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1、关于生物氧化(4)第1页，讲稿共122张，创作于星期二维持生命活动的能量来源维持生命活动的能量来源光光能能（太太阳阳能能）：植植物物和和某某些些藻藻类类，通通过过光合作用将光能转变成生物能。光合作用将光能转变成生物能。化化学学能能：动动物物和和多多数数微微生生物物，通通过过生生物物氧氧化化作作用用将将有有机机物物质质存存储储的的化化学学能能释释放放出出来来，并转变成生物能（并转变成生物能（ATPATP传递）。传递）。第2页，讲稿共122张，创作于星期二ATPATP生成形式生成形式光和磷酸化光和磷酸化非氧化磷酸化非氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化 （呼吸链氧化磷酸化呼吸链氧化磷酸化呼吸链氧化磷酸化
2、呼吸链氧化磷酸化 底物氧化磷酸化底物氧化磷酸化底物氧化磷酸化底物氧化磷酸化）第3页，讲稿共122张，创作于星期二生物氧化（biological oxidation）有机物质在有机物质在生物体内生物体内的氧化作用的氧化作用在在组织细胞中组织细胞中进行进行通常需要消耗氧，生成通常需要消耗氧，生成COCO2 2 呼吸作用呼吸作用有机物质最终被氧化成有机物质最终被氧化成COCO2 2和水和水释放出能量释放出能量第4页，讲稿共122张，创作于星期二脂肪脂肪葡萄糖、其葡萄糖、其它单糖它单糖三羧酸循三羧酸循环环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰C
3、oAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物分解小分子化合物分解成共同的中间产物成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰（如丙酮酸、乙酰CoA等）等）共同中间物进入三共同中间物进入三羧酸循环羧酸循环,氧化脱氧化脱下的氢由电子传下的氢由电子传递链传递生成递链传递生成H2O，释放出大量能量，释放出大量能量，其中一部分通过磷其中一部分通过磷酸化储存在酸化储存在ATP中。中。大分子降解成基大分子降解成基本结构单位本结构单位 生物体内能量产生的三生物体内能量产生的三个阶段个阶段第5页，讲稿共122张，创作于星期二生物氧化的特点生物氧化的特点1 1、酶促氧化过程、反应条件温和、酶促氧化过程、反应条件温和2 2、氧化与
4、还原相偶联、氧化与还原相偶联3 3、质子和电子由载体传递到氧生成水、质子和电子由载体传递到氧生成水4 4、分步进行：有利于提高能量利用率、分步进行：有利于提高能量利用率5 5、氧化磷酸化、氧化磷酸化第6页，讲稿共122张，创作于星期二第7页，讲稿共122张，创作于星期二源于有机酸的脱羧作用（源于有机酸的脱羧作用（、-脱羧）脱羧）单纯脱羧：有机酸不经氧化作用单纯脱羧：有机酸不经氧化作用氨基酸氨基酸 胺胺 +CO2 脱羧酶脱羧酶 生物氧化中生物氧化中CO2的生成方式的生成方式第8页，讲稿共122张，创作于星期二氧化脱羧基作用：同时发生氧化氧化脱羧基作用：同时发生氧化/脱氢作用脱氢作用 丙酮酸丙酮酸
5、 CO2+NADH+H+氧化脱羧酶系氧化脱羧酶系 氧化脱羧氧化脱羧第9页，讲稿共122张，创作于星期二-单纯脱羧单纯脱羧第10页，讲稿共122张，创作于星期二-氧化脱羧氧化脱羧异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to-Ketoglutarate and CO2 第11页，讲稿共122张，创作于星期二2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶烯醇化酶 生物氧化中水的生成方式生物氧化中水的生成方式 底物脱水底物脱水第12页，讲稿共122张，创作于星期二 （1 1 1 1）代谢脱下的成对氢原子）代谢脱下的成对
6、氢原子）代谢脱下的成对氢原子）代谢脱下的成对氢原子（2H2H2H2H）通过多种通过多种通过多种通过多种酶和辅酶酶和辅酶酶和辅酶酶和辅酶 所催化的连锁反应逐步传递，最终与所催化的连锁反应逐步传递，最终与所催化的连锁反应逐步传递，最终与所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧氧氧氧结合生成结合生成结合生成结合生成 水，在此过程中有水，在此过程中有水，在此过程中有水，在此过程中有ATPATPATPATP的产生（狭义的生物氧化）；的产生（狭义的生物氧化）；的产生（狭义的生物氧化）；的产生（狭义的生物氧化）；（2 2 2 2）酶和辅酶按一定顺序排列在酶和辅酶按一定顺序排列在酶和辅酶按一定顺序排列在酶和辅酶按一
