第6章物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換1線粒體

第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化線粒體被稱為細(xì)胞內(nèi)的能量工廠。人體內(nèi)的細(xì)胞每天要合成幾千克的ATP，95%是由線粒體中的呼吸鏈所產(chǎn)生。線粒體通過(guò)氧化磷酸化，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體發(fā)現(xiàn)及功能研究簡(jiǎn)史1890年Altaman發(fā)現(xiàn)線粒體,命名為bioblast。1898年Benda將這種顆命名為mitochondrion。1900年L.Michaelis發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用。1948年Green證實(shí)線粒體含所有三羧酸循環(huán)的酶。1949年Kennedy發(fā)現(xiàn)脂肪酸氧化是在線粒體內(nèi)完成。1976年Hatefi等純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體。1961-1980年Mitchell提出氧化磷酸化化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說(shuō)。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分一、線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）形態(tài)、大小、數(shù)量和分布1.形態(tài)：粒狀或桿狀，因種類和生理狀態(tài)，可呈環(huán)形，啞鈴形、線狀、分杈狀。2.大?。褐睆?.5~1μm，長(zhǎng)1.5~3.0μm，胰臟分泌細(xì)胞中可長(zhǎng)達(dá)10~20μm，稱巨線粒體。人成纖維細(xì)胞則更長(zhǎng)，可達(dá)40μm。線粒體形狀與大小也隨著代謝條件不同而改變。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3.數(shù)量：不同類型細(xì)胞中M相差大，有的僅1個(gè)，有的數(shù)百或數(shù)千，同類型細(xì)胞中數(shù)目穩(wěn)定。在代謝活躍的細(xì)胞中數(shù)量多；植物常較動(dòng)物少；紅細(xì)胞中無(wú)線粒體。4.分布：常均勻分布在胞質(zhì)，但也有不均勻分布，常集中在代謝活躍的區(qū)域。M常結(jié)合在微管上，可向功能旺盛區(qū)域遷移。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體大小和數(shù)量反映了細(xì)胞能量需求

線粒體位于心肌細(xì)胞和精子尾部需能多的部位本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分活細(xì)胞中線粒體形態(tài)高度可變

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（二）線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體由內(nèi)外兩層單位膜封閉形成，包括外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)4個(gè)部分。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體結(jié)構(gòu)模型

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1、外膜(outmembrane)全封閉的單位膜，厚6nm，脂和蛋白含量近相等;具孔蛋白(porin)構(gòu)成的親水通道，分子量<5KD分子可通過(guò)。外膜通透性較高，膜間隙環(huán)境和cytosol中相似。具一些特殊酶類，如色氨酸降解的酶、脂肪鏈延伸的酶。標(biāo)志酶為單胺氧化酶。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2、內(nèi)膜（innermembrane）厚約6-8nm，通透性低，僅讓不帶電荷小分子通過(guò)，大分子和離子通過(guò)內(nèi)膜需特殊轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。蛋白質(zhì)/脂類>3:1。心磷脂含量20%、無(wú)膽固醇。氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內(nèi)膜。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分內(nèi)膜向基質(zhì)褶入形成嵴(cristae)，嵴有2種類型：①板層狀；②管狀。多呈板層狀。嵴上有基粒，基粒由頭部(F1)和基部(F0)構(gòu)成，F(xiàn)0嵌入內(nèi)膜。內(nèi)膜具豐富的酶，主要是參與電子傳遞與ATP合成的酶類，及參與運(yùn)輸與合成的酶類，標(biāo)志酶為細(xì)胞色素C氧化酶。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分板層狀結(jié)構(gòu)本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分管狀嵴線粒體

