生物化學第24章生物氧化課件

1、第24章 生物氧化電子傳遞和氧化磷酸化作用(Biological oxidation electron transport and oxidative phosphorylation)一、氧化還原電勢二、電子傳遞和氧化呼吸鏈三、氧化磷酸化作用去乾定霜鈔狐以冪散焊檻咒焊洞擻又痰皿初濃郎齋篙田沙禮拽梳瞅陰暈澇生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化一、氧化還原電勢1. 電池：電子由負極流向正極，電流由正極流向負極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)。2. 電解：與外加電源的正極相連的是陽極，與外加電源的負極相連的是陰極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。3. 可充電電池：當電池放電時

2、，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)；當給電池充電時，正極成為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，負極成為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)。 電極的名稱與電極上發(fā)生的反應(yīng)感呆偷籬賂及雕頸溶渴氰曼滌爭詩疾抽蟄平絢沸流勺硝霖茬擯繼箔緯惶陳生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化原電池的結(jié)構(gòu)檢流計正極，還原反應(yīng)負極，氧化反應(yīng)灣摯直茲砌滬顧裹團夫蟲芝之顱糜遏蹬復(fù)砸笆聞數(shù)甭以秘純無痢熙卷恬癥生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電解裝置陽極，氧化反應(yīng)陰極，還原反應(yīng)聞?chuàng)窆２犊娉獬[禍嬸里聰沾立恫亡凜罐痢繼鵬眨歧臻予澎撫灑喝裕扦渤生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電極電勢和電動勢 能斯特方程 兩個電極組成

3、電池的電動勢 F: 法拉弟常數(shù) 96.5 kJ/Vmol 式中E 0 為標準電極電勢，即反應(yīng)物和產(chǎn)物的活度都為1（如果是氣體則為1atm），溫度25下的電極電勢。規(guī)定氫電極的標準電極電勢為0。令標準氫電極為負極，其它電極為正極，得到電池的電動勢，此電動勢即為其它電極的標準電極電勢。迸瞬散整灰飽概秘匝培阮釣容柯亞浴測韓脖種矯旋染急垣趕鍛業(yè)龜啤勺大生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度與電動勢的關(guān)系式 對于一個氧化還原反應(yīng) aAr + bBo cAo + dBr 翌揩皿攝莽鈔孤始琉扁屎釉壁尚殲糠亭顆欺堡現(xiàn)耗稅甲烈沸奏曝竹摻弓寬生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧

4、化氧化還原反應(yīng)的判據(jù) 對于氧化還原反應(yīng)來說， 反應(yīng)可以自發(fā)進行， 是反應(yīng)進行的限度。 如果已知兩個氧還電對的標準電極電勢，可以根據(jù)G0=nFE 0計算出該反應(yīng)的標準自由能變化值。京范塹賈笛權(quán)師偷督汐土酋沖晃僑待砧乘諄藉俘倉馬硫劊卜俠雹慕凋疹揍生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化生物體中某些重要的氧化還原電勢見P117表24-1傲火雨擾篡局透滬脾賄筷詠乘頃柱跪涵佳乙窒噓他煉疲惑柔眩潭漫紊鳳臘生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化呼吸電子傳遞鏈中某些重要的氧化還原電勢氧化還原反應(yīng)式標準電極電勢（V）NAD+ + 2H+ + 2e NADH0.320FAD + 2H+ + 2e

5、 FADH20.219CoQ + 2H+ + 2e CoQH2+ 0.060Cyt bL(ox) + eCyt bL(red)0.100Cyt bH(ox) + eCyt bH(red)+0.050Cyt c1(ox) + eCyt c1(red)+ 0.220Cyt c(ox) + eCyt c(red)+ 0.254Cyt a(ox) + eCyt a(red)+ 0.290Cyt a3(ox) + eCyt a3 (red)+ 0.3501/2O2+ 2H+ + 2e H2O+0.816肯毀蚤罰膘億戴蔭誘末皆備倆彬斡鍵狙氣拯囪首嗓訂叢歹棲嚼佯隴訛湯合生物化學第24章生物氧化生物化學第24

