電子傳遞體系及氧化磷酸化

1、第第4 4章章 電子傳遞體系與氧化磷酸化電子傳遞體系與氧化磷酸化 主要內(nèi)容主要內(nèi)容：重點(diǎn)討論線粒體電重點(diǎn)討論線粒體電子傳遞體系的組成、電子傳遞機(jī)理子傳遞體系的組成、電子傳遞機(jī)理和氧化磷酸化機(jī)理。對(duì)非線粒體氧和氧化磷酸化機(jī)理。對(duì)非線粒體氧化體系作一般介紹化體系作一般介紹。思考思考目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化的特點(diǎn)和方式生物氧化的特點(diǎn)和方式第二節(jié)第二節(jié) 線粒體電子傳遞體系線粒體電子傳遞體系第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用* * * *第四節(jié)第四節(jié) 其它氧化體系其它氧化體系（自學(xué)）（自學(xué)）第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化的特點(diǎn)和方式生物氧化的特點(diǎn)和方式一、生物氧化的一、生物氧化的特點(diǎn)特點(diǎn)二、生物

2、氧化過(guò)程中二、生物氧化過(guò)程中COCO2 2的生成的生成三、生物氧化過(guò)程中三、生物氧化過(guò)程中H H2 2O O的生成的生成四、有機(jī)物在體內(nèi)氧化釋能的四、有機(jī)物在體內(nèi)氧化釋能的三個(gè)階段三個(gè)階段 糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生進(jìn)行氧化分解生成成COCO2 2和和H H2 2O O并釋放出能量的過(guò)程稱(chēng)為并釋放出能量的過(guò)程稱(chēng)為生物氧化生物氧化（biological biological oxidationoxidation），），其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過(guò)程中所進(jìn)行的其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過(guò)程中所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過(guò)程。一系列氧化還原反

3、應(yīng)過(guò)程。生物氧化的特點(diǎn)生物氧化的特點(diǎn)生物氧化在活細(xì)胞中進(jìn)行，生物氧化在活細(xì)胞中進(jìn)行，pHpH中性，反應(yīng)條件中性，反應(yīng)條件溫和，一系列酶和電子傳遞體參與氧化過(guò)程，溫和，一系列酶和電子傳遞體參與氧化過(guò)程，逐步氧化，逐步釋放能量，轉(zhuǎn)化成逐步氧化，逐步釋放能量，轉(zhuǎn)化成ATPATP。對(duì)于真核細(xì)胞，生物氧化多在線粒體內(nèi)進(jìn)行；對(duì)于真核細(xì)胞，生物氧化多在線粒體內(nèi)進(jìn)行；在不含線粒體的原核細(xì)胞中，生物氧化在細(xì)胞在不含線粒體的原核細(xì)胞中，生物氧化在細(xì)胞膜上進(jìn)行。膜上進(jìn)行。 生物氧化的化學(xué)本質(zhì)生物氧化的化學(xué)本質(zhì)氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)脫電子、氫，加氧脫電子、氫，加氧氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接受電子、氫，脫氧接受電子、氫，脫氧

4、 還原反應(yīng)還原反應(yīng)供電子體或供氫體供電子體或供氫體受電子體或受氫體受電子體或受氫體偶聯(lián)進(jìn)行偶聯(lián)進(jìn)行 生物氧化與體外燃燒的比較生物氧化與體外燃燒的比較 生物氧化生物氧化 體外燃燒體外燃燒反應(yīng)條件反應(yīng)條件 溫溫 和和 劇劇 烈烈 ( (體溫、體溫、pHpH近中性近中性) () (高溫、高壓高溫、高壓) )反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程 逐步進(jìn)行的酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行的酶促反應(yīng) 一步完成一步完成能量釋放能量釋放 逐步進(jìn)行逐步進(jìn)行 瞬間釋放瞬間釋放 （化學(xué)能、熱能）（化學(xué)能、熱能） （熱能）（熱能）COCO2 2生成方式生成方式 有機(jī)酸脫羧有機(jī)酸脫羧 碳和氧結(jié)合碳和氧結(jié)合H H2 2O O 需需 要要 不需要不需要CO

