生物競(jìng)賽講義-生物化學(xué)-20生物氧化-《生物化學(xué)原理(第二版)(代謝生物化學(xué))》課件

生物競(jìng)賽講義-生物化學(xué)-20生物氧化-《生物化學(xué)原理(第二版)(代謝生物化學(xué))》課件第二十章

生物氧化備注：本章有豐富動(dòng)畫資源用于教學(xué)，可與主編聯(lián)系。第二十章生物氧化備注：本章有豐富動(dòng)畫資源用于教學(xué)，可與主提綱一、生物氧化與非生物氧化二、呼吸鏈呼吸鏈的定義呼吸鏈的類型及其在細(xì)胞中的定位和功能呼吸鏈的組分呼吸鏈組分的排列順序復(fù)合體I、II、III和IV的結(jié)構(gòu)與功能植物細(xì)胞替代的復(fù)合體三、氧化磷酸化氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制F1F0-ATP合酶的結(jié)構(gòu)與功能氧化磷酸化的解偶聯(lián)與抑制P/O值與氧化磷酸的調(diào)節(jié)提綱一、生物氧化與非生物氧化生物氧化與非生物氧化反應(yīng)的比較生物體內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)通稱為生物氧化。兩者的共同之處是（1）反應(yīng)的本質(zhì)都是脫氫、失電子或加氧；（2）被氧化的物質(zhì)相同，終產(chǎn)物和釋放的能量也相同。兩者的主要差別是（1）生物氧化的主要方式為脫氫；（2）生物氧化在酶的催化下進(jìn)行，因此條件比較溫和；（3）生物氧化是在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的作用下逐步進(jìn)行的，每一步釋放一部分能量。生物氧化與非生物氧化反應(yīng)的比較生物體內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)通稱為生呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一系列中間傳遞體，最后才與氧氣形成水，在其間能量逐步釋放。這種由一系列傳遞體構(gòu)成的鏈狀復(fù)合體稱為電子傳遞體系（ETS）或簡(jiǎn)稱為呼吸鏈。

呼吸鏈的類型及其在細(xì)胞中的定位和功能：按照生物氧化過程中最初的氫和電子受體的性質(zhì)，呼吸鏈可分為NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。它們位于原核細(xì)胞的細(xì)胞膜和真核細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜。呼吸鏈的組分

呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種流動(dòng)的電子傳遞體。黃素及與黃素偶聯(lián)的脫氫酶

輔酶Q：屬于一種流動(dòng)的電子傳遞體。鐵硫蛋白

細(xì)胞色素：細(xì)胞色素c是一種流動(dòng)的電子傳遞體氧氣呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種輔酶I和II的化學(xué)結(jié)構(gòu)輔酶I和II的化學(xué)結(jié)構(gòu)黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能

黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能輔酶Q的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能

輔酶Q的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能三類鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)和傳遞電子的功能三類鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)和傳遞電子的功能細(xì)胞色素的光吸收細(xì)胞色素的光吸收血紅素a、b和c的化學(xué)結(jié)構(gòu)血紅素a、b和c的化學(xué)結(jié)構(gòu)如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測(cè)定各成分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0＇）根據(jù)在有氧環(huán)境下氧化反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各電子傳遞體的還原程度來確定

使用特異性呼吸鏈抑制劑和人工電子受體

呼吸鏈的拆分和重組

如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測(cè)定各成分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（電子傳遞體的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位電子傳遞體的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關(guān)系電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關(guān)系幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點(diǎn)幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點(diǎn)幾種呼吸鏈抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)幾種呼吸鏈抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)呼吸鏈的拆分

呼吸鏈的拆分復(fù)合體I、II、III和IV的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)復(fù)合體I、II、III和IV的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

即NADH-CoQ氧化還原酶接受來自NADH的e-，NADH只能參與雙電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)輔助因子：1FMN，6-7Fe-S蛋白2e-

轉(zhuǎn)移導(dǎo)致4質(zhì)子泵入到膜間隙復(fù)合體I即NADH-CoQ氧化還原酶復(fù)合體I電子在復(fù)合體I上的傳遞電子在復(fù)合體I上的傳遞復(fù)合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶主要成分為琥珀酸脫氫酶FAD和Fe-S蛋白作為電子傳遞體，還有細(xì)胞色素b電子來自琥珀酸，最后傳給CoQ電子傳遞不產(chǎn)生跨膜質(zhì)子梯度復(fù)合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶

