电子传递链与氧化磷酸化.pptx
1Electron transport and ATP generation: overview- 沿内膜结合的载体链沿内膜结合的载体链 传递传递e流流- 放能性的放能性的e流与吸能流与吸能 性的性的H+跨膜转运偶联跨膜转运偶联- H+顺梯度的跨膜回流顺梯度的跨膜回流 提供自由能合成提供自由能合成ATPP34-2氧化磷酸化氧化磷酸化 = e传递与传递与ATP合成偶联合成偶联Matrix(cf. p324)第1页/共44页2- 外膜外膜对小分子和离子通透对小分子和离子通透 (膜孔蛋白跨膜通道膜孔蛋白跨膜通道)- 内膜内膜不通透不通透(包括包括H+) 含有含有e传递链组分和传递链组分和ATP合酶合酶- 丙酮酸等中间代谢物可经由特丙酮酸等中间代谢物可经由特 殊载体进入殊载体进入基质基质继续氧化继续氧化(TAC)- ATP被转运到胞液时被转运到胞液时ADP和和Pi 同时同时进入基质进入基质19-1氧氧化化磷磷酸酸化化组组分分线线粒粒体体生生化化反反应应结结构构模模式式膜孔蛋白通道膜孔蛋白通道嵴嵴1. 线粒体中的电子转移反应线粒体中的电子转移反应第2页/共44页3 电子被汇集于通用电子受体电子被汇集于通用电子受体- 烟酰胺核苷酸烟酰胺核苷酸NAD(P)+ ( H)- 黄素核苷酸黄素核苷酸FMN/FAD (12 e)t19-1(usu. as e receptor in catabolism)(usu. as e donor in anabolism)自学自学第3页/共44页4电子载体电子载体大多是具有辅因子的大多是具有辅因子的整合蛋白整合蛋白， 能够接受或给出能够接受或给出12 e： - e直接转移直接转移 (eg. Fe3+ Fe2+) - 以以H (H+ + e) 形式转移形式转移 - 以以 H 形式转移形式转移还原当量还原当量在氧在氧-还反应中转移的还反应中转移的单电子单电子当量当量其他具有电子传递功能的分子其他具有电子传递功能的分子 (cf. p330) - Fe-S蛋白蛋白 (iron-sulfur proteins) - 泛醌泛醌 (ubiquinone, Q/CoQ) - 细胞色素细胞色素 (cytochromes, Cyt.)LW-3 电子流经一系列膜结合的载体传递电子流经一系列膜结合的载体传递第4页/共44页5 铁铁-硫蛋白的硫蛋白的Fe-S中心中心2Fe-2S型型4Fe-4S型型参与单电子转移：参与单电子转移： Fe-S簇中只有簇中只有1个个Fe被氧化或还原被氧化或还原蓝细菌蓝细菌Anabaena 7120的铁氧还蛋白的铁氧还蛋白为为2Fe-2S型型19-5 (3rd)仅指无机仅指无机S自学自学第5页/共44页6- 完全还原需要完全还原需要2H，经由经由 半醌基半醌基中间物形式以两步中间物形式以两步 反应完成反应完成- 质体醌质体醌(叶绿体叶绿体)和和甲基萘甲基萘 醌醌(细菌细菌)也具有类似的在也具有类似的在 膜结合膜结合e传递链中携带传递链中携带e 的功能的功能- 为为脂溶性脂溶性小分子，能在小分子，能在 线粒体内膜的脂双层中线粒体内膜的脂双层中 自由扩散自由扩散，从而在内膜，从而在内膜 上其他移动性较低的上其他移动性较低的e 载体间传递还原当量载体间传递还原当量- 既能携带既能携带e也能携带也能携带H+， 在在e流和流和H+移动的偶联移动的偶联 中具有关键作用中具有关键作用 泛醌泛醌 (Q/CoQ)19-2泛醌泛醌半醌半醌(自由基自由基)泛泛醇醇= 带有长异戊二烯侧链的苯醌带有长异戊二烯侧链的苯醌自学自学第6页/共44页7 细胞细胞色素类辅基色素类辅基 (Cyt)- 铁原卟啉铁原卟啉存在于存在于 Cyt b类类，包括，包括 Hb和和Mb- Cyt a类类的的血红素血红素A 具有一个连接于五元具有一个连接于五元 环的类异戊二烯长链环的类异戊二烯长链- 