氧化磷酸化【BBy】

1、氧化磷酸化氧化磷酸化一、概念一、概念二、二、氧化磷酸化偶联部位及氧化磷酸化偶联部位及P/O比比三、氧化磷酸化机理三、氧化磷酸化机理四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂五、氧化磷酸化的调控五、氧化磷酸化的调控 是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随电即伴随电 子从底物到子从底物到O O2 2的传递，的传递，ADPADP被磷酸化生成被磷酸化生成ATPATP的酶促的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷氧化磷酸化。酸化。 这是这是需氧需氧生物合成生物合成ATPATP的主要途径。的主要途径。

2、 真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。上进行。原核生物则在质膜上进行。氧化磷酸化氧化磷酸化1、P/O比： 19401940年，年，S OchoaS Ochoa测定了在呼吸链中测定了在呼吸链中O O2 2的消耗与的消耗与ATPATP生生成的关系，为此提出成的关系，为此提出P/OP/O比的概念。比的概念。（同位素实验）（同位素实验）v当一对电子经呼吸链传给当一对电子经呼吸链传给O O2 2的过程中所产生的的过程中所产生的ATPATP分子分子数。实质是伴随数。实质是伴随ADPADP磷酸化所消耗的无机磷酸的分子数与磷酸

3、化所消耗的无机磷酸的分子数与消耗分子氧的氧原子数之比消耗分子氧的氧原子数之比, ,称为称为P/OP/O比比。v 线粒体线粒体NADH+HNADH+H+ +经呼吸链氧化经呼吸链氧化P/OP/O比为比为2.52.5（3 3），），FADHFADH2 2经呼吸链氧化经呼吸链氧化P/OP/O比为比为1.51.5（2 2）。）。二、氧化磷酸化偶联部位及二、氧化磷酸化偶联部位及P/O比比 2 2、形成、形成ATPATP的部位（氧化与磷酸化偶联部位）的部位（氧化与磷酸化偶联部位）v电子传递链将电子传递链将NADHNADH和和FADH2FADH2上的电子传递给氧的过上的电子传递给氧的过程中释放自由能，供给程中

4、释放自由能，供给ATPATP的合成。其中释放大量自的合成。其中释放大量自由能的部位有由能的部位有3 3处，即复合物处，即复合物、 ，这，这3 3个部个部位就是位就是ATPATP合成的部位，称为偶合成的部位，称为偶联联部位。部位。 关于论证关于论证ATPATP形成部位的实验证据：形成部位的实验证据：（1 1）G G0 0 =-nF =-nF E E0 0 （2） 琥珀酸氧化琥珀酸氧化P/O=2P/O=2，苹果酸氧化苹果酸氧化P/O=3P/O=3 表明在表明在NADHNADHCoQ CoQ 有一次磷酸化作用有一次磷酸化作用 （3）A.LehningerA.Lehninger用抗坏血酸使电子从细胞色

5、素用抗坏血酸使电子从细胞色素C C进入进入 呼吸链，测得呼吸链，测得P/O=1P/O=1，说明由说明由cytaa3cytaa3O O2 2有一次有一次 磷酸化磷酸化（4）使用专一性电子传递链抑制剂亦可测出使用专一性电子传递链抑制剂亦可测出ATPATP的形的形 成部位成部位（举例）（举例）能量计算：能量计算：NADH+HNADH+H+ +被分子氧氧化被分子氧氧化生成水，总反应为：生成水，总反应为：NADH+H+1/2O2NAD+H2O求此反应的求此反应的G G0 0 ：因为：因为：1/21/2O O2 2+2H+2H+ +2e+2e- -H2O , E E0 0 =0.82vNAD+2H+2e-

6、NADH+H+, E E0 0 =-0.32v所以：所以： E E0 0=0.82-(-0.32)=1.14V=0.82-(-0.32)=1.14V G G0 0 =-2X23.063X1.14=-52.6(Kcal/mol)=-2X23.063X1.14=-52.6(Kcal/mol) =-220(KJ/mol) =-220(KJ/mol)3ADP+Pi 3ATP+3H2OG G0 0 =3X7.3=21.9 (Kcal/mol)=91.6 (KJ/mol)=3X7.3=21.9 (Kcal/mol)=91.6 (KJ/mol)3 3个个ATPATP的形成共截获的能量为的形成共截获的能量为4

7、1%41%1、有关氧化磷酸化机理的几种假说、有关氧化磷酸化机理的几种假说 化学偶联假说化学偶联假说 构象偶联假说构象偶联假说 化学渗透假说化学渗透假说三、氧化磷酸化作用的机理三、氧化磷酸化作用的机理（1 1）化学偶联假说（）化学偶联假说（19531953年）年）（掌握要点）（掌握要点） chemical coupling hypothesis chemical coupling hypothesis 认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成化学反应形成高能共价中间物高能共价中间物，最后将其能量转移到，最后将其能量转移到ADPADP中形成中

8、形成ATPATP。 AH AH2 2+B+B+I I-OH A -OH A I I+BH+BH2 2+OH+OH- - A A I I+ +X X-H+OH-H+OH- - X X I I+A+H+A+H2 2O O X IX I+ +P P-OH -OH X PX P+ +I I-OH-OH X PX P+ADP ATP+ADP ATP+X X-H-H AH AH2 2+B+ADP+P-OH A+BH+B+ADP+P-OH A+BH2 2+ATP+H+ATP+H2 2O O （2 2）构象偶联假说（）构象偶联假说（19641964） conformational conformational