即CoQ-細(xì)胞色素c氧化還原酶或細(xì)胞色素bc1復(fù)合物主要成分包括：Fe-S蛋白、細(xì)胞色素b和c1電子來自CoQH2，最后傳給細(xì)胞色素c一對(duì)電子可產(chǎn)生4個(gè)質(zhì)子梯度復(fù)合體III即CoQ-細(xì)胞色素c氧化還原酶或細(xì)胞色素bc1復(fù)復(fù)合體IV即細(xì)胞色素c氧化酶有4個(gè)氧還中心主要成分為細(xì)胞色素a和a3電子來自還原性的細(xì)胞色素c，電子的最終受體為氧氣一對(duì)電子可產(chǎn)生2個(gè)質(zhì)子梯度復(fù)合體IV即細(xì)胞色素c氧化酶電子在復(fù)合體IV上的傳遞電子在復(fù)合體IV上的傳遞電子在各復(fù)合體和復(fù)合體之間的傳遞電子在各復(fù)合體和復(fù)合體之間的傳遞氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產(chǎn)生能量貨幣ATP。當(dāng)電子沿著呼吸鏈向下游傳遞的時(shí)候總伴隨著自由能的釋放，釋放的自由能有很大一部分用來驅(qū)動(dòng)ATP的合成，這種與電子傳遞偶聯(lián)在一起的合成ATP方式被稱為氧化磷酸化（OxP）。氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產(chǎn)生能量貨幣ATP。當(dāng)電子沿著呼氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說化學(xué)滲透學(xué)說：該學(xué)說由PeterMitchell于1961年提出，其核心內(nèi)容是電子在沿著呼吸鏈向下游傳遞的時(shí)候，釋放的自由能轉(zhuǎn)化為跨線粒體內(nèi)膜（或跨細(xì)菌質(zhì)膜）的質(zhì)子梯度，質(zhì)子梯度中蘊(yùn)藏的電化學(xué)勢(shì)能直接用來驅(qū)動(dòng)ATP的合成。驅(qū)動(dòng)ATP合成的質(zhì)子梯度通常被稱為質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力（pmf），它由化學(xué)勢(shì)能（質(zhì)子的濃度差）和電勢(shì)能（內(nèi)負(fù)外正）兩部分組成。氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)偶聯(lián)假說質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力化學(xué)滲透學(xué)說圖解化學(xué)滲透學(xué)說圖解更多的問題，需要更多的答案支持化學(xué)滲透學(xué)說的證據(jù)跨膜的質(zhì)子梯度如何產(chǎn)生？

Q循環(huán)

構(gòu)象變化（復(fù)合體I的“分子蒸汽機(jī)”模型）

F1/F0ATP合酶如何催化ATP的合成？PaulBoyer的結(jié)合變化學(xué)說使其獲得1997年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。更多的問題，需要更多的答案支持化學(xué)滲透學(xué)說的證據(jù)支持化學(xué)滲透學(xué)說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進(jìn)行需要完整的線粒體內(nèi)膜的存在。使用精確的pH計(jì)可以檢測(cè)到跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度存在。據(jù)測(cè)定，一個(gè)呼吸活躍的線粒體的膜間隙的pH要比其基質(zhì)的pH低0.75個(gè)單位。破壞質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力的化學(xué)試劑能夠抑制ATP的合成。從線粒體內(nèi)膜純化得到一種酶能夠直接利用質(zhì)子梯度合成ATP，此酶稱為F1F0-ATP合酶。人工建立的跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度也可驅(qū)動(dòng)ATP的合成

支持化學(xué)滲透學(xué)說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進(jìn)行需要完整的線粒體內(nèi)電子傳遞過程中pH的變化測(cè)定電子傳遞過程中pH的變化測(cè)定通過改變離體線粒體的懸液的pH而建立的pH梯度可以驅(qū)動(dòng)ATP合成由菌紫質(zhì)創(chuàng)造的質(zhì)子梯度可被牛F1F0-ATP合酶用于合成ATP通過改變離體線粒體的懸液的pH而由菌紫質(zhì)創(chuàng)造的質(zhì)子梯度可被牛Q循環(huán)

