氧化磷酸化最新課件

1、氧化磷酸化最新課件 第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化 一、概念一、概念 二、二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位及氧化磷酸化偶聯(lián)部位及P/O比比 三、氧化磷酸化機(jī)理三、氧化磷酸化機(jī)理 四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑 五、線(xiàn)粒體穿梭系統(tǒng)五、線(xiàn)粒體穿梭系統(tǒng) 六、氧化磷酸化的調(diào)控六、氧化磷酸化的調(diào)控 氧化磷酸化最新課件 一、概念一、概念 n生物體內(nèi)高能磷酸化合物生物體內(nèi)高能磷酸化合物ATP的生成的生成 主要由三種方式：主要由三種方式： 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 光合磷酸化光合磷酸化 氧化磷酸化最新課件 v 底物水平磷酸化指底物水平磷酸化指ATPATP的

2、形成直接與一個(gè)代謝中間物（的形成直接與一個(gè)代謝中間物（PEPPEP） 上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。 1 1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化 特點(diǎn)：特點(diǎn)：ATPATP的形成直接與的形成直接與中間代謝物進(jìn)行的反應(yīng)相偶聯(lián)中間代謝物進(jìn)行的反應(yīng)相偶聯(lián)；在有；在有 O O2 2或無(wú)或無(wú)O O2 2條件下均可發(fā)生底物水平的磷酸化。條件下均可發(fā)生底物水平的磷酸化。 氧化磷酸化最新課件 是與電子傳遞過(guò)程偶聯(lián)的磷酸化過(guò)程。是與電子傳遞過(guò)程偶聯(lián)的磷酸化過(guò)程。即伴隨電即伴隨電 子從底物到子從底物到O O2 2的傳遞，的傳遞，ADPADP被磷酸化生成被磷酸化生成ATPATP的酶促的酶促

3、過(guò)程，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱(chēng)為過(guò)程，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱(chēng)為氧化磷氧化磷 酸化。酸化。 這是這是需氧需氧生物合成生物合成ATPATP的主要途徑。的主要途徑。 真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化均在線(xiàn)粒體內(nèi)膜真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化均在線(xiàn)粒體內(nèi)膜 上進(jìn)行。原核生物則在質(zhì)膜上進(jìn)行。上進(jìn)行。原核生物則在質(zhì)膜上進(jìn)行。 2、氧化磷酸化、氧化磷酸化 氧化磷酸化最新課件 1、P/O比： 19401940年，年，S OchoaS Ochoa測(cè)定了在呼吸鏈中測(cè)定了在呼吸鏈中O O2 2的消耗與的消耗與ATPATP生生 成的關(guān)系，為此提出成的關(guān)系，為此提出P/OP/O比的概念。比的概念。（同位素

4、實(shí)驗(yàn)）（同位素實(shí)驗(yàn)） v當(dāng)一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳給當(dāng)一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳給O O2 2的過(guò)程中所產(chǎn)生的的過(guò)程中所產(chǎn)生的ATPATP分子分子 數(shù)。實(shí)質(zhì)是伴隨數(shù)。實(shí)質(zhì)是伴隨ADPADP磷酸化所消耗的無(wú)機(jī)磷酸的分子數(shù)與磷酸化所消耗的無(wú)機(jī)磷酸的分子數(shù)與 消耗分子氧的氧原子數(shù)之比消耗分子氧的氧原子數(shù)之比, ,稱(chēng)為稱(chēng)為P/OP/O比比。 v 線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體NADH+HNADH+H+ +經(jīng)呼吸鏈氧化經(jīng)呼吸鏈氧化P/OP/O比為比為2.52.5（3 3），），F(xiàn)ADHFADH2 2 經(jīng)呼吸鏈氧化經(jīng)呼吸鏈氧化P/OP/O比為比為1.51.5（2 2）。）。 二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位及二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位及P/O比比 氧

