第6章物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換1線粒體

第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化線粒體被稱為細(xì)胞內(nèi)的能量工廠。人體內(nèi)的細(xì)胞每天要合成幾千克的ATP，95%是由線粒體中的呼吸鏈所產(chǎn)生。線粒體通過氧化磷酸化，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。本文檔共95頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體發(fā)現(xiàn)及功能研究簡史1890年Altaman發(fā)現(xiàn)線粒體,命名為bioblast。1898年Benda將這種顆命名為mitochondrion。1900年L.Michaelis發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用。1948年Green證實(shí)線粒體含所有三羧酸循環(huán)的酶。1949年Kennedy發(fā)現(xiàn)脂肪酸氧化是在線粒體內(nèi)完成。1976年Hatefi等純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體。1961-1980年Mitchell提出氧化磷酸化化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說。本文檔共95頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）形態(tài)、大小、數(shù)量和分布1.形態(tài)：粒狀或桿狀，因種類和生理狀態(tài)，可呈環(huán)形，啞鈴形、線狀、分杈狀。2.大?。褐睆?.5~1μm，長1.5~3.0μm，胰臟分泌細(xì)胞中可長達(dá)10~20μm，稱巨線粒體。人成纖維細(xì)胞則更長，可達(dá)40μm。線粒體形狀與大小也隨著代謝條件不同而改變。本文檔共95頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3.數(shù)量：不同類型細(xì)胞中M相差大，有的僅1個(gè)，有的數(shù)百或數(shù)千，同類型細(xì)胞中數(shù)目穩(wěn)定。在代謝活躍的細(xì)胞中數(shù)量多；植物常較動(dòng)物少；紅細(xì)胞中無線粒體。4.分布：常均勻分布在胞質(zhì)，但也有不均勻分布，常集中在代謝活躍的區(qū)域。M常結(jié)合在微管上，可向功能旺盛區(qū)域遷移。本文檔共95頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體大小和數(shù)量反映了細(xì)胞能量需求

線粒體位于心肌細(xì)胞和精子尾部需能多的部位本文檔共95頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分活細(xì)胞中線粒體形態(tài)高度可變

本文檔共95頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（二）線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體由內(nèi)外兩層單位膜封閉形成，包括外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)4個(gè)部分。本文檔共95頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體結(jié)構(gòu)模型

本文檔共95頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1、外膜(outmembrane)全封閉的單位膜，厚6nm，脂和蛋白含量近相等;具孔蛋白(porin)構(gòu)成的親水通道，分子量<5KD分子可通過。外膜通透性較高，膜間隙環(huán)境和cytosol中相似。具一些特殊酶類，如色氨酸降解的酶、脂肪鏈延伸的酶。標(biāo)志酶為單胺氧化酶。本文檔共95頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2、內(nèi)膜（innermembrane）厚約6-8nm，通透性低，僅讓不帶電荷小分子通過，大分子和離子通過內(nèi)膜需特殊轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。蛋白質(zhì)/脂類>3:1。心磷脂含量20%、無膽固醇。氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內(nèi)膜。本文檔共95頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分內(nèi)膜向基質(zhì)褶入形成嵴(cristae)，嵴有2種類型：①板層狀；②管狀。多呈板層狀。嵴上有基粒，基粒由頭部(F1)和基部(F0)構(gòu)成，F(xiàn)0嵌入內(nèi)膜。內(nèi)膜具豐富的酶，主要是參與電子傳遞與ATP合成的酶類，及參與運(yùn)輸與合成的酶類，標(biāo)志酶為細(xì)胞色素C氧化酶。本文檔共95頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分板層狀結(jié)構(gòu)本文檔共95頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分管狀嵴線粒體