Q循環(huán)F1/F0ATP合酶質(zhì)子通過這種蛋白質(zhì)的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)ATP合成和釋放!兩個(gè)部分:F1和F0

（后者因?yàn)槭芄衙顾氐囊种贫妹?/p>

F1

催化單元——由5種亞基組成（a3b3gde）Fo

膜整合單元——質(zhì)子通道（ab2c10）F1/F0ATP合酶質(zhì)子通過這種蛋白質(zhì)的擴(kuò)散復(fù)合體I的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞中的蒸汽機(jī)？形如L字母的復(fù)合體I在傳遞電子的過程中，在兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)域的界面上發(fā)生了顯著的構(gòu)象變化。這種構(gòu)象變化會(huì)驅(qū)動(dòng)一段長(zhǎng)α螺旋發(fā)生一種活塞式的運(yùn)動(dòng)，使附近三段不連續(xù)的跨膜螺旋傾斜，而改變由它們組成的各個(gè)質(zhì)子通道內(nèi)可解離基團(tuán)的性質(zhì)，從而導(dǎo)致3個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)位第4個(gè)質(zhì)子可能是在兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間發(fā)生移位的。于是復(fù)合體I像一個(gè)蒸汽機(jī)一樣，電子傳遞釋放出的能量用來驅(qū)動(dòng)活塞移動(dòng)，而活塞再驅(qū)動(dòng)一組不連續(xù)的螺旋（而不是車輪）移動(dòng)。復(fù)合體I的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞中的蒸汽機(jī)？形如L字母的復(fù)合體I在傳遞復(fù)合體I產(chǎn)生質(zhì)子梯度的“蒸汽機(jī)”模型復(fù)合體I產(chǎn)生質(zhì)子梯度的“蒸汽機(jī)”模型F1/F0ATP合酶結(jié)構(gòu)模型F1/F0ATP合酶結(jié)構(gòu)模型結(jié)合變化學(xué)說1977年P(guān)aulD.Boyer提出的結(jié)合變化學(xué)說能正確地解釋F1F0-ATP合酶的作用機(jī)理。其主要內(nèi)容是：活性中心ATP的合成并不需要質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力，與活性中心結(jié)合的ATP或ADP處于平衡。如果沒有質(zhì)子流過F0，與活性中心結(jié)合的ATP就不會(huì)與酶解離。3個(gè)β亞基與γ亞基的不同表面結(jié)合，于是不同的β亞基采取不同的構(gòu)象。在某一時(shí)刻，3個(gè)β亞基分別處于T態(tài)、L態(tài)和O態(tài)。處于T態(tài)的β亞基緊密結(jié)合1ATP，ATP與ADP＋Pi處于平衡，但ATP并不能與它解離；處于L態(tài)的β亞基結(jié)合有ADP和Pi，但不能釋放核苷酸；處于O態(tài)的β亞基能夠釋放結(jié)合的核苷酸。三種狀態(tài)的β亞基可以相互轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變由γ亞基的轉(zhuǎn)動(dòng)所驅(qū)動(dòng)。γ亞基轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來自質(zhì)子通過F0的流動(dòng)。結(jié)合變化學(xué)說可簡(jiǎn)化為：質(zhì)子流動(dòng)→驅(qū)動(dòng)C單位轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)γ亞基轉(zhuǎn)動(dòng)→誘導(dǎo)β亞基構(gòu)象變化→ATP釋放和重新合成。結(jié)合變化學(xué)說1977年P(guān)aulD.Boyer提出的結(jié)合變“結(jié)合變化”學(xué)說圖解“結(jié)合變化”學(xué)說圖解F1F0-ATP合酶催化的反應(yīng)的歷程F1F0-ATP合酶催化的反應(yīng)的歷程質(zhì)子通過F0通道回到基質(zhì)的模型質(zhì)子通過F0通道回到基質(zhì)的模型支持結(jié)合變化學(xué)說的證據(jù)18O同位素交換實(shí)驗(yàn)

