基础生物化学-生物氧化案例.ppt

穿梭过程均需专一的膜载体参与。 6.3.6 能荷(energy charge) 在细胞中存在的ATP、ADP、AMP，统称为腺苷酸库。 生物体不断合成ATP，也不断消耗利用ATP。 ATP、ADP、AMP在某一时间的相对数量控制着细胞的代谢活动。为了从量上表示细胞内ATP-ADP-AMP的存在状况，Atkinson(1968)提出了能荷的概念。 能荷是在总的腺苷酸系统中(即ATP，ADP和AMP浓度之和)所负荷的高能磷酸基数量。 能荷的大小决定于ATP和ADP的多少。当细胞内全部腺苷酸均以ATP形式存在时，能荷最大，能荷值为1.0；全以AMP形式存在时，能荷值为零；当全以ADP形式存在时，能荷值为0.5(由于AMP激酶催化两分子ADP转化为1分子ATP和1分子AMP，所以，ADP只相当于5ATP)。三者并存时，能荷随三者通常细胞内处于0.8的能荷状况。 在某些条件下，能荷值可作为细胞产能和需能代谢过程间变构调节的信号。能荷高时，抑制生物体内ATP的生成，但促进ATP的利用。能荷低时，生成ATP的速率高，生物可以通过有机物的分解代谢产生能量；当能荷增高时，生成ATP的速率下降，即分解代谢减弱。说明生物体内ATP的利用和形成有自我调节与控制的作用。根据测定，大多数细胞中的能荷在0.8～0.9之间，即两条曲线交点之左右。 能荷调节是通过ATP、ADP、AMP作为代谢中某些酶分子的效应物进行变构调节。例如，在糖酵解中的磷酸果糖激酶、TCA中的柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶等，它们均受到ATP的抑制，但被AMP和ADP所激活。这样既可避免浪费呼吸底物，又可保证细胞获得必需的ATP供应，使ATP的产生途径和利用途径平衡发展。 ③线粒体内膜对质子透性很低，使泵到内膜外侧的H+积累，造成线粒体内膜两侧的质子梯度，即跨膜电位。由于线粒体内膜两侧H+浓度不同，内膜两侧还有一个pH梯度，底物氧化过程中释放的自由能就储存于跨膜电位和pH梯度中。这种跨膜的质子电化学梯度就是推动ATP合成的动力，称为质子推动力。 ④线粒体F1-F0-ATPase复合物利用ATP水解能量将H+泵出内膜。 当有足够高的跨膜质子电化学梯度时，强大的H+流通过F1-F0-ATPase进入线粒体基质时，释放的能量推动ATP合成。 因此，化学渗透学说认为在氧化与磷酸化之间起偶联作用的因素是H+的跨膜梯度。 每对H+通过F1-F0-ATPase回到线粒体基质中可以生成1分子ATP。以NADH作底物，其电子沿呼吸链传递在线粒体内膜中形成3个回路，所以生成3分子ATP。以FADH2为底物，其电子沿琥珀酸氧化呼吸链传递在线粒体内膜中形成2个回路，所以生成2两个ATP分子。 6.3.3.3 氧化磷酸化的重建 E. Racker等用重组实验证明了氧化磷酸化的偶联机制。 用超声波处理线粒体制备亚线粒体泡，使原来朝向基质一侧的内膜翻转朝外，但仍保留了进行氧化磷酸化的功能。 再用胰蛋白酶或尿素处理，将它分成可溶性的ATP酶和膜囊泡，这两部分都丧失了氧化磷酸化功能。 再用胰蛋白酶或尿素处理，将它分成可溶性的ATP酶和膜囊泡，这两部分都丧失了氧化磷酸化功能。 膜囊泡保留了传递电子的功能但不能使ADP磷酸化。若将可溶性的F1再加回到只有F0的膜囊泡中，氧化磷酸化作用又行恢复。 氧化磷酸化重建实验证明了呼吸链和F1-F0-ATPase的结构与作用机理。 6.3.3.4 ATP酶的旋转催化理论 化学渗透学说并没有解决ATP合酶如何利用质子推动力催化ADP与Pi形成ATP。 美国人Boyer. P. D.发现ATP合酶上ADP+Pi生成ATP无须消耗能量，而从酶上将ATP释放出来要消耗能量。因此于1964年提出“构象偶联假说”，经过20多年的充实修正，创立了“旋转催化”模型，得到许多实验证据的有力支持，基本上阐明了ATP合酶的催化机制。 Walker研究了ATP头部的精细结构，支持了Boyer的模型，二人因此获得1997年诺贝尔化学奖。 “旋转催化”认为，F1-F0-ATPase头部?3?3构成3个催化部位，中部的??亚基在质子推动力驱动下相对于?3?3作旋转运动。由于3个?亚基与??亚基的不对称接触，分别处于不同的状态，即无核苷酸结合的空置状态(O)，结合ADP+Pi的松散结合状态(L)和结合ATP的紧密结合状态(T)。 当质子推动力驱使H+经F0质子通道进入时，F0组分质子化而发生构象改变，积累足够的扭矩力推动??相对于?3?3旋转120°。使处于T态的催化部位释放ATP变为O态，同时L态催化部位上生成ATP变为T态，O态结合ADP+Pi变为L态。 质子流通过F0引起亚基Ⅲ寡聚体和??亚基一起转动。这种旋转配置?/?亚基之间的不对称的相互作用，引起催化位点性质的转变。 ?亚基的中心?-螺旋是转子