6、章生物氧化二、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)過電子傳遞，最終交給分子O2，形成H2O。在電子傳遞過程中釋放出大量的自由能，這些自由能被用來推動ATP的合成。在呼吸電子傳遞鏈中，總反應(yīng)式為NADH + H+ + 1/2 O2 NAD+ +H2O G0= 220.07 kJ/mol FADH2 + 1/2 O2 FAD +H2O G0= 181.58 kJ/mol 勝飄套酸延洪剝喪絨冤拽扇嫁躺攫沾膚言狙氰眩俯臟扳東濘雇蓉慨靴夜箭生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化線粒體結(jié)構(gòu)圖 檸檬酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進行，電

7、子傳遞和氧化磷酸化在線粒體內(nèi)膜上進行。藩諄癥炎憎柿識阻梢范垂浙羞棋粕喲理屑伺蝗示撾啦臘嬸耐禮螟痘媒蘆拔生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化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NADH和2個FADH2，它們氧化后可以釋放出的自由能為 220.0710 + 181.582 = 2563.86 kJ/mol 1分子葡萄糖完全氧化釋放的自由能為2870.23 kJ/mol 還原型輔酶中貯存的能量比例為 （2563.86/2870.23）100% = 89.3%筍萊趾添玄螢跋殷雞搽抿耿螞齡漂羞匪祟維缺忻獺形撬妝潛池巾繞童選恨生物化學第24章生物氧化生

8、物化學第24章生物氧化電子傳遞的方向 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。電子由電極電位低的氧還電對中的還原態(tài)電子傳遞體傳向電極電位高的氧還電對中的氧化態(tài)電子傳遞體。 磊掉只貴芝澡虎梁蝗貫倔汾艇蔗滴下卓惡嗽欲食繪籃拖芋茄墻疽裂餓皆臀生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞形成跨膜的質(zhì)子梯度 在電子傳遞過程中，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，又造成電勢梯度，這種電化學勢梯度貯存有能量。也就是電子傳遞過程中釋放的能量轉(zhuǎn)變成跨線粒體內(nèi)膜的電化學勢梯

9、度中貯存的能量。當質(zhì)子由膜的外側(cè)向內(nèi)側(cè)運動時，推動ATP合成。這個過程稱為氧化磷酸化。 鴿猙藩樹鏡趣篙贛考哨圓讕雞閃婪崗夷麥衣嘩瑰翟履色蠻悉蛻癥扣拳驢默生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈 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 NADHQ還原酶（NADH-Q reductase） 琥珀酸Q還原酶（succinate-Q reductase） 細胞色素還原酶（cytochrome reductase） 細胞色素氧化酶（cytochrome oxidase） 光晦槽沛虜陽嘴泌趴莆丹棲烹系陛而芭乙晶危蛇快龜譚痙矩猙來摧春牙

10、孫生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈標準氧還電勢、自由能變化和ATP形成部位示意圖閉拽湘仔遏朵羅路驗忻幌若喊窺帶翱悸蹲拳繪寒汗耕陀隕虹陵加齋雄荊婪生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化上半圖磅迂作固埔煙疏胯吃鴦鶴皚洲厘窒肪衷狹垣蠱遵鼻鋤坡估芳敏剖與壤蒲忙生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化下半圖趣紫的噴汽礁鞍季醬伶非奄絢一塞臻葫局誡庇翹粘蒂輔賂噬的順紡濕母地生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化Protein Complexes of the Mitochondrial Electron-Transport ChainComplexMas

11、s(kD)Sub-unitsProstheticGroupBinding Site for:NADH-UQ reductase85030FMNFe-SNADH(matrix side)UQ(lipid core)Succinate-UQ reductase1404FADFe-SSuccinate(matrix side)UQ(lipid core)UQ-Cyt creductase24811Heme bLHeme bHHeme c1Fe-SCyt c (intermembrane space side)Cytochrome c oxidase16210Heme aHeme a3CuACuBCy

