電子傳遞與氧化磷酸化

電子傳遞與氧化磷酸化第1頁(yè)/共155頁(yè)Cellsneedenergytodoalltheirwork

Togenerateandmaintainitshighlyorderedstructure(biosynthesisofmacromolecules).Togenerateallkindsofmovement.Togenerateconcentrationandelectricalgradientsacrosscellmembranes.Tomaintainabodytemperature.Togeneratelightinsomeanimals.第2頁(yè)/共155頁(yè)第3頁(yè)/共155頁(yè)Somehistoricalfactsaboutourunderstandingonoxidativephosphorylation

1930s:PyruvatewasknowntobecompletelyoxidizedtoCO2viathecitricacidcycle(withO2consumed).1930s:NAD+andFADwerefoundtobee-carriersbetweenmetabolitesandtherespiratorychain.1930s:RoleofATP

andgeneralimportanceofphosphorylation

inbioenergeticswererealized.第4頁(yè)/共155頁(yè)

1950s:Isolated

mitochondriawerefoundtoeffecttheobligatorycouplingofthephosphorylationofADPandthee-transferfromNADHtoO2.1961,thechemiosmotichypothesiswasproposedforlinkingthee-transferandADPphosphorylation(basedontheuncouplingphenomenon

andtheintactnessrequirement)1960s,ATPsynthasewasidentifiedfrommitochondria.第5頁(yè)/共155頁(yè)

概念：糖類、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，所以又稱為細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。生物氧化第6頁(yè)/共155頁(yè)

ConceptofBiologicalOxidation

Oxidationofmaterialsinthebiologicalbody

Degradationofglucoses,fattyacids,proteins

Releaseofenergy

FormationofCO2andH2O

TraptheenergyreleasedasATPandBodyheat

第7頁(yè)/共155頁(yè)與非生物氧化相比:相同點(diǎn)生物氧化與非生物氧化的比較

化學(xué)本質(zhì)相同，都是失電子反應(yīng)，如脫氫、加氧、傳出電子。失電子者為還原劑，是電子供體，得電子者為氧化劑，是電子受體。在生物體內(nèi)，生物氧化有三種方式：加氧氧化，電子轉(zhuǎn)移和脫氫氧化。同種物質(zhì)不論以何種方式氧化，所釋放的能量相同。

第8頁(yè)/共155頁(yè)Electrontransferviared-oxreactionsgeneratesbiologicalenergyOxidativereaction

De-electron

Dehydrate

AddoxygenReductivereaction

Acceptelectron

Addhydrate

De-oxygen第9頁(yè)/共155頁(yè)不同點(diǎn)：

生物氧化是酶促反應(yīng)，反應(yīng)條件（如溫度、pH）溫和；而體外燃燒則是劇烈的游離基反應(yīng)，要求在高溫、高壓以及干燥的條件下進(jìn)行。生物氧化分階段逐步緩慢地氧化，能量也逐步釋放；而體外燃燒能量是爆發(fā)式釋放出來(lái)的。生物氧化釋放的能量有相當(dāng)多的轉(zhuǎn)換成ATP中活躍的化學(xué)能，用于各種生命活動(dòng)；體外燃燒產(chǎn)生的能量則轉(zhuǎn)換為光和熱，散失在環(huán)境中。第10頁(yè)/共155頁(yè)CO2的生成

方式：生物氧化過(guò)程中生成的CO2并不是代謝物上的碳原子與吸入的氧直接化合的結(jié)果，而是有機(jī)酸脫羧作用生成的。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。

根據(jù)所脫羧基在有機(jī)酸分子中的位置，可將脫羧反應(yīng)分為α－脫羧和β－脫羧；又根據(jù)反應(yīng)的同時(shí)是否伴有氧化反應(yīng)，分為單純脫羧和氧化脫羧。

類型：α-脫羧和β-脫羧（從脫羧的位置）氧化脫羧和單純脫羧（脫羧方式）第11頁(yè)/共155頁(yè)DirectDecarboxylationa-direct

decarboxylationH3CCCOOHOa-酮酸脫羧酶Mg2+

TPPH3CCOH+

CO2第12頁(yè)/共155頁(yè)

OxidativeDecarboxylation第13頁(yè)/共155頁(yè)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1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+第14頁(yè)/共155頁(yè)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15頁(yè)/共155頁(yè)Biologicaloxidationsarecatalyzedbyintracellularenzymes.Thepurposeofoxidationistoobtainenergy.ElectronTransport:Electronscarriedbyreducedcoenzymes(NADHorFADH2)arepassedsequentiallythroughachainofproteinsandcoenzymes(socalledelectrontransportchain)toO2.OxidativePhosphorylation:Couplinge-Transport(Oxidation)andATPsynthesis(Phosphorylation).

Itallhappensinmitochondrionorattheinnermitochondrialmembrane(eukaryoticcells)第16頁(yè)/共155頁(yè)ImpermeabletoionsandmostothercompoundsIninnermembraneknobsthemitochondrioncontainedtheenzymesresponsibleforelectrontransportandoxidativephosphorylation第17頁(yè)/共155頁(yè)MitochondriaoutermembranerelativelypermeableinnermembranepermeableonlytothosethingswithspecifictransportersImpermeabletoNADHandFADH2PermeabletopyruvateCompartmentalizationKreb'sandβ-oxidationinmatrixGlycolysisincytosol第18頁(yè)/共155頁(yè)MostenergyfromRedoxelectronsduringmetabolicreactionssenttoNADandFADGlycolysisIncytosolproduces2NADHPyruvatedehydrogenasereactionInmitochondrialmatrix2NADH/glucoseKrebsInmitochondrialmatrix6NADHand2FADH2/glucose第19頁(yè)/共155頁(yè)線粒體是生物氧化的發(fā)生場(chǎng)所第20頁(yè)/共155頁(yè)