5、化磷酸化最新課件 2 2、形成、形成ATPATP的部位（氧化與磷酸化偶聯(lián)部位）的部位（氧化與磷酸化偶聯(lián)部位） v電子傳遞鏈將電子傳遞鏈將NADHNADH和和FADH2FADH2上的電子傳遞給氧的過(guò)上的電子傳遞給氧的過(guò) 程中釋放自由能，供給程中釋放自由能，供給ATPATP的合成。其中釋放大量自的合成。其中釋放大量自 由能的部位有由能的部位有3 3處，即復(fù)合物處，即復(fù)合物、 ，這，這3 3個(gè)部個(gè)部 位就是位就是ATPATP合成的部位，稱(chēng)為偶合成的部位，稱(chēng)為偶聯(lián)聯(lián)部位。部位。 關(guān)于論證關(guān)于論證ATPATP形成部位的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：形成部位的實(shí)驗(yàn)證據(jù)： （1 1）G G0 0 =-nF =-nF E E0

6、0 氧化磷酸化最新課件 （2） 琥珀酸氧化琥珀酸氧化P/O=2P/O=2，蘋(píng)果酸氧化蘋(píng)果酸氧化P/O=3P/O=3 表明在表明在NADHCoQ NADHCoQ 有一次磷酸化作用有一次磷酸化作用 （3）A.LehningerA.Lehninger用抗壞血酸使電子從細(xì)胞色素用抗壞血酸使電子從細(xì)胞色素C C進(jìn)入進(jìn)入 呼吸鏈，測(cè)得呼吸鏈，測(cè)得P/O=1P/O=1，說(shuō)明由說(shuō)明由cytaa3Ocytaa3O2 2有一次有一次 磷酸化磷酸化 （4）使用專(zhuān)一性電子傳遞鏈抑制劑亦可測(cè)出使用專(zhuān)一性電子傳遞鏈抑制劑亦可測(cè)出ATPATP的形的形 成部位成部位（舉例）（舉例） 氧化磷酸化最新課件 能量計(jì)算：能量計(jì)算：N

7、ADH+HNADH+H+ +被分子氧氧化被分子氧氧化 生成水，總反應(yīng)為：生成水，總反應(yīng)為： NADH+H+1/2O2NAD+H2O 求此反應(yīng)的求此反應(yīng)的G G0 0 ： 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?/21/2O O2 2+2H+2H+ +2e+2e- -H2O , E E0 0 =0.82v NAD+2H+2e- 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) =-

8、220(KJ/mol) =-220(KJ/mol) 3ADP+Pi 3ATP+3H2O G G0 0 =3X7.3=21.9 (Kcal/mol)=91.6 (KJ/mol) =3X7.3=21.9 (Kcal/mol)=91.6 (KJ/mol) 3 3個(gè)個(gè)ATPATP的形成共截獲的能量為的形成共截獲的能量為41%41% 氧化磷酸化最新課件 1、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō)、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō) 化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō) 構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō) 化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō) 三、氧化磷酸化作用的機(jī)理三、氧化磷酸化作用的機(jī)理 氧化磷酸化最新課件 （1 1）化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（）化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（1

9、9531953年）年）（掌握要點(diǎn)）（掌握要點(diǎn)） chemical coupling hypothesis chemical coupling hypothesis 認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過(guò)一系列連續(xù)的認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過(guò)一系列連續(xù)的 化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)反應(yīng)形成高能共價(jià)中間物高能共價(jià)中間物，最后將其能量轉(zhuǎn)移到，最后將其能量轉(zhuǎn)移到 ADPADP中形成中形成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+ +

10、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 氧化磷酸化最新課件 （2 2）構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)（）構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)（19641964） conformational conformational coupling hypothesis coupling hypothesis 認(rèn)為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線(xiàn)粒體內(nèi)膜的認(rèn)為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線(xiàn)粒體內(nèi)膜的蛋蛋 白質(zhì)組分白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能構(gòu)象，這