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3、膜間隙(intermembranespace)寬6-8nm，含大量可溶性酶、底物和輔助因子膜間隙的pH值與胞質(zhì)相似。標(biāo)志酶為腺苷酸激酶，催化ATP分子的末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到AMP本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分4、基質(zhì)（matrix）除糖酵解外，其它生物氧化的酶均在基質(zhì)中：TCA循環(huán)、脂肪酸和丙酮酸氧化的酶。標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶。含一套完整的轉(zhuǎn)錄和翻譯體系：mtDNA，70S核糖體，tRNA、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分二、線粒體的功能是糖類、脂肪和氨基酸最終的氧化場(chǎng)所。物質(zhì)先在胞質(zhì)中經(jīng)一系列降解形成丙酮酸和脂肪酸，進(jìn)入線粒體，再經(jīng)一系列分解形成乙酰輔酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。主要功能是進(jìn)行氧化磷酸化，合成ATP本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(一)真核細(xì)胞中的氧化作用(oxidation)葡萄糖和脂肪酸是真核細(xì)胞能量的主要來(lái)源。1.糖的氧化:分為3個(gè)階段：1)在胞質(zhì)中，糖氧化生成丙酮酸；2)丙酮酸進(jìn)入線粒體，脫羧生成乙酰CoA3)乙酰CoA進(jìn)入TCA循環(huán)，徹底氧化本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2.脂肪的氧化：在胞質(zhì)中水解成脂肪酸，脂肪酸進(jìn)入線粒體基質(zhì)，通過(guò)β氧化途徑生成乙酰CoA，及1分子NADH和FADH2。乙酰輔酶A是線粒體能量代謝的核心分子。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3.TCA循環(huán)：乙酰CoA和草酰乙酸結(jié)合成一個(gè)含3個(gè)羧酸的檸檬酸，檸檬酸經(jīng)氧化脫羧，經(jīng)酮戊二酸、琥珀酸，降解成草酰乙酸，每循環(huán)一次生成2分子CO2、一分子GTP、4分子NADH和一分子FADH2。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分4.輔酶在能量傳遞中的作用:TCA循環(huán)的凈產(chǎn)物是FADH2和NADH，含循環(huán)中底物氧化釋放的電子，共5對(duì)，可用于ATP合成。胞質(zhì)糖酵解也產(chǎn)生NADH，可通過(guò)蘋果酸-天門冬氨酸穿梭和甘油-磷酸穿梭，將電子傳遞給線粒體的FAD，形成FADH2，參與ATP合成。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(二)呼吸鏈與電子傳遞呼吸鏈(respiratorychain)，是內(nèi)膜上的一組酶復(fù)合體。功能是進(jìn)行電子、H+的傳遞及氧的利用，產(chǎn)生H2O和ATP。TCA循環(huán)后，大部分能量?jī)?chǔ)在NADH和FADH2中，需將還原型輔酶氧化才能將能量釋放出，該過(guò)程涉及電子從NADH或FADH2傳遞到氧。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分在內(nèi)膜中一系列的電子載體進(jìn)行的電子傳遞過(guò)程中，NADH或FADH2所含能量逐步釋放，最后儲(chǔ)存在ATP的高能磷酸鍵中。電子經(jīng)呼吸鏈流動(dòng)稱電子傳遞，ADP轉(zhuǎn)變成ATP稱磷酸化，兩者的偶聯(lián)即氧化磷酸化。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（三）氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)的分子基礎(chǔ)

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1、電子載體與電子結(jié)合并將其傳遞下去的物質(zhì):電子載體。呼吸鏈電子載體：黃素蛋白、細(xì)胞色素、銅原子、鐵硫蛋白、輔酶Q。(1)

NAD：煙酰胺嘌呤二核苷酸，脫氫酶的輔酶，連接TCA循環(huán)和呼吸鏈，將氫交給黃素蛋白。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分NAD的結(jié)構(gòu)和功能:NAD＋：R＝H，NADP＋：R＝H2PO3-

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(2)黃素蛋白(flavoprotein)：由一條多肽鏈結(jié)合一個(gè)輔基組成的酶類,輔基為FMN或FAD，每個(gè)FMN或FAD可接受2個(gè)電子和2個(gè)質(zhì)子。呼吸鏈上有以FMN為輔基的NADH脫氫酶，以FAD為輔基的琥珀酸脫氫酶。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分

FMN(flavinmononucleotide)的分子結(jié)構(gòu)本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分FAD(flavinadeninedinucleotide)的分子結(jié)構(gòu)