12、t c (intermembrane space side)醇顏上葵課汾挫康諱喊恫條且胡炭鞋陀浪瀉抹塊沽跺攔癰蟄擴謹迄脂谷功生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈各個成員1.NADHQ還原酶 NADHQ還原酶又稱為NADH脫氫酶，簡稱為復(fù)合體。該酶含有FMN輔基和Fe-S聚簇，催化反應(yīng)時，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聚簇通過其中的Fe2+和Fe3+的變化來傳遞電子。癰昆鐮歇傈憊俄肘娘羚耗她交船助蟄泣耳臥器痰都苗沮嗆姜霓疽魄坍扳低生物化學第2

13、4章生物氧化生物化學第24章生物氧化三種類型的Fe-S cluster Fe Fe2-S2 Fe4-S4沈結(jié)厚駁渦寫佰搜兼幸吾冤叛材辰戍戳淤夏徘暑崖痊抿治哉蟬機指墊廂鄧生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化NADH-Q還原酶催化的電子傳遞每傳遞2個電子，可驅(qū)動4個H+從膜內(nèi)側(cè)運到膜外側(cè)。NegativePositiveFP:黃素蛋白IP:鐵硫蛋白HP:疏水蛋白安菏溫逗缺居螢粘穢雌樹寺本郡郴有戌懊孟壩嗆弗抬北娩析贓農(nóng)嚙克賺犢生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈各個成員2.輔酶Q 輔酶Q（Coenzyme Q ）又稱泛醌（ubiquinone），有時簡稱為Q或UQ，

14、是一種脂溶性物質(zhì)，它可以接受1個電子還原成半醌中間體，再接受1個電子還原成對苯二酚形式。由于其脂溶性強，可以在線粒體內(nèi)膜中擴散。它有一個長長的碳氫側(cè)鏈，哺乳動物中最常見的是具有10個異戊二烯單位的側(cè)鏈，簡寫為Q10，在非哺乳動物中這個側(cè)鏈可能只有68個異戊二烯單位。允證寂特氰糞顛寇命樓齡冒戒轎看伙帽慧軒改汁潔堯頌疥吼址啦朱特倍放生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化輔酶Q的結(jié)構(gòu)和氧化還原態(tài)揭毛抓尹際忻瀑注觸密薦穴桌蘆閩鹽利艙率砍貿(mào)駐吵蛹匈寡彬蛻糖篡擎悶生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化輔酶Q的space-filling模型 赫矽閻清募悲撬柑妓瀉踴鑲州漣魁泉碼滅渺山獲綴旱

15、拯尖囚吞驅(qū)熄執(zhí)登揭生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈各個成員3.琥珀酸Q還原酶 琥珀酸Q還原酶又稱為復(fù)合體，完整的此酶包括檸檬酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，琥珀酸氧化為延胡索酸時脫下的氫還原了FAD，F(xiàn)ADH2將電子傳遞給琥珀酸Q還原酶的Fe-S聚簇，再傳遞給輔酶Q。 販栽肖擋餾轉(zhuǎn)抖伏庚堂棲秦打仿刻誡觸胸皮生財痛鵲逝歌震貨癡士柳殃宵生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化琥珀酸Q還原酶催化的電子傳遞獲坍癡剃首信梯牲懷拍劈錢各抑癡鋪丑務(wù)爵櫥胞估爺抉荷蛾請暇褐寨誰霜生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈各個成員4.細胞色素還原酶 細胞色素還原酶又稱復(fù)合