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)稱電子傳遞鏈（eclctrontransferchain),因?yàn)槠涔δ芎秃粑饔弥苯酉嚓P(guān)，亦稱為呼吸鏈。檸檬酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，電子傳遞和氧化磷酸化在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。電子傳遞鏈的概念第21頁(yè)/共155頁(yè)ElectronTransportandOxidativePhosphorylationElectrontransportandoxidativephosphorylationre-oxidizeNADHandFADH2andtraptheenergyreleasedasATP.Ineukaryotes,electrontransportandoxidativephosphorylationoccurintheinnermembraneofmitochondriawhereasinprokaryotestheprocessoccursintheplasmamembrane.第22頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞鏈的組成

呼吸電子傳遞鏈主要由蛋白質(zhì)復(fù)合體組成，在線粒體內(nèi)膜上有4種參與電子傳遞的蛋白質(zhì)復(fù)合體，分別為

NADH－Q還原酶（NADH-Qreductase）琥珀酸－Q還原酶（succinate-Qreductase）細(xì)胞色素還原酶（cytochromereductase）細(xì)胞色素氧化酶（cytochromeoxidase）第23頁(yè)/共155頁(yè)洋地黃皂苷第24頁(yè)/共155頁(yè)Variousprostheticgroupsactasintermediateelectroncarriersintherespiratorychain第25頁(yè)/共155頁(yè)第26頁(yè)/共155頁(yè)呼吸鏈的組成1.黃素蛋白酶類（flavoproteins,FP）2.

鐵-硫蛋白類（iron—sulfurproteins)3.輔酶Ｑ（ubiquinone,亦寫作CoQ）4.細(xì)胞色素類（cytochromes）5.血紅素

(hemes)6.銅離子（Cu＋）NADH輔酶Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黃素蛋白（FAD）黃素蛋白（FMN）細(xì)胞色素類鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白（Fe-S）第27頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞的方向

在電子傳遞鏈中，有一系列電子傳遞體，這些電子傳遞體的排列順序是根據(jù)它們的電極電位決定的。呼吸鏈中的電子傳遞有著嚴(yán)格的方向和順序，即電子從氧化還原電位較低的傳遞體依次通過(guò)氧化還原電位較高的傳遞體逐步流向氧分子。第28頁(yè)/共155頁(yè)ElectronsofNADHandFADH2aretransferredtoO2viamanyintermediateelectroncarriersontheway第29頁(yè)/共155頁(yè)第30頁(yè)/共155頁(yè)NADH呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等復(fù)合物Ⅱ復(fù)合物Ⅳ復(fù)合體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呼吸鏈第31頁(yè)/共155頁(yè)NADH呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c-c1-aa3

FeS2H+M氧化型代謝底物FADH2呼吸鏈電子傳遞和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2e第32頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞鏈各個(gè)成員1.NADH－Q還原酶

NADH－Q還原酶又稱為NADH脫氫酶，簡(jiǎn)稱為復(fù)合體Ⅰ。該酶含有FMN輔基和Fe-S聚簇，催化反應(yīng)時(shí)，先將NADH的電子傳遞到FMN上，再傳給Fe-S聚簇，最后傳給輔酶Q。Fe-S聚簇有幾種類型，含有Fe-S聚簇的蛋白質(zhì)稱為鐵硫蛋白，又稱為非血紅素鐵蛋白。Fe-S聚簇通過(guò)其中的Fe2+和Fe3+的變化來(lái)傳遞電子。第33頁(yè)/共155頁(yè)鐵硫蛋白(簡(jiǎn)寫為Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADHQ還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在。鐵與無(wú)機(jī)硫原子或是蛋白質(zhì)肽鏈上半胱氨酸殘基的硫相結(jié)合，常見(jiàn)的鐵硫蛋白有三種組合方式（a）單個(gè)鐵原子與4個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基硫相連。（b）兩個(gè)鐵原子、兩個(gè)無(wú)機(jī)硫原子組成（2Fe-2S），其中每個(gè)鐵原子還各與兩個(gè)半胱氨酸殘基的巰基硫相結(jié)合。（c）由4個(gè)鐵原子與4個(gè)無(wú)機(jī)硫原子相連（4Fe4S），鐵與硫相間排列在一個(gè)正六面體的8個(gè)頂角端；此外4個(gè)鐵原子還各與一個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基硫相連。鐵硫蛋白中的鐵可以呈兩價(jià)（還原型），也可呈三價(jià)（氧化型），由于鐵的氧化、還原而達(dá)到傳遞電子作用。第34頁(yè)/共155頁(yè)Iron-sulfurcenters(Fe-S)areprostheticgroupscontaining1-4ironatomsIron-sulfurcenterstransferonlyoneelectron,eveniftheycontaintwoormoreironatoms.Iron-sulfurCenters(clusters)第35頁(yè)/共155頁(yè)簡(jiǎn)寫為NADHQ還原酶,即復(fù)合物I，它的作用是催化NADH的氧化脫氫以及Q的還原。所以它既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。它的活性部分含有輔基FMN和鐵硫蛋白。FMN的作用是接受脫氫酶脫下來(lái)的電子和質(zhì)子，形成還原型FMNH2。還原型FMNH2可以進(jìn)一步將電子轉(zhuǎn)移給Q。

NADHQ還原酶

NADH+Q+H+=========NAD++QH2第36頁(yè)/共155頁(yè)Complex1HasNADHbindingsiteNADHreductaseactivityNADH-NAD+NADH--->FMN--->FeS--->ubiquinoneubiquinone--->ubiquinoneH24H+pumped/NADH第37頁(yè)/共155頁(yè)第38頁(yè)/共155頁(yè)2.輔酶Q

輔酶Q(CoenzymeQ)又稱泛醌（ubiquinone），有時(shí)簡(jiǎn)稱為Q或UQ，是一種脂溶性物質(zhì)，它可以接受1個(gè)電子還原成半醌中間體，再接受1個(gè)電子還原成對(duì)苯二酚形式。它有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的碳?xì)鋫?cè)鏈，哺乳動(dòng)物中最常見(jiàn)的是具有10個(gè)異戊二烯單位的側(cè)鏈，簡(jiǎn)寫為Q10，在非哺乳動(dòng)物中這個(gè)側(cè)鏈可能只有6-8個(gè)異戊二烯單位。由于其脂溶性強(qiáng)，可以在線粒體內(nèi)膜中擴(kuò)散。第39頁(yè)/共155頁(yè)輔酶Q的結(jié)構(gòu)和氧化還原態(tài)第40頁(yè)/共155頁(yè)3.琥珀酸－Q還原酶