7、定顺序排列在线粒体线粒体线粒体线粒体内膜；内膜；内膜；内膜；传递氢的酶和辅酶传递氢的酶和辅酶传递氢的酶和辅酶传递氢的酶和辅酶递氢体递氢体递氢体递氢体 传递电子的酶和辅酶传递电子的酶和辅酶传递电子的酶和辅酶传递电子的酶和辅酶递电子体递电子体递电子体递电子体（3 3 3 3）此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为）此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为）此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为）此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为呼吸链呼吸链呼吸链呼吸链。递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称
8、电电电电 子传递体子传递体子传递体子传递体。由呼吸链生成水由呼吸链生成水第13页，讲稿共122张，创作于星期二氧化反应类型氧化反应类型 脱氢脱氢生物氧化中，脱氢反应占有重要地位它是许多有机物质生物氧化的重要步骤催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶脱氢酶。第14页，讲稿共122张，创作于星期二琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢第15页，讲稿共122张，创作于星期二乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶第16页，讲稿共122张，创作于星期二 加水脱氢加水脱氢酶催化醛氧化成酸的反应即属于这一类。酶催化醛氧化成酸的反应即属于这一类。第17页，讲稿共122张，创作于星期二加水脱氢方式为代谢物提供了更多的脱氢机会，使生物获取更多的能量。C6
9、H12O6 脱6次 每2个氢原子氧化成水生成2.5分子ATP 糖代谢生成30/32个ATP第18页，讲稿共122张，创作于星期二包括：加氧酶催化的加氧反应包括：加氧酶催化的加氧反应 氧化酶催化的生成水的反应氧化酶催化的生成水的反应加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中如：甲烷单加氧酶 CH4+NADH+H+O2 CH3-OH+NAD+H2O氧氧化化酶酶主主要要催催化化以以氧氧分分子子为为电电子子受受体体的的氧氧化化反反应应，反反应产物为水应产物为水脱氢反应中产生的氢质子和电子，最后以这种形式进行氧化。氧直接参加的氧化反应氧直接参加的氧化反应第19页，讲稿共12
10、2张，创作于星期二只有电子得失的反应，也是氧化还原反应只有电子得失的反应，也是氧化还原反应第20页，讲稿共122张，创作于星期二 1、脱氢酶脱氢酶 使代谢物的氢活化、脱落，传递给受氢体或中间传递体显著特点：体外实验中以甲烯蓝甲烯蓝为受氢体 氧化型甲烯蓝：兰色 还原型甲烯蓝：无色 参与生物氧化的酶类参与生物氧化的酶类第21页，讲稿共122张，创作于星期二根据脱氢酶所含辅助因子的不同分为：（1）以黄素核苷酸黄素核苷酸为辅助因子的 （又称为黄素酶）根据受氢体不同又分为需氧黄酶：以氧为直接受氢体生成H2O2不需氧黄酶：氢先传递给中间传递体，最后才给分子氧生成H2O第22页，讲稿共122张，创作于星期二
11、氧化态FAM/FAD：黄色，450nm处吸收峰还原态FAMH2/FADH2：无色第23页，讲稿共122张，创作于星期二代谢物-2H FMN H2O2 FAD代谢物 FMNH2 O2 FADH22H2H需氧黄酶：第24页，讲稿共122张，创作于星期二代谢物-2H FMN 传递体-2H 1/2O2 FAD代谢物 FMNH2 传递体 H2O FADH22H2H2H不需氧黄酶第25页，讲稿共122张，创作于星期二（2）以烟酰胺核苷酸为辅助因子的 NAD（Co）、NADP（Co）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸第26页，讲稿共122张，创作于星期二代谢物-2H NAD+传递体-2H 1/2