5、CO2 2的生成的生成 方式方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧脫羧而生成而生成COCO2 2。 類(lèi)型類(lèi)型：-脫羧和脫羧和-脫羧脫羧 氧化脫羧和單純脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶CH2-NH2RH H2 2O O的生成的生成 代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（體（NADNAD+ +

6、、NADPNADP+ +、FADFAD、FMNFMN等）所接受，再通過(guò)等）所接受，再通過(guò)一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H H2 2O O 。CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶例：例：12 O2NAD+電子傳遞鏈電子傳遞鏈 H2O2eO=2H+脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合小分子化合物分解成共同物分解成共同的中間產(chǎn)物（的中間產(chǎn)物（如如丙酮酸、乙丙酮酸、

7、乙酰酰CoA等）等） 共 同 中 間 產(chǎn)共 同 中 間 產(chǎn)物進(jìn)入三羧酸循物進(jìn)入三羧酸循環(huán)環(huán),氧化脫下的氧化脫下的氫由電子傳遞鏈氫由電子傳遞鏈傳遞生成傳遞生成H2O,釋釋放出大量能量放出大量能量,其中一部分通過(guò)其中一部分通過(guò)磷 酸 化 儲(chǔ) 存 在磷 酸 化 儲(chǔ) 存 在ATP中。中。大分子降解成大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位基本結(jié)構(gòu)單位 生物氧化的三個(gè)階段生物氧化的三個(gè)階段1 1 、食物中有機(jī)大分子在、食物中有機(jī)大分子在消化道消化道消化降解為有機(jī)小分子消化降解為有機(jī)小分子 如：淀粉如：淀粉葡萄糖葡萄糖2 2、有機(jī)小分子被細(xì)胞攝取，在、有機(jī)小分子被細(xì)胞攝取，在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)一步降解為內(nèi)進(jìn)一步降解為 更小

8、的有機(jī)小分子（糖酵解）更小的有機(jī)小分子（糖酵解） 如：葡萄糖如：葡萄糖22丙酮酸丙酮酸 +2ATP+2ATP3 3、有機(jī)小分子丙酮酸穿過(guò)、有機(jī)小分子丙酮酸穿過(guò)線粒體線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)膜進(jìn)入線粒體基質(zhì) 丙酮酸丙酮酸+ +輔酶輔酶AA乙酰輔酶乙酰輔酶A+2HA+2H+ +CO+CO2 2 4 4、乙酰輔酶、乙酰輔酶A A 2COCO2 2+ 8H+ 8H+ + + +輔酶輔酶A A5 5、電子傳遞和氧化磷酸化、電子傳遞和氧化磷酸化細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)線粒體線粒體第二節(jié)第二節(jié) 線粒體電子傳遞體系線粒體電子傳遞體系 一、線粒體一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、電子傳遞呼吸鏈的電子傳遞呼吸鏈的概念概念三、三、呼

9、吸鏈的組成呼吸鏈的組成四、機(jī)體內(nèi)四、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈兩條主要的呼吸鏈及其及其能量變化能量變化五、五、電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)線粒體呼吸鏈線粒體呼吸鏈 線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場(chǎng)所，底物在這里氧化所線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場(chǎng)所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的產(chǎn)生的NADHNADH和和FADHFADH2 2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過(guò)將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過(guò)一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O O2 2生成生成H H2 2O O。這這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱(chēng)電子傳遞鏈（種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱(chēng)電子傳