琥珀酸－Q還原酶又稱為復(fù)合體Ⅱ，完整的此酶包括檸檬酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，由4條多肽鏈組成，總的相對(duì)分子質(zhì)量約140×103，含有一個(gè)以FAD為輔基的黃素蛋白、2個(gè)鐵硫蛋白和一個(gè)細(xì)胞色素b。其作用是催化電子從琥珀酸通過(guò)FAD和鐵硫蛋白傳遞到輔酶Q。所以復(fù)合物Ⅱ只能傳遞電子，而不能使質(zhì)子跨膜輸送。第41頁(yè)/共155頁(yè)ComplexIIsuccinate---FAD—ubiquinoneContainscoenzymeQFADH2bindingsiteFADreductaseactivityFADH2--FAD第42頁(yè)/共155頁(yè)ComplexII:Succinate-coenzymeQreductase第43頁(yè)/共155頁(yè)4.細(xì)胞色素還原酶

細(xì)胞色素還原酶又稱復(fù)合體Ⅲ、輔酶Q－細(xì)胞色素c還原酶。它的作用是將還原型輔酶Q的電子傳遞給細(xì)胞色素c。細(xì)胞色素還原酶中含有細(xì)胞色素b，也含有2Fe-2S聚簇。

第44頁(yè)/共155頁(yè)細(xì)胞色素（cytochrome)

細(xì)胞色素是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱。因?yàn)橛屑t顏色，又廣泛存在于生物細(xì)胞中，故稱為細(xì)胞色素。還原型細(xì)胞色素具有明顯的可見(jiàn)光吸收，可以看到α、β和γ三個(gè)吸收峰，其中α峰的波長(zhǎng)隨細(xì)胞色素種類的不同而各有特異的變化，可用來(lái)區(qū)分不同的細(xì)胞色素。氧化型細(xì)胞色素在可見(jiàn)光區(qū)看不到吸收峰。細(xì)胞色素中的血紅素有三種，分別稱為細(xì)胞色素a、b和c，同一種細(xì)胞色素血紅素因結(jié)合的蛋白質(zhì)不同，其α吸收峰的波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生小的變化，如細(xì)胞色素還原酶中含有的細(xì)胞色素b就分為bH（b562）和bL（b566）兩種。第45頁(yè)/共155頁(yè)幾種細(xì)胞色素的最大吸收峰波長(zhǎng)/nm細(xì)胞色素αβγa600439bL566bH562532429c550521415c1554524418第46頁(yè)/共155頁(yè)細(xì)胞色素

傳遞電子機(jī)理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特點(diǎn)：以血紅素為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。類別:

根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，a和a3以復(fù)合物物存在，稱細(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，因此亦稱其為末端氧化酶。第47頁(yè)/共155頁(yè)甲?；嗑郛愇於╅L(zhǎng)鏈第48頁(yè)/共155頁(yè)它是電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體，位于線粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細(xì)胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過(guò)程中，cyt.c通過(guò)Fe3+

Fe2+

的互變起電子傳遞中間體作用。5.細(xì)胞色素c第49頁(yè)/共155頁(yè)復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞比較復(fù)雜，和“Q循環(huán)”有關(guān)。輔酶Q能在膜中自由擴(kuò)散，還原型輔酶Q（氫醌）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，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。一對(duì)電子由輔酶Q到復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞過(guò)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。Q循環(huán)是指在線粒體內(nèi)膜中電子傳遞鏈上QH2分別傳遞一個(gè)電子到細(xì)胞色素中，即共使2個(gè)細(xì)胞色素得到電子，從而被氧化。第50頁(yè)/共155頁(yè)第51頁(yè)/共155頁(yè)第52頁(yè)/共155頁(yè)ComplexIIIubiquinone-ubiquinoneox

whilecytCgetsreducedAlsocontainscytochromesbprotonpump4H+

Addstogradient8H+/NADH4H+/FADH2第53頁(yè)/共155頁(yè)簡(jiǎn)寫為cyt.c氧化酶，即復(fù)合物IV，它的作用是將還原型細(xì)胞色素c的電子傳遞給分子O2，生成H2O。它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由12個(gè)多肽亞基組成。cyt.a和a3組成一個(gè)復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。cyt.aa3可以直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過(guò)程中，分子中的銅離子可以發(fā)生

Cu+

Cu2+

的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳遞給O2。6.細(xì)胞色素氧化酶第54頁(yè)/共155頁(yè)

復(fù)合物Ⅳ（細(xì)胞色素氧化酶）由6-13條多肽鏈組成，總的相對(duì)分子質(zhì)量約60×103-170×103，以二聚體形式存在。每個(gè)單體包括細(xì)胞色素aa3和含銅蛋白。其作用是催化電子從還原型細(xì)胞色素c傳遞給氧分子，同時(shí)發(fā)生質(zhì)子的跨膜移位。所以復(fù)合物Ⅳ既是電子傳遞體，又是質(zhì)子移位體。

第55頁(yè)/共155頁(yè)ComplexIVreductionofoxygencytochromeoxidasecyta+a3red--->oxidizedstateoxygen--->water2H++2e-+?O2--2H2Otransferse-oneatatimetooxygenPumps2H+outTotalof10H+/NADHTotalof6H+/FADH2第56頁(yè)/共155頁(yè)ElectronTransportChainGroupsofredoxproteinsOninnermitochondrialmembraneBindingsitesforNADHandFADH2OnmatrixsideofmembraneElectronstransferredtoredoxproteinsNADHreoxidizedtoNAD+FADH2reoxidizedtoFAD第57頁(yè)/共155頁(yè)4ComplexesproteinsinspecificorderTransfers2electronsinspecificorderProteinslocalizedincomplexesEmbeddedinmembraneEaseofelectrontransferElectronsultimatelyreduceoxygentowater2H++2e-+?O2--H2O第58頁(yè)/共155頁(yè)第59頁(yè)/共155頁(yè)ComplexI:NADHentersatNADHdehydrogenase(alsoNADH:ubiquinoneoxidoreductaseorNADH-Qoxidoreductase).(complexII):succinateDehydrogenaseFADH2offlavoproteinsalsotransfertheirelectronstoubiquinone(Q),withnoH+pumped.第60頁(yè)/共155頁(yè)(ComplexIII)

