生物競賽講義-生物化學-20生物氧化-《生物化學原理(第二版)(代謝生物化學)》課件

生物競賽講義-生物化學-20生物氧化-《生物化學原理(第二版)(代謝生物化學)》課件第二十章

生物氧化備注：本章有豐富動畫資源用于教學，可與主編聯(lián)系。第二十章生物氧化備注：本章有豐富動畫資源用于教學，可與主提綱一、生物氧化與非生物氧化二、呼吸鏈呼吸鏈的定義呼吸鏈的類型及其在細胞中的定位和功能呼吸鏈的組分呼吸鏈組分的排列順序復合體I、II、III和IV的結構與功能植物細胞替代的復合體三、氧化磷酸化氧化磷酸化的偶聯(lián)機制F1F0-ATP合酶的結構與功能氧化磷酸化的解偶聯(lián)與抑制P/O值與氧化磷酸的調節(jié)提綱一、生物氧化與非生物氧化生物氧化與非生物氧化反應的比較生物體內發(fā)生的氧化反應通稱為生物氧化。兩者的共同之處是（1）反應的本質都是脫氫、失電子或加氧；（2）被氧化的物質相同，終產物和釋放的能量也相同。兩者的主要差別是（1）生物氧化的主要方式為脫氫；（2）生物氧化在酶的催化下進行，因此條件比較溫和；（3）生物氧化是在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的作用下逐步進行的，每一步釋放一部分能量。生物氧化與非生物氧化反應的比較生物體內發(fā)生的氧化反應通稱為生呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一系列中間傳遞體，最后才與氧氣形成水，在其間能量逐步釋放。這種由一系列傳遞體構成的鏈狀復合體稱為電子傳遞體系（ETS）或簡稱為呼吸鏈。

呼吸鏈的類型及其在細胞中的定位和功能：按照生物氧化過程中最初的氫和電子受體的性質，呼吸鏈可分為NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。它們位于原核細胞的細胞膜和真核細胞的線粒體內膜。呼吸鏈的組分

呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種流動的電子傳遞體。黃素及與黃素偶聯(lián)的脫氫酶

輔酶Q：屬于一種流動的電子傳遞體。鐵硫蛋白

細胞色素：細胞色素c是一種流動的電子傳遞體氧氣呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種輔酶I和II的化學結構輔酶I和II的化學結構黃素的化學結構及其電子的傳遞功能

黃素的化學結構及其電子的傳遞功能輔酶Q的化學結構及其電子的傳遞功能

輔酶Q的化學結構及其電子的傳遞功能三類鐵硫蛋白的結構和傳遞電子的功能三類鐵硫蛋白的結構和傳遞電子的功能細胞色素的光吸收細胞色素的光吸收血紅素a、b和c的化學結構血紅素a、b和c的化學結構如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測定各成分的標準氧化還原電位（E0＇）根據(jù)在有氧環(huán)境下氧化反應達到平衡時各電子傳遞體的還原程度來確定

使用特異性呼吸鏈抑制劑和人工電子受體

呼吸鏈的拆分和重組

如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測定各成分的標準氧化還原電位（電子傳遞體的標準氧化還原電位電子傳遞體的標準氧化還原電位電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關系電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關系幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點幾種呼吸鏈抑制劑的化學結構幾種呼吸鏈抑制劑的化學結構呼吸鏈的拆分

呼吸鏈的拆分復合體I、II、III和IV的結構和性質復合體I、II、III和IV的結構和性質

即NADH-CoQ氧化還原酶接受來自NADH的e-，NADH只能參與雙電子轉移反應輔助因子：1FMN，6-7Fe-S蛋白2e-

轉移導致4質子泵入到膜間隙復合體I即NADH-CoQ氧化還原酶復合體I電子在復合體I上的傳遞電子在復合體I上的傳遞復合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶主要成分為琥珀酸脫氫酶FAD和Fe-S蛋白作為電子傳遞體，還有細胞色素b電子來自琥珀酸，最后傳給CoQ電子傳遞不產生跨膜質子梯度復合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶

