生物化學(xué)：第10章 生物能學(xué)與生物氧化第04節(jié)-1

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1、第四節(jié)第四節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 oxidation phosphorylation氧化磷酸化定義：氧化磷酸化定義：是指在是指在ATP合酶的催化下，利用電子傳遞合酶的催化下，利用電子傳遞過程中釋放的自由能，由過程中釋放的自由能，由ADP和和Pi生成生成ATP的過程。的過程。（底物水平磷酸化，光合磷酸化）（底物水平磷酸化，光合磷酸化）外膜：外膜：可透性可透性 內(nèi)膜：內(nèi)膜：不透性不透性 嵴嵴膜間隙膜間隙基質(zhì)基質(zhì)線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體的結(jié)構(gòu)一、氧化磷酸化與電子傳遞相偶聯(lián)一、氧化磷酸化與電子傳遞相偶聯(lián) （一）電子傳遞和氧化磷酸化依賴于底物氧化（一）電子傳遞和氧化磷酸化依賴于底物氧化 1 琥珀酸琥

2、珀酸（FADH2）2 ATP 1 蘋果酸蘋果酸（NADH）3 ATP 呼吸鏈每消耗一個(gè)氧原子由呼吸鏈每消耗一個(gè)氧原子由ADP生成生成ATP的分子數(shù)，叫磷氧比（的分子數(shù)，叫磷氧比（P/O）P/O可以反映呼吸效率?？梢苑从澈粑?。（二）（二）氧化磷酸化必須以電子傳遞為前提氧化磷酸化必須以電子傳遞為前提（三）氧化磷酸化推動(dòng)電子傳遞（三）氧化磷酸化推動(dòng)電子傳遞結(jié)論？二、電 子 傳 遞 和 磷 酸 化 的 解 偶 聯(lián)二、電 子 傳 遞 和 磷 酸 化 的 解 偶 聯(lián)（uncoupling）解偶聯(lián)劑（解偶聯(lián)劑（uncoupler）2,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol,DNP

3、）（DNPDNP）作用實(shí)質(zhì)：作用實(shí)質(zhì)：DNP為疏水性弱酸，易通過為疏水性弱酸，易通過膜轉(zhuǎn)移質(zhì)子，消除跨膜質(zhì)子梯度。膜轉(zhuǎn)移質(zhì)子，消除跨膜質(zhì)子梯度。體內(nèi)存在氧化磷酸化解偶聯(lián)體內(nèi)存在氧化磷酸化解偶聯(lián)生物學(xué)意義：產(chǎn)生熱量保持體溫生物學(xué)意義：產(chǎn)生熱量保持體溫（新生少毛動(dòng)物、冬眠動(dòng)物（新生少毛動(dòng)物、冬眠動(dòng)物）由解偶聯(lián)蛋白完成。由解偶聯(lián)蛋白完成。（產(chǎn)熱素：（產(chǎn)熱素：thermogenin,dimer,64-kd）形成通道，允許質(zhì)子從胞質(zhì)流進(jìn)線粒體基質(zhì)。形成通道，允許質(zhì)子從胞質(zhì)流進(jìn)線粒體基質(zhì)。三、氧化磷酸化的能量偶聯(lián)機(jī)理三、氧化磷酸化的能量偶聯(lián)機(jī)理（一）化學(xué)偶聯(lián)假說（一）化學(xué)偶聯(lián)假說1953 Slater提出

4、。提出。高能中間物高能中間物（二）構(gòu)象偶聯(lián)假說（二）構(gòu)象偶聯(lián)假說1964 Boyer 提出。提出。高能構(gòu)象高能構(gòu)象狀態(tài)狀態(tài)（三）化學(xué)滲透假說（三）化學(xué)滲透假說（chemiosmotic hypothesis）1961 Mitchell 提出（提出（1978年獲諾貝爾化學(xué)年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）。獎(jiǎng)）。質(zhì)子電化學(xué)勢質(zhì)子電化學(xué)勢化學(xué)滲透假說化學(xué)滲透假說電子沿呼吸鏈傳遞伴隨著電子沿呼吸鏈傳遞伴隨著H+從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)“泵泵”到內(nèi)膜外側(cè)，從而在內(nèi)膜兩側(cè)形成了跨到內(nèi)膜外側(cè)，從而在內(nèi)膜兩側(cè)形成了跨膜的膜的pH梯度（梯度（pH）和電位梯度（）和電位梯度（），二，二者合稱為質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力（者合稱為質(zhì)子驅(qū)

5、動(dòng)力（proton-motive force,pmf），該驅(qū)動(dòng)力使），該驅(qū)動(dòng)力使ADP和和Pi形成形成ATP。支持化學(xué)滲透學(xué)說證據(jù)：支持化學(xué)滲透學(xué)說證據(jù)：*線粒體內(nèi)膜對線粒體內(nèi)膜對H+、OH-、K+、Cl-等離等離子都是不通透性的；子都是不通透性的；*電子傳遞中產(chǎn)生了跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子電子傳遞中產(chǎn)生了跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度；梯度；*人為創(chuàng)造線粒體內(nèi)外質(zhì)子梯度，在沒有人為創(chuàng)造線粒體內(nèi)外質(zhì)子梯度，在沒有氧化底物時(shí)也能合成氧化底物時(shí)也能合成ATP；*只有完整的線粒體內(nèi)膜，才能進(jìn)行只有完整的線粒體內(nèi)膜，才能進(jìn)行ATP的的合成；合成；*破壞跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度和電位差，破壞跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度和電位

6、差，必然破壞氧化磷酸化進(jìn)行。必然破壞氧化磷酸化進(jìn)行。四、四、F0F1-ATP合酶合酶（一）亞線粒體內(nèi)膜重組實(shí)驗(yàn)（一）亞線粒體內(nèi)膜重組實(shí)驗(yàn) F1在體外具有在體外具有ATPase活性；活性；在體內(nèi)，在體內(nèi)，F(xiàn)0F1具有具有ATP合成酶活性。合成酶活性。ATP synthase（F0F1-合酶合酶）合酶：具有裂解作用，但不是裂解酶，合酶：具有裂解作用，但不是裂解酶，因?yàn)樗芗訌?qiáng)同一反應(yīng)的合成方向因?yàn)樗芗訌?qiáng)同一反應(yīng)的合成方向合成酶（合成酶（synthetase）:一種連接酶，所一種連接酶，所催化的反應(yīng)需要核苷三磷酸。催化的反應(yīng)需要核苷三磷酸。（二）（二）F0F1-ATP合酶的分子結(jié)合酶的分子結(jié)構(gòu)構(gòu)F1（3 3）球形頭部伸向基質(zhì)；球形頭部伸向基質(zhì)；F0（ab2c12）跨膜蛋白跨膜蛋白F0 F1ATP合酶功能位點(diǎn)：合酶功能位點(diǎn)：F1：為水溶性外周膜蛋白復(fù)合體，含有：為水溶性外周膜蛋白復(fù)合體，含有ATP合成合成位點(diǎn)；位點(diǎn)；F0：為水不溶性跨膜蛋白復(fù)合體，組成：為水不溶性跨膜蛋白復(fù)合體，組成質(zhì)子質(zhì)子通道。通道。