10、遞鏈（eclctron eclctron transfer chain),transfer chain),因?yàn)槠涔δ芎秃粑饔弥苯酉嚓P(guān)，亦稱(chēng)為因?yàn)槠涔δ芎秃粑饔弥苯酉嚓P(guān)，亦稱(chēng)為呼吸鏈呼吸鏈。 氧化電子傳遞鏈位于原核生物的質(zhì)膜上，真核生物中位氧化電子傳遞鏈位于原核生物的質(zhì)膜上，真核生物中位于線粒體的內(nèi)膜上。于線粒體的內(nèi)膜上。 呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成1. 1. 黃素蛋白酶類(lèi)黃素蛋白酶類(lèi)（flavoproteins, FPflavoproteins, FP）2. 2. 鐵鐵- -硫蛋白類(lèi)硫蛋白類(lèi)（ironironsulfur proteins)sulfur proteins)3. 3. 輔酶輔酶

11、（ubiquinone,ubiquinone,亦寫(xiě)作亦寫(xiě)作CoQCoQ）4. 4. 細(xì)胞色素類(lèi)細(xì)胞色素類(lèi)（cytochromes）NADH輔輔 酶酶 Q（CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黃素蛋白黃素蛋白（FAD）黃素蛋白黃素蛋白（FMN）細(xì)胞色素類(lèi)細(xì)胞色素類(lèi)鐵硫蛋白鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白鐵硫蛋白（Fe-S）Cyt bNADH呼吸鏈呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFe-SFADH2復(fù)合體復(fù)合體 II復(fù)合體復(fù)合體 IV復(fù)合體復(fù)合體 I復(fù)合體復(fù)合體 IIINADH脫氫酶脫氫酶細(xì)胞色素細(xì)

12、胞色素還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸-輔酶輔酶Q還原酶還原酶FADH2呼吸鏈呼吸鏈Cyt bHNADH呼吸鏈電子傳遞和水的生成呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2O12O2O2-MH2還原型代還原型代 謝底物謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c1- c -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 謝底物謝底物FADH2呼吸鏈電子傳遞和水的生成呼吸鏈電子傳遞和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+

13、延胡索酸延胡索酸2e兩種呼吸鏈的比較兩種呼吸鏈的比較: :相同相同: :1. 1. 將將H H傳遞給傳遞給O O2 2生成水；生成水；2. H2. H和和O O2 2消耗，其它可反復(fù)使用；消耗，其它可反復(fù)使用；3. CoQ3. CoQ是兩種呼吸鏈的匯合點(diǎn)。是兩種呼吸鏈的匯合點(diǎn)。 不同點(diǎn)不同點(diǎn): : NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈 琥珀酸呼吸鏈琥珀酸呼吸鏈 普遍程度普遍程度 較普遍較普遍 次要次要 起始物起始物 NADH FADHNADH FADH2 2 ATPATP 2.5 1.5 2.5 1.5呼吸鏈中電子傳遞時(shí)自由能的下降呼吸鏈中電子傳遞時(shí)自由能的下降FADH22e-NADH細(xì)胞色素還原酶細(xì)

14、胞色素還原酶部分結(jié)構(gòu)模式部分結(jié)構(gòu)模式細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)17KCyt c 36KIII21K 23K,12K 8K, 4K ,4K 線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)(bH)(b562)(bL)(b566)2Fe-2Sc1鐵鐵-硫硫蛋白蛋白 Cyt bNADH呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中自由能變化呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中自由能變化總反應(yīng)總反應(yīng): NADH+HNADH+H+ +1/2O+1/2O2 2NADNAD+ +H+H2 2O O GG=-nFE=-nFE =-296.50.82-(-0.32) =-220.07千焦千焦mol-1總反應(yīng)總反應(yīng)：FADH2+1/2O2

15、FAD+H2OG=-nFE = -296.50.82-(-0.18) =-193.0千焦千焦mol-1FADH2呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中自由能變化呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中自由能變化煙酰胺脫氫酶類(lèi)煙酰胺脫氫酶類(lèi) 特點(diǎn)特點(diǎn)：以：以NADNAD+ + 或或NADPNADP+ +為輔酶，存在于線為輔酶，存在于線粒體、基質(zhì)或胞液中。粒體、基質(zhì)或胞液中。 傳遞氫機(jī)理傳遞氫機(jī)理: NAD(P)NAD(P) + + + 2H + 2H+ + +2e NAD(P)H + H+2e NAD(P)H + H+ +黃素蛋白酶類(lèi)黃素蛋白酶類(lèi) 特點(diǎn)特點(diǎn)： 以以FADFAD或或FMNFMN為輔基，酶蛋白為生物膜組成蛋白為輔基，酶蛋