血红素血红素C通过通过硫醚键硫醚键 共价结合于共价结合于Cyt c类类 的两个的两个Cys残基上残基上19-3吡咯环吡咯环- 由由4个个五元含氮吡咯环五元含氮吡咯环 组成组成(卟啉卟啉)，4 N均以均以 配位键与中心的配位键与中心的Fe (Fe2+/Fe3+)连接连接自学自学第7页/共44页819-4还原态还原态细胞色素细胞色素(Fe2+)都具都具有三条可见光吸收带，其中有三条可见光吸收带，其中波长最长的波长最长的 带带分别约为：分别约为：- cyt a: 600 nm- cyt b: 560 nm- cyt c: 550 nmCyt的可见光吸收均与的可见光吸收均与其卟啉环的其卟啉环的共轭双键共轭双键系统有关系统有关自学自学第8页/共44页9 确定电子载体顺序的一般方法确定电子载体顺序的一般方法- 测定各载体的测定各载体的Eo- 测定各载体被氧化的速率测定各载体被氧化的速率- 测定各载体的氧测定各载体的氧-还状态还状态呼吸链及其相关电子载体的呼吸链及其相关电子载体的标准还原电势标准还原电势由由Eo推断的载体顺序推断的载体顺序(non-overstep)：NADH Q cyt b cyt c1 cyt c cyt a cyt a3 O2e趋向于自发趋向于自发从从Eo较低的载较低的载体流向较高的体流向较高的t19-2在整条载体链在整条载体链被还原后被还原后测定测定各载体的氧化各载体的氧化速率速率第9页/共44页10提供提供O2和和e供体时，供体时，不同阻断剂不同阻断剂将导致形成特定的氧化态将导致形成特定的氧化态/还原态还原态载体组合模式载体组合模式(ie. 吸收光谱变化吸收光谱变化)- 阻断部位之前均为阻断部位之前均为还原态还原态- 阻断部位之后均为阻断部位之后均为氧化态氧化态 电子转移阻断剂对各载体氧电子转移阻断剂对各载体氧-还状态的影响还状态的影响鱼藤酮鱼藤酮抗霉素抗霉素A19-6第10页/共44页11 呼吸链若干位点的自由能释放足以推动呼吸链若干位点的自由能释放足以推动H+泵泵P34-6自学自学第11页/共44页12毛地黄皂苷处理毛地黄皂苷处理渗透破碎渗透破碎去垢剂溶解处理去垢剂溶解处理和离子交换层析和离子交换层析复合体复合体& ATP合酶合酶19-7 (3rd)In vitro, ATP synthase = ATPase, no ATP-synthesizing activity 呼吸链功能复合体的分离提纯呼吸链功能复合体的分离提纯(cf. p333)自学自学第12页/共44页13- 两类呼吸链组成不同两类呼吸链组成不同- 泛醌是两类呼吸链的泛醌是两类呼吸链的汇合点汇合点- 产生产生ATP的数量不同的数量不同(95%)复合体复合体(NADH-Q氧化氧化还原酶还原酶) 复合体复合体 (琥珀酸琥珀酸-Q还原酶还原酶)复合体复合体 (细胞色素细胞色素还原酶还原酶)复合体复合体(细胞色素细胞色素氧化酶氧化酶) 电子传递电子传递/呼吸链的主要类型呼吸链的主要类型(cf. Fig. 12-6)第13页/共44页14e转移能量被有效转移能量被有效保存在保存在H+梯度中梯度中- e经由复合体经由复合体/传给传给Q生成生成QH2- 作为作为e和和H+的移动载体，的移动载体，QH2随即将随即将e传递给复合体传递给复合体- 复合体复合体再将再将e转移给另一移动载体转移给另一移动载体Cyt c- 复合体复合体最终将最终将e从从Cyt c传递给传递给O2生成生成H2O- 伴随伴随e流动的同时发生从基质到膜间腔的流动的同时发生从基质到膜间腔的H+净流动净流动总矢量反应式总矢量反应式(NADH型型)NADH + 11HN+ + O2 NAD+ + 10HP+ + H2O Eo = 0.816VEo = 1.14VGo-220 kJ/mol(cf. p335) 呼吸链四个复合体的呼吸链四个复合体的e和和H+流流19-15Eo = -0.32V (Eo = 0.031V)(cf. Fig. 12-11 12-15)Eo = 0.045V第14页/共44页15 电子载体以多酶电子载体以多酶 复合体形式进行反应复合体形式进行反应电子从电子从NADH、琥珀酸、琥珀酸、脂酰脂酰-CoA和甘油和甘油-3-P到到泛醌泛醌(Q)的传递途径的传递途径甘油甘油-3-P脱氢酶脱氢酶NADH型型呼吸链呼吸链(95%)起点为脱氢酶辅酶起点为脱氢酶辅酶NAD+酰基酰基-CoA脱氢酶脱氢酶氧化还原酶氧化还原酶19-8FADH2型型呼吸链起点呼吸链起点为脱氢酶辅因子为脱氢酶辅因子FAD自学自学第15页/共44页16 复合体复合体(NADH:Q氧化氧化还原酶还原酶)- 催化催化: :H从从NADH转移转移 至至FMN- FMN经由系列经由系列Fe-S中中 心将心将2e传递给传递给基质臂基质臂 上的上的Fe-S蛋白蛋白N-2- 2e沿沿膜臂膜臂从从N-2转移转移 到到Q后形成后形成QH2- QH2扩散进入膜脂双扩散进入膜脂双 层层(III)，同时驱动，同时驱动 4H+从基质中排出从基质中排出- 阿密妥、阿密妥、鱼藤酮鱼藤酮和杀和杀 粉蝶菌素粉蝶菌素A能抑制该能抑制该 电子流而完全阻断氧电子流而完全阻断氧 化磷酸化的进行化磷酸化的进行- NADH的的: :H转移给泛醌转移给泛醌(放能放能)- 基质中基质中4H+转移到膜间腔转移到膜间腔(吸能吸能)偶联偶联反应反应膜间腔膜间腔基质臂基质臂膜臂膜臂19-9矢量矢量H+流流产生跨内膜的电化学势能，使产生跨内膜的电化学势能，使e传递中释出的大部分能量得以储存，而传递中释出的大部分能量得以储存，而H+的回流则可用于驱动的回流则可用于驱动ATP的合成的合成NADH + 5HN+ + Q NAD+ + QH2 + 4HP+= NADH Q自学自学第16页/共44页17 复合体复合体 (琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶)- 异型四亚基异型四亚基 (五辅基五辅基)膜整合蛋白膜整合蛋白辅基辅基周质心磷脂周质心磷脂- 从从琥珀酸结合位点琥珀酸结合位点 经经FAD和和Fe-S中心中心 至至Q结合位点结合位点的的e 转移通道全长超过转移通道全长超过 40，但每一段均，但每一段均 短于快速短于快速e 转移的转移的 共振距离共振距离1119-10= 琥珀酸琥珀酸 Qfor E. coli自学自学第17页/共44页18 复合体复合体 (细胞色素细胞色素bc1复合体复合体)- 为同型二聚体，各为同型二聚体，各 单体由单体由11个不同的个不同的 亚基组成亚基组成- 单体的功能核心为单体的功能核心为 三个关键亚基：三个关键亚基： 含有含有2 heme的的cyt b 含有含有heme的的cyt c1 含有含有2Fe-2S中心的中心的 Rieske Fe-S蛋白蛋白19-11a= Q cyt c其中其中Fe结合于结合于His而不是而不是Cys自学自学第18页/共44页19 复合体复合体的二聚体作用的二聚体作用- 凸出在凸出在P侧的侧的cyt c1 和和Rieske Fe-S蛋白蛋白 可以和膜间腔中的可以和膜间腔中的 游离游离cyt c 相互作用相互作用- 2个独立的个独立的Q结合点结合点 QN和和QP分别与能阻分别与能阻 断氧化磷酸化的两种断氧化磷酸化的两种 药物抑制作用有关药物抑制作用有关- Q中间代谢物的移动中间代谢物的移动 发生在单体之间形成发生在单体之间形成 的空隙中的空隙中抗霉素抗霉素A可与之结可与之结合而阻断电子从合而阻断电子从血红素血红素bH Q黏噻唑菌醇黏噻唑菌醇可与之可与之结合而阻断电子从结合而阻断电子从QH2 F-S中心中心19-11b自学自学第19页/共44页20 Q cycle1st e2nd e 19-12= 