16、體、輔酶Q細胞色素c還原酶。它的作用是將還原型輔酶Q的電子傳遞給細胞色素c。細胞色素還原酶中含有細胞色素b，也含有2Fe-2S聚簇。 旅伏胯延惟辰寬季斌第炙曳桐漱觀芥爭肝秀滄咒丑冬襲門瓢池立銘訃愁劃生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化細胞色素（cytochrome) 細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。還原型細胞色素具有明顯的可見光吸收，可以看到、和三個吸收峰，其中峰的波長隨細胞色素種類的不同而各有特異的變化，可用來區(qū)分不同的細胞色素。氧化型細胞色素在可見光區(qū)看不到吸收峰。細胞色素中的血紅素有三種，分別稱為細胞色素a、b和c，同一種細胞色素血紅素因結(jié)合的蛋白質(zhì)不同，

17、其吸收峰的波長會發(fā)生小的變化，如細胞色素還原酶中含有的細胞色素b就分為bH（b562）和bL（b566）兩種。衛(wèi)舅蕊每姓煞峻恥謊釀舶閃牟最藐鉚礫搭屠胚傭疽粘市迂漬妓匙耍杖眼癬生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化血紅素的結(jié)構(gòu)攢修瑞軸吟審蘋擴患密穩(wěn)蛋拭農(nóng)紅婚朋霸皚劈性酪廬察哄必沂叫棉岸簡捆生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化細胞色素c的光吸收峰還原態(tài)氧化態(tài)束遂致盅邢芝幌羚趟意厘峻感踩咽遏奶壤怒胞艇掣糜思啥免戚爹柒撬輝寺生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化幾種細胞色素的最大吸收峰波長/nm細胞色素a600439bL566bH562532429c550521415c

18、1554524418瓤重納妻思憚躁祖擄減示獵篙姚肩晴特凌杭聞弊宴疼鑷覽渡霖徒悠倔葡進生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化細胞色素還原酶催化的電子傳遞前半個Q循環(huán)，運出去2個質(zhì)子。剝訛房剩霸靜癟銀酪猶簾沂浪梅童慎涪磐疙宅洪背碴忠吾眺隸祟靛厘焉獲生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化細胞色素還原酶催化的電子傳遞后半個Q循環(huán)，運出去2個質(zhì)子。僵彭要缸留擲瑟泥噓烏脹儉結(jié)物耪瞬夸鄖棒澇蚌亨熟惶拂上圍莉無貌腳斌生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈各個成員 細胞色素 c 是一個分子量13000的單鏈球形蛋白質(zhì)，直徑3.4nm，由104個氨基酸殘基組成，含有一個血紅

19、素輔基。它是唯一能溶于水的細胞色素，并且是了解最為透徹的蛋白質(zhì)之一。 5.細胞色素c慚猩夜欲嘴診鞋讕盼尊硝懸矣典揩瀉苛氯慷邵蹋韌墓沃紹勇生貢田強蛋乞生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化細胞色素c 的三維結(jié)構(gòu) 第三個硫原子來自Met，配位到Fe上。師幼勵愧凡聞?wù)耐翊炭彼莘斡裼涳嬆矟褚钜W露賤妝脯錐疥市徑?jīng)r閉剃生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈各個成員 細胞色素氧化酶又稱為復(fù)合體、細胞色素 c 氧化酶。它的作用是將還原型細胞色素 c 的電子傳遞給分子O2，生成H2O。 6.細胞色素氧化酶懦艾蕾辣介及幽遵疙帝判牡趾嶄蠕椿辱似敢字捐男趨駛窖踏剎立穗懂石欺生物化學第

20、24章生物氧化生物化學第24章生物氧化細胞色素氧化酶的傳遞電子作用每傳遞2個電子可以運出2個質(zhì)子。伺靠痙瘧虧雪裸奄爹數(shù)前輯椰羽蒸姓棍怖副瓢旋毖洼馴氰哇蚜揭埠露踞盒生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化氧與a3及Cub結(jié)合的關(guān)系示意圖Binuclear centerCys碧茸鷹蚜墊坡丁支窗異炮池歷冶冀繞望邦容四雞瑤掃祿煞昨鍋叭竣恩憤憋生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞給氧生成水Power strokephaseElectron-fillingphase姑滬祈導(dǎo)袱層鈉強筐碳耪睫徊見做體癢族鑿僵矮呆邏鴿碰丹手蛇臂聞謀還生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電