本文檔共95頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3、膜間隙(intermembranespace)寬6-8nm，含大量可溶性酶、底物和輔助因子膜間隙的pH值與胞質(zhì)相似。標(biāo)志酶為腺苷酸激酶，催化ATP分子的末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到AMP本文檔共95頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分4、基質(zhì)（matrix）除糖酵解外，其它生物氧化的酶均在基質(zhì)中：TCA循環(huán)、脂肪酸和丙酮酸氧化的酶。標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶。含一套完整的轉(zhuǎn)錄和翻譯體系：mtDNA，70S核糖體，tRNA、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。本文檔共95頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分二、線粒體的功能是糖類、脂肪和氨基酸最終的氧化場所。物質(zhì)先在胞質(zhì)中經(jīng)一系列降解形成丙酮酸和脂肪酸，進(jìn)入線粒體，再經(jīng)一系列分解形成乙酰輔酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。主要功能是進(jìn)行氧化磷酸化，合成ATP本文檔共95頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(一)真核細(xì)胞中的氧化作用(oxidation)葡萄糖和脂肪酸是真核細(xì)胞能量的主要來源。1.糖的氧化:分為3個(gè)階段：1)在胞質(zhì)中，糖氧化生成丙酮酸；2)丙酮酸進(jìn)入線粒體，脫羧生成乙酰CoA3)乙酰CoA進(jìn)入TCA循環(huán)，徹底氧化本文檔共95頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2.脂肪的氧化：在胞質(zhì)中水解成脂肪酸，脂肪酸進(jìn)入線粒體基質(zhì)，通過β氧化途徑生成乙酰CoA，及1分子NADH和FADH2。乙酰輔酶A是線粒體能量代謝的核心分子。本文檔共95頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3.TCA循環(huán)：乙酰CoA和草酰乙酸結(jié)合成一個(gè)含3個(gè)羧酸的檸檬酸，檸檬酸經(jīng)氧化脫羧，經(jīng)酮戊二酸、琥珀酸，降解成草酰乙酸，每循環(huán)一次生成2分子CO2、一分子GTP、4分子NADH和一分子FADH2。本文檔共95頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分4.輔酶在能量傳遞中的作用:TCA循環(huán)的凈產(chǎn)物是FADH2和NADH，含循環(huán)中底物氧化釋放的電子，共5對，可用于ATP合成。胞質(zhì)糖酵解也產(chǎn)生NADH，可通過蘋果酸-天門冬氨酸穿梭和甘油-磷酸穿梭，將電子傳遞給線粒體的FAD，形成FADH2，參與ATP合成。本文檔共95頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(二)呼吸鏈與電子傳遞呼吸鏈(respiratorychain)，是內(nèi)膜上的一組酶復(fù)合體。功能是進(jìn)行電子、H+的傳遞及氧的利用，產(chǎn)生H2O和ATP。TCA循環(huán)后，大部分能量儲在NADH和FADH2中，需將還原型輔酶氧化才能將能量釋放出，該過程涉及電子從NADH或FADH2傳遞到氧。本文檔共95頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分在內(nèi)膜中一系列的電子載體進(jìn)行的電子傳遞過程中，NADH或FADH2所含能量逐步釋放，最后儲存在ATP的高能磷酸鍵中。電子經(jīng)呼吸鏈流動(dòng)稱電子傳遞，ADP轉(zhuǎn)變成ATP稱磷酸化，兩者的偶聯(lián)即氧化磷酸化。本文檔共95頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（三）氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)的分子基礎(chǔ)

本文檔共95頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1、電子載體與電子結(jié)合并將其傳遞下去的物質(zhì):電子載體。呼吸鏈電子載體：黃素蛋白、細(xì)胞色素、銅原子、鐵硫蛋白、輔酶Q。(1)

NAD：煙酰胺嘌呤二核苷酸，脫氫酶的輔酶，連接TCA循環(huán)和呼吸鏈，將氫交給黃素蛋白。本文檔共95頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分NAD的結(jié)構(gòu)和功能:NAD＋：R＝H，NADP＋：R＝H2PO3-

本文檔共95頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(2)黃素蛋白(flavoprotein)：由一條多肽鏈結(jié)合一個(gè)輔基組成的酶類,輔基為FMN或FAD，每個(gè)FMN或FAD可接受2個(gè)電子和2個(gè)質(zhì)子。呼吸鏈上有以FMN為輔基的NADH脫氫酶，以FAD為輔基的琥珀酸脫氫酶。本文檔共95頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分

FMN(flavinmononucleotide)的分子結(jié)構(gòu)本文檔共95頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分FAD(flavinadeninedinucleotide)的分子結(jié)構(gòu)

本文檔共95頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(3)細(xì)胞色素(cytochrome)：含血紅素鐵，以Fe3+和Fe2+互變傳遞電子，呼吸鏈中有5類細(xì)胞色素:a、a3、b、c、c1；a、a3含銅原子。血紅素基團(tuán)的鐵可傳遞單個(gè)電子aa3分子中,還含2個(gè)銅原子,靠其化合價(jià)的變化,把電子從a3傳遞到氧本文檔共95頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分血紅素的結(jié)構(gòu)