即CoQ-細胞色素c氧化還原酶或細胞色素bc1復合物主要成分包括：Fe-S蛋白、細胞色素b和c1電子來自CoQH2，最后傳給細胞色素c一對電子可產生4個質子梯度復合體III即CoQ-細胞色素c氧化還原酶或細胞色素bc1復復合體IV即細胞色素c氧化酶有4個氧還中心主要成分為細胞色素a和a3電子來自還原性的細胞色素c，電子的最終受體為氧氣一對電子可產生2個質子梯度復合體IV即細胞色素c氧化酶電子在復合體IV上的傳遞電子在復合體IV上的傳遞電子在各復合體和復合體之間的傳遞電子在各復合體和復合體之間的傳遞氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產生能量貨幣ATP。當電子沿著呼吸鏈向下游傳遞的時候總伴隨著自由能的釋放，釋放的自由能有很大一部分用來驅動ATP的合成，這種與電子傳遞偶聯(lián)在一起的合成ATP方式被稱為氧化磷酸化（OxP）。氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產生能量貨幣ATP。當電子沿著呼氧化磷酸化的偶聯(lián)機制化學偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說化學滲透學說：該學說由PeterMitchell于1961年提出，其核心內容是電子在沿著呼吸鏈向下游傳遞的時候，釋放的自由能轉化為跨線粒體內膜（或跨細菌質膜）的質子梯度，質子梯度中蘊藏的電化學勢能直接用來驅動ATP的合成。驅動ATP合成的質子梯度通常被稱為質子驅動力（pmf），它由化學勢能（質子的濃度差）和電勢能（內負外正）兩部分組成。氧化磷酸化的偶聯(lián)機制化學偶聯(lián)假說質子驅動力質子驅動力化學滲透學說圖解化學滲透學說圖解更多的問題，需要更多的答案支持化學滲透學說的證據(jù)跨膜的質子梯度如何產生？

Q循環(huán)

構象變化（復合體I的“分子蒸汽機”模型）

F1/F0ATP合酶如何催化ATP的合成？PaulBoyer的結合變化學說使其獲得1997年的諾貝爾化學獎。更多的問題，需要更多的答案支持化學滲透學說的證據(jù)支持化學滲透學說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進行需要完整的線粒體內膜的存在。使用精確的pH計可以檢測到跨線粒體內膜的質子梯度存在。據(jù)測定，一個呼吸活躍的線粒體的膜間隙的pH要比其基質的pH低0.75個單位。破壞質子驅動力的化學試劑能夠抑制ATP的合成。從線粒體內膜純化得到一種酶能夠直接利用質子梯度合成ATP，此酶稱為F1F0-ATP合酶。人工建立的跨線粒體內膜的質子梯度也可驅動ATP的合成

支持化學滲透學說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進行需要完整的線粒體內電子傳遞過程中pH的變化測定電子傳遞過程中pH的變化測定通過改變離體線粒體的懸液的pH而建立的pH梯度可以驅動ATP合成由菌紫質創(chuàng)造的質子梯度可被牛F1F0-ATP合酶用于合成ATP通過改變離體線粒體的懸液的pH而由菌紫質創(chuàng)造的質子梯度可被牛Q循環(huán)