11、發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能構(gòu)象，這 種高能形式通過(guò)種高能形式通過(guò)ATPATP的合成而恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。的合成而恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。 迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)。但在電子傳遞過(guò)程中蛋白迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)。但在電子傳遞過(guò)程中蛋白 質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。 氧化磷酸化最新課件 （3 3）化學(xué)滲透假說(shuō)（）化學(xué)滲透假說(shuō)（19611961） chemiosmotic chemiosmotic hypothesis hypothesis v19611961年由英國(guó)生物化學(xué)家年由英國(guó)生物化學(xué)家Peter MitchellPeter Mitchell最先提出。最先提出

12、。 v認(rèn)為電子傳遞釋放的自由能和認(rèn)為電子傳遞釋放的自由能和ATPATP的合成是與一種跨的合成是與一種跨 線(xiàn)粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。線(xiàn)粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。即電子傳遞釋放的即電子傳遞釋放的 自由能驅(qū)動(dòng)自由能驅(qū)動(dòng)H H+ +從線(xiàn)粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙，從而形成從線(xiàn)粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙，從而形成 跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜的跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜的H H+ +離子梯度，及一個(gè)電位梯度。這個(gè)跨膜的離子梯度，及一個(gè)電位梯度。這個(gè)跨膜的 電化學(xué)電勢(shì)驅(qū)動(dòng)電化學(xué)電勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATPATP的合成。的合成。 氧化磷酸化最新課件 NADHNADH呼吸鏈中的三個(gè)復(fù)合物呼吸鏈中的三個(gè)復(fù)合物、起著質(zhì)子泵的作用，將起著質(zhì)子泵的作用，

13、將H H+ + 從線(xiàn)粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙。從線(xiàn)粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙。 H H+ +不斷從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)泵至內(nèi)膜外側(cè)，而又不能自由返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，從不斷從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)泵至內(nèi)膜外側(cè)，而又不能自由返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，從 而在內(nèi)膜兩側(cè)建立起質(zhì)子濃度梯度和電位梯度即電化學(xué)梯度，也稱(chēng)而在內(nèi)膜兩側(cè)建立起質(zhì)子濃度梯度和電位梯度即電化學(xué)梯度，也稱(chēng) 為為質(zhì)子動(dòng)力質(zhì)子動(dòng)力。 當(dāng)存在足夠的跨膜電化學(xué)梯度時(shí)，強(qiáng)大的質(zhì)子流通過(guò)嵌在線(xiàn)粒體內(nèi)當(dāng)存在足夠的跨膜電化學(xué)梯度時(shí)，強(qiáng)大的質(zhì)子流通過(guò)嵌在線(xiàn)粒體內(nèi) 膜的膜的F F0 0F1-ATPF1-ATP合酶合酶返回基質(zhì)，質(zhì)子電化學(xué)梯度蘊(yùn)藏的自由能釋放，返回基質(zhì)，質(zhì)子電化學(xué)梯度蘊(yùn)藏的自由能釋

14、放， 推動(dòng)推動(dòng)ATPATP的合成。的合成。 v化學(xué)滲透假說(shuō)示意圖化學(xué)滲透假說(shuō)示意圖 獲得獲得1978 1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 氧化磷酸化最新課件 v支持化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：支持化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)： n氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜存在。氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜存在。 n線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)H H+ + OH OH- - K K+ + Cl Cl- -都是不通透的。都是不通透的。 n破壞破壞H H+ + 濃度梯度的形成（用解偶聯(lián)劑或離子載體抑制濃度梯度的形成（用解偶聯(lián)劑或離子載體抑制 劑）必然破壞氧化磷酸化作用的進(jìn)行。劑）必然破壞氧化磷酸

15、化作用的進(jìn)行。 n線(xiàn)粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠?qū)⒕€(xiàn)粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠?qū) H+ + 從線(xiàn)粒體從線(xiàn)粒體 內(nèi)膜逐出到線(xiàn)粒體膜間隙。內(nèi)膜逐出到線(xiàn)粒體膜間隙。 n大量直接或間接的實(shí)驗(yàn)證明膜表面能夠滯留大量質(zhì)子，大量直接或間接的實(shí)驗(yàn)證明膜表面能夠滯留大量質(zhì)子， 并且在一定條件下質(zhì)子能夠沿膜表面迅速轉(zhuǎn)移。并且在一定條件下質(zhì)子能夠沿膜表面迅速轉(zhuǎn)移。 n迄今未能在電子傳遞過(guò)程中分離出一個(gè)與迄今未能在電子傳遞過(guò)程中分離出一個(gè)與ATPATP形成有形成有 關(guān)的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高關(guān)的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高 能存在形式。能存在形式。 H H+ +如何通過(guò)電