12、O2 NADP+代谢物 NADH+H+传递体 H2O NADPH+H+2H2H2H第27页，讲稿共122张，创作于星期二2、氧化酶：以氧为直接受氢体，一般含Cu3、加氧酶：催化加氧反应4、传递体：传递H或电子 递氢体、递电子体 不能使底物脱氢，也不能使氧活化。第28页，讲稿共122张，创作于星期二狭义的生物氧化过程是一系列的氧化还原反应，且是放能的氧化还原反应。第29页，讲稿共122张，创作于星期二一、氧化一、氧化还原电势还原电势锌片溶解锌片溶解Zn2+进入溶液进入溶液铜沉积铜沉积Cu2+得电子得电子e提供电子（还原剂）负极得到电子（氧化剂）正极第30页，讲稿共122张，创作于星期二0=E0正
13、极正极 E0负极负极 电动势=正负极电极势之差第31页，讲稿共122张，创作于星期二标准氢电极标准氢电极的电极势为025、一大气压氢压力、H+活度为1M、pH=0第32页，讲稿共122张，创作于星期二标准电动势标准电动势0：反应中各种物质各种物质的活度 均为1质量摩尔浓度时的电动势。0 标准电极势标准电极势E0：电解质溶液活度为1 质量摩尔浓度时的电极势。第33页，讲稿共122张，创作于星期二每个电极都有自己的标准电极势，每个电极都有自己的标准电极势，有的为正，有的为负。有的为正，有的为负。锌电极为锌电极为-0.76铜电极为铜电极为 +0.34第34页，讲稿共122张，创作于星期二氧氧化化还还
14、原原反反应应中中，失失去去电电子子的的物物质质称称为为还还原原剂剂，得得到到电电子子的的物物质质称称为为氧氧化化剂剂。还还原原剂剂失失去去电电子子的的倾倾向向（或或氧氧化化剂剂得得到到电电子子的的倾倾向向）的的大大小小，则则称称为为氧化还原电势。氧化还原电势。第35页，讲稿共122张，创作于星期二将将任任何何一一对对氧氧化化还还原原物物质质的的氧氧化化还还原原对对连连在在一一起起，都都有有氧氧化化还还原原电电位位的的产产生生。如如果果将将氧氧化化还还原原物物质质与与标标准准氢氢电电极极组组成成原原电电池池，即即可可测测出出氧氧化化还还原原电电势势。标标准准氧氧还还原原电电势势用用E表表示示。E
15、值值愈愈大大，获获得得电电子子的的倾倾向向愈愈大大；E愈愈小，失去电子的倾向愈大小，失去电子的倾向愈大第36页，讲稿共122张，创作于星期二化学反应自由能的变化和化学反应自由能的变化和氧化氧化-还原电势的关系还原电势的关系 氧氧化化-还还原原反反应应自自由由能能的的变变化化与与标标准准电电势势的的关关系如下：系如下：G=nFE E=E0正极正极 E0负极负极 第37页，讲稿共122张，创作于星期二NADH+HNADH+H+1/2O+1/2O2 2=NAD=NAD+H+H2 2O O正极反应：正极反应：1/2O1/2O2 2+2H+2H+2e+2e H H2 2O O E E+0.820.82负
16、极反应：负极反应：NADNAD+H+H+2e+2e NADHNADH E E-0.3-0.3GG-nFE-nFE -2964850.82-(-0.32)-2964850.82-(-0.32)-220 KJmol-220 KJmol-1-1 第38页，讲稿共122张，创作于星期二线粒体线粒体第39页，讲稿共122张，创作于星期二二、电子传递和氧化呼吸链（一）电子传递过程按照电子的亲和力递增递增的顺序传递电子的传递仅发生在相邻相邻传递体之间E0决定电子流动方向第40页，讲稿共122张，创作于星期二（二）呼吸链由由供氢体、传递体、受氢体供氢体、传递体、受氢体以及相应的以及相应的酶催化系统组成的代谢途
17、径一般称为生酶催化系统组成的代谢途径一般称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链呼吸链。第41页，讲稿共122张，创作于星期二（三）电子传递链第42页，讲稿共122张，创作于星期二（四）电子传递链的组成成分（四）电子传递链的组成成分1、NADH-QNADH-Q还原酶（还原酶（NADHNADH脱氢酶、复合体脱氢酶、复合体）电子传递：NADH FMN Fe-SCoQ第43页，讲稿共122张，创作于星期二第44页，讲稿共122张，创作于星期二第45页，讲稿共122张，创作于星期二铁硫蛋白铁硫蛋白（Fe-SFe-S）（非血红素蛋白）（非血红素蛋白）与电子传递有关
18、与电子传递有关与其他递氢体或与其他递氢体或电子传递体结合电子传递体结合成复合物存在成复合物存在第46页，讲稿共122张，创作于星期二铁硫蛋白铁硫蛋白通过通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+变化起传递电子的作用变化起传递电子的作用第47页，讲稿共122张，创作于星期二Different types of iron-sulfur centersIron atoms cycle between Fe2+(reduced)and Fe3+(oxidized).第48页，讲稿共122张，创作于星期二（四）电子传递链的组成成分（四）电子传递链的组成成分2、辅酶辅酶Q Q（CoQCoQ、Q Q、泛醌）、泛