本文檔共95頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(4)

鐵硫蛋白(Fe/Sprotein)：屬細(xì)胞色素類，分子中央結(jié)合的是鐵和硫，非血紅素，稱鐵硫中心。一般含4個(gè)原子，2個(gè)鐵和2個(gè)S，稱2Fe-2S，也有4Fe-4S。也是通過Fe2+、Fe3+互變進(jìn)行電子傳遞，且一次只能傳遞1個(gè)電子

本文檔共95頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(5)輔酶Q(coenzymeQ)：脂溶性小分子醌類化合物，通過氧化和還原傳遞電子。有3種氧化還原形式：氧化型醌Q，還原型氫醌(QH2)和介于兩者間的半醌(QH)。每個(gè)醌能接受和傳遞2個(gè)電子和質(zhì)子本文檔共95頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分

輔酶Q

本文檔共95頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2、氧化還原電位與載體排列順序同種物質(zhì)得失電子的兩種狀態(tài)稱氧還對。如NAD+和NADH，兩者間有電位差，即氧還電位可在標(biāo)準(zhǔn)條件下測定標(biāo)準(zhǔn)氧還電位。標(biāo)準(zhǔn)氧還電位越小，提供電子的能力越強(qiáng)通過測定電子載體的氧化還原電位，可推斷其在呼吸鏈中的排列順序本文檔共95頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3、電子傳遞復(fù)合物用脫氧膽酸(離子型去污劑)處理內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的4種復(fù)合物，即復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，輔酶Q和細(xì)胞色素C不屬于任何一種復(fù)合物。輔酶Q溶于內(nèi)膜，細(xì)胞色素C位于內(nèi)膜的膜間隙側(cè)(C側(cè))，屬膜外周蛋白。本文檔共95頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（1）復(fù)合物ⅠNADH脫氫酶，哺乳動(dòng)物中由42條肽鏈組成。含1個(gè)FMN和6個(gè)Fe/S，以二聚體存在。作用：催化NADH的2個(gè)電子傳至輔酶Q，并將4個(gè)H+由基質(zhì)(M側(cè))→膜間隙(C側(cè))。電子傳遞方向：NADH→FMN→Fe-S→Q結(jié)果：NADH+5H+(M)+Q→NAD++QH2+4H+(C)本文檔共95頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸脫氫酶，4條肽鏈，含1個(gè)FAD，2個(gè)Fe/S傳遞低能電子，催化電子從琥珀酸→CoQ，傳遞過程：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。反應(yīng)結(jié)果為：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2本文檔共95頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（3）復(fù)合物ⅢCoQ-cytc還原酶，由11條不同肽鏈組成，以二聚體存在，單體含2個(gè)cytb(b562，b566)、一個(gè)cytc1和一個(gè)Fe/S。作用：催化電子從輔酶Q→cytc，每轉(zhuǎn)移一對電子，同時(shí)將4個(gè)H+轉(zhuǎn)移至膜間隙。結(jié)果：2氧化態(tài)cytc1+QH2+2H+(M)→2還原態(tài)cytc1+Q+4H+(C)本文檔共95頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞和“Q循環(huán)”有關(guān)輔酶Q能在膜中自由擴(kuò)散，在內(nèi)膜C側(cè)，QH2將一個(gè)電子交給Fe-S→細(xì)胞色素c1→細(xì)胞色素c，被氧化為半醌(QH)，并將一個(gè)質(zhì)子釋放到膜間隙，半醌將電子交給細(xì)胞色素b566→b562，釋放另外一個(gè)質(zhì)子到膜間隙。cytb566得到的電子為循環(huán)電子，傳遞路線為：半醌→b566→b562→輔酶Q。在內(nèi)膜M側(cè)，輔酶Q可被復(fù)合體Ⅰ（復(fù)合體Ⅱ）或cytb562還原為氫醌。一對電子由輔酶Q到復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞過程中，共有四個(gè)質(zhì)子被轉(zhuǎn)移到膜間隙，其中兩個(gè)質(zhì)子是輔酶Q轉(zhuǎn)移的。本文檔共95頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分Q循環(huán)示意圖