完成双完成双/单电子单电子载体之间的转换载体之间的转换可溶性蛋白，可溶性蛋白，还原后即可向还原后即可向复合体复合体移动移动膜间腔膜间腔H+净增净增自学自学第20页/共44页21G21.12泛醌泛醌-泛醇库泛醇库半醌不解脱半醌不解脱自学自学第21页/共44页2219-13 复合体复合体(细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶) = cyt c O210个亚基中以个亚基中以构建复合体核心构建复合体核心- 亚基亚基含含血红素血红素a & a3和铜离子和铜离子 CuB，形成双核形成双核Fe-Cu中心中心- 亚基亚基含含有有2个个铜离子，分别与铜离子，分别与 2 Cys-SH连接连接成双核中心成双核中心CuA- 双核中心双核中心CuA的的2个个铜铜离子离子 均等共享均等共享1e： 还原态还原态为为Cu1+Cu1+ 氧化态氧化态为为Cu1.5+Cu1.5+- 亚亚基基为复合体功能所必需，为复合体功能所必需， 但作用不详但作用不详MetHisAspCys自学自学第22页/共44页23以底物方式消耗以底物方式消耗- O2的的还原需要还原需要4e + 4H+ (= 2 NADH当量当量)- cyt cO2的的e传递分两轮传递分两轮 进行：进行： 1st轮轮的的2e将将O2还原成还原成O22- 2nd轮轮的的2e再将再将O22-还原成还原成 H2O (消耗基质中的消耗基质中的4H+)- 每个每个e通过时还可泵出通过时还可泵出1H+ 复合体复合体的作用机制的作用机制 19-14- 总反应：总反应：4 cyt c(还原态还原态) + 8HN+ + O2 4 cyt c(氧化态氧化态) + 4HP+ + 2H2OCN, N3, CO可抑制可抑制自学自学第23页/共44页24只有只有还原态还原态双核中心双核中心Fea32+-CuB+ 才能接受才能接受O2，并分别由并分别由Fea32+和和CuB+ 各提供各提供e将其还原为过氧化中间物将其还原为过氧化中间物cyt c提供的提供的3rd e将将 CuB2+再再还原成还原成CuB+靠近靠近CuB+的的O被质子化被质子化 而引起而引起e重新分布重新分布加上加上2nd H+和和4th e后，导致后，导致 O-O键断裂并形成羟化中间物键断裂并形成羟化中间物再加上再加上2 H+后释出后释出2 H2O， 双核中心返回氧化态双核中心返回氧化态氧化态双核中心氧化态双核中心Fea33+-CuB2+ 被被来自来自cyt c的的2e分步还原分步还原P34-8 复合体复合体还原还原O2的的假设机制假设机制尚未完全还原的过氧化态中间尚未完全还原的过氧化态中间物始终与复合体紧密结合，直物始终与复合体紧密结合，直到完全还原成到完全还原成H2O才释出才释出O22自学自学第24页/共44页2519-16线粒体内膜将两个不同的线粒体内膜将两个不同的H+区室区室分开，形成跨膜的化学浓度差分开，形成跨膜的化学浓度差(pH)和电位差和电位差( )，其净效应即是其净效应即是PMF 质子动势质子动势(PMF: proton motive force)= e传递中释出的大部分能量的暂时储存形式传递中释出的大部分能量的暂时储存形式生理条件下泵出生理条件下泵出H+的的G20 kJ/molG21.22(cf. p341)第25页/共44页26Eastern skunk cabbage 植物线粒体氧化植物线粒体氧化 NADH的不同机制的不同机制- 低照明时可通过类似于非光合物种的低照明时可通过类似于非光合物种的 e流流传递机制以合成传递机制以合成ATP- 光照下光照下其线粒体的其线粒体的NADH主要来自于主要来自于 光呼吸产生的光呼吸产生的Gly缩合成缩合成Ser 2 Gly + NAD+ Ser + NADH + H+ + CO2 + NH4+ 