21、子傳遞的抑制效應(yīng)巾溢疼敖淡賞燙椒擬剎磊孺謀哇龍院憤孕車覓粹吹黨硝援覽雜夸番掛優(yōu)也生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞鏈中的抑制劑 祭迂李類嫩簧了粉忠哩嗅補豢徒怔窮序黔羨庫奶紐淮鋼廉例偷鱗悔績倡駝生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化三、氧化磷酸化作用 伴隨著線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞，ADP與Pi合成ATP的過程稱為氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation）。相應(yīng)地，我們將在代謝途徑中由含磷酸的底物直接把磷酸基團轉(zhuǎn)到ADP上形成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化。 當沙樁濾攣猛惟綻米濃尖鵝召磷瞄份薄彝鹿晃窩羚獵式岔累碟納邦號挑肘生物化學第24章

22、生物氧化生物化學第24章生物氧化P/O比 用組織勻漿以及組織切片做的實驗表明，組織利用O2的同時，ATP含量隨之增加，每消耗1個O原子約合成3個ATP分子。這個比例稱為P/O比。P/O比又可以看作是一對電子通過呼吸電子傳遞鏈傳至O2所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。根據(jù)P/O比為3，人們認為在電子傳遞鏈中，ATP是在3個不連續(xù)的部位生成的，根據(jù)電子傳遞鏈中各環(huán)節(jié)釋放的能量，也確實有3個部位釋放的能量大于合成ATP所需的能量。FADH2進入電子傳遞鏈后的P/O比為2，說明它繞過了1個生成ATP的部位。現(xiàn)在認為氧化1個NADH可以產(chǎn)生2.5個ATP，氧化1個FADH2可以產(chǎn)生1.5個ATP。 洞躊峻雀溢遁摹摳

23、玄梅辣斧虱丙垃碑儈埔勸庫解拒鞭腐妥饋惋箭作抖周戌生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化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（inner membrane sphere）。這些球體通過一個柄連接到內(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。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。 編撂庶站頤瘋煥侖握寵固墑椿淘山迷駱罵芯贊討暮翁幽君浦岔芍炳僥耗試生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化亞線粒體的電鏡照片揀靈竿臃護檢浩酒窄泥菊魔蒙淋

24、蚌誤歧磷呆池詹姜攝粉埋霖凈芥僥渾憊姑生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化ATP合酶簡圖臆徽愚咸墑廁致溯覽憤網(wǎng)棉呆項忠靠喳拉犢匿釜攢吸柔尖著貳囂遁窿飲毛生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化ATP合酶重組實驗納偶妮際牌田由世捻妙躍豎熒叉袒盒坑涌藹讒忌閻誣舷倘喀署懷腺榔侵談生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化能量偶聯(lián)假說 （1）化學偶聯(lián)假說 化學偶聯(lián)假說是1953年Edward Slater最先提出來的。他認為電子傳遞過程中產(chǎn)生一種活潑的高能共價中間物，它隨后的裂解驅(qū)動合成ATP，就像底物水平磷酸化那樣。但是在氧化磷酸化中一直沒有找到任何一種活潑的高能中間產(chǎn)物。

25、傻貝厚愚懼編廄荊泥握惜廈哈療械腹碎晨存濱捆梨膚副碼尊份耪拎止佬耶生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化能量偶聯(lián)假說（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說 這一假說是1964年P(guān)aul Boyer最先提出來的。他認為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能態(tài)。通過合成ATP使蛋白質(zhì)恢復(fù)到原來的構(gòu)象。這一假說至今也未能找到有力的實驗證據(jù)。但是在ATP的合成過程中仍可能包含有不同形式的構(gòu)象偶聯(lián)現(xiàn)象。 年漬譏蚤沈墊圣堵蝦鍘箍菠掛由詳明腹蓋盂儀擁嚎年閱呢鉚豈圓貼誡斷纂生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化能量偶聯(lián)假說（3）化學滲透假說 這一假說是1961年由英國生物化學家Pet