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(3)細(xì)胞色素(cytochrome)：含血紅素鐵，以Fe3+和Fe2+互變傳遞電子，呼吸鏈中有5類細(xì)胞色素:a、a3、b、c、c1；a、a3含銅原子。血紅素基團(tuán)的鐵可傳遞單個(gè)電子aa3分子中,還含2個(gè)銅原子,靠其化合價(jià)的變化,把電子從a3傳遞到氧本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分血紅素的結(jié)構(gòu)

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(4)

鐵硫蛋白(Fe/Sprotein)：屬細(xì)胞色素類，分子中央結(jié)合的是鐵和硫，非血紅素，稱鐵硫中心。一般含4個(gè)原子，2個(gè)鐵和2個(gè)S，稱2Fe-2S，也有4Fe-4S。也是通過(guò)Fe2+、Fe3+互變進(jìn)行電子傳遞，且一次只能傳遞1個(gè)電子

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分(5)輔酶Q(coenzymeQ)：脂溶性小分子醌類化合物，通過(guò)氧化和還原傳遞電子。有3種氧化還原形式：氧化型醌Q，還原型氫醌(QH2)和介于兩者間的半醌(QH)。每個(gè)醌能接受和傳遞2個(gè)電子和質(zhì)子本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分

輔酶Q

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2、氧化還原電位與載體排列順序同種物質(zhì)得失電子的兩種狀態(tài)稱氧還對(duì)。如NAD+和NADH，兩者間有電位差，即氧還電位可在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)氧還電位。標(biāo)準(zhǔn)氧還電位越小，提供電子的能力越強(qiáng)通過(guò)測(cè)定電子載體的氧化還原電位，可推斷其在呼吸鏈中的排列順序本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3、電子傳遞復(fù)合物用脫氧膽酸(離子型去污劑)處理內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的4種復(fù)合物，即復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，輔酶Q和細(xì)胞色素C不屬于任何一種復(fù)合物。輔酶Q溶于內(nèi)膜，細(xì)胞色素C位于內(nèi)膜的膜間隙側(cè)(C側(cè))，屬膜外周蛋白。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（1）復(fù)合物ⅠNADH脫氫酶，哺乳動(dòng)物中由42條肽鏈組成。含1個(gè)FMN和6個(gè)Fe/S，以二聚體存在。作用：催化NADH的2個(gè)電子傳至輔酶Q，并將4個(gè)H+由基質(zhì)(M側(cè))→膜間隙(C側(cè))。電子傳遞方向：NADH→FMN→Fe-S→Q結(jié)果：NADH+5H+(M)+Q→NAD++QH2+4H+(C)本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸脫氫酶，4條肽鏈，含1個(gè)FAD，2個(gè)Fe/S傳遞低能電子，催化電子從琥珀酸→CoQ，傳遞過(guò)程：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。反應(yīng)結(jié)果為：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（3）復(fù)合物ⅢCoQ-cytc還原酶，由11條不同肽鏈組成，以二聚體存在，單體含2個(gè)cytb(b562，b566)、一個(gè)cytc1和一個(gè)Fe/S。作用：催化電子從輔酶Q→cytc，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)H+轉(zhuǎn)移至膜間隙。結(jié)果：2氧化態(tài)cytc1+QH2+2H+(M)→2還原態(tài)cytc1+Q+4H+(C)本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞和“Q循環(huán)”有關(guān)輔酶Q能在膜中自由擴(kuò)散，在內(nèi)膜C側(cè)，QH2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(QH)，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。cytb566得到的電子為循環(huán)電子，傳遞路線為：半醌→b566→b562→輔酶Q。在內(nèi)膜M側(cè)，輔酶Q可被復(fù)合體Ⅰ（復(fù)合體Ⅱ）或cytb562還原為氫醌。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。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分Q循環(huán)示意圖

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（4）復(fù)合物Ⅳcytc氧化酶，以二聚體存在，單體含1個(gè)cyta、a3和2個(gè)Cu原子。作用：將電子從cytc→氧。傳遞路線：cytc→CuA→hemea→a3-CuB→O2每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，從基質(zhì)中攝取4個(gè)H+，其中2個(gè)用于水形成，另2個(gè)被轉(zhuǎn)至膜間隙。結(jié)果：