不受不受CN抑制抑制b19-1绕过绕过、和和及其及其H+泵，泵，将能量直接以热形式耗散以将能量直接以热形式耗散以再生出再生出光呼吸所需的光呼吸所需的NAD+自学自学第26页/共44页2719-16 (3rd)- 来自于来自于NADH等可氧等可氧 化底物的化底物的e通过内膜通过内膜 上的载体而传递上的载体而传递- e流伴随有流伴随有H+的跨膜的跨膜 转移而形成转移而形成化学梯度化学梯度 和电位梯度和电位梯度(=PMF)- 内膜对内膜对H+不通透，只不通透，只 能经由特异通道能经由特异通道(Fo) 返回基质返回基质- 驱动驱动H+返回的返回的PMF为为 ATP的合成提供能量，的合成提供能量， 该偶联反应由结合于该偶联反应由结合于 Fo的的F1复合体所催化复合体所催化内内碱碱外外酸酸在与在与e传递相偶联所形成的传递相偶联所形成的PMF驱驱动下，泵入膜间腔的动下，泵入膜间腔的H+经由特殊通经由特殊通道回流至基质，而由此产生的道回流至基质，而由此产生的G被用于将被用于将ADP + Pi ATP内内负负外外正正ATP合酶合酶chemiosmotic hypothesis (1961)2. ATP合成合成1978 NP in Chem.第27页/共44页28- 只添加只添加ADP和和Pi时，时， 呼吸呼吸(O2耗耗)和和ATP 合成都很小合成都很小- 添加添加e供体如琥珀酸供体如琥珀酸 则立即显著增加则立即显著增加- 加入加入氰化物氰化物后又随即后又随即 被抑制被抑制 电子传递和电子传递和ATP合成合成相偶联相偶联19-18- 已加入琥珀酸的线粒体，其呼吸已加入琥珀酸的线粒体，其呼吸 和和ATP合成只有在添加合成只有在添加ADP和和Pi 之后才能进行之后才能进行- 氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂杀黑星霉素杀黑星霉素/寡寡 霉素可因阻断霉素可因阻断ATP的合成而抑制的合成而抑制 呼吸的进行呼吸的进行- 解偶联剂解偶联剂2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚(DNP) 使呼吸继续进行但不能合成使呼吸继续进行但不能合成ATP干扰干扰ATP合酶使其合成受阻合酶使其合成受阻 H+不能返回基质不能返回基质 H+梯度加梯度加大导致大导致H+泵停转泵停转 e流停止流停止Cyt (a+a3) O2第28页/共44页29G21.312,4-二硝基苯酚二硝基苯酚 (DNP)- 疏水性小分子疏水性小分子(弱酸弱酸)- 具有可解离具有可解离H+- 不影响不影响e传递和传递和H+泵泵- 可携带可携带H+跨越内膜而跨越内膜而 破坏其跨膜梯度，进破坏其跨膜梯度，进 而抑制而抑制ATP合成合成使使e传递和传递和ATP合成相互分离合成相互分离 解偶联剂解偶联剂 (uncoupler)Dinitrophenol电子离域作电子离域作用使负电荷用使负电荷相应分散，相应分散，导致该阴离导致该阴离子表现为弱子表现为弱脂溶性的脂溶性的双双(羟羟)香豆素香豆素第29页/共44页30通过提供通过提供H+重返基质的另一条重返基质的另一条途径，途径，褐色脂肪组织褐色脂肪组织线粒体的线粒体的解偶联蛋白解偶联蛋白/产热素蛋白产热素蛋白使质使质子泵保存的能量以热量形式发子泵保存的能量以热量形式发散出来散出来 解解偶联线粒体的偶联线粒体的产热反应产热反应19-30自学自学第30页/共44页31- 将线粒体悬浮于将线粒体悬浮于0.1M KCl的的pH 9 缓冲液，经由渗透作用最终使基质缓冲液，经由渗透作用最终使基质 与环境达到平衡与环境达到平衡- 将线粒体移至将线粒体移至pH 7缓冲液，后者缓冲液，后者 含有含有K+载体载体缬氨霉素缬氨霉素但不含但不含KCl- 缓冲液的改变使线粒体内膜两侧缓冲液的改变使线粒体内膜两侧 形成形成2 