线粒体和叶绿体1解析.ppt

呼吸链的4种复合物,即复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ 。辅酶Q和细胞色素C不属于任何一种复合物: 辅酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的膜间隙侧，属于膜的外周蛋白。 呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列。 呼吸链上的电子转运复合物 呼吸链上的电子转运复合物 电子转运复合物I：NADH脱氢酶 作用：催化NADH的2个电子传递至辅酶Q，同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。 电子传递方向：NADH→FMN→Fe-S→Q 电子转运复合物II：琥珀酸脱氢酶 作用：催化琥珀酸的低能量电子转至辅酶Q，但不转移质子。 电子传递方向：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。 反应结果：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2 饶子和院士 2005年，中国科学家成功解析出复合物II的晶体结构 猪心线粒体复合物II的结构 (Cell, 2005) 电子转运复合物III：细胞色素c还原酶 作用：催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 电子转运复合物IV：细胞色素c氧化酶 作用：将从细胞色素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。 电子传递方向： cyt c→CuA→cyt a→cyt a3- CuB→O2 复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成主要的呼吸链，催化NADH的脱氢氧化。复合物Ⅰ：Ⅲ：Ⅳ的比例为1：3：7。 复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成另一条呼吸链，催化琥珀酸的脱氢氧化。 任何两个复合物之间没有稳定的连接结构，而是由辅酶Q和细胞色素c这样的可扩散性分子连接。 呼吸链各组分有序，使电子按氧化还原电位从低向高传递，能量逐级释放，呼吸链中的复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都是质子泵，可将质子由基质转移到膜间隙，形成质子动力势（proton-motive force），驱动ATP的合成。 两条主要的呼吸链 呼吸链上的电子转运复合物 ATP合成酶和氧化磷酸化 ATP合成酶的结构和作用机理 ATP合成酶（ATP synthase），分子量500KD，状如蘑菇。分为球形的F1（头部）和 嵌入膜中的F0（基部），它可以利用质子动力势合成ATP，也可以水解ATP，转运质子。属F型质子泵。 ATP合成酶的结构和作用机理 a a a b b b g F1 in cross section F1由5种多肽组成α3β3γδε复合体，具有三个ATP合成的催化位点（每个β亚基具有一个）。 α和β单位交替排列，状如桔瓣。 γ贯穿αβ复合体（相当于发电机的转子），并与F0接触，ε帮助γ与F0结合。δ与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构（相当于发电机的定子）。 ATP合成酶的结构和作用机理 F0由三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道，可使质子由膜间隙流回基质。 能量耦联与ATP合成酶的作用机制 1961年，Mitchell P提出“化学渗透假说” (Chemiosmotic Hypothesis) ，70年代关于化学渗透假说取得大量实验结果的支持，成为一种较为流行的假说，Mitchell本人也因此获得1978年诺贝尔化学奖。 1979年，Boyer P提出“构象耦联假说”(结合变构机制)，一些有力的实验证据使这一学说得到广泛的认可。 Boyer本人也因此获得1997年诺贝尔化学奖。 Peter Mitchell (1920-1992) United Kingdom 1978年获诺贝尔化学奖 Paul D. Boyer 1/4 of the prize USA John E. Walker 1/4 of the prize United Kingdom 1997年获诺贝尔化学奖 化学渗透假说 根据“化学渗透假说”，当电子沿呼吸链传递时，所释放的能量将质子从内膜基质侧（M侧）泵至膜间隙（胞质侧或C侧），由于线粒体内膜对离子是高度不通透的，从而使膜间隙的质子浓度高于基质，在内膜的两侧形成pH梯度及电位梯度，两者共同构成电化学梯度，即质子动力势(?P)。 ?P=Ψ-(2.3RT/F)?pH 其中：?pH= pH梯度， Ψ =电位梯度，T=绝对温度，R=气体常数，F为法拉第常数，当温度为25℃时?P的值为220mV左右。 质子沿电化学梯度穿过内膜上的ATP酶复合物流回基质，使ATP酶的构象发生改变，将ADP和Pi合成ATP。 化学渗透学说 构象耦联假说 (结合变构机制) 1．ATP酶利用质子动力势，产生构象的改变，改变与底物的亲和力，催化ADP形成ATP。 2．F1具有三个催化位点，但在特定的时间，三个催化位点的构象不同、因而与核苷酸的亲和力不同。在L构象（loose），ADP、 Pi与酶疏松结合在一起；在T构象（tight）底物（ADP、 Pi