16、子傳遞鏈如何通過(guò)電子傳遞鏈“泵泵”出的？出的？ 氧化磷酸化最新課件 關(guān)于關(guān)于H H+ +通過(guò)電子傳遞鏈通過(guò)電子傳遞鏈“泵泵”出的兩種假出的兩種假 設(shè)設(shè) （一般了解）（一般了解） n氧化氧化- -還原回路機(jī)制還原回路機(jī)制 ( ( MitchellMitchell提出）：提出）：線(xiàn)粒體內(nèi)膜呼吸鏈線(xiàn)粒體內(nèi)膜呼吸鏈 的各個(gè)氧的各個(gè)氧- -還中心即還中心即FMN CoQ CytCFMN CoQ CytC以及以及Fe-SFe-S中心的排列可能即執(zhí)中心的排列可能即執(zhí) 行電子轉(zhuǎn)移又能轉(zhuǎn)移基質(zhì)的質(zhì)子。但是在電子傳遞鏈中，（行電子轉(zhuǎn)移又能轉(zhuǎn)移基質(zhì)的質(zhì)子。但是在電子傳遞鏈中，（H H + +e e- -） ）載體只

17、有兩個(gè)即載體只有兩個(gè)即FMN CoQFMN CoQ，則三個(gè)則三個(gè)ATPATP合成部位中還缺少一合成部位中還缺少一 個(gè)個(gè) （H H + +e e- -）載體，假設(shè)載體，假設(shè)CoQCoQ發(fā)揮兩次作用。（發(fā)揮兩次作用。（Q Q循環(huán)循環(huán)） n 質(zhì)子泵機(jī)制：質(zhì)子泵機(jī)制：電子傳遞導(dǎo)致復(fù)合體的構(gòu)象變化，而造成電子傳遞導(dǎo)致復(fù)合體的構(gòu)象變化，而造成AAAA側(cè)鏈側(cè)鏈 pK pK 的變化，發(fā)揮質(zhì)子泵作用的側(cè)鏈暴露在內(nèi)膜內(nèi)側(cè)或外側(cè)（交替變的變化，發(fā)揮質(zhì)子泵作用的側(cè)鏈暴露在內(nèi)膜內(nèi)側(cè)或外側(cè)（交替變 化），從而使質(zhì)子發(fā)生移位。化），從而使質(zhì)子發(fā)生移位。 氧化磷酸化最新課件 v 線(xiàn)粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間隔排列著的線(xiàn)粒體

18、內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間隔排列著的 球狀顆粒，稱(chēng)為球狀顆粒，稱(chēng)為F FO OF F1 1-ATP-ATP合酶，也叫合酶，也叫ATPATP合酶復(fù)合酶復(fù) 合體或合體或ATPATP合酶，是合酶，是ATPATP合成的場(chǎng)所。合成的場(chǎng)所。 v 它由它由F FO O、F F1 1兩部分組成，其中兩部分組成，其中F FO O由由4 4種種6 6條不同條不同 的肽鏈組成，是復(fù)合體的柄（含質(zhì)子通道），的肽鏈組成，是復(fù)合體的柄（含質(zhì)子通道）， 鑲嵌到內(nèi)膜中鑲嵌到內(nèi)膜中. .F F1 1由由5 5種種9 9條肽鏈組成，呈球狀，條肽鏈組成，呈球狀， 是復(fù)合體的頭，與是復(fù)合體的頭，與F FO O結(jié)合后這個(gè)頭伸向膜內(nèi)基結(jié)合

