第八章生物能學(xué)與生物氧化

第八章生物能學(xué)與生物氧化第1頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、生物氧化概述

糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量的過(guò)程稱(chēng)為生物氧化（biologicaloxidation），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。第2頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）生物氧化的特點(diǎn)

在活的細(xì)胞中（pH接近中性、體溫條件下），有機(jī)物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進(jìn)行，其途徑迂回曲折，有條不紊。氧化過(guò)程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截獲，再供給機(jī)體所需。在此過(guò)程中既不會(huì)因氧化過(guò)程中能量驟然釋放而傷害機(jī)體，又能使釋放的能量盡可能得到有效的利用。第3頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：

細(xì)胞內(nèi)溫和條件（常溫、常壓、中性pH、水溶液）高溫或高壓、干燥條件一系列酶促反應(yīng)無(wú)機(jī)催化劑逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用轉(zhuǎn)換為光和熱，散失第4頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧而生成CO2。

類(lèi)型：α-脫羧和β-脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH

O丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶CH2-NH2R第5頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）H2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN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H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+第6頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi

小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）

共同中間產(chǎn)物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物氧化的三個(gè)階段第7頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、電子傳遞鏈（呼吸鏈）（一）線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（二）電子傳遞鏈（呼吸鏈）的概念（三）呼吸鏈的組成（四）機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈及其能量變化（五）電子傳遞抑制劑第8頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)嵴第9頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線粒體外膜

自由透過(guò)小分子和離子線粒體內(nèi)膜

不能自由透過(guò)大部分小分子和離子,包括H+。含有：電子傳遞體（復(fù)合體I、II、III、IV）ADP-ATP轉(zhuǎn)運(yùn)載體ATP合酶（FoF1）其他載體線粒體基質(zhì)含有丙酮酸脫氫酶系檸檬酸循環(huán)酶系、脂肪酸-氧化酶系DNA、核糖體、其他酶ATP、ADP、Pi、Mg2+、

Ca2+、

K+

、很多可溶的中間代謝產(chǎn)物第10頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Cristae(嵴、theinfoldingsoftheinnermembraneofmitochondria)iswheretherespiratorychainislocated.第11頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第12頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）電子傳遞鏈（呼吸鏈）的概念

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NADH和FADH2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O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱(chēng)電子傳遞鏈（electrontransferchain),因?yàn)槠涔δ芎秃粑饔弥苯酉嚓P(guān)，亦稱(chēng)為呼吸鏈。電子傳遞鏈在原核生物存在于質(zhì)膜上，在真核細(xì)胞存在于線粒體內(nèi)膜上。第13頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一呼吸鏈由4個(gè)多蛋白的復(fù)合物（I,II,III,和IV；3個(gè)是質(zhì)子泵）和2個(gè)移動(dòng)的電子載體，泛醌（Q或輔酶Q）以及細(xì)胞色素c組成。呼吸鏈中蛋白質(zhì)的輔基包括：黃素類(lèi)（FMN，F(xiàn)AD），血紅素（血紅素A，鐵原卟啉IX，血紅素C），鐵硫聚簇（2Fe-2S,4Fe-4S)和銅。第14頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一呼吸鏈上很多電子載體的順序通過(guò)多種研究得以闡明方法一：測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)還原電位（E’0）電子傾向于從低還原電位的載體流向還原電位高的載體（不過(guò)在真正的細(xì)胞中可能有偏差）第15頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ElectroncarriersmayhaveanorderofincreasingE’0第16頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一方法二：氧化作用動(dòng)力學(xué)研究完全的還原伴隨著O2的突然傳導(dǎo)；較早的氧化作用更接近呼吸鏈的末端；使用快速而靈敏的分光光度技術(shù)跟隨細(xì)胞色素的氧化作用，發(fā)現(xiàn)最大吸收峰的波長(zhǎng)不同。第17頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一TheUVabsorptionspectraofNADandNADH.Reductionofthenicotinamideringproducesanew,broadabsorptionbandwithamaximumat340nm.TheproductionofNADHduringanenzyme-catalyzedreactioncanbeconvenientlyfollowedbyobservingtheappearanceoftheabsorbanceat340nm.第18頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ReducedReducedReducedOxidizedOxidized方法三:各種特異性抑制劑的作用，在阻止步驟之前的處于還原態(tài)而阻止之后的處于氧化態(tài)。魚(yú)藤酮抗霉素

A第19頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一方法四:分離并鑒定每個(gè)多蛋白質(zhì)復(fù)合物：鏈上組分中特有的電子供體和受體可以確定。第20頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第21頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Separationoffunctionalcomplexesoftherespiratorychain.Theoutermitochondrialmembraneisfirstremovedbytreatmentwiththedetergentdigitonin（洋地黃皂苷）.Fragmentsofinnermembranearethenobtainedbyosmoticruptureofthemitochondria,andthefragmentsaregentlydissolvedinaseconddetergent.Theresultingmixtureofinnermembraneproteinsisresolvedbyion-exchangechromatographyintodifferentcomplexes(IthroughIV)oftherespiratorychain,eachwithitsuniqueproteincompositionandtheenzymeATPsynthase.