16、白為生物膜組成蛋白類(lèi)別類(lèi)別：黃素脫氫酶類(lèi)（如黃素脫氫酶類(lèi)（如NADHNADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶）脫氫酶、琥珀酸脫氫酶） 需氧脫氫酶類(lèi)（如需氧脫氫酶類(lèi)（如LL氨基酸氧化酶）氨基酸氧化酶） 單加氧酶（如賴(lài)氨酸羥化酶）單加氧酶（如賴(lài)氨酸羥化酶）遞氫機(jī)理：遞氫機(jī)理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2鐵硫蛋白鐵硫蛋白 +e 傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+ -e 特點(diǎn)特點(diǎn)：含有含有FeFe和對(duì)酸不穩(wěn)定的和對(duì)酸不穩(wěn)定的S S原子，原子，F(xiàn)eFe和和S S常以等摩爾量存在（常以等摩爾量存在（FeFe2 2S S2 2, Fe, Fe4 4S S4 4 ) )，構(gòu)成構(gòu)成FeSFeS中心

17、。中心。FeFe通過(guò)蛋白質(zhì)分子中的通過(guò)蛋白質(zhì)分子中的4 4個(gè)個(gè)CysCys殘基的殘基的SHSH與蛋白質(zhì)相連結(jié)。與蛋白質(zhì)相連結(jié)。CoQCoQ特點(diǎn)：帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動(dòng)泳動(dòng)。 +2H 傳遞氫機(jī)理：CoQ CoQH2 2HCoQ的結(jié)構(gòu)和遞氫原理的結(jié)構(gòu)和遞氫原理CoQ+2H CoQH2鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+-e+e細(xì)胞色素體系（細(xì)胞色素體系（CytCyt）（1 1） CytCyt的本質(zhì)的本質(zhì)細(xì)胞色素細(xì)胞色素 = = 酶蛋白酶蛋白 + + 血紅

18、素血紅素（2 2） CytCyt的分類(lèi)的分類(lèi)3030多種多種a類(lèi)：類(lèi)：a、a1、a2、 a3 b b類(lèi)：類(lèi)：b b、b b1 17 7、P P450 450 c c類(lèi)：類(lèi)：c c、c c1 1、c c2 2、 c c3 3 細(xì)胞色素細(xì)胞色素 傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特點(diǎn)特點(diǎn)：以血紅素（以血紅素（hemeheme）為輔基，血紅素的主要為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。成份為鐵卟啉。類(lèi)別類(lèi)別: : 根據(jù)吸收光譜分成根據(jù)吸收光譜分成a a、b b、c c三類(lèi)，呼吸鏈中三類(lèi)，呼吸鏈中含含6 6種（種（b bH H、b bL L、c c1 1

19、、c c、a a和和a3)a3)，cytbcytbH H、cytcytb bL L和和cytc1cytc1、cytccytc在呼吸鏈中為電子傳遞體，在呼吸鏈中為電子傳遞體，a a和和a3a3以復(fù)以復(fù)合物存在，有的時(shí)候也稱(chēng)為合物存在，有的時(shí)候也稱(chēng)為細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶，其分，其分子中除含子中除含F(xiàn)eFe外還含有外還含有CuCu ，可將電子傳遞給氧，因此，可將電子傳遞給氧，因此亦稱(chēng)其為亦稱(chēng)其為末端氧化酶末端氧化酶。傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+-e+e電子傳遞電子傳遞 抑制劑抑制劑NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe

20、-S琥珀酸琥珀酸復(fù)合物復(fù)合物 II復(fù)合物復(fù)合物 IV復(fù)合物復(fù)合物 I復(fù)合物復(fù)合物 III魚(yú)藤酮魚(yú)藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素ACN-CO抗霉素抗霉素 A的的抑制部位抑制部位NAD FP Q b c aa3NAD FP Q b c aa3呼吸鏈的比擬圖解呼吸鏈的比擬圖解第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用一、 氧化磷酸化氧化磷酸化和和磷氧比（磷氧比（P/OP/O）的概念的概念二、二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理三、三、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制四、四、線粒體外線粒體外NADHNADH的氧化磷酸化作用的氧化磷酸化作用五、五、葡萄糖徹底氧化生成葡萄糖徹底氧化生

21、成ATPATP的總結(jié)算的總結(jié)算六、六、能荷能荷 氧化磷酸化氧化磷酸化 代謝物在生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能用于合代謝物在生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能用于合成成ATPATP（即即ADP+PADP+Pi iATPATP）, ,這種氧化放能和這種氧化放能和ATPATP生成生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱(chēng)（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱(chēng)氧化磷酸化氧化磷酸化。磷酸化磷酸化類(lèi)別類(lèi)別： 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 電子傳遞水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP + Pi ATP + H ATP + H2 2O O生物氧化過(guò)程中生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能釋放出的自由能磷酸化磷酸化電子傳遞水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化：電子

22、沿著氧化電子傳遞鏈傳遞的：電子沿著氧化電子傳遞鏈傳遞的過(guò)程中所伴隨的將過(guò)程中所伴隨的將ADPADP磷酸化為磷酸化為ATPATP的作用，或者說(shuō)是的作用，或者說(shuō)是ATPATP的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化作用。的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化作用。 底物水平磷酸化底物水平磷酸化：是指：是指ATPATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物的形成直接與一個(gè)代謝中間物（如（如PEPPEP）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。糖酵解中）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。糖酵解中1,3-1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。 磷氧比（磷氧比（ P/O ）呼吸過(guò)程中無(wú)機(jī)磷酸（呼吸過(guò)程中無(wú)機(jī)

23、磷酸（P Pi i）消耗量和原子氧（消耗量和原子氧（O O）消耗量的比值稱(chēng)消耗量的比值稱(chēng)為為磷氧比磷氧比。由于在氧化磷酸化過(guò)程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)氧原。由于在氧化磷酸化過(guò)程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)氧原子，而每生成一分子子，而每生成一分子ATPATP消耗一分子消耗一分子P Pi i ，因此，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于一對(duì)電的數(shù)值相當(dāng)于一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至原子氧所產(chǎn)生的子經(jīng)呼吸鏈傳遞至原子氧所產(chǎn)生的ATPATP分子數(shù)。分子數(shù)。NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O O例例 實(shí)測(cè)得實(shí)測(cè)得NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈： P/O 2.5ADP+ADP

24、+PiPi ATP ATP實(shí)測(cè)得實(shí)測(cè)得FADHFADH2 2呼吸鏈呼吸鏈： P/O 1.5O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理 1 1、線粒體、線粒體ATPATP合酶合酶（mitochondrial ATPasemitochondrial ATPase）2 2、能量偶聯(lián)假說(shuō)、能量偶聯(lián)假說(shuō) 19531953年年 Edward Slater Edward Slater 化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō) 196

25、41964年年 Paul Boyer Paul Boyer 構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō) 19611961年年 Peter Mitchell Peter Mitchell 化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)* *19781978年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 氧還回路氧還回路3 3、質(zhì)子梯度質(zhì)子梯度的形成的形成 質(zhì)子泵質(zhì)子泵4 4、ATPATP合成的機(jī)制合成的機(jī)制線粒體線粒體ATP合酶合酶 氧化磷酸化重建示意圖氧化磷酸化重建示意圖內(nèi)膜內(nèi)膜F F0 0F F1 1 ATPATP酶酶e e- -ADP+PiADP+Pi底物底物H H+ +ATPATPH H+ +H H+ +H H+ +基質(zhì)基質(zhì)膜間隙膜間隙電子