JohnWalker獲得的F1的晶體結(jié)構(gòu)清楚地表明，3個(gè)β亞基處于不同的構(gòu)象并和不同的核苷酸配體結(jié)合日本科學(xué)家采取特別的手段直接觀察到F1的旋轉(zhuǎn)催化支持結(jié)合變化學(xué)說的證據(jù)18O同位素交換實(shí)驗(yàn)同位素（18O）交換實(shí)驗(yàn)同位素（18O）交換實(shí)驗(yàn)日本科學(xué)家的γ亞基的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

日本科學(xué)家的γ亞基的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，低水平的質(zhì)子泄漏時(shí)刻發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，因此，確切地說，線粒體通常是部分解偶聯(lián)的。解偶聯(lián)一般是受解偶聯(lián)劑作用所致。解偶聯(lián)劑的作用機(jī)制在于它們能夠快速地消耗跨膜的質(zhì)子梯度，使得質(zhì)子難以通過F1F0-ATP合酶上的質(zhì)子通道來合成ATP，從而將貯存在質(zhì)子梯度之中的電化學(xué)勢(shì)能轉(zhuǎn)變成熱。此外，隨著質(zhì)子梯度的消失，電子在呼吸鏈上“回流”壓力將會(huì)減輕，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂肪等物質(zhì)的生物氧化更加旺盛。

有兩類解偶聯(lián)劑，一類為有機(jī)小分子化合物，通常為脂溶性的質(zhì)子載體，帶有酸性基團(tuán)；另一類為天然的解偶聯(lián)蛋白（UCP）

。氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，三種解偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

三種解偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)DNP解偶聯(lián)的化學(xué)機(jī)制

DNP解偶聯(lián)的化學(xué)機(jī)制解偶聯(lián)蛋白至少已發(fā)現(xiàn)五種類型的UCP:UCP1~UCP5。

UCP1又名產(chǎn)熱素，它主要存在于動(dòng)物的褐色脂肪組織，與機(jī)體的非顫抖性產(chǎn)熱有關(guān)。機(jī)體對(duì)寒冷做出的反應(yīng)是交感神經(jīng)末梢釋放去甲腎上腺素，去甲腎上腺素激活褐色脂肪組織中的脂肪酶，脂肪酶水解脂肪，釋放出FFA。FFA不僅作為代謝燃料經(jīng)氧化產(chǎn)生ATP和質(zhì)子梯度，還能與CoQH2和嘌呤核苷酸一起直接激活產(chǎn)熱素。一旦產(chǎn)熱素被激活，則使F1F0-ATP合酶發(fā)生“短路”生熱。UCP2存在于多數(shù)細(xì)胞，UCP3主要存在于骨骼肌，UCP4和UCP5存在于腦。它們都是受到高度調(diào)控的蛋白質(zhì)，一旦激活，都能增加熱量的產(chǎn)出。由于它們影響到代謝效率，其含量的差異（特別是骨骼肌中的UCP3）可能是某些個(gè)體或人群肥胖的原因。解偶聯(lián)蛋白至少已發(fā)現(xiàn)五種類型的UCP:UCP1~UCP5。產(chǎn)熱素的作用圖解產(chǎn)熱素的作用圖解ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ATP必須運(yùn)輸出線粒體

ATP離開,ADP進(jìn)入線粒體-通過一種“轉(zhuǎn)位酶"ATP離開是有利的，因?yàn)榧?xì)胞液比基質(zhì)要"+"然而ATP出去和ADP進(jìn)入有1個(gè)負(fù)電荷的凈轉(zhuǎn)移——相當(dāng)于有1個(gè)質(zhì)子進(jìn)入基質(zhì)。

所以每1個(gè)ATP的輸出消耗1個(gè)H+

1個(gè)ATP合成大概需要消耗3H+

于是，合成及加上輸出

1ATP=4H+

ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ATP必須運(yùn)輸出線粒體氧化磷酸化的抑制通過抑制呼吸鏈上的電子傳遞，阻止質(zhì)子梯度的生成而間接抑制氧化磷酸化，例如抗霉素A、魚藤酮和氰化物等；直接作用F1F0-ATP合酶而導(dǎo)致ATP不能合成，如寡霉素和DCCD；解偶聯(lián)劑；通過抑制線粒體內(nèi)外ATP/ADP的交換而間接抑制氧化磷酸化，如蒼術(shù)苷和米酵菌酸。