Cytochromebc1complexpasses2e-from1QH2to2cytochromece-transferring&H+pumpinginComplexIIIviatheQcycle(foreach2e-transferred,4H+arereleasedatthePsideand2H+takenfromtheNside(matrix))ComplexIV:Cytochromecoxidase,theterminalenzymeoftherespiratorychain,contains3Cuand2hemeAgroupsaselectroncarriers第61頁(yè)/共155頁(yè)Thesequenceofelectroncarriersshouldbe

predictablebasedontheirredoxpotential第62頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞的抑制效應(yīng)

凡是能夠阻斷電子傳遞鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑，由于阻斷部位物質(zhì)的氧化還原狀態(tài)能被測(cè)定，所以利用電子傳遞抑制劑是研究電子傳遞順序的重要方法，下面列舉了若干種常見(jiàn)的重要的電子傳遞抑制劑。第63頁(yè)/共155頁(yè)

1、魚藤酮等

阻斷從NADH向CoQ的傳遞

魚藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、殺粉蝶菌素（piericidine）等。它們的作用是抑制復(fù)合物I，阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞，但不影響FADH2到CoQ的氫傳遞。魚藤酮是一種極毒的植物毒素，常用作殺蟲劑。第64頁(yè)/共155頁(yè)

2、抗霉素A

阻斷復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞抗霉素A（antimycinA），它是從灰色鏈球菌分離出的一種抗生素，抑制復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞，即阻斷細(xì)胞色素還原酶中電子的傳遞，從而抑制了電子從還原型的CoQ（QH2）到細(xì)胞色素c1的傳遞。第65頁(yè)/共155頁(yè)

3、氰化物、疊氮化物、CO、H2S

阻斷復(fù)合物IV向O2的傳遞

氰化物（cyanide,CN－）、疊氮化物（azide,N3－）、一氧化碳（carbonmonoxide,CO）和硫化氫(hydrogensulphide)，這些抑制劑均能阻斷電子在細(xì)胞色素氧化酶的傳遞，即阻斷細(xì)胞色素aa3至O2的電子傳遞，其中氰化物（CN－）和疊氮化物（N3－）能與血紅素a3的高鐵形式（ferricform）作用而形成復(fù)合物,而一氧化碳（CO）則抑制血紅素a3的亞鐵形式（ferrousform）。第66頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞鏈中的抑制劑

第67頁(yè)/共155頁(yè)

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)程稱氧化磷酸化。類別：

底物水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能二.氧化磷酸化作用第68頁(yè)/共155頁(yè)

OxidativePhosphorylationConceptOxidativephosphorylationistheprocessinwhichATPisformedasaresultofthetransferofelectronsfromNADHorFADH2toO2byaseriesofelectroncarriers.第69頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞和氧化磷酸化

檸檬酸循環(huán)及其它降解代謝途徑產(chǎn)生還原型輔酶，包括NADH和FADH2，將其攜帶的電子經(jīng)過(guò)電子傳遞，最終交給分子O2，形成H2O。在電子傳遞過(guò)程中釋放出大量的自由能，這些自由能被用來(lái)推動(dòng)ATP的合成。在呼吸電子傳遞鏈中，總反應(yīng)式為

NADH+H++1/2O2

→NAD++H2O

ΔG0’=－220.07kj/molFADH2+1/2O2→FAD+H2O

ΔG0’=－181.58kj/mol

第70頁(yè)/共155頁(yè)還原型輔酶中的能量

在糖酵解和檸檬酸循環(huán)中，1分子葡萄糖完全氧化可以生成10個(gè)NADH和2個(gè)FADH2，它們氧化后可以釋放出的自由能為

10×220.07+2×181.58=2563.86

kj/mol

1分子葡萄糖完全氧化釋放的自由能為2870.23kj/mol

還原型輔酶中貯存的能量比例為：

（2563.86/2870.23）×100%=89.3%第71頁(yè)/共155頁(yè)氧化磷酸化的P/O比

磷氧比（P／O）是指一對(duì)電子通過(guò)呼吸鏈傳遞到氧所產(chǎn)生ATP的分子數(shù)。近年來(lái)很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明，以NADH作為電子供體時(shí)，測(cè)得的P/O比值大于2,所以P/O比值不一定是整數(shù)。例如，-羥丁酸經(jīng)過(guò)NADH途徑的P/O比值為2.4－2.6，產(chǎn)生的ATP數(shù)目為2.5；而琥珀酸經(jīng)過(guò)FADH2的P/O比值為1.7，產(chǎn)生的ATP數(shù)目為1.5。第72頁(yè)/共155頁(yè)

目前被廣泛接受的觀點(diǎn)是：ATP、ADP和無(wú)機(jī)磷酸通過(guò)線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)是由ATP-ADP載體和磷酸轉(zhuǎn)位酶催化的。每合成1個(gè)ATP需要3個(gè)質(zhì)子通過(guò)ATP合酶。同時(shí)，把一個(gè)ATP分子從線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液需要消耗1個(gè)質(zhì)子，所以每形成1分子ATP就需要4個(gè)質(zhì)子的流動(dòng)。因此，如果一對(duì)電子通過(guò)NADH電子傳遞鏈可泵出10個(gè)質(zhì)子，則可形成2.5個(gè)分子ATP；如果一對(duì)電子通過(guò)FADH2電子傳遞鏈有6個(gè)質(zhì)子泵出，則可形成1.5個(gè)ATP分子。第73頁(yè)/共155頁(yè)底物水平磷酸化：代謝物通過(guò)氧化形成的高能磷酸化合物直接將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP，使之磷酸化生成ATP。

氧化磷酸化：NADH或FADH2將電子傳遞給O2的過(guò)程與ADP的磷酸化相偶聯(lián)，使電子傳遞過(guò)程中釋放出的能量用于ATP的生成。氧化磷酸化的過(guò)程需要氧氣作為最終的電子受體，它是需氧生物合成ATP的主要途徑。第74頁(yè)/共155頁(yè)