pH单位差单位差(内碱外酸内碱外酸)- K+在缬氨霉素载运下顺其梯度外泄在缬氨霉素载运下顺其梯度外泄 导致跨膜电荷不平衡导致跨膜电荷不平衡(内负外正内负外正)- 两者形成的电化学势即为两者形成的电化学势即为质子动势质子动势 PMF，足以在，足以在缺乏缺乏可氧化底物提供可氧化底物提供 e流的条件下使流的条件下使ATP的合成进行的合成进行 ATP合成中合成中质子梯度质子梯度作用的证实作用的证实人工模拟的电化学梯度能够在缺乏人工模拟的电化学梯度能够在缺乏可氧化底物作为电子供体的条件下可氧化底物作为电子供体的条件下驱动驱动ATP的合成的合成19-20自学自学第31页/共44页32F1= 3 3 (膜周蛋白膜周蛋白)Fo= ab2c1012 (膜整合蛋白膜整合蛋白)转轴转轴 ATP合酶结构合酶结构 (= FoF1复合体复合体)- Fo是跨内膜疏水蛋白组成的是跨内膜疏水蛋白组成的H+孔孔 道，道，2b2亚基亚基与与F1的的 及及 亚基亚基紧紧 密结合而使之相对固定在内膜上密结合而使之相对固定在内膜上- 嵌合在膜内的嵌合在膜内的c亚基亚基柱状体环绕柱状体环绕 由由F1的的 及及 亚基亚基所组成的主茎所组成的主茎- H+经由经由Fo从从P侧跨膜流向侧跨膜流向N侧时，侧时， 柱状体和主茎即发生相对旋转，柱状体和主茎即发生相对旋转， 使使F1的的 亚基亚基依次与依次与 亚基亚基接触接触 而改变其构象而改变其构象19-23f自学自学(cf. Fig. 12-17)第32页/共44页33松散构象松散构象开放构象开放构象紧密构象紧密构象每个每个 亚基在与其相邻亚基在与其相邻的的 亚基交界处都有一亚基交界处都有一个对催化活性极为关键个对催化活性极为关键的的腺苷酸腺苷酸结合位点，但结合位点，但在任一给定时刻均分别在任一给定时刻均分别处于不同构象处于不同构象- 紧密构象紧密构象结合有结合有 已合成的已合成的ATP- 松散构象松散构象与与 ADP & Pi结合结合- 开放构象开放构象为空载为空载 F1的的晶体结构顶视图晶体结构顶视图(膜膜N侧侧)转轴转轴 亚基亚基19-23c自学自学第33页/共44页34- F1复合体具有复合体具有3个个不同的腺苷酸结合不同的腺苷酸结合 位点，分别对应于一对位点，分别对应于一对亚基亚基， 但在任一给定时刻分别呈现但在任一给定时刻分别呈现紧密、紧密、 松散和空载构象松散和空载构象- PMF使主茎带动使主茎带动 亚基亚基转动转动(120 跳跃式跳跃式)，依次与各对，依次与各对亚基亚基 接触，导致相互协调的接触，导致相互协调的构象变化：构象变化： -ATP位点转化成位点转化成空载空载构象而构象而 释出释出ATP(需要需要3 H+进入基质进入基质) -ADP位点变为位点变为紧密紧密构象，促进构象，促进 松散结合的松散结合的ADP和和Pi缩合成缩合成ATP -empty位点转变成位点转变成松散松散构象，构象， 使进入的使进入的ADP和和Pi松散结合松散结合- 3个催化位点中个催化位点中至少有至少有2个个交替处于交替处于 活性状态活性状态( = 只有当某个位点结合了只有当某个位点结合了 ADP和和Pi时，另一位点才能释出时，另一位点才能释出ATP) ATP合酶作用的结合合酶作用的结合-变换机制变换机制- 旋转催化旋转催化(1979), NP in Chem. 199719-241918(cf. Fig. 12-19)第34页/共44页35- 腺苷酸移位酶是腺苷酸移位酶是逆向逆向转运转运 载体载体，而外正内负的跨膜，而外正内负的跨膜 电位差有利于该逆向主动电位差有利于该逆向主动 转运的进行转运的进行(ADP3取代取代 ATP4意味着负电荷的意味着负电荷的 净流出净流出)- 磷酸移位酶是磷酸移位酶是同向同向转运载转运载 体体，仅对，仅对H2PO4专一，后专一，后 者与者与H+的同向内流不会造的同向内流不会造 