4還原態(tài)cytc+8H+(M)+O2→4氧化態(tài)cytc+4H+(C)+2H2O本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分4、兩條主要的呼吸鏈呼吸鏈傳遞的主要是NADH，而FADH2較少，可將呼吸鏈分為主、次兩條：主鏈由復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ組成，催化NADH氧化次鏈由復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組成，催化琥珀酸氧化本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分兩條主要的呼吸鏈本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分A.Molecularbasisofoxidation:Electron-transportchain本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（二）ATP合酶(ATPsynthetase)的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理F0F1-ATP酶，是生物能量轉(zhuǎn)化的核心酶。參與氧化磷酸化和光合磷酸化，催化合成ATP。也存在線粒體內(nèi)膜、葉綠體類囊體膜、異氧菌和光合菌質(zhì)膜上。膜結(jié)合狀態(tài)下具有ATP合成活性，分離狀態(tài)下具水解ATP的活性。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1.ATP合酶的結(jié)構(gòu)(1)F1:由5種多肽組成的九聚體(3α3βγδε)，α和β單位交替排列，如桔瓣。γ貫穿αβ復(fù)合體，并與F0接觸，ε幫助γ與F0結(jié)合。δ與F0的兩個(gè)b亞基形成固定αβ復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。具3個(gè)ATP合成催化位點(diǎn),每個(gè)β亞基一個(gè)。(2)F0:由3個(gè)亞基組成的15聚體(1a:2b:12c)。c亞基在膜中形成物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的環(huán)，b亞基與δ固定F1；a亞基是質(zhì)子通道。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分ATP合酶的結(jié)構(gòu)F1:5subunitsintheratio3:3:1:1:1F0:1a：2b：12c

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分F1和F0通過(guò)轉(zhuǎn)子和定子聯(lián)系起來(lái)，在合成或水解ATP時(shí)，轉(zhuǎn)子在通過(guò)F0的H+推動(dòng)下,依次與3個(gè)β亞基作用，調(diào)節(jié)β亞基催化位點(diǎn)構(gòu)象變化；定子在一側(cè)將α3β3與F0連接起來(lái)。F0的作用之一,利用跨膜質(zhì)子勢(shì)轉(zhuǎn)換成扭力矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn).本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2.氧化磷酸化與電子傳遞的偶聯(lián)呼吸鏈中有3個(gè)部位自由能變化較大，是呼吸鏈氧化還原放能與ATP合成偶聯(lián)部位，可被特異性抑制劑阻斷。復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ每傳遞一對(duì)電子，釋放的自由能都足夠合成1分子ATP，這三個(gè)復(fù)合物是呼吸鏈中電子傳遞與氧化磷酸化偶聯(lián)的3個(gè)位點(diǎn)，各處生成1分子ATP。NADH呼吸鏈有3個(gè)偶聯(lián)位點(diǎn)，可生成3個(gè)ATP.FADH2呼吸鏈只合成2分子ATP，因?yàn)閺?fù)合物Ⅱ不是ATP合成的偶聯(lián)位點(diǎn)。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分SummaryofthemajoractivitiesduringaerobicrespirationinamitochondrionNADHO2:3ATP/2e;FADH2O2:2ATP/2e本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分3.生物氧化產(chǎn)生ATP的統(tǒng)計(jì)一個(gè)葡萄糖分子經(jīng)細(xì)胞呼吸全過(guò)程產(chǎn)生的ATP