TheisolatedComplexesIthroughIVcatalyzetransfersbetweendonors(NADHandsuccinate),intermediatecarriers(Qandcytochromec),andO2,asshown.Invitro,isolatedATPsynthasehasonlyATP-hydrolyzing(ATPase),notATP-synthesizing,activity.第22頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Enzymecomplex/proteinMass(kDa)Numberofsubunits*Prostheticgroup(s)INADHdehydrogenase85043(14)FMN,Fe-SIISuccinatedehydrogenase1404FAD,Fe-SIIIUbiquinone25011Hemes,Fe-SCytochromec+131HemeIVCytochromeoxidase16013(3–4)Hemes;CuA,CuBTheProteinComponentsoftheMitochondrialElectron-TransferChain*Numbersofsubunitsinthebacterialequivalentsinparentheses.+Cytochromecisnotpartofanenzymecomplex;itmovesbetweenComplexesIIIandIVasafreelysolubleprotein.第23頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）呼吸鏈的組成黃素蛋白酶類(lèi)（flavoproteins,FP）鐵-硫蛋白類(lèi)（iron—sulfurproteins)細(xì)胞色素類(lèi)（cytochromes）輔酶Ｑ（ubiquinone,亦寫(xiě)作CoQ）NADH輔酶Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黃素蛋白（FAD）黃素蛋白（FMN）細(xì)胞色素類(lèi)鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白（Fe-S）第24頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NADH呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物IIINADH脫氫酶細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素氧化酶琥珀酸-輔酶Q還原酶FADH2呼吸鏈兩條主要呼吸鏈第25頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.NADH-Q還原酶（NADH脫氫酶、復(fù)合體Ⅰ）

NADH-Q還原酶是一個(gè)大的蛋白質(zhì)復(fù)合體，F(xiàn)MN和鐵-硫蛋白（Fe-S）是該酶的輔基，由輔基或輔酶負(fù)責(zé)傳遞電子和氫。

傳遞氫機(jī)理:NAD++2H++2eNADH+H+NAD（P）H+H++FMNFMNH2

+NAD（P）+第26頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NADHdehydrogenase

（ComplexI）NADH+5H+N+QNAD++QH2+4H+P第27頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一輔酶Q是呼吸鏈電子傳遞的樞紐Ubiquinone(Q)acceptselectronsfrombothNADHandFADH2intherespiratorychain第28頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

PathofelectronsfromNADH,succinate,fattyacyl–CoA,andglycerol3-phosphatetoubiquinone.ElectronsfromNADHpassthroughaflavoproteintoaseriesofiron-sulfurproteins(inComplexI)andthentoQ.ElectronsfromsuccinatepassthroughaflavoproteinandseveralFe-Scenters(inComplexII)onthewaytoQ.Glycerol3-phosphatedonateselectronstoaflavoprotein(glycerol3-phosphatedehydrogenase)ontheouterfaceoftheinnermitochondrialmembrane,fromwhichtheypasstoQ.Acyl-CoAdehydrogenase(thefirstenzymeofoxidation)transferselectronstoelectrontransferringflavoprotein(ETF),fromwhichtheypasstoQviaETF:ubiquinoneoxidoreductase.第29頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一FAD（FMN）canacceptoneelectronorFADH2

（FMNH2）candonateoneelectrontoformasemiquinoneradicalintermediate.第30頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵硫蛋白

+e

傳遞電子機(jī)理：Fe3+Fe2+

-e

特點(diǎn)：含有Fe和對(duì)酸不穩(wěn)定的S原子，F(xiàn)e和S常以等摩爾量存在（Fe2S2,Fe4S4)，構(gòu)成Fe—S中心，F(xiàn)e與蛋白質(zhì)分子中的4個(gè)Cys殘基的巰基與蛋白質(zhì)相連結(jié)。第31頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵硫蛋白參與電子傳遞2Fe-2S第32頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Differenttypesofiron-sulfurcenters2Fe-2S4Fe-4SFerredoxin（鐵氧還蛋白）IronatomscyclebetweenFe2+

(reduced)andFe3+(oxidized).第33頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.CoQ