成净电荷移动，但基质内成净电荷移动，但基质内 的低的低H+有助于同向转运有助于同向转运 质子动势亦可驱动主动转运质子动势亦可驱动主动转运(腺苷酸腺苷酸及磷酸移位酶及磷酸移位酶)19-26PMF既可为既可为ATP合成提供能量，也合成提供能量，也能促进将底物能促进将底物ADP+Pi和产物和产物ATP分别转入和转出基质的主动转运分别转入和转出基质的主动转运(cf. Fig. 12-5)第35页/共44页3619-27 胞液胞液NADH的再氧化：穿梭机制的再氧化：穿梭机制苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(肝、肾及心肌细胞肝、肾及心肌细胞)(= 将胞液中产生的将胞液中产生的NADH 当量转入线粒体基质当量转入线粒体基质)胞液胞液NADH 将将2个还原当个还原当量转给草酰乙量转给草酰乙酸生成苹果酸酸生成苹果酸苹果酸在苹果酸苹果酸在苹果酸- -酮戊二酮戊二酸转运蛋白作用下跨越内膜酸转运蛋白作用下跨越内膜苹果酸在苹果酸在基质中将还基质中将还原当量转移原当量转移给给NAD+、生成生成NADH并经由呼吸并经由呼吸链继续氧化链继续氧化苹果酸脱苹果酸脱氢生成的草氢生成的草酰乙酸不能酰乙酸不能直接返回胞直接返回胞液，需经由液，需经由转氨反应生转氨反应生成成AspAsp经由经由Glu-Asp转运蛋白返回胞液转运蛋白返回胞液Asp再通过转氨再通过转氨反应再生草酰乙酸反应再生草酰乙酸(cf. Fig. 12-3)第36页/共44页37- 在胞液在胞液甘油甘油-3-P脱氢酶脱氢酶 (辅酶辅酶NADH)作用下，作用下， 二羟丙酮磷酸接受二羟丙酮磷酸接受2个个 还原当量生成还原当量生成甘油甘油-3-P- 结合在线粒体内膜外表结合在线粒体内膜外表 面的面的甘油甘油-3-P脱氢酶脱氢酶 (辅因子为辅因子为FAD的线粒体的线粒体 同工酶同工酶)随即将这随即将这2个还个还 原当量转移给泛醌并继原当量转移给泛醌并继 续经由呼吸链传递续经由呼吸链传递- 该穿梭使胞液该穿梭使胞液NADH 还原当量的传递因绕还原当量的传递因绕 过呼吸链的复合体过呼吸链的复合体 而少泵出而少泵出4 H+甘油甘油-3-P穿梭穿梭(骨骼肌及脑细胞骨骼肌及脑细胞)19-28(cf. Fig. 12-4)第37页/共44页38t19-5- 复合体复合体、和和 在传递在传递2e时分别时分别 从基质泵出从基质泵出4/4/2H+ 即即NADH型链和型链和 FADH2型链总共可型链总共可 分别泵出分别泵出10/6 H+- 每合成每合成1 ATP需要需要 回流回流4 H+：3个用于个用于 合成，合成，1个用于与个用于与 ATP等转运有关的等转运有关的 反应反应- NADH型和型和FADH2 型链每传递型链每传递2e给给 O2可以分别合成可以分别合成 2.5/1.5 ATPP/O比比(cf. p344)：通过呼吸链通过呼吸链e传递而发生的传递而发生的ADP磷酸化分子数与被还原的氧原子数之比磷酸化分子数与被还原的氧原子数之比 ( = 2e经由呼吸链传递至经由呼吸链传递至O2所产生的所产生的ATP分子数分子数)细胞条件下细胞条件下ATP水解的水解的Go-50 kJ/mol，合成，合成32个个ATP将保存将保存Glc完全氧化释放完全氧化释放总能量的总能量的54% 葡萄糖彻底氧化时的葡萄糖彻底氧化时的ATP合成总结算合成总结算第38页/共44页3919-31= ATP、ADP/AMP和和NADH 相对浓度的变化对糖酵解、相对浓度的变化对糖酵解、 丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循 环和氧化磷酸化的环和氧化磷酸化的连锁调节连锁调节 - 高能态抑制高能态抑制 - 低能态促进低能态促进3. 