嵴暴露,再用磷鎢酸復染,方可看到。而普通超薄切片則見不到這種亞單位,這是因為鋨酸固定時,球形頭部被解聚所致。線粒體內外界膜的通透性和化學組成互不相同。外界膜對大多數分子量小于10000的低分子溶質而言,均可自由通過,而內界膜則僅允許不帶電荷、相對分子量小于150的
小分子如水、O2、CO2、尿素及甘油等通過,葡萄糖、K+、Na+、Cl-等均不能通過內膜。線粒體基質內常見一些小的電子致密顆粒,稱為線粒體內顆粒或基質顆粒。基質顆粒內含Ca2+、Mg2+等離子。線粒體基質內含有蛋白質(包括各種酶類、類脂質成分、DNA、RNA及核蛋白體),除此之外,還有各種單核苷酸和輔酶。由于線粒體膜和基質內含有大量酶類,如含有進行氧化作用的呼吸鏈的酶體系,氧化磷酸化酶體系、三羧酸循環及脂肪酸氧化的酶體系等,各種代謝物質在線粒體內氧化,并把放出的能量轉換成ATP。因此,線粒體像一個能源中心,一個電力發動站,能向細胞不斷提供其生命活動所必需的能量,以保證和推動(大鼠肝細胞)細胞進行各種復雜的生理功能。
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