19、醌）不同种类CoQ侧链异戊二烯基数目不同脂溶性辅酶、可在脂双层中扩散与蛋白质结合不紧密灵活的电子载体灵活的电子载体第49页，讲稿共122张，创作于星期二辅酶辅酶-Q-Q的功能的功能还原成还原成QHQH2 2氧化成氧化成Q Q电电子子和和质质子子的的传传递递体体第50页，讲稿共122张，创作于星期二CoQ和电子传递体的碰撞是电子传递的前提和条件和电子传递体的碰撞是电子传递的前提和条件第51页，讲稿共122张，创作于星期二Movie complex1第52页，讲稿共122张，创作于星期二（四）电子传递链的组成成分（四）电子传递链的组成成分3 3、琥珀酸琥珀酸QQ还原酶（复合体还原酶（复合体）嵌在线
20、粒体内膜（包括琥珀酸脱氢酶）电子传递：FADH2 Fe-S CoQ第53页，讲稿共122张，创作于星期二Ubiquinone(Q)accepts electronsfrom both NADHand FADH2 in therespiratory chainMovie complex2第54页，讲稿共122张，创作于星期二（四）电子传递链的组成成分（四）电子传递链的组成成分4、细胞色素细胞色素还原酶（复合体还原酶（复合体）cytochrome,Cytcytochrome,Cyt 是含铁的Pr 以血红素为辅基 电子传递蛋白 还原型Cyt有光谱吸收现象通过通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+互变
21、起传递电子的作用互变起传递电子的作用电子传递：CoQ Cytc第55页，讲稿共122张，创作于星期二Cyta：辅基是血红素ACytb：-BCytc：-C卟啉的侧链基团不同Cyt的铁卟啉一般以非共价键与酶蛋白结合Cytc例外，以硫醚键共价结合第56页，讲稿共122张，创作于星期二Reduced cytochromeshas three absorptionbands in the visible wavelengthsCyt a:600 nmCyt b:560 nmCyt c:550 nm第57页，讲稿共122张，创作于星期二细胞色素还原酶（细胞色素还原酶（CoQ-CoQ-细胞色素细胞色素c c
22、还原酶）还原酶）CytbCytb562562/b/bH H Cytb Cytb566566/b/bL L Cytc Cytc1 1CytbCytb硫醚键硫醚键c型型Cytb型型Cyt为乙烯基为乙烯基所处多肽环境不同第58页，讲稿共122张，创作于星期二第59页，讲稿共122张，创作于星期二Cytochrome bc1 complex(complex III)第60页，讲稿共122张，创作于星期二（四）电子传递链的组成成分（四）电子传递链的组成成分5 5、细胞色素细胞色素c c（cytccytc）单一多肽链易溶于水易溶于水与Cytc1含相同辅基，但蛋白组成不同第61页，讲稿共122张，创作于星期
23、二无血红素无血红素Cytc（细胞溶胶）内外膜间隙（Cytc合成酶）成熟成熟Cytc（构象变化）线粒体外膜通道Cytc功能：传递电子功能：传递电子复合体复合体 复合体复合体第62页，讲稿共122张，创作于星期二Q循环第63页，讲稿共122张，创作于星期二Movie complex3第64页，讲稿共122张，创作于星期二（四）电子传递链的组成成分（四）电子传递链的组成成分6 6、细胞色素氧化酶（细胞色素氧化酶（CytcCytc氧化酶、复合体氧化酶、复合体）l位于线粒体呼位于线粒体呼吸链吸链末端末端的蛋的蛋白复合物白复合物l活性部分主要活性部分主要包括包括cytacyta和和a a3 3第65页，讲
24、稿共122张，创作于星期二Cytaa3复合体(细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶)除含2个铁卟啉，还含2个铜原子(CuCu+Cu Cu2+2+)第66页，讲稿共122张，创作于星期二The three critical subunits of cytochrome oxidase Cu第67页，讲稿共122张，创作于星期二a-CuA聚族a3-CuB聚族第68页，讲稿共122张，创作于星期二Movie complex 4第69页，讲稿共122张，创作于星期二Movie as whole第70页，讲稿共122张，创作于星期二（五）电子传递抑制剂（五）电子传递抑制剂阻断呼吸链中某部位电子传递的物质；