19、后這個(gè)頭伸向膜內(nèi)基 質(zhì)。質(zhì)。 v F FO O是膜外質(zhì)子返回膜內(nèi)的通道，是膜外質(zhì)子返回膜內(nèi)的通道，F(xiàn) F1 1是催化是催化ATPATP合合 成的部位，當(dāng)膜外的質(zhì)子經(jīng)成的部位，當(dāng)膜外的質(zhì)子經(jīng)F FO O質(zhì)子通道到達(dá)質(zhì)子通道到達(dá)F F1 1 時(shí)便推動(dòng)時(shí)便推動(dòng)ATPATP的合成。的合成。 v ATPATP的合成機(jī)制的合成機(jī)制 F FO OF F1 1-ATP-ATP合酶合酶 氧化磷酸化最新課件 氧化磷酸化最新課件 亞線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)證明亞線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)證明F FO OF F1 1-ATP-ATP合酶中合酶中F FO OF F1 1的功能的功能 n19601960年，年，E.RackerE.Racker的氧化磷

20、酸化的重組實(shí)驗(yàn)：的氧化磷酸化的重組實(shí)驗(yàn)： 超聲波超聲波 胰蛋白酶胰蛋白酶 或尿素或尿素 重組重組 亞亞線(xiàn)粒體囊泡線(xiàn)粒體囊泡 有電子傳遞能力有電子傳遞能力 但不能使但不能使ADPADP磷酸化磷酸化 具備氧化磷酸化能力具備氧化磷酸化能力 氧化磷酸化最新課件 n根據(jù)當(dāng)前最新測(cè)定根據(jù)當(dāng)前最新測(cè)定, , H H+ +經(jīng)經(jīng)NADH-QNADH-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶、細(xì)胞色素 bc1bc1復(fù)合體（復(fù)合體（ ）、細(xì)胞色素氧化酶（復(fù)合體）、細(xì)胞色素氧化酶（復(fù)合體）從）從 基質(zhì)泵到膜外時(shí)，基質(zhì)泵到膜外時(shí)，一對(duì)電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為一對(duì)電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為 4 4、2 2、4 4，而合成一個(gè)，而合成一個(gè)ATP

21、ATP分子是由分子是由3 3個(gè)個(gè)H H+ +通過(guò)通過(guò) ATPATP合酶所驅(qū)動(dòng)。所以電子從合酶所驅(qū)動(dòng)。所以電子從NADHNADH傳至傳至O O2 2，共共 產(chǎn)生的產(chǎn)生的ATPATP分子數(shù)是分子數(shù)是2.52.5個(gè)個(gè) n若從琥珀酸傳遞至若從琥珀酸傳遞至O O2 2，只有兩個(gè)偶聯(lián)部位，產(chǎn)只有兩個(gè)偶聯(lián)部位，產(chǎn) 生生1.51.5個(gè)個(gè)ATPATP。 Fe-S FADH2 琥珀酸琥珀酸- -Q Q還原酶還原酶 （復(fù)合體（復(fù)合體 ） 氧化磷酸化最新課件 1 1、解偶聯(lián)劑（解偶聯(lián)劑（uncouplersuncouplers） 某些化合物能消除跨膜的質(zhì)子濃度梯度或電位梯度，某些化合物能消除跨膜的質(zhì)子濃度梯度或電位梯

22、度， 使使ATPATP不能合成，這種作用稱(chēng)為解偶聯(lián)作用，這類(lèi)化不能合成，這種作用稱(chēng)為解偶聯(lián)作用，這類(lèi)化 合物成為解偶聯(lián)劑。合物成為解偶聯(lián)劑。 v 解偶聯(lián)劑不抑制電子傳遞。解偶聯(lián)劑不抑制電子傳遞。不抑制底物水平的磷酸化。不抑制底物水平的磷酸化。 v 解偶聯(lián)劑主要有三種類(lèi)型：解偶聯(lián)劑主要有三種類(lèi)型： 化學(xué)解偶聯(lián)劑：化學(xué)解偶聯(lián)劑：2 2、4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚 離子載體：離子載體： 解偶聯(lián)蛋白：解偶聯(lián)蛋白： 不同的化學(xué)因素對(duì)氧化磷酸化作用的影響方式不不同的化學(xué)因素對(duì)氧化磷酸化作用的影響方式不 同，據(jù)此將它們分成三大類(lèi)：同，據(jù)此將它們分成三大類(lèi)： 四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑四、氧化磷酸化的