9、 coupling hypothesis coupling hypothesis 认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋蛋白质组分白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过种高能形式通过ATPATP的合成而恢复其原来的构象。的合成而恢复其原来的构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。质组分的构象变化还是存在的。 （3 3）化学渗透假说（）化学渗透假说（19611961） chemiosmotic chemi

10、osmotic hypothesis hypothesis v19611961年由英国生物化学家年由英国生物化学家Peter MitchellPeter Mitchell最先提出。最先提出。v认为电子传递释放的自由能和认为电子传递释放的自由能和ATPATP的合成是与一种跨的合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递释放的即电子传递释放的自由能驱动自由能驱动H H+ +从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙，从而形成从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的跨线粒体内膜的H H+ +离子梯度，及一个电位梯度。这个跨膜的离子梯度，及一个电位梯度。这个跨

11、膜的电化学电势驱动电化学电势驱动ATPATP的合成。的合成。NADHNADH呼吸链中的三个复合物呼吸链中的三个复合物、起着质子泵的作用，将起着质子泵的作用，将H H+ + 从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙。从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙。H H+ +不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称为为质子动力质子动力。当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通过嵌在线粒体内当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通

12、过嵌在线粒体内膜的膜的F F0 0F1-ATPF1-ATP合酶合酶返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，推动推动ATPATP的合成。的合成。v化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图获得获得19781978年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖1 1、解偶联剂（解偶联剂（uncouplersuncouplers）某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，使使ATPATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解偶联剂。合物成为解偶联剂。v 解偶联剂不抑制电子传递

13、。解偶联剂不抑制电子传递。不抑制底物水平的磷酸化。不抑制底物水平的磷酸化。v 解偶联剂主要有三种类型：解偶联剂主要有三种类型： 化学解偶联剂：化学解偶联剂：2 2、4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚 离子载体：离子载体： 解偶联蛋白：解偶联蛋白： 不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：同，据此将它们分成三大类：四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂化学解偶联剂：化学解偶联剂：2 2、4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚 （2 2、4-4-dinitrophenol,DNPdinitrophenol,DNP）DN

14、PDNP在在pH=7pH=7的环境中以解离形式存在，是脂不溶的，不的环境中以解离形式存在，是脂不溶的，不能过膜。能过膜。在酸性环境中接受在酸性环境中接受H H+ +, ,成为不解离形式，是脂溶性的，成为不解离形式，是脂溶性的，很容易过膜，同时将很容易过膜，同时将H H+ +带入膜内，起消除质子浓度梯度带入膜内，起消除质子浓度梯度的作用。亦称的作用。亦称质子载体。质子载体。起同样作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（起同样作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCPFCCP）。）。中性环境中性环境酸性环境酸性环境离子载体离子载体（离子载体抑制剂离子载体抑制剂）是一类脂溶性物质，是一类脂溶性物质，能与能

15、与H H+ +以外的其他一价阳离子结以外的其他一价阳离子结合，合，并作为他们的载体使他们能过穿过膜，消除跨膜并作为他们的载体使他们能过穿过膜，消除跨膜的电位梯度。的电位梯度。缬氨霉素（缬氨霉素（K K+ +）短杆菌肽（短杆菌肽（K K+ + Na Na+ +）解偶联蛋白解偶联蛋白（产热素）（产热素）是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然解偶联剂。天然解偶联剂。它们能形成质子通道，让膜外的它们能形成质子通道，让膜外的H H+ +通过通道返回膜通过通道返回膜内，消除跨膜质子浓度梯度。内，消除跨膜质子浓度梯度。 如：动物的褐色脂肪组织，如：动物的

16、褐色脂肪组织，其产热机制其产热机制 是线粒体氧化磷酸化解偶联的结果。是线粒体氧化磷酸化解偶联的结果。 人、新生无毛的哺乳动物以及冬眠的哺乳动物。人、新生无毛的哺乳动物以及冬眠的哺乳动物。1 1、解偶联剂（解偶联剂（uncouplersuncouplers）某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，使使ATPATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解偶联剂。合物成为解偶联剂。v 解偶联剂不抑制电子传递。解偶联剂不抑制电子传递。不抑制底物水平的磷酸化。不抑制底物水平的磷酸化。v 解偶联剂主要有三

17、种类型：解偶联剂主要有三种类型： 化学解偶联剂：化学解偶联剂：2 2、4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚 离子载体：离子载体： 解偶联蛋白：解偶联蛋白： 不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：同，据此将它们分成三大类：四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂v直接作用于直接作用于ATPATP合酶复合体而抑制合酶复合体而抑制ATPATP合成合成的一类化合物。的一类化合物。 由于影响（降低）由于影响（降低）O O2 2的利用率，从而间接抑的利用率，从而间接抑制电子传递。（区别于电子传递链抑制剂）制电子传递。（区别于电子传递链抑制剂）v寡霉素、双环己基碳二亚胺寡霉素、双环己基碳二亚胺（抑制（抑制F FO OF F1 1某些蛋某些蛋白的活性）白的活性）v寡霉素等对利用氧的抑制作用可被寡霉素等对利用氧的抑制作用可被DNPDNP解除。解除。2、抑制剂、抑制剂五、氧化磷酸化的调控五、氧化磷酸化的调控ADPADP是关键物质。是关键物质。ADPADP作为关键物质对于氧化磷酸化作用的调节称为作为关键物质对于氧化磷酸化作用的调节称为呼吸控制呼吸控制（respiratory controlrespiratory con