25、氧化作用受阻、能量释放减少鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素 阻断电子由NADHNADH向向CoQCoQ的传递；抗霉素A抑制电子从CytbCytb到到CytcCytc1 1的传递；氰化物、叠氮化物、CO等 阻断电子由CytaaCytaa3 3传递到氧传递到氧第71页，讲稿共122张，创作于星期二第72页，讲稿共122张，创作于星期二OxidizedReducedReducedOxidizedReduced第73页，讲稿共122张，创作于星期二Electron carriers may have an order of increasing E0从从NADHNADH到分子氧到分子氧每一电子传递体得电子的
26、倾向逐渐增大每一电子传递体得电子的倾向逐渐增大第74页，讲稿共122张，创作于星期二kinetics of oxidation.第75页，讲稿共122张，创作于星期二三、氧化磷酸化作用三、氧化磷酸化作用代代谢谢物物的的氧氧化化（脱脱氢氢）作作用用与与ADPADP的的磷磷酸酸化化反反应应偶偶联联生生成成ATPATP的过程。的过程。部位：线粒体内膜（真核）部位：线粒体内膜（真核）胞浆膜（原核细胞）胞浆膜（原核细胞）数目、形状因细胞而异数目、形状因细胞而异第76页，讲稿共122张，创作于星期二 底物磷酸化底物磷酸化没有氧的参与分子内部所含能量重新分配，生成高能磷酸键也称代谢物水平磷酸化第77页，讲稿
27、共122张，创作于星期二（一）线粒体膜的结构特点线粒体膜的结构特点两层膜结构：外膜和内膜 外外膜平滑、有弹性 内内膜有许多向内折叠的突起（嵴嵴）外外膜脂质多、密度小小 内内膜Pr含量高、密度稍大大 对代谢物的通透性不同、酶的分布不同对代谢物的通透性不同、酶的分布不同第78页，讲稿共122张，创作于星期二（二）氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制1 1、ATPATP的合成部位的合成部位NADH氧化过程中有三个反应G 值大于30.5kJ/molNADH NADH FMNFMN cytb cytb cytc cytc1 1 cytaa cytaa3 3 O O2 2-55.6kJ/mol -34
28、.7 kJ/mol -102.1kJ/mol复合物复合物Cytc氧化酶复合物复合物泛醌Cytc还原酶 复合物复合物NADH脱氢酶第79页，讲稿共122张，创作于星期二NADH+H+O2 H2O+NAD+G=-220kJ/mol第80页，讲稿共122张，创作于星期二电子通过线粒体呼吸链传递到电子通过线粒体呼吸链传递到O O2 2的过程中，的过程中，释放出大量能量；释放出大量能量；这种电子传递过程的这种电子传递过程的释能反应释能反应与与ADPADP和磷和磷酸合成酸合成ATPATP的的需能反应需能反应相偶联，是相偶联，是ATPATP形形成的基本机制。成的基本机制。第81页，讲稿共122张，创作于星期
29、二从从NADH NADH O O2 2产生产生3 3个个ATPATP从从FADHFADH2 2 O O2 2产生产生2 2个个ATPATPP/OP/O比值比值消耗1摩尔氧有多少无机磷转化为有机磷一对电子经呼吸链传至氧所产生的ATP分子数 反映氧化磷酸化的效率第82页，讲稿共122张，创作于星期二三、氧化磷酸化作用的机理三、氧化磷酸化作用的机理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第83页，讲稿共122张，创作于星期二（1 1）化学偶联假说（）化学偶联假说（19531953年）年）（掌握要点）（
30、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化学反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中形成中形成ATPATP。AHAH2 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
31、+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第84页，讲稿共122张，创作于星期二 （2 2）构象偶联假说（）构象偶联假说（19641964）conformational conformational 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白质蛋白质组分组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式