20世紀(jì)30年代包括德國(guó)生物化學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者M(jìn)eyerhof&Warburg在內(nèi)的許多生化學(xué)家對(duì)代謝過(guò)程中能量的產(chǎn)生和利用作了深入研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論在糖酵解或三羧酸循環(huán)等代謝過(guò)程中，都有伴隨著ATP磷酸根的放出或

ADP得到磷酸根的變化這類化學(xué)能量高效率的傳遞方式，指出腺苷三磷酸（ATP）是代謝中能量產(chǎn)生和利用的關(guān)鍵化合物。第75頁(yè)/共155頁(yè)

1941年FritzLipmann引入“高能磷酸鍵

(～P)”的概念。1949年美國(guó)生化學(xué)家EugeneKennedy和AlbertLehninger發(fā)現(xiàn)線粒體含有三羧酸循環(huán)和呼吸鏈所需要的全部酶系統(tǒng)，并且發(fā)現(xiàn)生物氧化與ADP磷酸化相偶聯(lián)構(gòu)成了氧化磷酸化。但是，NADH的氧化和電子傳遞過(guò)程是如何與ADP磷酸化生成ATP反應(yīng)偶聯(lián)起來(lái)一直不清楚。第76頁(yè)/共155頁(yè)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)3、質(zhì)子梯度的形成4、ATP合成的機(jī)制1978年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第77頁(yè)/共155頁(yè)ATP的合成部位

線粒體內(nèi)膜上有許多球形突起，稱為內(nèi)膜球體（innermembranesphere）。這些球體通過(guò)一個(gè)柄連接到內(nèi)膜中的基座上，我們把球體和柄合稱為F1，基座稱為Fo，F(xiàn)1和Fo合稱復(fù)合體Ⅴ。在離體條件下，這種復(fù)合體有水解ATP的活性，所以開始稱它為ATP酶，后來(lái)發(fā)現(xiàn)在完整的線粒體中它的功能是合成ATP，現(xiàn)在稱它為ATP合酶。第78頁(yè)/共155頁(yè)

ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個(gè)部位是：E0'值在此三個(gè)部位有大的“跳動(dòng)”，都在0.2伏以上。ATP產(chǎn)生的部位第79頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞鏈標(biāo)準(zhǔn)氧還電勢(shì)、自由能變化和ATP形成部位示意圖第80頁(yè)/共155頁(yè)第81頁(yè)/共155頁(yè)線粒體ATP合酶第82頁(yè)/共155頁(yè)超聲波胰蛋白酶或尿素第83頁(yè)/共155頁(yè)電子傳遞形成跨膜的質(zhì)子梯度

在電子傳遞過(guò)程中，還伴隨有H+從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)，向內(nèi)膜的外側(cè)運(yùn)輸，結(jié)果造成跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度，這樣在膜內(nèi)外既造成質(zhì)子的濃度梯度，又造成電勢(shì)梯度，這種電化學(xué)勢(shì)梯度貯存有能量，當(dāng)質(zhì)子由膜的外側(cè)向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)ATP合成。

第84頁(yè)/共155頁(yè)GenerationofATPProtondependantATPsynthetaseUsesprotongradienttomakeATPProtonspumpedthroughchannelonenzymeFromintermembranespaceintomatrix~4H+/ATPCalledchemiosmotictheory第85頁(yè)/共155頁(yè)比較著名的假說(shuō)有三個(gè)：

化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)目前得到公認(rèn)的是“化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)”。氧化磷酸化-能量偶聯(lián)的機(jī)理第86頁(yè)/共155頁(yè)

這個(gè)假說(shuō)是1953年由EdwardSlater最先提出。假說(shuō)認(rèn)為在NADH氧化和電子傳遞過(guò)程中產(chǎn)生了一種活潑的高能共價(jià)中間物，通過(guò)此中間物進(jìn)一步氧化產(chǎn)生的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)ATP的合成。這一假說(shuō)完全是依據(jù)底物水平磷酸化機(jī)理提出的，例如在糖酵解中，由3-磷酸甘油醛脫氫酶催化的反應(yīng)就產(chǎn)生了一種活潑且具有高能磷酸基轉(zhuǎn)移勢(shì)能的酰基磷酸化合物1，3-二磷酸甘油，隨后其分子中的高能磷酸基團(tuán)在磷酸甘油酸激酶的作用下被轉(zhuǎn)移到ADP生成ATP。雖然在糖酵解過(guò)程中存在這種例證，但是人們至今未能在線粒體中分離到與之相類似的高能共價(jià)中間物?；瘜W(xué)偶聯(lián)假說(shuō)Chemicalcouplinghypothesis第87頁(yè)/共155頁(yè)

這個(gè)假說(shuō)是1964年由P.D.Boyer提出。該假說(shuō)認(rèn)為作為電子傳遞體的蛋白質(zhì)有兩種不同的構(gòu)象：低能構(gòu)象和高能構(gòu)象。電子傳遞的結(jié)果使低能構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軜?gòu)象，后者再將能量傳遞給F0-F1-ATP合成酶，使之也發(fā)生構(gòu)象變化，從而推動(dòng)ADP磷酸化形成ATP。這種假說(shuō)有一定的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，在電子沿呼吸鏈流動(dòng)時(shí)，觀察到線粒體內(nèi)膜發(fā)生迅速的物理變化，但由于測(cè)定構(gòu)象比較困難，支持這個(gè)假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)太少。構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)Conformationalcouplinghypothesis第88頁(yè)/共155頁(yè)

英國(guó)生物化學(xué)家PeterDMitchell在1961年提出化學(xué)滲透假說(shuō)，他認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能及ATP合成是與一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。也就是說(shuō)，電子傳遞釋放的自由能驅(qū)動(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的H+電化學(xué)梯度。這個(gè)梯度的電化學(xué)勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATP合成。由于該假說(shuō)提出后逐漸擁有越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，因而成為目前解釋氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)理最為公認(rèn)的一種假說(shuō)，并且PeterMitchell因提出該假說(shuō)而獲得了1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesis第89頁(yè)/共155頁(yè)TheNobelPrizeforChemistryin1978PeterMitchell(1920-1992)MechanismofcoupledoxidativephosphorylationChemiosmotichypothesisIn1961,PeterMitchellproposedanovelidea-aprotongradientacrosstheinnermembranecouldbeusedtodriveATPsynthesis.第90頁(yè)/共155頁(yè)第91頁(yè)/共155頁(yè)

