06 生物氧化与氧化磷酸化详解.ppt

构象变化假说 ATP酶作用机理 　　呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。 到目前为止，电子传递链中一分子NADH或FADH2被氧化所泵出的质子数，以及ATP合酶合成一个ATP所需的质子数仍然都是未知，对此，已有很多实验试图计算这两个值，但仍未取得一致意见。 对于电子传递链，目前最公认的结论是一个NADH被氧化泵出10个质子，一个FADH2被氧化泵出6个。而合成一分子ATP大约需要4个质子内流。因此，对于NADH，P/O值约为2.5，而FADH2的P/O值约为1.5。 磷氧比（ P/O ） NADH FADH2 O2 1 2 H2O H2O NADH呼吸链： P/O ≌ 3 ADP+Pi ATP FADH2呼吸链： P/O ≌ 2 O2 1 2 2e- 2e- ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP 然而也有的教科书认为P/O值分别为3和2。 定义式：能荷= ————————— [ATP]+0.5[ADP] [ATP]+[ADP]+[AMP] 意义： 能荷由ATP 、 ADP和AMP的相对数量决定，数值在0~1之间，反映细胞能量水平。 能荷对代谢的调节可通过ATP、 ADP和AMP作为代谢中某些酶分子的别构效应物进行变构调节来实现。 能荷 相对速率 ATP的利用途径 ATP的生成途径 能荷对ATP的生成途径和ATP的利用途径相对速率的 影响 能荷 三、氧化磷酸化偶联机制 关于氧化和磷酸化的偶联，曾提出了三种假说： 化学偶联假说（chemical coupling hypothesis） 化学渗透假说(chemiosmotic theory)。 构象变化假说(conformational coupling hypothesis) 化学偶联假说是爱德华?斯莱特（Edward C. Slater）于1953年提出。认为在电子传递过程中生成高能中间物，再由高能中间物裂解释放的能量驱动ATP的合成。这一假说可以解释底物磷酸化，但在电子传递体系的磷酸化中尚未找到高能中间物。 化学渗透假说 chemiosmotic hypothesis 1961年由英国生物化学家Peter Mitchell最先提出。 认为：电子传递释放的自由能和ATP的合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递释放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的H+离子梯度，及一个电位梯度。这个跨膜的电化学电势驱动ATP的合成。 NADH呼吸链中的三个复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ起着质子泵的作用，将H+ 从线粒体基质跨过内膜泵入膜间隙。 H+不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称为质子动力。 当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的F0F1-ATP合酶返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，推动ATP的合成。 获得1978年的诺贝尔化学奖 化学渗透假说示意图 化学渗透假说示意图 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ NADH+H+ 2H+ 2H+ 2H+ ADP+Pi ATP 高质子浓度 H2O 2e- + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 质子流 线粒体内膜 磷酸化 氧化 线粒体ATP合酶 ATP酶复合体 F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。 F1：为亲水蛋白质，由?3 ?3 ???亚基组成，催化生成ATP。 OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。 ? ? ? OSCP ? F1 H+通道 ? ? ? ? FO 柄 DCCD结合蛋白 基质表面 外表面 ? 美国科学家保罗?博耶（Paul Boyer）为解释ATP酶作用机理，于1964年提出构象变化假说（现称旋转催化假说）。认为电子传递使线粒体内膜的蛋白质构象发生变化，推动了ATP的生成。 1994年，英国科学家约翰?沃克（John E.Walker利用牛心线粒体F1-ATP酶的晶体结构，证明了在ATP酶合成ATP的催化循环中，三个β亚基的确有不同构象，从而有力地支持了保罗?博耶的假说。 旋转催化假说认为，ATP合酶β亚基有三种不同的构象，一种构象（L）有利于ADP和Pi结合，一种构象（T）可使 结合的ADP和Pi合成ATP，第三种构象（O）使合成的ATP容