第三节：氧化磷酸化 (1).ppt

1、第三节氧化磷酸化、一、概念二、氧化磷酸化偶联部位及P/O比三、氧化磷酸化反应历程四、氧化磷酸化的解偶联剂与抑制剂五、腺粒体穿梭系统6、氧化磷酸化的控制、一、概念、生物体内高能磷酸化合物ATP的生成主要有三种方式： 1， 基质级磷酸化特征： ATP的形成直接与中间代谢物反应结合，在有或无O2的条件下发生基质级磷酸化。 是与电子传递过程耦合的磷酸化过程。 也就是说，随着电子从基质向O2的传递，ADP被磷酸化生成ATP的酶催化剂所促进，该氧化与磷酸化的作用被称为氧化磷酸化。 这是好氧生物合成ATP的主要途径。 真核生物的电子传递和氧化磷酸化是在线粒体内膜上进行的。 在质膜上进行原核生物。 2、氧化磷

2、酸化，1、P/O比： 1940年，S Ochoa测定了呼吸链中O2的消耗与ATP生成的关系，并为此提出了P/O比的概念。 (同位素实验)一对电子通过呼吸链传递到O2的过程中产生的ATP分子数。 实质上是伴随ADP的磷酸化而消耗的无机磷酸的分子数和消耗分子氧的氧原子数的比，称为P/O比。 线粒体NADH H的呼吸链氧化产生的P/O比为2.5(3)，FADH2的呼吸链氧化产生的P/O比为1.5(2)。 二、氧化磷酸化偶联部位及P/O比、2、形成ATP的部位(氧化和磷酸化偶联部位)、电子传递链在NADH和FADH2上的电子传递到氧的过程中释放自由能，供给ATP的合成。 其中释放出大量自由能的部位为复

3、合体、3个部位，这些个3个部位为ATP合成的部位，称为偶联部位。 关于论证ATP形成部位的实验证据： (1)G0=-nF E0，(2)琥珀酸氧化P/O=2，苹果酸氧化P/O=3表示NADHCoQ中存在一次磷酸化作用，(3)a .即(4)也可以使用专一性电子传递链抑制剂测定ATP的形成部位(例)， 能量修正计算： NADH H被分子氧氧化生成水，总反应为： nadh1/2o2，NAD H2O， 求出该反应的G0:原因：1 NADH H、E0=-0.32v、e0=0. 82-(-0.32 )=1. 14 VG0=-2 x 23.063 x1. 14=-52.6 (kcal/mool )3adppi

4、3ATP3h2og0=3x7.3=21.9 (k 的3个atp的形成共捕获的能量为41%，1、关于氧化磷酸化反应历程的几个假说化学偶联假说构象(1)化学偶联假说(1953年)(把握要点) chemical coupling hypothesis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高能共享中间物，最后将该能量转移到ADP形成ATP。 ah2bi-ohaibh2oh-AIX-hoh-Xia h2o xip-oh xpi-ohxpadpatpx-hah2badp-o hab h2ATP h2o， (2)构造耦合假说(1964 ) conformationalcouplinghyp

5、othesis通过电子沿电子传输链传输，使线粒体内膜的蛋白质组研究群发生构造变化，形成高能量构造然而，在电子传递过程中蛋白质成分的构象变化依然存在。 (3)化学渗透假说(1961) chemiosmotic hypothesis，1961年由英国生物化学家Peter Mitchell首次提出。 可以认为电子传递释放的自由能和ATP的合成与跨越线粒体内膜的质子梯度结合。 即电子传递释放的自由能驱动h从腺粒体基质越过内膜进入膜间隙，形成跨线粒体内膜的h络离子梯度和电势梯度。 该跨膜的电化学电位驱动ATP的合成。NADH呼吸链中的3个复合物起到了质子泵的作用，h从线粒体基质穿过内膜进入膜间隙。 由于