本文檔共95頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（4）復(fù)合物Ⅳcytc氧化酶，以二聚體存在，單體含1個(gè)cyta、a3和2個(gè)Cu原子。作用：將電子從cytc→氧。傳遞路線：cytc→CuA→hemea→a3-CuB→O2每轉(zhuǎn)移一對電子，從基質(zhì)中攝取4個(gè)H+，其中2個(gè)用于水形成，另2個(gè)被轉(zhuǎn)至膜間隙。結(jié)果：

4還原態(tài)cytc+8H+(M)+O2→4氧化態(tài)cytc+4H+(C)+2H2O本文檔共95頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分4、兩條主要的呼吸鏈呼吸鏈傳遞的主要是NADH，而FADH2較少，可將呼吸鏈分為主、次兩條：主鏈由復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ組成，催化NADH氧化次鏈由復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組成，催化琥珀酸氧化本文檔共95頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分兩條主要的呼吸鏈本文檔共95頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分A.Molecularbasisofoxidation:Electron-transportchain本文檔共95頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（二）ATP合酶(ATPsynthetase)的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理F0F1-ATP酶，是生物能量轉(zhuǎn)化的核心酶。參與氧化磷酸化和光合磷酸化，催化合成ATP。也存在線粒體內(nèi)膜、葉綠體類囊體膜、異氧菌和光合菌質(zhì)膜上。膜結(jié)合狀態(tài)下具有ATP合成活性，分離狀態(tài)下具水解ATP的活性。本文檔共95頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1.ATP合酶的結(jié)構(gòu)(1)F1:由5種多肽組成的九聚體(3α3βγδε)，α和β單位交替排列，如桔瓣。γ貫穿αβ復(fù)合體，并與F0接觸，ε幫助γ與F0結(jié)合。δ與F0的兩個(gè)b亞基形成固定αβ復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。具3個(gè)ATP合成催化位點(diǎn),每個(gè)β亞基一個(gè)。(2)F0:由3個(gè)亞基組成的15聚體(1a:2b:12c)。c亞基在膜中形成物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的環(huán)，b亞基與δ固定F1；a亞基是質(zhì)子通道。本文檔共95頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分ATP合酶的結(jié)構(gòu)F1:5subunitsintheratio3:3:1:1:1F0:1a：2b：12c

本文檔共95頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分F1和F0通過轉(zhuǎn)子和定子聯(lián)系起來，在合成或水解ATP時(shí)，轉(zhuǎn)子在通過F0的H+推動(dòng)下,依次與3個(gè)β亞基作用，調(diào)節(jié)β亞基催化位點(diǎn)構(gòu)象變化；定子在一側(cè)將α3β3與F0連接起來。F0的作用之一,利用跨膜質(zhì)子勢轉(zhuǎn)換成扭力矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn).本文檔共95頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2.氧化磷酸化與電子傳遞的偶聯(lián)呼吸鏈中有3個(gè)部位自由能變化較大，是呼吸鏈氧化還原放能與ATP合成偶聯(lián)部位，可被特異性抑制劑阻斷。復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ每傳遞一對電子，釋放的自由能都足夠合成1分子ATP，這三個(gè)復(fù)合物是呼吸鏈中電子傳遞與氧化磷酸化偶聯(lián)的3個(gè)位點(diǎn)，各處生成1分子ATP。NADH呼吸鏈有3個(gè)偶聯(lián)位點(diǎn)，可生成3個(gè)ATP.FADH2呼吸鏈只合成2分子ATP，因?yàn)閺?fù)合物Ⅱ不是ATP合成的偶聯(lián)位點(diǎn)。本文檔共95頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分SummaryofthemajoractivitiesduringaerobicrespirationinamitochondrionNADHO2:3ATP/2e;FADH2O2:2ATP/2e本文檔共95頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3.生物氧化產(chǎn)生ATP的統(tǒng)計(jì)一個(gè)葡萄糖分子經(jīng)細(xì)胞呼吸全過程產(chǎn)生的ATP