23、解偶聯(lián)劑和抑制劑 氧化磷酸化最新課件 化學(xué)解偶聯(lián)劑：化學(xué)解偶聯(lián)劑：2 2、4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚 （2 2、4-4-dinitrophenol,DNPdinitrophenol,DNP） nDNPDNP在在pH=7pH=7的環(huán)境中以解離形式存在，是脂不溶的，不的環(huán)境中以解離形式存在，是脂不溶的，不 能過(guò)膜。能過(guò)膜。 n在酸性環(huán)境中接受在酸性環(huán)境中接受H H+ +, ,成為不解離形式，是脂溶性的，成為不解離形式，是脂溶性的， 很容易過(guò)膜，同時(shí)將很容易過(guò)膜，同時(shí)將H H+ +帶入膜內(nèi)，起消除質(zhì)子濃度梯度帶入膜內(nèi)，起消除質(zhì)子濃度梯度 的作用。亦稱(chēng)的作用。亦稱(chēng)質(zhì)子載體。質(zhì)子載體。 n起同樣作用的

24、有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（起同樣作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCPFCCP）。）。 中性環(huán)境中性環(huán)境酸性環(huán)境酸性環(huán)境 氧化磷酸化最新課件 離子載體離子載體（離子載體抑制劑離子載體抑制劑） n是一類(lèi)脂溶性物質(zhì)，是一類(lèi)脂溶性物質(zhì)，能與能與H H+ +以外的其他以外的其他 一價(jià)陽(yáng)離子結(jié)合，一價(jià)陽(yáng)離子結(jié)合，并作為他們的載體使并作為他們的載體使 他們能過(guò)穿過(guò)膜，消除跨膜的電位梯度。他們能過(guò)穿過(guò)膜，消除跨膜的電位梯度。 n纈氨霉素（纈氨霉素（K K+ +） n短桿菌肽（短桿菌肽（K K+ + Na Na+ +） 氧化磷酸化最新課件 解偶聯(lián)蛋白解偶聯(lián)蛋白（產(chǎn)熱素）（產(chǎn)熱素） n是存在于某些生物細(xì)胞

25、線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的是存在于某些生物細(xì)胞線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的 蛋白質(zhì)，為天然解偶聯(lián)劑。蛋白質(zhì)，為天然解偶聯(lián)劑。 n它們能形成質(zhì)子通道，讓膜外的它們能形成質(zhì)子通道，讓膜外的H H+ +通過(guò)通過(guò) 通道返回膜內(nèi)，消除跨膜質(zhì)子濃度梯度。通道返回膜內(nèi)，消除跨膜質(zhì)子濃度梯度。 如：動(dòng)物的褐色脂肪組織，如：動(dòng)物的褐色脂肪組織，其產(chǎn)熱機(jī)制其產(chǎn)熱機(jī)制 是線(xiàn)粒體氧化磷酸化解偶聯(lián)的結(jié)果。是線(xiàn)粒體氧化磷酸化解偶聯(lián)的結(jié)果。 人、新生無(wú)毛的哺乳動(dòng)物以及冬眠的哺乳動(dòng)物。人、新生無(wú)毛的哺乳動(dòng)物以及冬眠的哺乳動(dòng)物。 氧化磷酸化最新課件 1、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō)、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō) 化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō) 構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)