6、h不断从内膜内侧泵入内膜外侧，不能自由回到内膜内侧，在内膜两侧建立了质子浓度梯度和作为电势梯度的电化学梯度，又称质子动力。 当存在一盏茶的跨膜电化学梯度时，强质子流通过嵌入线粒体内膜的F0F1-ATP裂合酶返回底物，释放嵌入质子电化学梯度的自由能，促进ATP的合成。 化学渗透假说的示意图，获得1978年的诺贝尔化学奖，支持化学渗透假说的实验证据：氧化磷酸化作用的进行中存在需要关闭的线粒体内膜。 线粒体内膜对H OH- K Cl-不透明。 破坏h浓度梯度的形成(使用解偶合剂或离子载体抑制剂)必然会破坏氧化磷酸化作用的进行。 由腺粒体电子传递产生的电子流，可以将h从线粒体内膜赶出到腺粒体膜间隙。

7、多次直接或间接实验证明，质子能够在膜表面滞留大量，并且在某些条件下质子能够沿膜表面迅速移动。 到目前为止，在电子传递过程中既不能分离与ATP形成相关的高能中间化合物，也不能分离电子传递体的高能存在形态。 h是怎样通过电子传动链“泵”出来的？ 对于h通过电子传递链“泵”提出的两个假设(众所周知)，氧化还原电路反应历程(由Mitchell提倡):以FMN CoQ CytC和fes为中心的线粒体内膜呼吸链的各氧还原中心的排列，可能是能够执行电子转移并移动基质的质子。 但是，假设在电子传递链中，(H e-)载体只有FMN CoQ这两个，3个ATP合成部位中缺少一个(H e-)载体，CoQ发挥两次作用。

8、 (q循环)、质子泵机制：电子传递引起复合物构象变化，引起AA侧链pK的变化，发挥质子泵作用的侧链露出(交替变化)内膜的内侧或外侧，使质子位移。 有规律地间隔排列在线粒体内膜表面的球状粒子，也被称为FOF1-ATP裂合酶，被称为ATP裂合酶复合体或ATP裂合酶，是ATP合成的情况。 它由FO、F1两部分组成，其中FO由4种6条不同的肽链组成，是复合物的柄(包括质子通道)，嵌入内膜。 f-1由5种9条肽链构成，呈球状，是复合体的头，与FO结合后，该头向膜内基质延伸。 FO是膜外的质子返回膜内的通道，F1是催化ATP合成的部位，膜外的质子经由FO质子通道到达F1时，促进ATP的合成。 ATP的复合

9、反应历程FOF1-ATP裂合酶，亚腺粒体结构证明了FOF1-ATP裂合酶中的FOF1的功能，在1960年，E.Racker的氧化磷酸化试验：、或有电子传递能力，但不能磷酸化ADP，具有磷酸化能力，根据目前最新测定的h经NADH-Q还原酶催化剂、细胞色素bc1复合物()、细胞色素氧化酶催化剂(复合物) 所以电子从NADH传递到O2，共同产生的ATP分子数为2.5个，从琥珀酸传递到O2的话，偶联部位只有2个，产生1.5个ATP。Fe-S FADH2、琥珀酸-Q还原酶催化剂(复合物)、1、解偶合剂(uncouplers )某些化合物消除跨膜的质子浓度梯度和电势梯度，将无法合成ATP的作用称为解偶合剂

10、作用，将这样的作用称为解偶合剂作用不抑制基质水平的磷酸化。 解偶合剂主要有3种：化学解偶合剂： 2，4 -二硝基酚离子载体：解偶合剂蛋白：不同化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，从而将这些个分类为3种： 4、氧化磷酸化解偶合剂和抑制剂、化学解偶合剂在酸性环境中接受h，变成不可理解的形状，用脂溶性，容易渡过膜和云同步，把h带入膜内，起到消除质子浓度梯度的作用。 也称为质子载体。 发挥同样作用的是三氟甲氧基苯基腙羰基氰化物(FCCP )。 中性环境、酸性环境、离子载体(离子载体抑制剂)是脂溶性物质，可以与h以外的其他一价阳络离子结合，作为他们的载体穿过膜，越过膜消除电势梯度。 缬氨霉素(k )