由上述化學(xué)滲透假說(shuō)可知，該模型必需具備兩個(gè)條件：一是線粒體內(nèi)膜必須是質(zhì)子不能透過(guò)的封閉系統(tǒng)，否則質(zhì)子梯度將不復(fù)存在；二是要求呼吸鏈和ATP合酶在線粒體內(nèi)膜中定向地組織在一起，并定向地傳遞質(zhì)子、電子和進(jìn)行氧化磷酸化反應(yīng)。

第92頁(yè)/共155頁(yè)化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)①

氧化磷酸化作用需要封閉的線粒體內(nèi)膜存在。②線粒體內(nèi)膜對(duì)H+、OH－、K+、Cl－等離子都是不通透的。③破壞H+濃度梯度的形成都必將破壞氧化磷酸化作用的進(jìn)行。④線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞能夠?qū)+從基質(zhì)運(yùn)輸?shù)侥らg隙。⑤人造的脂質(zhì)小泡上重組細(xì)菌紫膜質(zhì)和F1FoATP合酶后，在照光時(shí)有ATP的合成。第93頁(yè)/共155頁(yè)質(zhì)子泵出是需能過(guò)程

一個(gè)質(zhì)子逆電化學(xué)梯度跨過(guò)線粒體內(nèi)膜的自由能變化可以用下式表示ΔG=2.3RT[pH(膜內(nèi))－pH(膜外)]＋ZFΔΨ

式中，ΔΨ是膜電勢(shì)，即膜內(nèi)外的電勢(shì)差。

ΔΨ=Ψ(膜外)－Ψ(膜內(nèi))第94頁(yè)/共155頁(yè)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的兩種假設(shè)機(jī)制（1）氧化－還原回路機(jī)制

該機(jī)制由Mitchell提出。他認(rèn)為電子傳遞鏈中有一些電子傳遞體既可以傳遞電子，也可以結(jié)合H+，當(dāng)它們被還原時(shí)，在膜內(nèi)側(cè)結(jié)合H+，而被氧化時(shí)，在膜外側(cè)釋放H+，這樣就把H+從膜內(nèi)運(yùn)到了膜外。

第95頁(yè)/共155頁(yè)（2）質(zhì)子泵機(jī)制

這個(gè)機(jī)制的內(nèi)容是，電子傳遞導(dǎo)致復(fù)合體構(gòu)象的變化，氨基酸殘基在膜內(nèi)側(cè)結(jié)合H+，構(gòu)象變化后在膜外側(cè)釋放H+，從而把H+從膜內(nèi)側(cè)運(yùn)到膜外。第96頁(yè)/共155頁(yè)合成ATP與跨膜質(zhì)子的數(shù)量關(guān)系

在生理?xiàng)l件下合成1個(gè)ATP所需的自由能大約為40～50kj/mol。至少需要兩個(gè)質(zhì)子跨膜回流釋放的能量才夠合成1個(gè)ATP。因?yàn)檗D(zhuǎn)移出膜外的質(zhì)子有一部分漏回膜內(nèi)，測(cè)定的結(jié)果表明，每合成1個(gè)ATP需要泵出2～3個(gè)質(zhì)子。

第97頁(yè)/共155頁(yè)ElectronTransportThusCapturesEnergyasProton-MotiveForceDy=0.15-0.2V0.75pHunitshigherthanP-side10protonsarepumpedout,whichconservesabout200kJ/mol(ofNADH)aselectrochemicalpotentialWhenprotonsareallowedtoflowbackin,workcanbeperformed:thesynthesisofATP第98頁(yè)/共155頁(yè)

ProtonPumpingComplexesI,III,andIV“pump”protonsfromthemitochondrialmatrixspacetotheintermembranespace.ComplexIpumps4,complexIIIpumps4,andcomplexIVpumps2protonsperpairofelectronstransported.ProtonMotiveForceAgradientofprotonsiscreatedacrosstheinnermitochondrialmembranebytheelectrontransportchain.ItistheenergystoredinthisgradientthatislinkedtothesynthesisofATPfromADPandPi.

第99頁(yè)/共155頁(yè)F1和Fo的亞基組成

F1由5種肽鏈組成，α3β3γδε。Fo由3種疏水亞基組成，a1b2c9-12。Fo形成跨膜的管道，質(zhì)子通過(guò)此管道流回到膜內(nèi)側(cè)時(shí)驅(qū)動(dòng)ATP合成。F1的α、β、γ、δ和ε亞基分別由510、482、272、146和50個(gè)氨基酸殘基組成，F(xiàn)1的總分子量為371kD。α、β亞基是同源的，每一個(gè)亞基結(jié)合有1個(gè)ATP，催化位點(diǎn)在β亞基上，α亞基上ATP結(jié)合位點(diǎn)的功能還不清楚，因?yàn)槿笔н@個(gè)位點(diǎn)并不影響F1的活性。第100頁(yè)/共155頁(yè)F1/F0ATPSynthaseF1

catalyticsubunit,madeof5polypeptides

a3b3gde.Focomplexofintegralmembraneproteinsthatmediatesprotontransport,madeof

a1b2c9-12F0isoriginally"F-o"foritsinhibitionbyoligomycinProtondiffusionthroughtheproteindrivesATPsynthesis第101頁(yè)/共155頁(yè)ATPsynthasecomprisesaprotonchannel(Fo)andanATPase(F1)F1:a3b3gde.Fo:ab2c10-12第102頁(yè)/共155頁(yè)