26、象偶聯(lián)假說(shuō) 化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō) 三、氧化磷酸化作用的機(jī)理三、氧化磷酸化作用的機(jī)理 氧化磷酸化最新課件 NADHNADH呼吸鏈中的三個(gè)復(fù)合物呼吸鏈中的三個(gè)復(fù)合物、起著質(zhì)子泵的作用，將起著質(zhì)子泵的作用，將H H+ + 從線(xiàn)粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙。從線(xiàn)粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙。 H H+ +不斷從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)泵至內(nèi)膜外側(cè)，而又不能自由返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，從不斷從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)泵至內(nèi)膜外側(cè)，而又不能自由返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，從 而在內(nèi)膜兩側(cè)建立起質(zhì)子濃度梯度和電位梯度即電化學(xué)梯度，也稱(chēng)而在內(nèi)膜兩側(cè)建立起質(zhì)子濃度梯度和電位梯度即電化學(xué)梯度，也稱(chēng) 為為質(zhì)子動(dòng)力質(zhì)子動(dòng)力。 當(dāng)存在足夠的跨膜電化學(xué)梯度時(shí)，強(qiáng)大的質(zhì)子流通過(guò)

27、嵌在線(xiàn)粒體內(nèi)當(dāng)存在足夠的跨膜電化學(xué)梯度時(shí)，強(qiáng)大的質(zhì)子流通過(guò)嵌在線(xiàn)粒體內(nèi) 膜的膜的F F0 0F1-ATPF1-ATP合酶合酶返回基質(zhì)，質(zhì)子電化學(xué)梯度蘊(yùn)藏的自由能釋放，返回基質(zhì)，質(zhì)子電化學(xué)梯度蘊(yùn)藏的自由能釋放， 推動(dòng)推動(dòng)ATPATP的合成。的合成。 v化學(xué)滲透假說(shuō)示意圖化學(xué)滲透假說(shuō)示意圖 獲得獲得1978 1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 氧化磷酸化最新課件 1 1、解偶聯(lián)劑（解偶聯(lián)劑（uncouplersuncouplers） 某些化合物能消除跨膜的質(zhì)子濃度梯度或電位梯度，某些化合物能消除跨膜的質(zhì)子濃度梯度或電位梯度， 使使ATPATP不能合成，這種作用稱(chēng)為解偶聯(lián)作用，這類(lèi)化不能合成

28、，這種作用稱(chēng)為解偶聯(lián)作用，這類(lèi)化 合物成為解偶聯(lián)劑。合物成為解偶聯(lián)劑。 v 解偶聯(lián)劑不抑制電子傳遞。解偶聯(lián)劑不抑制電子傳遞。不抑制底物水平的磷酸化。不抑制底物水平的磷酸化。 v 解偶聯(lián)劑主要有三種類(lèi)型：解偶聯(lián)劑主要有三種類(lèi)型： 化學(xué)解偶聯(lián)劑：化學(xué)解偶聯(lián)劑：2 2、4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚 離子載體：離子載體： 解偶聯(lián)蛋白：解偶聯(lián)蛋白： 不同的化學(xué)因素對(duì)氧化磷酸化作用的影響方式不不同的化學(xué)因素對(duì)氧化磷酸化作用的影響方式不 同，據(jù)此將它們分成三大類(lèi)：同，據(jù)此將它們分成三大類(lèi)： 四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑 氧化磷酸化最新課件 v直接作用于直接作用于ATPAT

29、P合酶復(fù)合體而抑制合酶復(fù)合體而抑制ATPATP合成合成 的一類(lèi)化合物。的一類(lèi)化合物。 由于影響（降低）由于影響（降低）O O2 2的利用率，從而間接抑的利用率，從而間接抑 制電子傳遞。（區(qū)別于電子傳遞鏈抑制劑）制電子傳遞。（區(qū)別于電子傳遞鏈抑制劑） v寡霉素、雙環(huán)己基碳二亞胺寡霉素、雙環(huán)己基碳二亞胺（抑制（抑制F FO OF F1 1某些蛋某些蛋 白的活性）白的活性） v寡霉素等對(duì)利用氧的抑制作用可被寡霉素等對(duì)利用氧的抑制作用可被DNPDNP解除。解除。 2、抑制劑、抑制劑 氧化磷酸化最新課件 線(xiàn)粒體呼吸的線(xiàn)粒體呼吸的5 5種狀態(tài)種狀態(tài)（B.Chance and G R WilliamsB.C