26、傳遞鏈電子傳遞鏈 電子傳遞的自由能電子傳遞的自由能驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)H H+ +從線粒體基質(zhì)從線粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入到膜間跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成隙，從而形成H H+ +跨線跨線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，這個(gè)梯度的電化度，這個(gè)梯度的電化學(xué)勢(shì)學(xué)勢(shì)( ( H H+ + ) )驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)ATPATP的合成。的合成?；瘜W(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotic hypothasis)(chemiosmotic hypothasis)化學(xué)滲透假說(shuō)原理示意圖化學(xué)滲透假說(shuō)原理示意圖4H+4H+2H+4H+NADH+H+2H+3H+3H+ ADP+PiATP高高質(zhì)質(zhì)子子濃濃度度H2O2e-+ +

27、 + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _質(zhì)子流質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜磷酸化磷酸化 氧化氧化 線粒體電子傳遞和線粒體電子傳遞和H H+ +排出的數(shù)目與途徑排出的數(shù)目與途徑H H2 2O O2 2H H+ +CytcCytcCytcCytcCytcCytcQ QFMNFMNFeSFeSFeSFeSCytcCytc1 1CytbCytbL LCytbCytbH HCytaCytaFeSFeSCytaCyta3 32 2e e- -2 2e e- -NADH+HNADH+H+ +NADNAD+ +O O2 2 +2H+2H+ + H H2 2O O4 4H H+ +4H4

28、H+ +2 2H H+ +12ATPATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖合酶結(jié)構(gòu)示意圖BoyerBoyer和和WalkerWalker的工作的工作 英國(guó)科學(xué)家英國(guó)科學(xué)家Walker通過(guò)通過(guò)x光衍射獲得高分辯率的牛心線光衍射獲得高分辯率的牛心線粒體粒體ATP酶晶體的三維結(jié)構(gòu)，酶晶體的三維結(jié)構(gòu)， 證明在證明在ATP酶合成酶合成ATP的催的催化循環(huán)中三個(gè)化循環(huán)中三個(gè)亞基的確有不同構(gòu)象，亞基的確有不同構(gòu)象， 從而有力地支持了從而有力地支持了Boyer的假說(shuō)。的假說(shuō)。 Boyer和和Walker共同獲得共同獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 美國(guó)科學(xué)家美國(guó)科學(xué)家Boyer為解釋為解釋ATP酶作用機(jī)理酶作用機(jī)理

29、,提出旋轉(zhuǎn)催化提出旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)，認(rèn)為假說(shuō)，認(rèn)為ATP合酶合酶亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象(L)有利于有利于ADP和和Pi結(jié)合，一種構(gòu)象結(jié)合，一種構(gòu)象(T)可使結(jié)合的可使結(jié)合的ADP和和Pi合合成成ATP，第三種構(gòu)象第三種構(gòu)象(O)使使已合成的已合成的ATP容易被釋放出來(lái)。容易被釋放出來(lái)。在在ATP合成過(guò)程中，三個(gè)合成過(guò)程中，三個(gè)亞基依次進(jìn)行上述三種亞基依次進(jìn)行上述三種構(gòu)象的交構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜替變化，所需能量由跨膜H+提供。提供。ATPaseATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型的旋轉(zhuǎn)催化模型旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流通過(guò)Fo引起亞基c 寡聚體和及亞基一起轉(zhuǎn)動(dòng),這種

30、旋轉(zhuǎn)配置 /亞基之間的不對(duì)稱(chēng)的相互作用,引起催化位點(diǎn)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 亞基的中心 -螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子,亞基a和b與亞基組合在一起組成定子,它壓住 /異質(zhì)六聚體.動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示1、 2、 3四、四、 線粒體外線粒體外NADH的氧化磷酸化作用的氧化磷酸化作用 磷酸甘油穿梭系統(tǒng)磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)天冬氨酸穿梭系統(tǒng) 糖酵解糖酵解（細(xì)胞質(zhì)）（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化氧化磷酸化 （線粒體）（線粒體）3-3-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b