該假說(shuō)是1964年由美國(guó)生物化學(xué)家PaulBoyer最先提出，他認(rèn)為電子傳遞過(guò)程中，線粒體內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，轉(zhuǎn)變成一種高能形態(tài)。這種高能形態(tài)通過(guò)將能量轉(zhuǎn)移到ADP合成ATP后，又得以恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。隨著人們對(duì)ATP合酶結(jié)構(gòu)的研究和認(rèn)識(shí)不斷深入，在構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)的基礎(chǔ)上形成了ATP合酶結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)。

ATP酶-構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)第103頁(yè)/共155頁(yè)Boyer和Walker的工作

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)。

Boyer和Walker共同獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

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)，ATP合酶結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)認(rèn)為，ATP合酶與底物核苷酸的作用是按照結(jié)合變化機(jī)理進(jìn)行的。構(gòu)成ATP合酶頭部的α3β3亞基構(gòu)成3個(gè)催化部位，中部的γε亞基在質(zhì)子推動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下相對(duì)于α3β3作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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。第104頁(yè)/共155頁(yè)

當(dāng)質(zhì)子推動(dòng)力驅(qū)使H+經(jīng)F0質(zhì)子通道進(jìn)入時(shí)，F(xiàn)0組分質(zhì)子化而發(fā)生構(gòu)象改變，積累足夠的扭矩力，推動(dòng)γε相對(duì)α3β3旋轉(zhuǎn)120°，使處于T態(tài)的催化部位釋放ATP變成O態(tài)，同時(shí)L態(tài)催化部位上生成ATP變?yōu)門態(tài)，O態(tài)結(jié)合ADP+Pi變?yōu)長(zhǎng)態(tài)側(cè)面觀頂面觀第105頁(yè)/共155頁(yè)ATP酶作用機(jī)理

ADP+PiProtenFluxH+ATP+H2O

ATPADP+PiProtenFlux有于ADP與Pi結(jié)合的構(gòu)象有于ADP與Pi生成的構(gòu)象有利于ATP釋放的構(gòu)象第106頁(yè)/共155頁(yè)第107頁(yè)/共155頁(yè)分子馬達(dá)

Fo的c亞基排列成環(huán)，c亞基的構(gòu)象是一對(duì)反平行的跨膜螺旋，在胞質(zhì)溶膠側(cè)由一個(gè)短的發(fā)卡環(huán)連接。c亞基環(huán)形成一個(gè)轉(zhuǎn)子（rotor），相對(duì)于a亞基旋轉(zhuǎn)，a亞基作為定子（stater），a亞基由5個(gè)跨膜的α螺旋組成，在膜的每一側(cè)有質(zhì)子流動(dòng)的通道（protonaccesschannels）。γ亞基將F1和Fo連接起來(lái)，在ATP合成時(shí)γ亞基也相對(duì)于(αβ)3復(fù)合體旋轉(zhuǎn)。如果γ亞基固著在c亞基轉(zhuǎn)子上，它們就可以一起轉(zhuǎn)動(dòng)。b亞基有1個(gè)跨膜片段和1個(gè)長(zhǎng)的親水頭部，完整的定子由b亞基固著在a亞基的一端，并通過(guò)δ亞基與(αβ)3結(jié)合在一起。

第108頁(yè)/共155頁(yè)第109頁(yè)/共155頁(yè)

解偶聯(lián)劑（uncoupler）是指那些不阻斷呼吸鏈的電子傳遞，但能抑制ADP通過(guò)磷酸化作用轉(zhuǎn)化為ATP的化合物。它們也被稱為氧化磷酸化解偶聯(lián)劑。最早發(fā)現(xiàn)的一個(gè)解偶聯(lián)劑是2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol,DNP），它是一種弱酸性親脂化合物，在pH7條件下，DNP以解離形式存在，不能通過(guò)線粒體內(nèi)膜。但是在酸性環(huán)境中，DNP轉(zhuǎn)變?yōu)橹苄缘姆墙怆x形式，可攜帶質(zhì)子透過(guò)線粒體內(nèi)膜，這樣就破壞了電子傳遞形成的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度。氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制第110頁(yè)/共155頁(yè)

在解偶聯(lián)劑存在時(shí)，電子沿呼吸鏈的傳遞能正常進(jìn)行，但不能偶聯(lián)產(chǎn)生ATP，這樣就使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能以熱能的形式被消耗。由于DNP解偶聯(lián)劑只專一性地抑制與呼吸鏈相偶聯(lián)的ATP的形成過(guò)程，因此，它不會(huì)影響底物水平的磷酸化。1．解偶聯(lián)劑（uncouplers）

NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外第111頁(yè)/共155頁(yè)

這類化合物直接作用于ATP合酶復(fù)合體，從而抑制ATP的合成。

它們使膜外質(zhì)子不能通過(guò)ATP合酶復(fù)合體返回膜內(nèi)，使膜內(nèi)質(zhì)子繼續(xù)泵出到膜外顯然越來(lái)越困難，最后不得不停止，所以這類抑制劑間接抑制了電子傳遞和分子氧的消耗。

寡霉素屬于此類抑制劑，它與F0的一個(gè)亞基結(jié)合而抑制F1。2．氧化磷酸化抑制劑（inhibitors）第112頁(yè)/共155頁(yè)F1FoATP合酶的抑制劑

在ATP合酶的柄部有一種寡霉素敏感性付于蛋白(oligomycin-sensitivity-conferringprotein，OSCP)，這種蛋白使復(fù)合體對(duì)寡霉素敏感，使得寡霉素抑制ATP的合成。Fo的名稱即來(lái)自于此。

二環(huán)己基碳二亞胺（dicyclohexylcarbodi-imide，DCCD）能夠修飾Fo蛋白中某亞基的Glu殘基，導(dǎo)致抑制質(zhì)子通過(guò)Fo，這種能被DCCD修飾的蛋白又稱為DCCD－結(jié)合蛋白。第113頁(yè)/共155頁(yè)3.離子載體抑制劑