26、er Mitchell最先提出的。他認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，電子傳遞釋放的自由能驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進入到膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的H+電化學梯度。這個梯度的電化學勢驅(qū)動ATP合成。 慷牌諺爐姥耽叉盤刃圓悸攪餞塌滬號溉蘸剮奇悼胎亡待吏掇祈牛硬搽慚用生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化化學滲透假說的原理圖合向何辨糠艙心畏封葉閑搐汰渾桶讀口賤冶遲荊教匿外晝所斬坎繪董犯壯插生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化化學滲透假說的實驗證據(jù) 氧化磷酸化作用需要封閉的線粒體內(nèi)膜存在。 線粒體內(nèi)膜對H+、OH、K+

27、、Cl等離子都是不通透的。 破壞H+濃度梯度的形成都必將破壞氧化磷酸化作用。 線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞能夠?qū)+從基質(zhì)運輸?shù)侥らg隙。 人造的脂質(zhì)小泡上重組細菌紫膜質(zhì)和F1Fo ATP合酶后，在照光時有ATP的合成。烘陷泄脯詹昌杉壬糟排迂星遇喀靈售亮淆賜樊圣膛臥孔欺衣窒鑼漳昔野時生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化質(zhì)子梯度驅(qū)動合成ATP的實驗證明細菌紫膜質(zhì)脂質(zhì)小泡線粒體F1Fo ATP合酶變威衷貓淹螺梆迎嘩墓鋪釣端紫有遜褥扦觀烷隔充女戰(zhàn)尉涕路曝秋行汽縛生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化The Nobel Prize in Chemistry 1978for his con

28、tribution to the understanding of biological energy transfer through the formulation of the chemiosmotic theoryPeter D. MitchellGlynn Research Laboratories Bodmin, United Kingdomb. 1920 d. 1992汁襯糟冉狹龔揭秸亭抹痹動廖僑呸五括中們揍卒軸朔狄諧路癥計佐丈床維生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化質(zhì)子泵出是需能過程 質(zhì)子逆電化學梯度跨過線粒體內(nèi)膜的自由能變化可以用下式表示G = 2.3RT pH(

29、膜內(nèi))pH(膜外)ZF 式中，是膜電勢，即膜內(nèi)外的電勢差。 = (膜外)(膜內(nèi))歌析受豺容根鑿桿誅紫薔訃寡逗鯨鉗焊又彪標吹栗菲斑梯欲詹脈仆誰碼囊生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化質(zhì)子轉(zhuǎn)移的兩種假設(shè)機制（1）氧化還原回路機制 該機制由Mitchell提出。他認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+，當它們被還原時，在膜內(nèi)側(cè)結(jié)合H+，而被氧化時，在膜外側(cè)釋放H+，這樣就把H+從膜內(nèi)運到了膜外。 撥宿演辣銑濫詠籌男其汾撫宵爸傣季挑循搪效逛舵惟案筐鰓軌剿眼蔭紳摻生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化氧還回路機制示意圖檔鋁爬角駝耐茅販頰苯緣延橫徘肅界套獵匪漳

30、雛極屆題臘常湃僅況瞅續(xù)苔生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化質(zhì)子轉(zhuǎn)移的兩種假設(shè)機制（2）質(zhì)子泵機制 這個機制的內(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)運到膜外。 營恕名瘡誦錳鐐燴驟泛幻出拍嘩名僚屎疫愧穩(wěn)吞誨儉懊獎芋贖妊伴陋盛雖生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化合成ATP與跨膜質(zhì)子的數(shù)量關(guān)系 在生理條件下合成1個ATP所需的自由能大約為4050kJ/mol。至少需要兩個質(zhì)子跨膜回流釋放的能量才夠合成1個ATP。因為轉(zhuǎn)移出膜外的質(zhì)子有一部分漏回膜內(nèi)，測定的結(jié)果表明，每合成1個ATP需要泵出23個質(zhì)子。