Q循環(huán)F1/F0ATP合酶質子通過這種蛋白質的擴散驅動ATP合成和釋放!兩個部分:F1和F0

（后者因為受寡霉素的抑制而得名）

F1

催化單元——由5種亞基組成（a3b3gde）Fo

膜整合單元——質子通道（ab2c10）F1/F0ATP合酶質子通過這種蛋白質的擴散復合體I的結構：細胞中的蒸汽機？形如L字母的復合體I在傳遞電子的過程中，在兩個主要結構域的界面上發(fā)生了顯著的構象變化。這種構象變化會驅動一段長α螺旋發(fā)生一種活塞式的運動，使附近三段不連續(xù)的跨膜螺旋傾斜，而改變由它們組成的各個質子通道內可解離基團的性質，從而導致3個質子轉位第4個質子可能是在兩個結構域之間發(fā)生移位的。于是復合體I像一個蒸汽機一樣，電子傳遞釋放出的能量用來驅動活塞移動，而活塞再驅動一組不連續(xù)的螺旋（而不是車輪）移動。復合體I的結構：細胞中的蒸汽機？形如L字母的復合體I在傳遞復合體I產生質子梯度的“蒸汽機”模型復合體I產生質子梯度的“蒸汽機”模型F1/F0ATP合酶結構模型F1/F0ATP合酶結構模型結合變化學說1977年PaulD.Boyer提出的結合變化學說能正確地解釋F1F0-ATP合酶的作用機理。其主要內容是：活性中心ATP的合成并不需要質子驅動力，與活性中心結合的ATP或ADP處于平衡。如果沒有質子流過F0，與活性中心結合的ATP就不會與酶解離。3個β亞基與γ亞基的不同表面結合，于是不同的β亞基采取不同的構象。在某一時刻，3個β亞基分別處于T態(tài)、L態(tài)和O態(tài)。處于T態(tài)的β亞基緊密結合1ATP，ATP與ADP＋Pi處于平衡，但ATP并不能與它解離；處于L態(tài)的β亞基結合有ADP和Pi，但不能釋放核苷酸；處于O態(tài)的β亞基能夠釋放結合的核苷酸。三種狀態(tài)的β亞基可以相互轉變，轉變由γ亞基的轉動所驅動。γ亞基轉動的動力來自質子通過F0的流動。結合變化學說可簡化為：質子流動→驅動C單位轉動→帶動γ亞基轉動→誘導β亞基構象變化→ATP釋放和重新合成。結合變化學說1977年PaulD.Boyer提出的結合變“結合變化”學說圖解“結合變化”學說圖解F1F0-ATP合酶催化的反應的歷程F1F0-ATP合酶催化的反應的歷程質子通過F0通道回到基質的模型質子通過F0通道回到基質的模型支持結合變化學說的證據(jù)18O同位素交換實驗

JohnWalker獲得的F1的晶體結構清楚地表明，3個β亞基處于不同的構象并和不同的核苷酸配體結合日本科學家采取特別的手段直接觀察到F1的旋轉催化支持結合變化學說的證據(jù)18O同位素交換實驗同位素（18O）交換實驗同位素（18O）交換實驗日本科學家的γ亞基的旋轉實驗

日本科學家的γ亞基的旋轉實驗氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，低水平的質子泄漏時刻發(fā)生在線粒體內膜上，因此，確切地說，線粒體通常是部分解偶聯(lián)的。解偶聯(lián)一般是受解偶聯(lián)劑作用所致。解偶聯(lián)劑的作用機制在于它們能夠快速地消耗跨膜的質子梯度，使得質子難以通過F1F0-ATP合酶上的質子通道來合成ATP，從而將貯存在質子梯度之中的電化學勢能轉變成熱。此外，隨著質子梯度的消失，電子在呼吸鏈上“回流”壓力將會減輕，進而導致細胞內脂肪等物質的生物氧化更加旺盛。