糖酵解：底物水平磷酸化產(chǎn)生4ATP（胞質(zhì)）

己糖分子活化消耗2ATP（胞質(zhì)）

產(chǎn)生2NADH，經(jīng)電子傳遞產(chǎn)生4或6ATP凈積累6或8ATP

丙酮酸氧化脫羧：產(chǎn)生2NADH(M)，生成6ATP

三羧酸循環(huán)：底物水平的磷酸化產(chǎn)生(M)2ATP；

產(chǎn)生6NADH（M），生成18ATP；

產(chǎn)生2FADH2（M），生成4ATP

總計(jì)生成36或38ATP

本文檔共95頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化與磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制一直是研究氧化磷酸化作用的關(guān)鍵主要的假說有：1、化學(xué)滲透學(xué)說(chemiosmoticcouplinghypothesis)2、構(gòu)象偶聯(lián)假說(conformationalcouplinghypothesis)本文檔共95頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1、化學(xué)滲透假說：質(zhì)子動(dòng)力勢MitchellP.1961提出“化學(xué)滲透假說(ChemiosmoticHypothesis)”，70年代化學(xué)滲透假說得到大量實(shí)驗(yàn)的支持，成為一種較為流行的假說，Mitchell也因此獲得1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。本文檔共95頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分化學(xué)滲透學(xué)說：電子沿呼吸鏈傳遞時(shí)，釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜間隙，線粒體內(nèi)膜對離子高度不通透，使膜間隙的H+濃度高于基質(zhì)，在內(nèi)膜兩側(cè)形成pH梯度(△pH)及電位梯度(Ψ)，共同構(gòu)成電化學(xué)梯度，即質(zhì)子動(dòng)力勢(△P)。

△P=Ψ-(2.3RT/F)△pH

T為絕對溫度，R為氣體常數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過內(nèi)膜上的ATP合酶流回基質(zhì)，使ATP合酶構(gòu)象改變，將ADP和Pi合成ATP本文檔共95頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分

化學(xué)滲透學(xué)說本文檔共95頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分Mithchell’sChemiosmotictheory(1961)Morethan21026molecules(>160kg)ofATPperdayinourbodies.本文檔共95頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分Otherrolesfortheproton-motiveforceinadditiontoATPsynthase本文檔共95頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2、構(gòu)象耦聯(lián)假說1979年Boyer提出構(gòu)象耦聯(lián)假說，要點(diǎn)有：1．ATP酶利用質(zhì)子動(dòng)力勢，產(chǎn)生構(gòu)象的改變，改變與底物的親和力，催化ADP與Pi形成ATP。2．F1有三個(gè)催化位點(diǎn)，三個(gè)催化位點(diǎn)的構(gòu)象不同、與核苷酸的親和力不同。在L構(gòu)象(loose)，ADP、Pi與酶疏松結(jié)合；在T(tight)構(gòu)象與酶緊密結(jié)合；在O構(gòu)象(open)ATP與酶的親和力低，被釋放。3．質(zhì)子通過F0時(shí)，引起c亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)γ亞基旋轉(zhuǎn)，γ亞基端部高度不對稱，它的旋轉(zhuǎn)引起β亞基3個(gè)催化位點(diǎn)構(gòu)象的周期性變化(L、T、O)。每個(gè)亞基要經(jīng)過3次構(gòu)象改變才能催化合成1個(gè)ATP。本文檔共95頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分TheATPsynthaseisareversiblecouplingdevice