離子載體抑制劑（ionophore）是指那些能與某種離子結(jié)合，并作為這些離子的載體攜帶離子穿過(guò)線粒體內(nèi)膜的脂雙層進(jìn)入線粒體的化合物。這類抑制劑均是脂溶性物質(zhì)，它們與解偶聯(lián)劑的區(qū)別在于它們能結(jié)合除H+以外的其它一價(jià)陽(yáng)離子，例如纈氨霉素（Valinomycin）可結(jié)合K+，短桿菌肽可結(jié)合K+、Na+和其它一價(jià)陽(yáng)離子穿過(guò)線粒體內(nèi)膜。因此離子載體抑制劑增大了線粒體內(nèi)膜對(duì)一價(jià)陽(yáng)離子的通透性，從而破壞了膜兩側(cè)的電位梯度，最終導(dǎo)致氧化磷酸化過(guò)程被抑制。第114頁(yè)/共155頁(yè)第115頁(yè)/共155頁(yè)線粒體外NADH的氧化磷酸化作用

酵解（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）

線粒體外的NADH通過(guò)間接的途徑——

穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體。動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)已知有兩個(gè)穿梭系統(tǒng)：

磷酸甘油穿梭系統(tǒng)，主要存在于肌細(xì)胞；

蘋果酸穿梭系統(tǒng)，主要存在于肝細(xì)胞。

第116頁(yè)/共155頁(yè)OxidationofNADHinCytosolGlycerophosphateshuttle(muscle)Malate-aspartateshuttle(liver)第117頁(yè)/共155頁(yè)磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

通過(guò)3-磷酸甘油與DHAP之間的轉(zhuǎn)換，胞液中的NADH間接地轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)膜上的FADH2，經(jīng)由內(nèi)膜上的3-磷酸甘油脫氫酶(也是以FAD為輔基的黃素蛋白)進(jìn)入FADH2呼吸鏈。這種方式不通過(guò)復(fù)合物Ⅰ,因此只生成1.5分子ATP。第118頁(yè)/共155頁(yè)-磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+線粒體內(nèi)膜（細(xì)胞液）第119頁(yè)/共155頁(yè)P(yáng)oints:

Differentco-enzymeofglycerol-3-phosphatedehydrogenaseCytosol-----NAD+Mitochondria---FADFADH2:succinaterespiratorychaintocreate1.5ATPLocation:skeletalmuscle、nervecellGlycerophosphateshuttle第120頁(yè)/共155頁(yè)蘋果酸穿梭系統(tǒng)

谷草轉(zhuǎn)氨酶，蘋果酸脫氫酶，以及一系列的透性酶。通過(guò)蘋果酸與草酰乙酸之間的轉(zhuǎn)換，間接地將細(xì)胞質(zhì)中的NADH轉(zhuǎn)變?yōu)榫€粒體內(nèi)的NADH，從而進(jìn)入NADH呼吸鏈。這種方式要通過(guò)復(fù)合物Ⅰ。第121頁(yè)/共155頁(yè)蘋果酸-草酰乙酸穿梭作用細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸-酮戊二酸蘋果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸蘋果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)蘋果酸脫氫酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體）呼吸鏈第122頁(yè)/共155頁(yè)第123頁(yè)/共155頁(yè)P(yáng)ointsCo-enzymeofMalatedehydrogenase:NAD+OxaloacetateinmitochondriaformaspartatetoexitfrommitochondrialmembraneNADHrespiratorychain:2.5ATPLocation:liver,myocardium

Malate-aspartateshuttle第124頁(yè)/共155頁(yè)Factorsaffectingoxidation

phosphorylationInhibitorsRegulationbyADPThyroidhormoneMitchondrialDNAmutation第125頁(yè)/共155頁(yè)Inhibitors

Inhibitorsofrespiratorychaine.g.rotenone、piericidinAandamobarbital,antimycinA,dimercaptopropanol(BAL)Uncouplere.g.dinitrophenol，DNPInhibitorsofoxidativephosphorylationinhibitingbothelectrontransportandADPphosphorylation.e.g.oligomycin第126頁(yè)/共155頁(yè)

電子傳遞受可用底物量和ADP量的調(diào)控。既無(wú)可氧化的底物又無(wú)ADP時(shí)為狀態(tài)Ⅰ，加入ADP后為狀態(tài)Ⅱ（無(wú)可用的底物），加入底物后為狀態(tài)Ⅲ，ADP用完后為狀態(tài)Ⅳ，再加入ADP后為狀態(tài)Ⅲ，氧耗盡后為狀態(tài)Ⅴ。RegulationbyADP第127頁(yè)/共155頁(yè)ThyroidHormoneNa+-K+ATPenzyme

ATPdegradation

ADP/ATPOxidativephosphorylation第128頁(yè)/共155頁(yè)MitchondrialDNAMutationCausedbyrelativelynakedmitochondrialDNAAffectingoxidativephosphorylationleadtoATPdecreaseSymptomsaredependentonthedifferentorgansneedforATP,e.gDM、hypertension、

Highcholesterol、Mg++downregulationMaternallyinheriteddiseases，Age-related第129頁(yè)/共155頁(yè)第130頁(yè)/共155頁(yè)Bioenergyischemicalenergy,studiedintermsoffreeenergyandfreeenergychange(G).ATPactsasthefreeenergycarrierincells.Bioenergyismainlyproducedviastepwiseelectronflow(redoxreactions)throughaseriesofelectroncarriershavingincreasinglevelsofreductionpotential(E).Electronsreleasedfromtheoxidationofnutrientfuelsareinitiallychanneledtoafewuniversalelectroncarriers(includingNADHandFADH2).Summary第131頁(yè)/共155頁(yè)ElectronscollectedinNADHandFADH2arereleased(atdifferententeringpoints)andtransportedtoO2viatherespiratorychain,whichconsistsoffourmultiproteincomplexes(I,II,III,andIV)andtwomobileelectroncarriers(ubiquinoneandcytochromec).Theorderofthemanyelectroncarriersontherespiratorychainhavebeenelucidatedviavariousstudies,includingmeasurementsofthestandardreductionpotentialandeffectsofvariousrespiratorychaininhibitors.第132頁(yè)/共155頁(yè)ElectrontransfertoO2wasfoundtobecoupledtoATPsynthesisfromADP+Piinisolatedmitochondria.ThechemiosmotictheoryexplainsthecouplingofelectronflowandATPsynthesis.ATPsynthasecomprisesaprotoncha