糖酵解：底物水平磷酸化產(chǎn)生4ATP（胞質(zhì)）

己糖分子活化消耗2ATP（胞質(zhì)）

產(chǎn)生2NADH，經(jīng)電子傳遞產(chǎn)生4或6ATP凈積累6或8ATP

丙酮酸氧化脫羧：產(chǎn)生2NADH(M)，生成6ATP

三羧酸循環(huán)：底物水平的磷酸化產(chǎn)生(M)2ATP；

產(chǎn)生6NADH（M），生成18ATP；

產(chǎn)生2FADH2（M），生成4ATP

總計(jì)生成36或38ATP

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化與磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制一直是研究氧化磷酸化作用的關(guān)鍵主要的假說(shuō)有：1、化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)(chemiosmoticcouplinghypothesis)2、構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)(conformationalcouplinghypothesis)本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分1、化學(xué)滲透假說(shuō)：質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)MitchellP.1961提出“化學(xué)滲透假說(shuō)(ChemiosmoticHypothesis)”，70年代化學(xué)滲透假說(shuō)得到大量實(shí)驗(yàn)的支持，成為一種較為流行的假說(shuō)，Mitchell也因此獲得1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)：電子沿呼吸鏈傳遞時(shí)，釋放的能量將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵至膜間隙，線粒體內(nèi)膜對(duì)離子高度不通透，使膜間隙的H+濃度高于基質(zhì)，在內(nèi)膜兩側(cè)形成pH梯度(△pH)及電位梯度(Ψ)，共同構(gòu)成電化學(xué)梯度，即質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)(△P)。

△P=Ψ-(2.3RT/F)△pH

T為絕對(duì)溫度，R為氣體常數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)質(zhì)子沿電化學(xué)梯度穿過(guò)內(nèi)膜上的ATP合酶流回基質(zhì)，使ATP合酶構(gòu)象改變，將ADP和Pi合成ATP本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分

化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分Mithchell’sChemiosmotictheory(1961)Morethan21026molecules(>160kg)ofATPperdayinourbodies.本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分Otherrolesfortheproton-motiveforceinadditiontoATPsynthase本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2、構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō)1979年Boyer提出構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō)，要點(diǎn)有：1．ATP酶利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)，產(chǎn)生構(gòu)象的改變，改變與底物的親和力，催化ADP與Pi形成ATP。2．F1有三個(gè)催化位點(diǎn)，三個(gè)催化位點(diǎn)的構(gòu)象不同、與核苷酸的親和力不同。在L構(gòu)象(loose)，ADP、Pi與酶疏松結(jié)合；在T(tight)構(gòu)象與酶緊密結(jié)合；在O構(gòu)象(open)ATP與酶的親和力低，被釋放。3．質(zhì)子通過(guò)F0時(shí)，引起c亞基構(gòu)成的環(huán)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)γ亞基旋轉(zhuǎn)，γ亞基端部高度不對(duì)稱，它的旋轉(zhuǎn)引起β亞基3個(gè)催化位點(diǎn)構(gòu)象的周期性變化(L、T、O)。每個(gè)亞基要經(jīng)過(guò)3次構(gòu)象改變才能催化合成1個(gè)ATP。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第62頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第63頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分TheATPsynthaseisareversiblecouplingdevice