有兩類解偶聯(lián)劑，一類為有機小分子化合物，通常為脂溶性的質子載體，帶有酸性基團；另一類為天然的解偶聯(lián)蛋白（UCP）

。氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，三種解偶聯(lián)劑的化學結構

三種解偶聯(lián)劑的化學結構DNP解偶聯(lián)的化學機制

DNP解偶聯(lián)的化學機制解偶聯(lián)蛋白至少已發(fā)現(xiàn)五種類型的UCP:UCP1~UCP5。

UCP1又名產熱素，它主要存在于動物的褐色脂肪組織，與機體的非顫抖性產熱有關。機體對寒冷做出的反應是交感神經(jīng)末梢釋放去甲腎上腺素，去甲腎上腺素激活褐色脂肪組織中的脂肪酶，脂肪酶水解脂肪，釋放出FFA。FFA不僅作為代謝燃料經(jīng)氧化產生ATP和質子梯度，還能與CoQH2和嘌呤核苷酸一起直接激活產熱素。一旦產熱素被激活，則使F1F0-ATP合酶發(fā)生“短路”生熱。UCP2存在于多數(shù)細胞，UCP3主要存在于骨骼肌，UCP4和UCP5存在于腦。它們都是受到高度調控的蛋白質，一旦激活，都能增加熱量的產出。由于它們影響到代謝效率，其含量的差異（特別是骨骼肌中的UCP3）可能是某些個體或人群肥胖的原因。解偶聯(lián)蛋白至少已發(fā)現(xiàn)五種類型的UCP:UCP1~UCP5。產熱素的作用圖解產熱素的作用圖解ATP-ADP轉位酶ATP必須運輸出線粒體

ATP離開,ADP進入線粒體-通過一種“轉位酶"ATP離開是有利的，因為細胞液比基質要"+"然而ATP出去和ADP進入有1個負電荷的凈轉移——相當于有1個質子進入基質。

所以每1個ATP的輸出消耗1個H+

1個ATP合成大概需要消耗3H+

于是，合成及加上輸出

1ATP=4H+

ATP-ADP轉位酶ATP必須運輸出線粒體氧化磷酸化的抑制通過抑制呼吸鏈上的電子傳遞，阻止質子梯度的生成而間接抑制氧化磷酸化，例如抗霉素A、魚藤酮和氰化物等；直接作用F1F0-ATP合酶而導致ATP不能合成，如寡霉素和DCCD；解偶聯(lián)劑；通過抑制線粒體內外ATP/ADP的交換而間接抑制氧化磷酸化，如蒼術苷和米酵菌酸。

氧化磷酸化的抑制通過抑制呼吸鏈上的電子傳遞，阻止質子梯度的生氧化磷酸化的抑制劑氧化磷酸化的抑制劑P/O值與氧化磷酸化的調節(jié)氧化磷酸化的效率可以通過測定P/O值來確定。P/O值是指電子傳遞過程中，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機磷酸的摩爾數(shù)。消耗的氧原子數(shù)目相當于傳遞給氧氣的電子數(shù)的1/2，消耗的無機磷酸等于氧化磷酸化產生的ATP。細胞內的氧化磷酸化是受到嚴格調控的，調控的手段主要是它與電子傳遞之間的反饋。確切的說是受ADP濃度控制，這種由ADP對氧化磷酸化的調節(jié)被稱為呼吸控制。

P/O值與氧化磷酸化的調節(jié)氧化磷酸化的效率可以通過測定P/OADP和底物濃度對呼吸的影響ADP和底物濃度對呼吸的影響發(fā)臭植物體內的另類呼吸鏈一種另類的NADH脫氫酶對復合體I的抑制劑——魚藤酮不敏感，它將電子直接傳給UQ，避開復合體I。一種抗氰化物的UQH2氧化酶將電子從直接傳給O2，繞開復合體III和IV。被應該用來合成ATP的能量轉變成熱。發(fā)臭植物體內的另類呼吸鏈一種另類的NADH脫氫酶對復合體I的雪地里的東方臭白菜雪地里的東方臭白菜生物競賽講義-生物化學-20生物氧化-《生物化學原理(第二版)(代謝生物化學)》課件第二十章

