電子傳遞體系與氧化磷酸化2

1、電子傳遞 抑制劑NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸復合物 II復合物 IV復合物 I復合物 III魚藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO抗霉素 A的抑制部位NAD FP Q b c aa3NAD FP Q b c aa3呼吸鏈的比擬圖解第三節(jié) 氧化磷酸化作用一、 氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理三、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制四、線粒體外NADH的氧化磷酸化作用五、葡萄糖徹底氧化生成ATP的總結(jié)算六、能荷 氧化磷酸化 代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于合成ATP（即ADP+PiATP）,這種氧化放能和A

2、TP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。類別： 底物水平磷酸化 電子傳遞水平磷酸化ADP + Pi ATP + H2O生物氧化過程中釋放出的自由能磷氧比（ P/O ）呼吸過程中無機磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi ，因此P/O的數(shù)值相當于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHFADH2O212H2OH2O例 實測得NADH呼吸鏈： P/O 3ADP+Pi ATP實測得FADH2呼吸鏈： P/O 2O2122e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi ATPA

3、DP+Pi ATPADP+Pi ATP二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理 1、線粒體ATP合酶（mitochondrial ATPase）2、能量偶聯(lián)假說 1953年 Edward Slater 化學偶聯(lián)假說 1964年 Paul Boyer 構(gòu)象偶聯(lián)假說 1961年 Peter Mitchell 化學滲透假說3、質(zhì)子梯度的形成4、ATP合成的機制1978年獲諾貝爾化學獎線粒體ATP合酶 氧化磷酸化重建示意圖內(nèi)膜F0F1 ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基質(zhì)膜間隙電子傳遞鏈 電子傳遞的自由能驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進入到膜間隙，從而形成H+跨線粒體內(nèi)膜的電化學梯度，這個梯度的電化學

4、勢( H+ )驅(qū)動ATP的合成?；瘜W滲透假說(chemiosmotic hypothasis)化學滲透假說原理示意圖4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+ ADP+PiATP高質(zhì)子濃度H2O2e-+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜磷酸化 氧化 線粒體電子傳遞和H+排出的數(shù)目和途徑H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2 +2H+ H2O4H+2H+2H+復合物 III12Boyer和Walker的工作 英國科學家Wa

5、lker通過x光衍射獲得高分辯率的牛心線粒體ATP酶晶體的三維結(jié)構(gòu)， 證明在ATP酶合成ATP的催化循環(huán)中三個亞基的確有不同構(gòu)象， 從而有力地支持了Boyer的假說。 Boyer和Walker共同獲得1997年諾貝爾化學獎。 美國科學家Boyer為解釋ATP酶作用機理,提出旋轉(zhuǎn)催化假說，認為ATP合成酶亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象(L)有利于ADP和Pi結(jié)合，一種構(gòu)象(T)可使結(jié)合的ADP和Pi合成ATP，第三種構(gòu)象(O)使合成的ATP容易被釋放出來。在ATP合成過程中，三個亞基依次進行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜H+提供。ATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型IIIIVIII定子轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)催

6、化理論認為質(zhì)子流通過Fo引起亞基III 寡聚體和及亞基一起轉(zhuǎn)動,這種旋轉(zhuǎn)配置 /亞基之間的不對稱的相互作用,引起催化位點性質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 亞基的中心 -螺旋被認為是轉(zhuǎn)子,亞基I和II與亞基組合在一起組成定子,它壓住 /異質(zhì)六聚體.ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖定子 旋轉(zhuǎn)催化理論認為質(zhì)子流通過Fo引起亞基III 寡聚體和及亞基一起轉(zhuǎn)動,這種旋轉(zhuǎn)配置 /亞基之間的不對稱的相互作用,引起催化位點性質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 亞基的中心 -螺旋被認為是轉(zhuǎn)子,亞基I和II與亞基組合在一起組成定子,它壓住 /異質(zhì)六聚體.OSCPF1H+通道FO柄DCCD結(jié)合蛋白基質(zhì)表面外表面ATP酶作用機理ADP+PiProten FluxH+ATP

7、 +H2O ATPADP+PiProten Flux有于ADP與Pi結(jié)合的構(gòu)象有于ADP與Pi生成的構(gòu)象有利于ATP釋放的構(gòu)象四、 線粒體外NADH的氧化磷酸化作用 磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng) 酵解（細胞質(zhì)）氧化磷酸化 （線粒體）-磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+線粒體內(nèi)膜（細胞液）蘋果酸-草酰乙酸穿梭作用細胞液線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸-酮戊二酸蘋果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸蘋果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)蘋果酸脫氫酶NADH

8、+H+蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（、 、 、 為膜上的轉(zhuǎn)運載體）呼吸鏈2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外五、能 荷定義式：能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 意義： 能荷由ATP 、 ADP和AMP的相對數(shù)量決定，數(shù)值在01之間，反映細胞能量水平。 能荷對代謝的調(diào)節(jié)可通過ATP 、 ADP和AMP作為代謝中某些酶分子的別構(gòu)效應物進行變構(gòu)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。能荷相對速率ATP的利用途徑 ATP的生成途徑能荷對ATP的生成途徑和ATP的利用途徑相對速率的 影響葡萄糖徹底氧化生成ATP的總結(jié)算 葡萄糖分解

9、通過糖酵解和檸檬酸循環(huán)形成的ATP或GTP的分子數(shù)，根據(jù)化學計算可以得到明確的答復。但是氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP分子數(shù)并不十分準確，因為質(zhì)子泵、 ATP的合成以及代謝物的轉(zhuǎn)運過程并不需要是完整的數(shù)值甚至不需要是固定值，根據(jù)當前最新測定， H+經(jīng)NADH-Q還原酶、細胞色素還原酶和細胞色素氧化酶從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵出到膜外的細胞液側(cè)時，一對電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為4、2和4。合成一個ATP分子是由3個H+通過ATP合酶所驅(qū)動，多余的一個H+ ，可能用于將ATP從基質(zhì)運往膜外細胞溶膠。因此一對電子從NADH傳至02，所產(chǎn)生的 ATP分子數(shù)是2.5個。在細胞色素還原酶的水平進人電子傳遞鏈的電子，如琥珀酸，

10、或細胞液中的NADH，它們的電子對只產(chǎn)生1.5個ATP分子。這樣，當一分于葡萄糖徹底氧化為CO2和水所得到的ATP分子數(shù)和過去傳統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)(36個ATP)少了6個ATP分子，成為30個。葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP酵解階段： 2 ATP 2 1 NADH兌換率 1:2.5 (或1.5)2 ATP2 (1.5或2.5 ATP )三羧酸循環(huán)：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5 ATP2 1.5 ATP兌換率 1:2.5兌換率 1:1.5丙酮酸氧化：2 1NADH兌換率 1：2.52 2.5 ATP總計：30 ATP 或 32 ATP第四節(jié) 其它氧化系統(tǒng) 通過線粒體細胞色素系統(tǒng)進行氧化的體系是一切動物、植物、微生物主要氧化途徑，它與ATP的生成緊密相關。除此以外，生物體內(nèi)還存在一些其它氧化系統(tǒng)，其特點是從底物脫氫到H2O的生成是經(jīng)過其它末端氧化酶完成的，與ATP的生成無關，但各自具有重要的生理功能。 生物體內(nèi)主要的其它氧化系統(tǒng)如