电子传递与氧化磷酸化.pptx

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1、 氧化磷酸化：氧化磷酸化：电子从被氧化的底物传递到氧的过程中所释放电子从被氧化的底物传递到氧的过程中所释放出的自由能推动出的自由能推动ADPADP酶促合成酶促合成ATPATP的过程。的过程。底物磷酸化底物磷酸化：XP+ADPXH+ATP第1页/共34页磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸1,31,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶第2页/共34页质子浓度差质子浓度差跨膜电势跨膜电势第3页/共34页一、化学渗透学说一、化学渗透学说19781978诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖Peter D Mitchell第4页/共34页线粒

2、体基质线粒体基质 线粒体内膜线粒体内膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图 电子传递的自由能驱动电子传递的自由能驱动H H+ +从线粒体基质跨过内膜进从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的入到膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的H H+ +电化学梯度。电化学梯度。这个梯度驱动这个梯度驱动ATPATP的合成。的合成。第5页/共34页化学渗透假说的实验证据化学渗透假说的实验证据 氧化磷酸化需要完整的线粒体内膜。氧化磷酸化需要完整的线粒体内膜。 线粒体内膜对线粒体内膜对H+、OH-、K+、Cl-

3、等离子是不可通透的。等离子是不可通透的。 电子的传递导致电子的传递导致H+跨完整的线粒体内膜从基质向膜间空间的转移。跨完整的线粒体内膜从基质向膜间空间的转移。 能增高内膜对质子渗透性的化合物破坏跨膜的电化学梯度，结果导致电子能增高内膜对质子渗透性的化合物破坏跨膜的电化学梯度，结果导致电子的传递可以进行，而的传递可以进行，而ATP的合成被抑制；反之，如果增加内膜外侧的酸性，会的合成被抑制；反之，如果增加内膜外侧的酸性，会促进促进ATP的合成。的合成。第6页/共34页（b b）大肠杆菌）大肠杆菌F F1 1F F0 0-ATP-ATP酶的冰冻蚀刻电镜图酶的冰冻蚀刻电镜图（a a）线粒体嵴的电镜图）

4、线粒体嵴的电镜图F F1 1 “棒糖棒糖” 插进磷脂膜插进磷脂膜二、二、ATP合酶（合酶（F1Fo-ATPase，复合物，复合物）第7页/共34页线粒体内膜线粒体内膜质子梯度合成质子梯度合成ATP三类驱动离子的三类驱动离子的ATPATP酶酶Na+,K+-ATPaseCa2+-ATPase真菌和酵母的微囊体真菌和酵母的微囊体水解水解ATP 转运质子转运质子第8页/共34页第9页/共34页线粒体的线粒体的F F1 1F F0 0-ATP-ATP酶中各亚基组分酶中各亚基组分F1（80A）F0（50A）F1(ATP酶酶)水溶性外周膜蛋白水溶性外周膜蛋白由由、五种亚基五种亚基组成组成F0疏水跨膜质子通道

5、疏水跨膜质子通道至少至少8 8种不同的亚基种不同的亚基柄柄寡霉素敏感性蛋白（寡霉素敏感性蛋白（OSCPOSCP）（p355）偶合因子偶合因子6 6（F6F6）催化催化ATPATP合合成的部位成的部位DCCD（二环己基碳二亚胺）：（二环己基碳二亚胺）：F0抑制剂抑制剂（p354）第10页/共34页F1, the first factor recognized as essential for oxidative phosphorylation, was identified and purified by Efraim Racker and his colleagues in the early

6、 1960s.Austrian biochemist 第11页/共34页Mitochondrial ATP synthase complexJohn E. Walker 第12页/共34页Mitochondrial ATP synthase complex第13页/共34页Rotation of Fo and experimentally demonstrated第14页/共34页Paul D. BoyerJohn E. WalkerJens C. Skou1/4 of the prize1/4 of the prize1/2 of the prizeUniversity of Califor

7、nia Los Angeles, CA, USAMRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United KingdomAarhus University Aarhus, Denmarkenzymatic mechanism underlying the synthesis of ATPNa+, K+ -ATPase The Nobel Prize in Chemistry 1997第15页/共34页“O O”态（开放态）：不能与底物和产物结合态（开放态）：不能与底物和产物结合“L L”态（松散态）：与底物的结合较松弛，对态（松散态）：与底物的