生物氧化備注：本章有豐富動畫資源用于教學，可與主編聯(lián)系。第二十章生物氧化備注：本章有豐富動畫資源用于教學，可與主提綱一、生物氧化與非生物氧化二、呼吸鏈呼吸鏈的定義呼吸鏈的類型及其在細胞中的定位和功能呼吸鏈的組分呼吸鏈組分的排列順序復合體I、II、III和IV的結構與功能植物細胞替代的復合體三、氧化磷酸化氧化磷酸化的偶聯(lián)機制F1F0-ATP合酶的結構與功能氧化磷酸化的解偶聯(lián)與抑制P/O值與氧化磷酸的調節(jié)提綱一、生物氧化與非生物氧化生物氧化與非生物氧化反應的比較生物體內發(fā)生的氧化反應通稱為生物氧化。兩者的共同之處是（1）反應的本質都是脫氫、失電子或加氧；（2）被氧化的物質相同，終產物和釋放的能量也相同。兩者的主要差別是（1）生物氧化的主要方式為脫氫；（2）生物氧化在酶的催化下進行，因此條件比較溫和；（3）生物氧化是在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的作用下逐步進行的，每一步釋放一部分能量。生物氧化與非生物氧化反應的比較生物體內發(fā)生的氧化反應通稱為生呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一系列中間傳遞體，最后才與氧氣形成水，在其間能量逐步釋放。這種由一系列傳遞體構成的鏈狀復合體稱為電子傳遞體系（ETS）或簡稱為呼吸鏈。

呼吸鏈的類型及其在細胞中的定位和功能：按照生物氧化過程中最初的氫和電子受體的性質，呼吸鏈可分為NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。它們位于原核細胞的細胞膜和真核細胞的線粒體內膜。呼吸鏈的組分

呼吸鏈定義：生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過一呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種流動的電子傳遞體。黃素及與黃素偶聯(lián)的脫氫酶

輔酶Q：屬于一種流動的電子傳遞體。鐵硫蛋白

細胞色素：細胞色素c是一種流動的電子傳遞體氧氣呼吸鏈的組分NAD+及與NAD+偶聯(lián)的脫氫酶：NAD+是一種輔酶I和II的化學結構輔酶I和II的化學結構黃素的化學結構及其電子的傳遞功能

黃素的化學結構及其電子的傳遞功能輔酶Q的化學結構及其電子的傳遞功能

輔酶Q的化學結構及其電子的傳遞功能三類鐵硫蛋白的結構和傳遞電子的功能三類鐵硫蛋白的結構和傳遞電子的功能細胞色素的光吸收細胞色素的光吸收血紅素a、b和c的化學結構血紅素a、b和c的化學結構如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測定各成分的標準氧化還原電位（E0＇）根據(jù)在有氧環(huán)境下氧化反應達到平衡時各電子傳遞體的還原程度來確定

使用特異性呼吸鏈抑制劑和人工電子受體

呼吸鏈的拆分和重組

如何確定呼吸鏈各組分的排列順序測定各成分的標準氧化還原電位（電子傳遞體的標準氧化還原電位電子傳遞體的標準氧化還原電位電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關系電子傳遞體在呼吸鏈中的位置與其E0'之間的關系幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點幾種呼吸鏈抑制劑的作用位點幾種呼吸鏈抑制劑的化學結構幾種呼吸鏈抑制劑的化學結構呼吸鏈的拆分

呼吸鏈的拆分復合體I、II、III和IV的結構和性質復合體I、II、III和IV的結構和性質

即NADH-CoQ氧化還原酶接受來自NADH的e-，NADH只能參與雙電子轉移反應輔助因子：1FMN，6-7Fe-S蛋白2e-

轉移導致4質子泵入到膜間隙復合體I即NADH-CoQ氧化還原酶復合體I電子在復合體I上的傳遞電子在復合體I上的傳遞復合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶主要成分為琥珀酸脫氫酶FAD和Fe-S蛋白作為電子傳遞體，還有細胞色素b電子來自琥珀酸，最后傳給CoQ電子傳遞不產生跨膜質子梯度復合物II琥珀酸-CoQ氧化還原酶