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第64頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分支持構(gòu)象耦聯(lián)假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)有：1．日本的吉田（MassasukeYoshida）等人將α3β3γ固定在玻片上，在γ亞基的頂端連接熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白纖維，在含有ATP的溶液中溫育時(shí)，在顯微鏡下可觀察到γ亞基帶動(dòng)肌動(dòng)蛋白纖維旋轉(zhuǎn)。2．在另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白連接到ATP合酶的F0亞基上，在ATP存在時(shí)同樣可以觀察到肌動(dòng)蛋白的旋轉(zhuǎn)。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第65頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分γ亞基旋轉(zhuǎn)的觀察本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第66頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分（四）氧化磷酸化抑制劑電子傳遞抑制劑可用來(lái)研究呼吸鏈各組分的排列順序，當(dāng)呼吸鏈某一特定部位被抑制，底物一側(cè)均為還原態(tài)，另一側(cè)均為氧化態(tài)，可用分光光度計(jì)檢測(cè)，各組分氧化態(tài)和還原態(tài)具不同的吸收峰。1.電子傳遞抑制劑:包括以下類型：①抑制NADH→CoQ電子傳遞:阿米妥、魚藤酮、殺粉蝶素A。②抑制Cytb→Cytc1電子傳遞:抗霉素A③抑制細(xì)胞色素氧化酶→O2:CO，CN，NaN3，H2S本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第67頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分2．磷酸化抑制劑:與F0結(jié)合結(jié)合，阻斷H+通道，從而抑制ATP合成：寡霉素、二環(huán)己基碳化二亞胺(DCC)3．解偶聯(lián)劑(uncoupler):使氧化和磷酸化脫偶聯(lián)，氧化仍可進(jìn)行，而磷酸化不能進(jìn)行。解偶聯(lián)劑為離子載體或通道，能增大內(nèi)膜對(duì)H+通透性，消除H+梯度，無(wú)ATP生成，使氧化釋放出的能量全部以熱的形式散發(fā)動(dòng)物棕色脂肪組織和肌肉線粒體中有獨(dú)特的解偶聯(lián)蛋白，與維持體溫有關(guān)。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第68頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分常用解偶聯(lián)劑主要有：質(zhì)子載體：2，4-二硝基酚(DNP)，羰基-氰-對(duì)-三氟甲氧基苯肼(FCCP)。質(zhì)子通道:增溫素。其它離子載體：纈氨霉素。某些藥物：如過(guò)量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶聯(lián)，從而使體溫升高。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第69頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分三、線粒體的半自主性63年發(fā)現(xiàn)線粒體DNA(mtDNA)后，又在線粒體發(fā)現(xiàn)RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、tRNA、核糖體等進(jìn)行DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯的全套裝備，說(shuō)明線粒體具獨(dú)立遺傳體系。線粒體能合成蛋白質(zhì)，但合成能力有限。線粒體1000多種蛋白質(zhì)中，自身合成的僅十余種。線粒體核糖體蛋白、氨酰tRNA合成酶、許多結(jié)構(gòu)蛋白，都是核基因編碼，在胞質(zhì)中合成，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體，故稱線粒體為半自主細(xì)胞器。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第70頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分利用標(biāo)記氨基酸培養(yǎng)細(xì)胞，用氯霉素和放線菌酮分別抑制線粒體和胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成，發(fā)現(xiàn)人的mtDNA編碼的多肽為細(xì)胞色素c氧化酶的3個(gè)亞基，F(xiàn)0的2個(gè)亞基，NADH脫氫酶的7個(gè)亞基和細(xì)胞色素b等13條多肽。mtDNA還合成12S和16SrRNA及22種tRNA。本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第71頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分mtDNA分子為環(huán)狀雙鏈DNA，外環(huán)為重鏈(H)，內(nèi)環(huán)為輕鏈（L）。基因排列非常緊湊，大多數(shù)基因無(wú)內(nèi)含子序列?；蚪M變化較大，動(dòng)物細(xì)胞mtDNA較小，約16.5kb，酵母達(dá)80kb。每個(gè)細(xì)胞含幾百個(gè)線粒體，每個(gè)線粒體又含多個(gè)mtDNA，但mtDNA的總量不到核基因組的1%.本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第72頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分多數(shù)基因由H鏈轉(zhuǎn)錄，包括2個(gè)rRNA，14個(gè)tRNA和12個(gè)編碼多肽的mRNA。L鏈編碼另外8個(gè)tRNA和一條多肽鏈。mtDNA上的基因相互連接，一些多肽基因相互重疊，幾乎所有閱讀框都缺少非翻譯區(qū)域。很多基因沒(méi)有完整的終止密碼，僅以T或TA結(jié)尾，mRNA終止信號(hào)是在轉(zhuǎn)錄后加工加上去本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第73頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分GenesinmtDNAencoderRNAs,tRNAs,andsomemitochondrialproteinsHumanmtDNA:16,569bp2rRNAs,22tRNAs,13polypeptides:NADHreductase.7sub.Ctyb-c1complex.1cytbCytoxidase.3subunitsATPsynthase:2F0sub

本文檔共95頁(yè)；當(dāng)前第74頁(yè)；編輯于星期三\8點(diǎn)40分線粒體在形態(tài)、染色反應(yīng)、化學(xué)組成、物理性質(zhì)、遺傳體系等方面，都很像細(xì)菌，所以推測(cè)其起源于內(nèi)共生。在進(jìn)化過(guò)程中好氧細(xì)菌逐步喪失了獨(dú)立性，并將大量遺傳信息轉(zhuǎn)移到了宿主細(xì)胞中，形成了半自主性。線粒體遺傳體系和細(xì)菌相似的特