11、氨基青霉烯(K Na )、解偶联蛋白(发热素)是一种存在于某个生物细胞球线粒体内膜中的蛋白质，是天然的脱偶合剂. 这些个形成质子通道，膜外的h通过通道返回膜内，消除膜间质子浓度梯度。 例如，动物的褐色脂肪组织是其发热反应历程是腺粒体氧化磷酸化解偶联的结果。 人，没有新生毛的哺乳动物，冬眠的哺乳动物。 1 .关于氧化磷酸化反应历程的一些假说化学偶联假说化学渗透假说、三、氧化磷酸化作用的反应历程、NADH呼吸链中的三个复合体、质子泵作用，使h从腺粒体基质穿过内膜进入到膜间隙。 由于h不断从内膜内侧泵入内膜外侧，不能自由回到内膜内侧，在内膜两侧建立了质子浓度梯度和作为电势梯度的电化学梯度，又称质子动

12、力。 当存在一盏茶的跨膜电化学梯度时，强质子流通过嵌入线粒体内膜的F0F1-ATP裂合酶返回底物，释放嵌入质子电化学梯度的自由能，促进ATP的合成。 根据化学渗透假说的模式图，获得1978年的诺贝尔化学奖，1、解偶合剂的一部分化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电势梯度，不能合成ATP，这种作用称为解偶合剂作用，这种化合物成为解偶合剂。 解偶联剂不抑制电子传递。 不抑制基质水平的磷酸化。 解偶联剂主要有三种类型：化学解偶联剂： 2，4 -二硝基酚络离子载体：解偶联蛋白：不同化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，从而可分为三个类别：四、氧化磷酸化的解偶联影响(降低) O2的利用率，间接抑制电子传递

13、。 (与电子传递链抑制剂区别开来)低聚霉素、二环己基碳二亚胺(抑制FOF1某蛋白质的活性)低聚霉素等氧的抑制作用被DNP解除。 2、抑制剂、腺粒体呼吸5种状态(B.Chance and G R Williams )，悬浮腺粒体实验：状态:无基质和ADP。 状态ii :只有ADP状态III :有基质和ADP状态IV :有基质和添加的ADP状态v :氧枯竭时腺粒体呼吸停止。低聚霉素对氧气消耗的抑制以及DNP对低聚霉素的抑制作用：真核细胞细胞液中产生的NADH如果不进入腺粒体，经过呼吸链氧化，经ATP .磷酸甘油梭梭磷酸门冬氨酸梭梭、五、腺粒体梭梭(P/O=2)、对甘油、 对二羟基丙酮，3-P甘油黄

14、素脱氢酶(胞液)，FAD，FADH2，3-P甘油黄素脱氢酶(内膜)，CoQ，Fe-S，NAD，nadh H，苹果酸，氧化物冰乙酸，NAD，NADH，门冬氨酸，谷氨酸，-酮戊二酸，门冬氨酸， 谷氨酸， -酮戊二酸1 .胞液苹果酸黄素脱氢酶2、腺粒体基质的苹果酸黄素脱氢酶3、胞液的门冬氨酸转换酶4、腺粒体基质的门冬氨酸转换酶、苹果酸酮戊二酸逆交换载体的天冬氨酸谷氨酸逆交换载体，1， 动物心脏及肝脏细胞质溶胶内NADH可利用该穿梭，3、向外NADH黄素脱氢酶(真菌NADH黄素脱氢酶(复合体)内膜的内侧、向基质催化腺粒体内部的NADH脱氢酶向其亚FMN传递氢， 是向外NADH黄素脱氢酶内膜的外侧向膜间空间以FAD为亚的黄素蛋白，催化细胞液的NADH脱氢向该亚FAD传递氢，不经由复合体而向内膜、膜间空间、胞液、基质、NADH H、NADH、NAD、FPext、FP cytb，NADH H，NAD，FPext，FPint，氧化磷酸化的控制，ADP是重要的物质。 ADP作为重要物质将氧化磷酸化作用的调节称为呼吸控制(respiratory control )，细胞球利用AT