31、c1 c aa3 O2NADHNAD+線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜（細(xì)胞液）（細(xì)胞液）甘油甘油-3-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶甘油甘油-3-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸- -天冬氨酸穿梭途徑天冬氨酸穿梭途徑細(xì)胞液細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸脫氫酶脫氫酶NADH+H+蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸脫氫酶脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（、 、 、 為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體）為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體）呼吸鏈呼吸鏈2

32、,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNPDNP）的解偶聯(lián)作用）的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜內(nèi)內(nèi)外外CCCP(苯腙羰基氰化物苯腙羰基氰化物), FCCP(三氟甲氧基苯腙羰基氰化物三氟甲氧基苯腙羰基氰化物)具有同樣作具有同樣作用。寡霉素、纈氨霉素、短桿菌肽等則具有另外的抑制機(jī)制。用。寡霉素、纈氨霉素、短桿菌肽等則具有另外的抑制機(jī)制。五、能五、能 荷荷定義式：能荷定義式：能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 意義意義： 能荷由能荷由ATP 、 ADP和和AMP的相對(duì)數(shù)量決的相對(duì)數(shù)量決定，數(shù)值在定，數(shù)值在01之間，反

33、之間，反映細(xì)胞能量水平。映細(xì)胞能量水平。 能荷對(duì)代謝的調(diào)節(jié)可能荷對(duì)代謝的調(diào)節(jié)可通過(guò)通過(guò)ATP 、 ADP和和AMP作為代謝中某些酶分子的作為代謝中某些酶分子的別構(gòu)效應(yīng)物進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)效應(yīng)物進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（如來(lái)實(shí)現(xiàn)。（如ATCase）能荷能荷相相對(duì)對(duì)速速率率ATP的利用途徑的利用途徑 ATP的的生成途徑生成途徑能荷對(duì)能荷對(duì)ATP的生成途徑和的生成途徑和ATP的利用途徑相對(duì)速率的的利用途徑相對(duì)速率的 影響影響能荷是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量。能荷是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量。葡萄糖徹底氧化生成葡萄糖徹底氧化生成ATP的總結(jié)算的總結(jié)算 葡萄糖分解通過(guò)糖酵解和檸檬酸循環(huán)形成

34、的葡萄糖分解通過(guò)糖酵解和檸檬酸循環(huán)形成的ATPATP或或GTPGTP的分子數(shù)，加上氧的分子數(shù)，加上氧化磷酸化產(chǎn)生的化磷酸化產(chǎn)生的ATPATP分子數(shù)構(gòu)成了葡萄糖徹底氧化所生成的分子數(shù)構(gòu)成了葡萄糖徹底氧化所生成的ATPATP總數(shù)。根據(jù)測(cè)總數(shù)。根據(jù)測(cè)定，定，H H+ +經(jīng)經(jīng)NADHNADH- -Q Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶和細(xì)胞色素氧化酶從線粒體內(nèi)膜基還原酶、細(xì)胞色素還原酶和細(xì)胞色素氧化酶從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵出到膜外的細(xì)胞液側(cè)時(shí)，一對(duì)電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為質(zhì)泵出到膜外的細(xì)胞液側(cè)時(shí)，一對(duì)電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為4 4、4 4和和2 2。合成合成一個(gè)一個(gè)ATPATP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)，多余的一個(gè)合酶所驅(qū)動(dòng)，多余的一個(gè)H H+ + ，可能用于將可能用于將ATPATP從基質(zhì)運(yùn)往膜外細(xì)胞溶膠。從基質(zhì)運(yùn)往膜外細(xì)胞溶膠。因此一對(duì)電子從因此一對(duì)電子從NADHNADH傳至傳至0 02 2，所產(chǎn)生的，所產(chǎn)生