氧化磷酸化的抑制通過抑制呼吸鏈上的電子傳遞，阻止質(zhì)子梯度的生氧化磷酸化的抑制劑氧化磷酸化的抑制劑P/O值與氧化磷酸化的調(diào)節(jié)氧化磷酸化的效率可以通過測(cè)定P/O值來確定。P/O值是指電子傳遞過程中，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無(wú)機(jī)磷酸的摩爾數(shù)。消耗的氧原子數(shù)目相當(dāng)于傳遞給氧氣的電子數(shù)的1/2，消耗的無(wú)機(jī)磷酸等于氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP。細(xì)胞內(nèi)的氧化磷酸化是受到嚴(yán)格調(diào)控的，調(diào)控的手段主要是它與電子傳遞之間的反饋。確切的說是受ADP濃度控制，這種由ADP對(duì)氧化磷酸化的調(diào)節(jié)被稱為呼吸控制。

P/O值與氧化磷酸化的調(diào)節(jié)氧化磷酸化的效率可以通過測(cè)定P/OADP和底物濃度對(duì)呼吸的影響ADP和底物濃度對(duì)呼吸的影響發(fā)臭植物體內(nèi)的另類呼吸鏈一種另類的NADH脫氫酶對(duì)復(fù)合體I的抑制劑——魚藤酮不敏感，它將電子直接傳給UQ，避開復(fù)合體I。一種抗氰化物的UQH2氧化酶將電子從直接傳給O2，繞開復(fù)合體III和IV。被應(yīng)該用來合成ATP的能量轉(zhuǎn)變成熱。發(fā)臭植物體內(nèi)的另類呼吸鏈一種另類的NADH脫氫酶對(duì)復(fù)合體I的雪地里的東方臭白菜雪地里的東方臭白菜生物競(jìng)賽講義-生物化學(xué)-20生物氧化-《生物化學(xué)原理(第二版)(代謝生物化學(xué))》課件第二十章

生物氧化備注：本章有豐富動(dòng)畫資源用于教學(xué)，可與主編聯(lián)系。第二十章生物氧化備注：本章有豐富動(dòng)畫資源用于教學(xué)，可與主提綱一、生物氧化與非生物氧化二、呼吸鏈呼吸鏈的定義呼吸鏈的類型及其在細(xì)胞中的定位和功能呼吸鏈的組分呼吸鏈組分的排列順序復(fù)合體I、II、III和IV的結(jié)構(gòu)與功能植物細(xì)胞替代的復(fù)合體三、氧化磷酸化氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制F1F0-ATP合酶的結(jié)構(gòu)與功能氧化磷酸化的解偶聯(lián)與抑制P/O值與氧化磷酸的調(diào)節(jié)提綱一、生物氧化與非生物氧化生物氧化與非生物氧化反應(yīng)的比較生物體內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)通稱為生物氧化。兩者的共同之處是（1）反應(yīng)的本質(zhì)都是脫氫、失電子或加氧；（2）被氧化的物質(zhì)相同，終產(chǎn)物和釋放的能量也相同。兩者的主要差別是（1）生物氧化的主要方式為脫氫；（2）生物氧化在酶的催化下進(jìn)行，因此條件比較溫和；（3）生物氧化是在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的作用下逐步進(jìn)行的，每一步釋放一部分能量。生物氧化與非生物氧化反應(yīng)的比較生物體內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)通稱為生呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一系列中間傳遞體，最后才與氧氣形成水，在其間能量逐步釋放。這種由一系列傳遞體構(gòu)成的鏈狀復(fù)合體稱為電子傳遞體系（ETS）或簡(jiǎn)稱為呼吸鏈。

呼吸鏈的類型及其在細(xì)胞中的定位和功能：按照生物氧化過程中最初的氫和電子受體的性質(zhì)，呼吸鏈可分為NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。它們位于原核細(xì)胞的細(xì)胞膜和真核細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜。呼吸鏈的組分

呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種流動(dòng)的電子傳遞體。黃素及與黃素偶聯(lián)的脫氫酶

輔酶Q：屬于一種流動(dòng)的電子傳遞體。鐵硫蛋白

細(xì)胞色素：細(xì)胞色素c是一種流動(dòng)的電子傳遞體氧氣呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種輔酶I和II的化學(xué)結(jié)構(gòu)輔酶I和II的化學(xué)結(jié)構(gòu)黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能

黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能輔酶Q的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能

輔酶Q的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子的傳遞功能三類鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)和傳遞電子的功能三類鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)和傳遞電子的功能細(xì)胞色素的光吸收細(xì)胞色素的光吸收血紅素a、b和c的化學(xué)結(jié)構(gòu)血紅素a、b和c的化學(xué)結(jié)構(gòu)如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測(cè)定各成分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0＇）根據(jù)在有氧環(huán)境下氧化反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各電子傳遞體的還原程度來確定

使用特異性呼吸鏈抑制劑和人工電子受體

呼吸鏈的拆分和重組

如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測(cè)定各成分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（電子傳遞體的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位電子傳遞體的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關(guān)系電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關(guān)系幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點(diǎn)幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點(diǎn)幾種呼吸鏈抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)幾種呼吸鏈抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)呼吸鏈的拆分

呼吸鏈的拆分復(fù)合體I、II、III和IV的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)復(fù)合體I、II、III和IV的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

即NADH-CoQ氧化還原酶接受來自NADH的e-，NADH只能參與雙電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)輔助因子：1FMN，6-7Fe-S蛋白2e-

轉(zhuǎn)移導(dǎo)致4質(zhì)子泵入到膜間隙復(fù)合體I即NADH-CoQ氧化還原酶復(fù)合體I電子在復(fù)合體I上的傳遞電子在復(fù)合體I上的傳遞復(fù)合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶主要成分為琥珀酸脫氫酶FAD和Fe-S蛋白作為電子傳遞體，還有細(xì)胞色素b電子來自琥珀酸，最后傳給CoQ電子傳遞不產(chǎn)生跨膜質(zhì)子梯度復(fù)合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶

即CoQ-細(xì)胞色素c氧化還原酶或細(xì)胞色素bc1復(fù)合物主要成分包括：Fe-S蛋白、細(xì)胞色素b和c1電子來自CoQH2，最后傳給細(xì)胞色素c一對(duì)電子可產(chǎn)生4個(gè)質(zhì)子梯度復(fù)合體III即CoQ-細(xì)胞色素c氧化還原酶或細(xì)胞色素bc1復(fù)復(fù)合體IV即細(xì)胞色素c氧化酶有4個(gè)氧還中心主要成分為細(xì)胞色素a和a3電子來自還原性的細(xì)胞色素c，電子的最終受體為氧氣一對(duì)電子可產(chǎn)生2個(gè)質(zhì)子梯度復(fù)合體IV即細(xì)胞色素c氧化酶電子在復(fù)合體IV上的傳遞電子在復(fù)合體IV上的傳遞電子在各復(fù)合體和復(fù)合體之間的傳遞電子在各復(fù)合體和復(fù)合體之間的傳遞氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產(chǎn)生能量貨幣ATP。當(dāng)電子沿著呼吸鏈向下游傳遞的時(shí)候總伴隨著自由能的釋放，釋放的自由能有很大一部分用來驅(qū)動(dòng)ATP的合成，這種與電子傳遞偶聯(lián)在一起的合成ATP方式被稱為氧化磷酸化（OxP）。氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產(chǎn)生能量貨幣ATP。當(dāng)電子沿著呼氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說化學(xué)滲透學(xué)說：該學(xué)說由PeterMitchell于1961年提出，其核心內(nèi)容是電子在沿著呼吸鏈向下游傳遞的時(shí)候，釋放的自由能轉(zhuǎn)化為跨線粒體內(nèi)膜（或跨細(xì)菌質(zhì)膜）的質(zhì)子梯度，質(zhì)子梯度中蘊(yùn)藏的電化學(xué)勢(shì)能直接用來驅(qū)動(dòng)ATP的合成。驅(qū)動(dòng)ATP合成的質(zhì)子梯度通常被稱為質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力（pmf），它由化學(xué)勢(shì)能（質(zhì)子的濃度差）和電勢(shì)能（內(nèi)負(fù)外正）兩部分組成。氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)偶聯(lián)假說質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力化學(xué)滲透學(xué)說圖解化學(xué)滲透學(xué)說圖解更多的問題，需要更多的答案支持化學(xué)滲透學(xué)說的證據(jù)跨膜的質(zhì)子梯度如何產(chǎn)生？