即CoQ-細胞色素c氧化還原酶或細胞色素bc1復合物主要成分包括：Fe-S蛋白、細胞色素b和c1電子來自CoQH2，最后傳給細胞色素c一對電子可產生4個質子梯度復合體III即CoQ-細胞色素c氧化還原酶或細胞色素bc1復復合體IV即細胞色素c氧化酶有4個氧還中心主要成分為細胞色素a和a3電子來自還原性的細胞色素c，電子的最終受體為氧氣一對電子可產生2個質子梯度復合體IV即細胞色素c氧化酶電子在復合體IV上的傳遞電子在復合體IV上的傳遞電子在各復合體和復合體之間的傳遞電子在各復合體和復合體之間的傳遞氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產生能量貨幣ATP。當電子沿著呼吸鏈向下游傳遞的時候總伴隨著自由能的釋放，釋放的自由能有很大一部分用來驅動ATP的合成，這種與電子傳遞偶聯(lián)在一起的合成ATP方式被稱為氧化磷酸化（OxP）。氧化磷酸化呼吸鏈的主要功能是產生能量貨幣ATP。當電子沿著呼氧化磷酸化的偶聯(lián)機制化學偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說化學滲透學說：該學說由PeterMitchell于1961年提出，其核心內容是電子在沿著呼吸鏈向下游傳遞的時候，釋放的自由能轉化為跨線粒體內膜（或跨細菌質膜）的質子梯度，質子梯度中蘊藏的電化學勢能直接用來驅動ATP的合成。驅動ATP合成的質子梯度通常被稱為質子驅動力（pmf），它由化學勢能（質子的濃度差）和電勢能（內負外正）兩部分組成。氧化磷酸化的偶聯(lián)機制化學偶聯(lián)假說質子驅動力質子驅動力化學滲透學說圖解化學滲透學說圖解更多的問題，需要更多的答案支持化學滲透學說的證據(jù)跨膜的質子梯度如何產生？

Q循環(huán)

構象變化（復合體I的“分子蒸汽機”模型）

F1/F0ATP合酶如何催化ATP的合成？PaulBoyer的結合變化學說使其獲得1997年的諾貝爾化學獎。更多的問題，需要更多的答案支持化學滲透學說的證據(jù)支持化學滲透學說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進行需要完整的線粒體內膜的存在。使用精確的pH計可以檢測到跨線粒體內膜的質子梯度存在。據(jù)測定，一個呼吸活躍的線粒體的膜間隙的pH要比其基質的pH低0.75個單位。破壞質子驅動力的化學試劑能夠抑制ATP的合成。從線粒體內膜純化得到一種酶能夠直接利用質子梯度合成ATP，此酶稱為F1F0-ATP合酶。人工建立的跨線粒體內膜的質子梯度也可驅動ATP的合成

支持化學滲透學說的主要證據(jù)氧化磷酸化的進行需要完整的線粒體內電子傳遞過程中pH的變化測定電子傳遞過程中pH的變化測定通過改變離體線粒體的懸液的pH而建立的pH梯度可以驅動ATP合成由菌紫質創(chuàng)造的質子梯度可被牛F1F0-ATP合酶用于合成ATP通過改變離體線粒體的懸液的pH而由菌紫質創(chuàng)造的質子梯度可被牛Q循環(huán)