8、结合较松弛，对底物没有催化能力底物没有催化能力“T T”态（紧密态）：与底物结合紧密，并有催态（紧密态）：与底物结合紧密，并有催化活性化活性第16页/共34页Binding-change model for ATP synthase结合变化机制结合变化机制Paul D. Boyer第17页/共34页Catalytic mechanism of F1第18页/共34页 酶结合的酶结合的ATPATP的形成不需要能量，质子经的形成不需要能量，质子经F F0 0质子通道从质子通道从膜外侧返回到基质所释放的能量，只是用来推动酶的构象膜外侧返回到基质所释放的能量，只是用来推动酶的构象发生改变，导致新合成的

9、发生改变，导致新合成的ATPATP的释放。的释放。第19页/共34页三、三、P/O比比 P/O比：比：每消耗每消耗1摩尔的氧原子使无机磷酸参入到摩尔的氧原子使无机磷酸参入到ATP中的中的摩尔数（或者指每对电子经呼吸链传递给每个氧原子时所生成的摩尔数（或者指每对电子经呼吸链传递给每个氧原子时所生成的ATP摩尔数）。摩尔数）。NADH ：3（2.5）FADH2：2（1.5）第20页/共34页四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制解偶联剂解偶联剂氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂离子载体抑制剂离子载体抑制剂第21页/共34页 作用：作用：使电子传递和使电子传递和ATPATP形成两个过

10、程分离。只抑制形成两个过程分离。只抑制ATPATP的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递产生的自由的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递产生的自由能都变为热能。能都变为热能。DNP、FCCP解偶联剂解偶联剂第22页/共34页解偶联剂解偶联剂2 2，4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚三氟甲氧基苯腙羰基氰化物三氟甲氧基苯腙羰基氰化物第23页/共34页解偶联剂解偶联剂第24页/共34页Endogenous Uncouplers Enable Organisms To Generate Heat内在解偶联剂能使组织产生热量内在解偶联剂能使组织产生热量 生热蛋白生热蛋白解偶联蛋白解偶联蛋白(UCP1)

11、Alaskan Brown Bear阿拉斯加棕熊阿拉斯加棕熊chipmunk花栗鼠花栗鼠第25页/共34页Endogenous Uncouplers Enable Organisms To Generate Heat内在解偶联剂能使组织产生热量内在解偶联剂能使组织产生热量 Skunk Cabbage臭菘臭菘Philodendron喜林芋属喜林芋属第26页/共34页氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 作用：作用：抑制抑制ATPATP的形成，但不直接抑制电子传递链上载的形成，但不直接抑制电子传递链上载体的作用。体的作用。寡霉素寡霉素第27页/共34页寡霉素寡霉素ATPATP合酶结构模式图合酶结构模式

12、图可阻止质子从可阻止质子从F F0 0质子通道回质子通道回流，抑制流，抑制ATPATP成。成。氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂第28页/共34页离子载体抑制剂离子载体抑制剂 作用：作用：与某些离子结合并作为它们的载体使这些离子能与某些离子结合并作为它们的载体使这些离子能够穿过膜。够穿过膜。短杆菌肽、缬氨霉素短杆菌肽、缬氨霉素 增大了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，从而破坏了增大了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，从而破坏了膜两侧的电位梯度，最终破坏了氧化磷酸化过程。膜两侧的电位梯度，最终破坏了氧化磷酸化过程。第29页/共34页离子载体抑制剂离子载体抑制剂第30页/共34页The sites of

13、 action of several inhibitors of electron transport and/or oxidative phosphorylation 抗生素抗生素寡霉素寡霉素鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥德美罗德美罗第31页/共34页The structures of several inhibitors of electron transport and oxidative phosphorylation鱼藤酮鱼藤酮二环己基碳二亚胺二环己基碳二亚胺(DCCD)寡霉素寡霉素A抗生素抗生素A安密妥安密妥德美罗德美罗(度冷丁度冷丁)2-噻吩甲酰三氟噻吩甲酰三氟丙酮丙酮第32页/共34页线粒体线粒体和能量转换和能量转换第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页