32、通过过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。蛋白质组分的构象变化还是存在的。第85页，讲稿共122张，创作于星期二2 2、化学渗透假说：、化学渗透假说：a.a.线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵b.b.电电子子由由高高能能状状态态传传递递到到低低能能状状态态时时释释放放出出来来的的能能量量，用用于于驱驱动动膜膜内内侧侧的的H H+迁迁移移到到膜膜外外侧侧（内内膜膜对对H H+是是不不通通透透的的），在在膜膜内
33、内外侧产生了跨膜质子梯度外侧产生了跨膜质子梯度 和电位梯度和电位梯度第86页，讲稿共122张，创作于星期二c.c.在在膜膜内内外外势势能能差差的的驱驱动动下下，膜膜外外高高能能质质子子沿沿着着一一个个特特殊殊通通道道（ATPATP合合酶酶组组成成部部分分），跨跨膜膜回回到到膜膜内内侧侧。质质子子跨跨膜膜过过程程中中释释放放的的能能量，直接驱动量，直接驱动ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP第87页，讲稿共122张，创作于星期二第88页，讲稿共122张，创作于星期二第89页，讲稿共122张，创作于星期二超声波处理嵴重新封闭形成亚线粒体泡内膜外翻内膜外翻尿素 胰蛋白酶保留电子传递功能丧失合
34、成ATP功能氧化磷酸化恢复氧化磷酸化恢复线粒体内膜组份完整线粒体内膜组份完整第90页，讲稿共122张，创作于星期二电子传递伴随质子泵出电子传递伴随质子泵出第91页，讲稿共122张，创作于星期二质子梯度破坏引起氧化磷酸化解偶联质子梯度破坏引起氧化磷酸化解偶联第92页，讲稿共122张，创作于星期二The artificiallyimposed protongradient alone was found to driveATP synthesis!第93页，讲稿共122张，创作于星期二v支持化学渗透假说的实验证据：支持化学渗透假说的实验证据：(1)(1)氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在
35、。氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。(2)(2)线粒体内膜对线粒体内膜对H H+OH OH-K K+Cl Cl-都是不通透的。都是不通透的。(3)(3)破坏破坏H H+浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。然破坏氧化磷酸化作用的进行。(4)(4)线粒体的电子传递所形成的电子流能够将线粒体的电子传递所形成的电子流能够将H H+从线粒体内膜逐从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。出到线粒体膜间隙。(5)(5)大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，并且大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，并且
36、在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。(6)(6)迄今未能在电子传递过程中分离出一个与迄今未能在电子传递过程中分离出一个与ATPATP形成有关的高能形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。(7)(7)H H+如何通过电子传递链如何通过电子传递链“泵泵”出的？出的？第94页，讲稿共122张，创作于星期二（三）质子梯度的形成（耗能过程）质子梯度的形成（耗能过程）第95页，讲稿共122张，创作于星期二（四）（四）ATPATP合成机制合成机制ATPATP酶复合体酶复合体线粒体内膜表面有一层规
37、则地间隔排列着线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为的球状颗粒，称为ATPATP酶复合体酶复合体/ATP/ATP合酶合酶，是是ATPATP合成的场所。合成的场所。结构：结构：头部：ATP合酶（F1）柄部：棒状Pr，对寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，与内膜连接（FO）第96页，讲稿共122张，创作于星期二l头部含头部含5 5种不同的亚基种不同的亚基（3 3、3 3、1 1、1 1 、1 1 ）lOSCPOSCP是能量转换通道是能量转换通道lF F0 0与线粒体电子传递系统与线粒体电子传递系统连接（质子通道）连接（质子通道）Movie ATP synthese第97页，讲稿共