Q循環(huán)F1/F0ATP合酶質子通過這種蛋白質的擴散驅動ATP合成和釋放!兩個部分:F1和F0

（后者因為受寡霉素的抑制而得名）

F1

催化單元——由5種亞基組成（a3b3gde）Fo

膜整合單元——質子通道（ab2c10）F1/F0ATP合酶質子通過這種蛋白質的擴散復合體I的結構：細胞中的蒸汽機？形如L字母的復合體I在傳遞電子的過程中，在兩個主要結構域的界面上發(fā)生了顯著的構象變化。這種構象變化會驅動一段長α螺旋發(fā)生一種活塞式的運動，使附近三段不連續(xù)的跨膜螺旋傾斜，而改變由它們組成的各個質子通道內可解離基團的性質，從而導致3個質子轉位第4個質子可能是在兩個結構域之間發(fā)生移位的。于是復合體I像一個蒸汽機一樣，電子傳遞釋放出的能量用來驅動活塞移動，而活塞再驅動一組不連續(xù)的螺旋（而不是車輪）移動。復合體I的結構：細胞中的蒸汽機？形如L字母的復合體I在傳遞復合體I產生質子梯度的“蒸汽機”模型復合體I產生質子梯度的“蒸汽機”模型F1/F0ATP合酶結構模型F1/F0ATP合酶結構模型結合變化學說1977年PaulD.Boyer提出的結合變化學說能正確地解釋F1F0-ATP合酶的作用機理。其主要內容是：活性中心ATP的合成并不需要質子驅動力，與活性中心結合的ATP或ADP處于平衡。如果沒有質子流過F0，與活性中心結合的ATP就不會與酶解離。3個β亞基與γ亞基的不同表面結合，于是不同的β亞基采取不同的構象。在某一時刻，3個β亞基分別處于T態(tài)、L態(tài)和O態(tài)。處于T態(tài)的β亞基緊密結合1ATP，ATP與ADP＋Pi處于平衡，但ATP并不能與它解離；處于L態(tài)的β亞基結合有ADP和Pi，但不能釋放核苷酸；處于O態(tài)的β亞基能夠釋放結合的核苷酸。三種狀態(tài)的β亞基可以相互轉變，轉變由γ亞基的轉動所驅動。γ亞基轉動的動力來自質子通過F0的流動。結合變化學說可簡化為：質子流動→驅動C單位轉動→帶動γ亞基轉動→誘導β亞基構象變化→ATP釋放和重新合成。結合變化學說1977年PaulD.Boyer提出的結合變“結合變化”學說圖解“結合變化”學說圖解F1F0-ATP合酶催化的反應的歷程F1F0-ATP合酶催化的反應的歷程質子通過F0通道回到基質的模型質子通過F0通道回到基質的模型支持結合變化學說的證據(jù)18O同位素交換實驗

JohnWalker獲得的F1的晶體結構清楚地表明，3個β亞基處于不同的構象并和不同的核苷酸配體結合日本科學家采取特別的手段直接觀察到F1的旋轉催化支持結合變化學說的證據(jù)18O同位素交換實驗同位素（18O）交換實驗同位素（18O）交換實驗日本科學家的γ亞基的旋轉實驗

日本科學家的γ亞基的旋轉實驗氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，低水平的質子泄漏時刻發(fā)生在線粒體內膜上，因此，確切地說，線粒體通常是部分解偶聯(lián)的。解偶聯(lián)一般是受解偶聯(lián)劑作用所致。解偶聯(lián)劑的作用機制在于它們能夠快速地消耗跨膜的質子梯度，使得質子難以通過F1F0-ATP合酶上的質子通道來合成ATP，從而將貯存在質子梯度之中的電化學勢能轉變成熱。此外，隨著質子梯度的消失，電子在呼吸鏈上“回流”壓力將會減輕，進而導致細胞內脂肪等物質的生物氧化更加旺盛。

有兩類解偶聯(lián)劑，一類為有機小分子化合物，通常為脂溶性的質子載體，帶有酸性基團；另一類為天然的解偶聯(lián)蛋白（UCP）

。氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化與呼吸鏈通常是緊密偶聯(lián)的，但是，三種解偶聯(lián)劑的化學結構

三種解偶聯(lián)劑的化學結構DNP解偶聯(lián)的化學機制

DNP解偶聯(lián)的化學機制解偶聯(lián)蛋白至少已發(fā)現(xiàn)五種類型的UCP:UCP1~UCP5。

UCP1又名產熱素，它主要存在于動物的褐色脂肪組織，與機體的非顫抖性產熱有關。機體對寒冷做出的反應是交感神經(jīng)末梢釋放去甲腎上腺素，去甲腎上腺素激活褐色脂肪組織中的脂肪酶，脂