氧化磷酸化调节氧化磷酸化调节第39页/共44页40G21.30 电子传递及氧化磷酸化的常见抑制剂作用部位电子传递及氧化磷酸化的常见抑制剂作用部位二环己基碳二亚胺二环己基碳二亚胺寡霉素寡霉素解偶联剂：解偶联剂：2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚双双(羟羟)香豆素香豆素氟羰氰苯腙氟羰氰苯腙鱼藤酮鱼藤酮蝶啶蝶啶阿密妥阿密妥汞制剂汞制剂地美露地美露噻吩甲酰三氟丙酮噻吩甲酰三氟丙酮萎锈灵萎锈灵 抗霉素抗霉素氰化物氰化物叠氮化物叠氮化物CO自学自学(cf. p338, 342 & 344)第40页/共44页41小结：电子传递链与氧化磷酸化小结：电子传递链与氧化磷酸化 化学渗透假说为氧化磷酸化的能量偶联机制研究化学渗透假说为氧化磷酸化的能量偶联机制研究 提供了框架：提供了框架：e流流能量以同时泵送能量以同时泵送H+跨膜移动的跨膜移动的 方式被储存，即产生相应的电化学梯度质子动势方式被储存，即产生相应的电化学梯度质子动势 在线粒体中，各种在线粒体中，各种NAD关联的脱氢酶经由穿梭系统关联的脱氢酶经由穿梭系统 从底物移除的从底物移除的:H将将e提供给呼吸链，并通过后者将提供给呼吸链，并通过后者将 其最终传递给其最终传递给O2而还原成而还原成H2O 呼吸链由蛋白质和辅因子构建的复合体呼吸链由蛋白质和辅因子构建的复合体组成，组成， e依据其还原电势依次转移：来自依据其还原电势依次转移：来自NADH的经由复的经由复 合体合体、和和引入，来自琥珀酸的则通过复合体引入，来自琥珀酸的则通过复合体 ；参与；参与e转移的辅因子包括转移的辅因子包括FMN、FAD、Fe-S 蔟、蔟、Cu、cyt和泛醌和泛醌LW-4第41页/共44页42 e经由复合体经由复合体、和和的传递会导致的传递会导致H+跨线粒体跨线粒体 内膜外泵，使得基质相对于膜间腔偏碱，而由此产内膜外泵，使得基质相对于膜间腔偏碱，而由此产 生的生的H+梯度即可以梯度即可以PMF方式提供能量，使内膜上的方式提供能量，使内膜上的 ATP合酶合酶(FoF1复合体复合体)以以ADP和和Pi合成合成ATP ATP合酶以旋转催化方式运行：流经合酶以旋转催化方式运行：流经Fo的的H+流使流使F1 的三个核苷酸结合位点依次转化成的三个核苷酸结合位点依次转化成 -(ADP + Pi)、 -ATP以及以及 -空载构象空载构象 e经由复合体经由复合体或或CoQ进入呼吸链时，每进入呼吸链时，每 O2还原还原 为为H2O所合成的所合成的ATP数数(P/O比比)分别为分别为2.5和和1.5 通过对呼吸、糖酵解和柠檬酸循环等途径的一系列通过对呼吸、糖酵解和柠檬酸循环等途径的一系列 连锁调控，连锁调控，ATP和和ADP的相对浓度的相对浓度(细胞能态细胞能态)可以可以 协调呼吸链的反应强度协调呼吸链的反应强度LW-5第42页/共44页43复习题复习题 (p130136)一、选择一、选择 1, 5, 911, 13, 16, 19 22, 26, 29, 31, 32二、填空二、填空 4, 6, 911, 1517, 19 2527, 31, 32三、名词解释三、名词解释 16四、判断四、判断 6, 7, 9, 13, 15, 20, 21五、问答五、问答 2, 6, 7作作 业业 1. 电子传递链中各成员是电子传递链中各成员是 依据什么原则排列的？依据什么原则排列的？2. 简述电子传递链与氧化简述电子传递链与氧化 磷酸化之间的关系磷酸化之间的关系3. 在一个具有全部细胞功在一个具有全部细胞功 能的哺乳动物细胞匀浆能的哺乳动物细胞匀浆 中分别加入葡萄糖、丙中分别加入葡萄糖、丙 酮酸和柠檬酸，当其酮酸和柠檬酸，当其完完 全氧化全氧化为为CO2和和H2O时时 各能产生多少各能产生多少ATP？ (需要给出各反应步骤需要给出各反应步骤!) 第43页/共44页44感谢您的观看！第44页/共44页
