Lec16_Oxidative Phosphorylation-st.ppt

等于或超过电子从NADH到O2所释放的能量时 * 几分钟后Pi中含有3-4个18O 表明期间ATP的水解和合成反复进行 * 线粒体内膜对带电物质一般是不可通透的 * ATP消耗增加 电子传递和氧化磷酸化速率提高 丙酮酸通过三羧酸循环的氧化速率提高 糖酵解速率提高，促进丙酮酸的形成 高ATP浓度和低ADP浓度时，代谢速率减缓 ATP的使用和AMP, ADP, Pi的生成增加时，代谢速率加速 ATP是果糖磷酸激酶和丙酮酸脱氢酶的别构抑制剂 * Oxidative Phosphorylation 电子和质子流经呼吸链 复合体I： NADH:Q氧化还原酶 NADH?Q 辅助因子： FMN ? Fe-S 每一个电子对传送至Q 驱动4H+泵出 复合体II： 琥珀酸脱氢酶 琥珀酸?Q 辅助因子： FAD ? Fe-S 2个电子传送至Q 复合体III： Q:Cyt c氧化还原酶 Q? Cyt c 辅助因子： Fe-S, 血红素 每一个电子对传送至Cyt c驱动4H+泵出 复合体IV： 细胞色素氧化酶 Cyt c? O2 辅助因子： 血红素，Cu离子 4e- + 4H+ 结合到O2形成H2O，驱动4H+从基质泵出 电子传递和ATP合成的偶联 化学渗透理论的解释 ATP合酶上的质子通道被阻断 质子不能回流到基质 呼吸链驱动质子持续外流，产生一个大的质子梯度 当逆梯度将质子泵出的代价过大，质子驱动力也将停止 电子流动停止，偶联总过程自由能变化为零 * ATP合酶 F1催化ATP的水解，F1ATP酶 同位素18O交换实验： ATP合成的自由能接近于0 ATP合成和水解的初始速率的动力学： ?Go ≈0 VS ATP水解的?Go = -30.5 kJ/mol ATP合酶通过更紧密地结合ATP而释放足够的能量平衡合成ATP所耗费的能量 FoF1高亲和力结合ATP （Kd≤10-12 mol/L） FoF1低亲和力结合ADP （Kd≤10-5 mol/L） Kd差值相当于40kJ/mol的结合能，驱动平衡向ATP生成方向移动 * 质子梯度驱使ATP从酶表面释放 ATP合成中，ATP从酶表面的释放是主要的能障 质子梯度使得酶能释放在其表面生成的ATP分子 对ATP的持续合成，ATP合酶必须在一种与ATP非常紧密结合的形式和一种释放ATP的形式之间轮换 * 自由能(E?ATP) ≈自由能(ADP+Pi) 在酶表面，反应很容易可逆发生 ATP合酶的“结合-改变”机制 转动催化是ATP合成机制的关键 质子穿过ATP合酶的Fo驱动F1构象改变 质子通过Fo(P?N)流过内膜时，c12圆柱和 γ亚基围绕γ纵轴旋转 每旋转120o， γ亚基就会与不同的δ亚基相接触，使其变成β-空缺构象 360o ，3个ATP合成及从酶表 面释放 * ATP合酶的“结合-改变”机制 FoF1合成ATP时， γ亚基按照一定方向旋转 FoF1水解ATP时， γ亚基按照相反方向旋转 F1亚基通过His残基固定在显微载玻片上 Biotin共价连接c亚基，avidin共价连接于荧光探针标记的肌动蛋白长丝上 ATP水解时，肌动蛋白沿一个方向持续旋转 * Y. Sambongi, et al, Science, 1999, 286, 1722-1724 “杆状物”按照在360o范围内发生了旋转 分三步，每步旋转120o 氧气消耗与ATP合成之间的化学计量关系 * 质子驱动力为主动运输提供能量 腺嘌呤核苷酸移位酶 反向运输 使线粒体ATP输出，ADP输入 负电荷的净外流 由跨膜的电化学梯度所促进 磷酸移位酶 促进H2PO4-和H+进入基质 没有净电荷的流动 跨膜质子梯度有利于运输 质子驱动力 提供ATP合成的能量 提供能量将底物（ADP和Pi）与产物（ATP）分别运进和运出线粒体基质 * 氧化磷酸化-供能 1分子葡萄糖完全氧化 ? 30/32个ATP 1份子葡萄糖在厌氧条件下 ? 2个ATP 棕榈酰CoA完全氧化 ? 108个ATP * 氧化磷酸化大大提高了分解代谢的产能效率 ATP生成通路的调控 分解代谢通路相互协同的调控 ATP和ADP的相对浓度，调控着糖酵解、丙酮酸氧化、三羧酸循环、氧化磷酸化的速率 * 任何ATP消耗增加时，电子传递和氧化磷酸化的速率也提高 糖酵解和TCA通过柠檬酸的互锁调控 [NADH]/[NAD+]的高比例会抑制TCA中的脱氢酶反应 NADH和乙酰CoA抑制丙酮酸到乙酰CoA的氧化过程 等于或