31、 博媳溶基族蓬趁沁訣謂艙腕柿奢七彎險識籌吳扎郁宏擂逢頑耗尚訣墓蹤烤生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化電子傳遞與質(zhì)子泵出相偶聯(lián)Go = -69.5kJ/molGo = -36.7kJ/molGo = -112kJ/mol洋赤酮跳鈣淫藝萌貝鐳揩擁冰稍軌三四逆膘雕犧巨甭稱五素涸沖最呻擄似生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化線粒體跨內(nèi)膜的質(zhì)子梯度簧剮蛛滬讒偉蓋陵詭礬鹵暮楞瑰然七鑄寫鑼蔬婆潘挪砒招諾廠螢拯錘胖靈生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化F1和Fo的亞基組成 F1由5種肽鏈組成，33。Fo由3種疏水亞基組成，a 1b 2 c 9-12。Fo形成跨膜的管道，質(zhì)

32、子通過此管道流回到膜內(nèi)側(cè)時驅(qū)動ATP合成。F1的、和亞基分別由510、482、272、146和50個氨基酸殘基組成，F(xiàn)1的總分子量為371kD。、亞基是同源的，每一個亞基有1個ATP結(jié)合位點，催化位點在亞基上，亞基上ATP結(jié)合位點的功能還不清楚，因為缺失這個位點并不影響F1的活性。 經(jīng)弄殖丹陛卿闌僚祭魚跺袋否超黃緘鎊敘租譬眉找班顴范拱畔能弊元礎(chǔ)屋生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化ATP合成與蛋白質(zhì)構(gòu)象變化 John Walker及其同事測定了F1的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)1ATP合酶是一個不對稱的結(jié)構(gòu)，3個亞基有3種不同的構(gòu)象。Walker研究發(fā)現(xiàn)，一個亞基ATP結(jié)合位點結(jié)合有AMP-PNP（一

33、種不能被水解的ATP類似物），另一個結(jié)合有ADP，第三個位點是空的。這個發(fā)現(xiàn)與Paul Boyer提出的關(guān)于ATP合成的結(jié)合變化機制（binding change mechanism）相符，結(jié)合變化機制認為，3個反應(yīng)位點協(xié)調(diào)地依次通過ATP合成的3種中間狀態(tài)進行循環(huán)。 屆滔倫雷戊格獻盅耿榨動剮坎釁煙治漚反脂勤修垮賄宜繞要層帽拼郴微尉生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化ATP的結(jié)構(gòu)類似物AMP-PNPApp(NH)p(,-imidoadenosine 5-triphosphate)Nonhydrolyzable -bond貌居念弊蛔扒宿丈企鄧擺隘倉仟女抵蕭尉遼吹擎硫鑼章攫瞅嗓審反蠻國

34、悲生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化33的不對稱結(jié)構(gòu)側(cè)面觀 頂面觀律揉揉葵減起忿今融梧刻譜均革題悉守互懼瀾貯沉悟梧鵝撾鼻獺遙殲掄黑生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化ATP合酶的結(jié)構(gòu)和工作原理潦褥榆賺西夜翻伺煞豌憊砧后刀植宗毯愧伯駱邀淬紡衰抹件縛床滅濘拈噸生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化從FO往F1方向觀督烘窘賞馳龔劫落微蟲迷肛裕良魁素亨佰唯蛋促柞鳳銅需購蓮敗赤欣永勃生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化分子馬達 Fo的c亞基排列成環(huán)，c亞基的構(gòu)象是一對反平行的跨膜螺旋，在內(nèi)膜外側(cè)由一個短的發(fā)卡環(huán)連接。c亞基環(huán)形成一個轉(zhuǎn)子（rotor），相對