特點(diǎn)：帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，是脂溶性醌類(lèi)化合物，而且分子較小，可在線粒體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的疏水區(qū)自由擴(kuò)散。功能基團(tuán)是苯醌，通過(guò)醌/酚的互變傳遞氫，Q(醌型結(jié)構(gòu))很容易接受2個(gè)電子和2個(gè)質(zhì)子，還原成QH2（還原型）；QH2也容易給出2個(gè)電子和2個(gè)質(zhì)子，重新氧化成Q。因此，它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。

第34頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一泛醌是一個(gè)移動(dòng)的電子/質(zhì)子載體脂溶性的苯醌有一個(gè)很長(zhǎng)的異戊二烯側(cè)鏈，可以接受1或2個(gè)電子，形成半醌或還原型輔酶Q（QH2）；QH2擴(kuò)散到下一個(gè)復(fù)合物（III）；是唯一的一個(gè)不結(jié)合于一種蛋白的電子載體。第35頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第36頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合體Ⅱ）琥珀酸脫氫酶也是此復(fù)合體的一部分，其輔基包括FAD和Fe-S聚簇。琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化為延胡索酸，同時(shí)其輔基FAD還原為FADH2，然后FADH2又將電子傳遞給Fe-S聚簇。最后電子由Fe-S聚簇傳遞給琥珀酸-Q還原酶的輔酶CoQ。

琥珀酸FADH2Fe-SCoQ第37頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.細(xì)胞色素還原酶

（細(xì)胞色素bc1復(fù)合體、復(fù)合體Ⅲ）含有兩種細(xì)胞色素（細(xì)胞色素b、細(xì)胞色素c1）和一鐵硫蛋白（2Fe-2S）。細(xì)胞色素bc1復(fù)合體的作用是將電子從QH2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素cQH2cyt.bFe-Scyt.c1cyt.c第38頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞色素（cytochrome,cyt）

傳遞電子機(jī)理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

特點(diǎn)：以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。

類(lèi)別:根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類(lèi)，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中為電子傳遞體，a和a3以復(fù)合物存在，稱(chēng)細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu

，可將電子傳遞給氧，因此亦稱(chēng)其為末端氧化酶。第39頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞色素=血紅素+蛋白質(zhì)血紅素有a,b和cCytc是水溶性的，存在于內(nèi)外膜之間，在復(fù)合體III和IV間傳遞電子血紅素中的鐵得失電子而還原和氧化第40頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Cyta:~600nmCytb:~560nmCytc:~550nmReducedcytochromeshasthreeabsorptionbandsinthevisiblewavelengthsAbsorptionspectraofcytochromec(cytc)initsoxidized(red)andreduced(blue)forms.Alsolabeledarethecharacteristic,α,βandγbandsofthereducedform.第41頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Cytochromebc1complex(ComplexIII)第42頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.細(xì)胞色素c在復(fù)合體III和Ⅳ之間傳遞電子。（細(xì)胞色素c交互地與細(xì)胞色素還原酶的C1和細(xì)胞色素氧化酶接觸）是唯一能溶于水的細(xì)胞色素。相對(duì)分子質(zhì)量為13000，由104個(gè)氨基酸構(gòu)成的單一肽鏈。第43頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一12345678半胱氨酸第44頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.細(xì)胞色素氧化酶

（復(fù)合體Ⅳ、細(xì)胞色素c氧化酶）由cyta和a3組成。復(fù)合物中除了含有鐵卟啉外，還含有2個(gè)銅原子（CuA，CuB）。Cyta與CuA相配合，cyta3與CuB相配合，當(dāng)電子傳遞時(shí)，細(xì)胞色素的Fe3+

、Fe2+間循環(huán)，同時(shí)Cu2+

、Cu+間循環(huán)，將電子從cytc直接傳遞給O2，也叫末端氧化酶。第45頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Thethreecriticalsubunitsofcytochromeoxidase(ComplexIV)A204kD13-subunitproteincomplex,withstructuredeterminedin1996CuBHemeaHemea32CuACuACuA第46頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一TheelectronpathinComplexIV第47頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第48頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NADH呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物IIINADH脫氫酶細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素氧化酶琥珀酸-輔酶Q還原酶FADH2呼吸鏈（四）機(jī)體內(nèi)兩條主要呼吸鏈和能量的變化第49頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電子傳遞鏈標(biāo)準(zhǔn)氧化還原自由能變化NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合體I復(fù)合物IIINADH脫氫酶細(xì)胞色素C還原酶細(xì)胞色素C氧化酶琥珀酸-輔酶Q還原酶-0.2-0.400.20.40.60.8E0/V第50頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第51頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（五）電子傳遞抑制劑概念：能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱(chēng)為電子傳遞抑制劑。