本文檔共95頁；當(dāng)前第64頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分支持構(gòu)象耦聯(lián)假說的實(shí)驗(yàn)有：1．日本的吉田（MassasukeYoshida）等人將α3β3γ固定在玻片上，在γ亞基的頂端連接熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白纖維，在含有ATP的溶液中溫育時(shí)，在顯微鏡下可觀察到γ亞基帶動(dòng)肌動(dòng)蛋白纖維旋轉(zhuǎn)。2．在另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白連接到ATP合酶的F0亞基上，在ATP存在時(shí)同樣可以觀察到肌動(dòng)蛋白的旋轉(zhuǎn)。本文檔共95頁；當(dāng)前第65頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分γ亞基旋轉(zhuǎn)的觀察本文檔共95頁；當(dāng)前第66頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（四）氧化磷酸化抑制劑電子傳遞抑制劑可用來研究呼吸鏈各組分的排列順序，當(dāng)呼吸鏈某一特定部位被抑制，底物一側(cè)均為還原態(tài)，另一側(cè)均為氧化態(tài)，可用分光光度計(jì)檢測，各組分氧化態(tài)和還原態(tài)具不同的吸收峰。1.電子傳遞抑制劑:包括以下類型：①抑制NADH→CoQ電子傳遞:阿米妥、魚藤酮、殺粉蝶素A。②抑制Cytb→Cytc1電子傳遞:抗霉素A③抑制細(xì)胞色素氧化酶→O2:CO，CN，NaN3，H2S本文檔共95頁；當(dāng)前第67頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2．磷酸化抑制劑:與F0結(jié)合結(jié)合，阻斷H+通道，從而抑制ATP合成：寡霉素、二環(huán)己基碳化二亞胺(DCC)3．解偶聯(lián)劑(uncoupler):使氧化和磷酸化脫偶聯(lián)，氧化仍可進(jìn)行，而磷酸化不能進(jìn)行。解偶聯(lián)劑為離子載體或通道，能增大內(nèi)膜對H+通透性，消除H+梯度，無ATP生成，使氧化釋放出的能量全部以熱的形式散發(fā)動(dòng)物棕色脂肪組織和肌肉線粒體中有獨(dú)特的解偶聯(lián)蛋白，與維持體溫有關(guān)。本文檔共95頁；當(dāng)前第68頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分常用解偶聯(lián)劑主要有：質(zhì)子載體：2，4-二硝基酚(DNP)，羰基-氰-對-三氟甲氧基苯肼(FCCP)。質(zhì)子通道:增溫素。其它離子載體：纈氨霉素。某些藥物：如過量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶聯(lián)，從而使體溫升高。本文檔共95頁；當(dāng)前第69頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分三、線粒體的半自主性63年發(fā)現(xiàn)線粒體DNA(mtDNA)后，又在線粒體發(fā)現(xiàn)RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、tRNA、核糖體等進(jìn)行DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯的全套裝備，說明線粒體具獨(dú)立遺傳體系。線粒體能合成蛋白質(zhì)，但合成能力有限。線粒體1000多種蛋白質(zhì)中，自身合成的僅十余種。線粒體核糖體蛋白、氨酰tRNA合成酶、許多結(jié)構(gòu)蛋白，都是核基因編碼，在胞質(zhì)中合成，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體，故稱線粒體為半自主細(xì)胞器。本文檔共95頁；當(dāng)前第70頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分利用標(biāo)記氨基酸培養(yǎng)細(xì)胞，用氯霉素和放線菌酮分別抑制線粒體和胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成，發(fā)現(xiàn)人的mtDNA編碼的多肽為細(xì)胞色素c氧化酶的3個(gè)亞基，F(xiàn)0的2個(gè)亞基，NADH脫氫酶的7個(gè)亞基和細(xì)胞色素b等13條多肽。mtDNA還合成12S和16SrRNA及22種tRNA。本文檔共95頁；當(dāng)前第71頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分mtDNA分子為環(huán)狀雙鏈DNA，外環(huán)為重鏈(H)，內(nèi)環(huán)為輕鏈（L）。基因排列非常緊湊，大多數(shù)基因無內(nèi)含子序列。基因組變化較大，動(dòng)物細(xì)胞mtDNA較小，約16.5kb，酵母達(dá)80kb。每個(gè)細(xì)胞含幾百個(gè)線粒體，每個(gè)線粒體又含多個(gè)mtDNA，但mtDNA的總量不到核基因組的1%.本文檔共95頁；當(dāng)前第72頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分多數(shù)基因由H鏈轉(zhuǎn)錄，包括2個(gè)rRNA，14個(gè)tRNA和12個(gè)編碼多肽的mRNA。L鏈編碼另外8個(gè)tRNA和一條多肽鏈。mtDNA上的基因相互連接，一些多肽基因相互重疊，幾乎所有閱讀框都缺少非翻譯區(qū)域。很多基因沒有完整的終止密碼，僅以T或TA結(jié)尾，mRNA終止信號是在轉(zhuǎn)錄后加工加上去本文檔共95頁；當(dāng)前第73頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分GenesinmtDNAencoderRNAs,tRNAs,andsomemitochondrialproteinsHumanmtDNA:16,569bp2rRNAs,22tRNAs,13polypeptides:NADHreductase.7sub.Ctyb-c1complex.1cytbCytoxidase.3subunitsATPsynthase:2F0sub

本文檔共95頁；當(dāng)前第74頁；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體在形態(tài)、染色反應(yīng)、化學(xué)組成、物理性質(zhì)、遺傳體系等方面，都很像細(xì)菌，所以推測其起源于內(nèi)共生。在進(jìn)化過程中好氧細(xì)菌逐步喪失了獨(dú)立性，并將大量遺傳信息轉(zhuǎn)移到了宿主細(xì)胞中，形成了半自主性。線粒體遺傳體系和細(xì)菌相似的特