38、122张，创作于星期二The 18O experiment:The G0 for ATP synthesis on purified F1 is close to zero!(Paul Boyer)无质子梯度无质子梯度质子梯度的作用：不是形成ATP；而是使ATP从酶分子释放第98页，讲稿共122张，创作于星期二结合变化机制（结合变化机制（binding-change mechanism）O：开放形式，对底物亲和力极低：开放形式，对底物亲和力极低L：与底物结合松弛，无催化能力：与底物结合松弛，无催化能力T：与底物结合紧密，有催化活性：与底物结合紧密，有催化活性第99页，讲稿共122张，创作于星期
39、二Rod-shaped subunit.ADPEmptyEach b sununit of ATP synthase can assume three different conformations!第100页，讲稿共122张，创作于星期二Rotation of the subunit and the ring of c subunitsin the FoF1 complexwas observed byin vitro studies using fluorescencemicroscopy movie第101页，讲稿共122张，创作于星期二第102页，讲稿共122张，创作于星期二第103页
40、，讲稿共122张，创作于星期二线粒体线粒体ATP酶酶第104页，讲稿共122张，创作于星期二第105页，讲稿共122张，创作于星期二(五五)线粒体两条呼吸链线粒体两条呼吸链NADH氧化呼吸链 细胞内主要的呼吸链FADH2氧化呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体、CoQ和Cyt组成 FAD、Fe-S、Cytb558需要氧的参与；消耗氧、ADP和无机磷酸生成ATP；电子传递水平的磷酸化第106页，讲稿共122张，创作于星期二第107页，讲稿共122张，创作于星期二第108页，讲稿共122张，创作于星期二第109页，讲稿共122张，创作于星期二第110页，讲稿共122张，创作于星期二第111页，讲稿共122张
41、，创作于星期二线粒体呼吸链线粒体呼吸链第112页，讲稿共122张，创作于星期二第113页，讲稿共122张，创作于星期二1、解偶联剂（uncoupler）使电子传递和ATP形成两个过程分离；不抑制电子传递，只抑制ATP形成形成；使电子传递所产生的自由能变为热能热能；对底物水平磷酸化底物水平磷酸化没有影响2,4-二硝基苯酚、双香豆素（六）（六）氧化磷酸化的截偶联与抑制氧化磷酸化的截偶联与抑制第114页，讲稿共122张，创作于星期二pH=7 脂不溶脂不溶脂溶性脂溶性增加膜对质子的通透性第115页，讲稿共122张，创作于星期二2、离子载体抑制剂与氢离子外的其他一价阳离子一价阳离子结合形成脂溶性复合物，
42、使其跨膜转移。缬氨霉素（K+）、短杆菌肽（K+/Na+等）3、氧化磷酸化抑制剂既抑制氧的利用，又抑制既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成的形成但不抑制电子传递过程寡霉素第116页，讲稿共122张，创作于星期二Heat is generated inBrown fat through theaction of thermogenin,an uncoupling protein.褐色脂肪的产热机制褐色脂肪的产热机制氧化磷酸化解偶联氧化磷酸化解偶联产热素产热素第117页，讲稿共122张，创作于星期二（七）（七）胞浆胞浆NADHNADH的再氧化（穿梭系统）的再氧化（穿梭系统）NADH不能穿过线粒体内膜1、甘油-3-磷酸穿梭途径2、苹果酸-天冬氨酸穿梭途径 （心脏、肝脏细胞）第118页，讲稿共122张，创作于星期二胞浆中胞浆中甘油甘油-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶甘油甘油-3-磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮线粒体中线粒体中甘油甘油-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶NADH逆浓度梯度进入呼吸链第119页，讲稿共122张，创作于星期二容易逆转第120页，讲稿共122张，创作于星期二第121页，讲稿共122张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第122页，讲稿共122张，创作于星期二