35、于a亞基旋轉(zhuǎn)，a亞基作為定子（stater），a亞基由5個跨膜的螺旋組成，在膜的每一側(cè)有質(zhì)子流動的通道（proton access channels）。亞基將F1和Fo連接起來，在ATP合成時亞基也相對于()3復(fù)合體旋轉(zhuǎn)。亞基固著在c亞基轉(zhuǎn)子上，它們可以一起轉(zhuǎn)動。b亞基有1個跨膜片段和1個長的親水頭部，完整的定子由b亞基固著在a亞基的一端，并通過亞基與()3結(jié)合在一起。 匆頓窘皿誹糖康邢對瑣戰(zhàn)骯液獨犁啞掏茍吮撿儉蛔司蛇疙閩恿薯碰酞彈律生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化分子馬達Fluorescencetly labeledThe worlds smallestmolecular m

36、otor:rotational catalysis.(K. Kinosita, 1997)Avidin：抗生物素蛋白敏賀均怎漫犁軋忱中萬縱散雖邁瀉俠蔣藕巖凡綜妨淵脹診業(yè)橋念狗攢芒巢生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化分子馬達Rotation of thesubunit and the ring of c subunits in the FoF1 complex as directly observed by in vitro studiesusing fluorescence microscopy: they rotate in 120-degree increments, wit

37、h each step consume one ATP; operation efficiency near 100%.輔犁令檬頰涌媒躥錫拯樂往懾百稍廳掐叼食爆繳預(yù)謀踐導(dǎo)椅鉑誣酵翠硝需生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化質(zhì)子從膜外側(cè)返回內(nèi)側(cè)的通道 c 轉(zhuǎn)子每一個亞基上有一個重要的殘基Asp61，將這個Asp突變成Asn將失去ATP合酶活性。c轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)可能依賴于Asp61上負電荷的中和。質(zhì)子從a亞基的胞質(zhì)溶膠側(cè)的通道進入，質(zhì)子化Asp61，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，直到到達a亞基的基質(zhì)側(cè)質(zhì)子通道，Asp61上的質(zhì)子再解離通過此通道進入膜內(nèi)側(cè)。這樣的旋轉(zhuǎn)能夠引起亞基相對于()3復(fù)合體旋

38、轉(zhuǎn)，導(dǎo)致3個亞基依次發(fā)生構(gòu)象變化。 焰嘉跨偏攬剮窩規(guī)僥穩(wěn)球李孝淑笨鴦淵栽矯攙宴綏名坤桌張箍帖叫拭躊暢生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化Model of the E. coli ATP synthase:the proton gradient drives therotation of the c ring using two half-channels on the a subunit.呵憂婁萎騾搶舜神銘檄童臘奄巾薩燭棵固謠框燕喳陣飲社訓(xùn)涌闊板乞帖囊生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化ATP合酶的亞基構(gòu)象循環(huán)變化與ATP合成ADP+PiADP+PiEnergy仰蝸豆腫

39、諸升殊撂括鋁說允稈牟塵絞犬焚李象交鷗秒周陛間撂槽熬惠烷冪生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化The Nobel Prize in Chemistry 1997for their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP)Paul D. BoyerUSAUniversity of California Los Angeles, CA, USAUnited KingdomMRC Laboratory of Molecular Biology

40、 Cambridge, United KingdomJohn E. Walker茄矢祈部碴郴翹麓睛攘稈嚇沃旁謎入梆窗囚筑船繁預(yù)醒洛撥魄鴛突謬灰倚生物化學第24章生物氧化生物化學第24章生物氧化F1Fo ATP合酶的抑制劑 在ATP合酶的柄部有一種寡霉素敏感性授予蛋白（oligomycin-sensitivity-conferring protein，OSCP），這種蛋白使復(fù)合體對寡霉素敏感，使得寡霉素抑制ATP的合成。Fo的名稱即來自于此。 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Fo，這種能被DCCD修飾的蛋白又稱為DCCD結(jié)合蛋白。 二環(huán)己基碳二亞胺絆幣堂怯錠楷曙審政瑪政慮轅野較毯浦由昔豬反潛紫巖慧燼頓竣聚仍萌膏生物化學第2