第十六章生物氧化电子传递和氧化磷酸化作用.ppt

第24章 生物氧化——电子传递和氧化磷酸化作用 主要内容 概述 电子传递 氧化磷酸化 一、概述 有机分子在细胞内氧化分解成二氧化碳和水，并释放出能量形成ATP的过程，笼统称为生物氧化。 生物氧化特点： 在体温下进行，通过酶的催化作用使有机分子发生一系列的化学变化，同时逐步氧化释放能量。 氧化过程中产生的能量一般都贮存于一些特殊的化合物中，主要是ATP中。 二、电子传递 三、氧化磷酸化 1960年，E.Racker的氧化磷酸化的重组实验： Questions: 有功能的电子转移系统可以用纯化的电子传递链的组分和膜颗粒重新构成。根据下面的每套组分确定最后的电子受体。假定O2存在。 ①NADH、CoQ、复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ； ②NADH、CoQ、细胞色素c、复合物Ⅱ和Ⅲ； ③琥珀酸、CoQ、细胞色素c、复合物Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ； ④琥珀酸、CoQ、细胞色素c、复合物Ⅱ和Ⅲ。 Questions: 把一种广泛使用的处方止痛药Demerol（地美罗）加入到处在呼吸状态的线粒体悬浮液中，[NADH]/[NAD＋]和[CoQ]/[CoQH2]的比例增高。哪个部位电子传递复合物被Demerol抑制？ Questions: 大多数脱氢酶对NAD+是专一的，从不同底物上脱下的电子大多数可以集中到同一分子NAD+上，然后以还原型的形式进入呼吸链。但是，线粒体外的NADH必须穿过线粒体内膜才能进入呼吸链被氧化。如果把在C-4用3H标记的NADH加入到含有线粒体和全部胞液酶的鼠肝制剂中，放射性很快出现在线粒体基质中。但是，如果加入在C-7用14C标记的NADH，放射性不会出现在线粒体基质中。关于线粒体外的NADH通过呼吸链被氧化，上述这些观察告诉我们什么样的结论? 电子传递 （五）两条主要的呼吸链 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Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成另一条呼吸链，催化琥珀酸的脱氢氧化 电子传递 （六）电子传递的抑制剂 三、氧化磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 1、能量偶联的假说 电子在传递链中究竟怎样从一个中间载体到另一个中间载体的过程中促使ADP磷酸化？ 三种假说：化学偶联假说、结构偶联假说、化学渗透假说。 氧化磷酸化 化学渗透假说： 电子传递链像一个质子泵，电子传递过程中所释放的能量，可促使质子由线粒体基质移位到线粒体内膜外膜间空间形成质子电化学梯度，即线粒体外侧的H+浓度大于内侧并蕴藏了能量。当电子传递被泵出的质子，在H+浓度梯度的驱动下通过FoF1ATP酶中的特异的H+通道或“孔道”流动返回线粒体基质时，则由于H+流动返回所释放的自由能提供FoF1ATP酶催化ADP与Pi偶联生成ATP。 氧化磷酸化 此假说主要包括以下几点内容： 偶联需要完整的线粒体内膜。膜对带电的溶剂是不通透的，否则质子浓度梯度将消 失，离子代谢物通过特殊的转运体跨过膜。 通过电子传递链的电子传递产生质子浓度梯度，使得线粒体内膜外侧（膜间隙）的H＋浓度升高。 位于线粒体内膜上的ATP合成酶在跨膜的质子转移驱动反应中催化ADP磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 2、质子梯度的形成 电子传递使复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ推动H 跨过线粒体内膜到 线粒体的间隙，线粒体间隙与细胞溶胶相接触。H 跨膜流动的 结果造成线粒体内膜内部基质的 H 浓度低于间隙。线粒体基质形成负电势，而间隙形成正电势，这样产生的电化学梯度即电动势称为质子动势或质子动力。其中蕴藏着自由能即是ATP合成的动力。 氧化磷酸化 质子转移的机制有两种假设： （1） 氧化—还原回路机制 该机制由Mitchell 提出。他认为线粒体内膜呼吸链的各个氧化—还原中心即FMN、CoQ、细胞色素以及铁—硫聚簇的排列可能既能执行电子的转移，又能转移基质的质子。前一个被还原的氧化—还原中心被后一个氧化—还原中心再氧化， 同时相伴而产生的是质子的转移，包括质子由基质泵出和在线粒体内膜外的质子回流到基质一边。 氧化磷酸化 （2） 质子泵机制 这个机制的内容是，电子传递导致复合体的构像变化。质子转移是氨基酸侧链PK值变化产生影响的结果。构像变化造成氨基酸侧链PK值的改变，结果发挥质子泵作用的侧链暴露在外并交替地暴露在线粒体内膜的内侧或外侧，从而是质子发生移位。这种系统即认为是质子泵的机制 超声波 胰蛋白酶 或尿素 重组 亚线粒体囊泡 有电子传递能力 但不能使ADP磷酸化 具备氧化磷酸化能力 氧化磷酸化 3、ATP合酶的结构和作用机理 氧化磷酸化 3、ATP合酶的结构和作用机理 ATP合酶（ATP synthetase），分子量500KD。分为球形的F1（头部）和嵌入膜中的Fo（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。 氧