Q循環(huán)

構(gòu)象變化（復(fù)合體I的“分子蒸汽機(jī)”模型）

F1/F0ATP合酶如何催化ATP的合成？PaulBoyer的結(jié)合變化學(xué)說使其獲得1997年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。更多的問題，需要更多的答案支持化學(xué)滲透學(xué)說的證據(jù)支持化學(xué)滲透學(xué)說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進(jìn)行需要完整的線粒體內(nèi)膜的存在。使用精確的pH計(jì)可以檢測(cè)到跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度存在。據(jù)測(cè)定，一個(gè)呼吸活躍的線粒體的膜間隙的pH要比其基質(zhì)的pH低0.75個(gè)單位。破壞質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力的化學(xué)試劑能夠抑制ATP的合成。從線粒體內(nèi)膜純化得到一種酶能夠直接利用質(zhì)子梯度合成ATP，此酶稱為F1F0-ATP合酶。人工建立的跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度也可驅(qū)動(dòng)ATP的合成

支持化學(xué)滲透學(xué)說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進(jìn)行需要完整的線粒體內(nèi)電子傳遞過程中pH的變化測(cè)定電子傳遞過程中pH的變化測(cè)定通過改變離體線粒體的懸液的pH而建立的pH梯度可以驅(qū)動(dòng)ATP合成由菌紫質(zhì)創(chuàng)造的質(zhì)子梯度可被牛F1F0-ATP合酶用于合成ATP通過改變離體線粒體的懸液的pH而由菌紫質(zhì)創(chuàng)造的質(zhì)子梯度可被牛Q循環(huán)

Q循環(huán)F1/F0ATP合酶質(zhì)子通過這種蛋白質(zhì)的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)ATP合成和釋放!兩個(gè)部分:F1和F0