30、hance and G R Williams） 懸浮的線(xiàn)粒體實(shí)驗(yàn)：懸浮的線(xiàn)粒體實(shí)驗(yàn)： 狀態(tài)狀態(tài)I I：無(wú)底物和無(wú)底物和ADPADP； 狀態(tài)狀態(tài)IIII：只有只有ADPADP 狀態(tài)狀態(tài)IIIIII：有底物和有底物和ADPADP 狀態(tài)狀態(tài)IVIV：有底物和加入的有底物和加入的ADPADP 狀態(tài)狀態(tài)V V：氧被耗盡時(shí)，線(xiàn)粒體氧被耗盡時(shí)，線(xiàn)粒體 呼吸停止。呼吸停止。 氧化磷酸化最新課件 寡霉素對(duì)氧消耗的抑制以及寡霉素對(duì)氧消耗的抑制以及DNP解除寡霉素的抑制作用：解除寡霉素的抑制作用： 氧化磷酸化最新課件 v 真核細(xì)胞細(xì)胞液中產(chǎn)生的真核細(xì)胞細(xì)胞液中產(chǎn)生的NADHNADH必須進(jìn)入必須進(jìn)入 線(xiàn)粒體才能經(jīng)呼吸

31、鏈氧化并生成線(xiàn)粒體才能經(jīng)呼吸鏈氧化并生成ATP.ATP. 磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 五、線(xiàn)粒體穿梭系統(tǒng)五、線(xiàn)粒體穿梭系統(tǒng) 氧化磷酸化最新課件 1 1、磷酸甘油穿梭（、磷酸甘油穿梭（P/O=2P/O=2或或1.51.5） NAD+ NADH+H+ P-甘油甘油 P-二羥二羥 丙酮丙酮 P-甘油甘油 P-二羥丙酮二羥丙酮 3-P甘油脫氫酶甘油脫氫酶 （胞液）（胞液） FAD FADH2 3-P甘油脫氫酶甘油脫氫酶 （內(nèi)膜）（內(nèi)膜） CoQ Fe-S FP1 cytb 胞液胞液外膜外膜膜間空間膜間空間內(nèi)膜內(nèi)膜 昆蟲(chóng)飛行肌細(xì)胞溶膠昆蟲(chóng)飛行肌細(xì)胞溶膠NADH利

32、用此穿梭利用此穿梭 氧化磷酸化最新課件 2 2、蘋(píng)果酸、蘋(píng)果酸- -天冬氨酸穿梭（天冬氨酸穿梭（P/O=3P/O=3或或2.52.5） 蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 草酰乙酸草酰乙酸 NAD+ NADH+H+ 蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 草酰乙酸草酰乙酸 NAD+ NADH+H+ 天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨谷氨 酸酸 -酮戊二酸酮戊二酸 1 2 4 3 胞液胞液 膜間空間膜間空間 外膜內(nèi)膜內(nèi)膜 基質(zhì)基質(zhì) 1、胞液的蘋(píng)果酸脫氫酶、胞液的蘋(píng)果酸脫氫酶 2、線(xiàn)粒體基質(zhì)的蘋(píng)果酸脫氫酶、線(xiàn)粒體基質(zhì)的蘋(píng)果酸脫氫酶 3、胞液的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、胞液的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶 4、線(xiàn)粒體基質(zhì)的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、線(xiàn)粒體基質(zhì)的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶 、蘋(píng)果酸、蘋(píng)果酸- -酮戊二酸反向交換載體酮戊二酸反向交換載體 天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸反向交換載體谷氨酸反向交換載體 1 動(dòng)物心臟及肝臟動(dòng)物心臟及肝臟 胞質(zhì)溶膠內(nèi)胞質(zhì)溶膠內(nèi)NADHNADH 利用此穿梭利用此穿梭 氧化磷酸化最新課件 3 3、外、外NADHNADH脫氫酶（真菌和高等植物）脫氫酶（真菌和高等植物） NADHNADH脫氫酶脫氫酶（復(fù)合物（復(fù)合物） n內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，朝向基質(zhì)內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，朝向基質(zhì) n催化線(xiàn)粒體內(nèi)部的催化線(xiàn)粒體內(nèi)部的NADHNADH脫脫 氫交