電子傳遞抑制劑的使用是研究呼吸鏈中電子傳遞體順序的有效方法（阻斷部位物質(zhì)的氧化-還原狀態(tài)可以測(cè)出）。第52頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電子傳遞抑制劑

NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物III魚(yú)藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO抗霉素A的抑制部位NADFPQbcaa3NADFPQbcaa3呼吸鏈的比擬圖解第53頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)氧化磷酸化作用

一、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成ATP（即ADP+Pi→ATP）,這種氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱(chēng)氧化磷酸化。類(lèi)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(guò)程中釋放出的自由能第54頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一磷氧比（P/O

）

呼吸過(guò)程中無(wú)機(jī)磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱(chēng)為磷氧比。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(dāng)于一對(duì)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(shí)測(cè)得NADH呼吸鏈：P/O~3ADP+PiATP實(shí)測(cè)得FADH2呼吸鏈：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP第55頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理1.線粒體ATP合酶（mitochondrialATPase）2.能量偶聯(lián)假說(shuō)

1953年EdwardSlater

化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)

1964年P(guān)aulBoyer構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)

1961年P(guān)eterMitchell化學(xué)滲透假說(shuō)1978年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第56頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一內(nèi)膜F0F1ATP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(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成H+跨線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，這個(gè)梯度的電化學(xué)勢(shì)(ΔH+)驅(qū)動(dòng)ATP的合成。三、化學(xué)滲透假說(shuō)

(chemiosmotichypothesis)第57頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第58頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一化學(xué)滲透假說(shuō)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

第59頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線粒體電子傳遞和H+排出的數(shù)目和途徑H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2+2H+H2O4H+2H+2H+復(fù)合物IV12復(fù)合物III復(fù)合物I第60頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ThechemiosmoticmodelbyMitchell第61頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Boyer和Walker的工作

美國(guó)科學(xué)家Boyer為解釋ATP酶作用機(jī)理，提出旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)，認(rèn)為ATP合成酶β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(lái)。在ATP合成過(guò)程中，三個(gè)β亞基依次進(jìn)行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜H+提供。

英國(guó)科學(xué)家Walker通過(guò)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(gè)β亞基的確有不同構(gòu)象，從而有力地支持了Boyer的假說(shuō)。第62頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

第63頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖定子OSCPF1H+通道FO柄DCCD結(jié)合蛋白基質(zhì)表面外表面OSCP：寡霉素敏感性付與蛋白。DCCD：二環(huán)已基碳二亞胺，有抑制質(zhì)子通過(guò)Fo的作用。第64頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP合酶催化ATP的合成H+被吸引到膜的Fo通道的基質(zhì)側(cè)，在Fo和F1連接處形成高濃度的H+通過(guò)ATP合酶每傳送4H+引導(dǎo)1個(gè)ATP的生成第65頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線粒體ATP合酶復(fù)合體組分（P136）亞基相對(duì)分子質(zhì)量作用定位F1378000含有合成ATP的催化部位線粒體內(nèi)膜向基質(zhì)側(cè)的球狀體α56000β53000γ34000δ14000ε6000F025000、21000、12000、8000含有質(zhì)子通道跨膜部位F1抑制劑（IF1）10000調(diào)節(jié)質(zhì)子流及ATP的合成F0F1之間的柄OSCP23000F0F1之間的柄F68000F0F1之間的柄第66頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

氧化磷酸化重建示意圖第67頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Rotationoftheg

subunitandtheringofcsubunitsintheF0F1complexwasobservedbyinvitrostudiesusingfluorescencemicroscopy

肌動(dòng)蛋白第68頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP合成L態(tài)：低親和力態(tài)，ATP合成O態(tài)：開(kāi)放態(tài)，親和力極低，ATP釋放T態(tài)：緊密結(jié)合態(tài)，ATP合成當(dāng)H+通過(guò)Fo時(shí)，F(xiàn)o旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致F13個(gè)β亞基構(gòu)象的改變F1

β構(gòu)象的變化促使ADP+Pi合成ATP并釋放第69頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP酶作用機(jī)理ADP+PiProtenFluxH+ATP+H2O

ATPADP+PiProtenFlux有利于ADP與Pi結(jié)合的構(gòu)象有利于ADP與Pi生成的構(gòu)象有利于ATP釋放的構(gòu)象第70頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一OxidativePhosphorylation(oninnermembraneofmitochondria)第71頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、線粒體外NADH的氧化磷酸化作用

1.磷酸甘油穿