（后者因?yàn)槭芄衙顾氐囊种贫妹?/p>

F1

催化單元——由5種亞基組成（a3b3gde）Fo

膜整合單元——質(zhì)子通道（ab2c10）F1/F0ATP合酶質(zhì)子通過這種蛋白質(zhì)的擴(kuò)散復(fù)合體I的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞中的蒸汽機(jī)？形如L字母的復(fù)合體I在傳遞電子的過程中，在兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)域的界面上發(fā)生了顯著的構(gòu)象變化。這種構(gòu)象變化會(huì)驅(qū)動(dòng)一段長(zhǎng)α螺旋發(fā)生一種活塞式的運(yùn)動(dòng)，使附近三段不連續(xù)的跨膜螺旋傾斜，而改變由它們組成的各個(gè)質(zhì)子通道內(nèi)可解離基團(tuán)的性質(zhì)，從而導(dǎo)致3個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)位第4個(gè)質(zhì)子可能是在兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間發(fā)生移位的。于是復(fù)合體I像一個(gè)蒸汽機(jī)一樣，電子傳遞釋放出的能量用來驅(qū)動(dòng)活塞移動(dòng)，而活塞再驅(qū)動(dòng)一組不連續(xù)的螺旋（而不是車輪）移動(dòng)。復(fù)合體I的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞中的蒸汽機(jī)？形如L字母的復(fù)合體I在傳遞復(fù)合體I產(chǎn)生質(zhì)子梯度的“蒸汽機(jī)”模型復(fù)合體I產(chǎn)生質(zhì)子梯度的“蒸汽機(jī)”模型F1/F0ATP合酶結(jié)構(gòu)模型F1/F0ATP合酶結(jié)構(gòu)模型結(jié)合變化學(xué)說1977年P(guān)aulD.Boyer提出的結(jié)合變化學(xué)說能正確地解釋F1F0-ATP合酶的作用機(jī)理。其主要內(nèi)容是：活性中心ATP的合成并不需要質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力，與活性中心結(jié)合的ATP或ADP處于平衡。如果沒有質(zhì)子流過F0，與活性中心結(jié)合的ATP就不會(huì)與酶解離。3個(gè)β亞基與γ亞基的不同表面結(jié)合，于是不同的β亞基采取不同的構(gòu)象。在某一時(shí)刻，3個(gè)β亞基分別處于T態(tài)、L態(tài)和O態(tài)。處于T態(tài)的β亞基緊密結(jié)合1ATP，ATP與ADP＋Pi處于平衡，但ATP并不能與它解離；處于L態(tài)的β亞基結(jié)合有ADP和Pi，但不能釋放核苷酸；處于O態(tài)的β亞基能夠釋放結(jié)合的核苷酸。三種狀態(tài)的β亞基可以相互轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變由γ亞基的轉(zhuǎn)動(dòng)所驅(qū)動(dòng)。γ亞基轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來自質(zhì)子通過F0的流動(dòng)。結(jié)合變化學(xué)說可簡(jiǎn)化為：質(zhì)子流動(dòng)→驅(qū)動(dòng)C單位轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)γ亞基轉(zhuǎn)動(dòng)→誘導(dǎo)β亞基構(gòu)象變化→ATP釋放和重新合成。結(jié)合變化學(xué)說1977年P(guān)aulD.Boyer提出的結(jié)合變“結(jié)合變化”學(xué)說圖解“結(jié)合變化”學(xué)說圖解F1F0-ATP合酶催化的反應(yīng)的歷程F1F0-ATP合酶催化的反應(yīng)的歷程質(zhì)子通過F0通道回到基質(zhì)的模型質(zhì)子通過F0通道回到基質(zhì)的模型支持結(jié)合變化學(xué)說的證據(jù)18O同位素交換實(shí)驗(yàn)

JohnWalker獲得的F1的晶體結(jié)構(gòu)清楚地表明，3個(gè)β亞基處于不同的構(gòu)象并和不同的核苷酸配體結(jié)合日本科學(xué)家采取特別的手段直接觀察到F1的旋轉(zhuǎn)催化支持結(jié)合變化學(xué)說的證據(jù)18O同位素交換實(shí)驗(yàn)同位素（18O）交換實(shí)驗(yàn)同位素（18O）交換實(shí)驗(yàn)日本科學(xué)家的γ亞基的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

日本科學(xué)家的γ亞基的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，低水平的質(zhì)子泄漏時(shí)刻發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，因此，確切地說，線粒體通常是部分解偶聯(lián)的。解偶聯(lián)一般是受解偶聯(lián)劑作用所致。解偶聯(lián)劑的作用機(jī)制在于它們能夠快速地消耗跨膜的質(zhì)子梯度，使得質(zhì)子難以通過F1F0-ATP合酶上的質(zhì)子通道來合成ATP，從而將貯存在質(zhì)子梯度之中的電化學(xué)勢(shì)能轉(zhuǎn)變成熱。此外，隨著質(zhì)子梯度的消失，電子在呼吸鏈上“回流”壓力將會(huì)減輕，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂肪等物質(zhì)的生物氧化更加旺盛。

有兩類解偶聯(lián)劑，一類為有機(jī)小分子化合物，通常為脂溶性的質(zhì)子載體，帶有酸性基團(tuán)；另一類為天然的解偶聯(lián)蛋白（UCP）

。氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，三種解偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

三種解偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)DNP解偶聯(lián)的化學(xué)機(jī)制

DNP解偶聯(lián)的化學(xué)機(jī)制解偶聯(lián)蛋白至少已發(fā)現(xiàn)五種類型的UCP:UCP1~UCP5。

UCP1又名產(chǎn)熱素，它主要存在于動(dòng)物的褐色脂肪組織，與機(jī)體的非顫抖性產(chǎn)熱有關(guān)。機(jī)體對(duì)寒冷做出的反應(yīng)是交感神經(jīng)末梢釋放去甲腎上腺素，去甲腎上腺素激活褐色脂肪組織中的脂肪酶，脂