第24章生物氧化

第二十四章生物氧化維持生命活動(dòng)的能量來(lái)源光能（太陽(yáng)能）：植物和某些藻類，通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能?；瘜W(xué)能：動(dòng)物和多數(shù)微生物，通過(guò)生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)存儲(chǔ)的化學(xué)能釋放出來(lái)，并轉(zhuǎn)變成生物能（ATP傳遞）。ATP生成形式光和磷酸化非氧化磷酸化氧化磷酸化（呼吸鏈氧化磷酸化底物氧化磷酸化）生物氧化（biologicaloxidation）有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化作用在組織細(xì)胞中進(jìn)行通常需要消耗氧，生成CO2呼吸作用有機(jī)物質(zhì)最終被氧化成CO2和水釋放出能量（呼吸鏈氧化磷酸化,底物氧化磷酸化）脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物體內(nèi)能量產(chǎn)生的三個(gè)階段生物氧化的特點(diǎn)1、酶促氧化過(guò)程、反應(yīng)條件溫和2、氧化與還原相偶聯(lián)3、質(zhì)子和電子由載體傳遞到氧生成水4、分步進(jìn)行：有利于提高能量利用率5、氧化磷酸化源于有機(jī)酸的脫羧作用（α、β-脫羧）α單純脫羧：有機(jī)酸不經(jīng)氧化作用α氨基酸

胺+CO2

脫羧酶生物氧化中CO2的生成方式氧化脫羧基作用：同時(shí)發(fā)生氧化/脫氫作用丙酮酸CO2+NADH+H+氧化脫羧酶系α氧化脫羧β-單純脫羧草酰乙酸磷酸烯醇丙酮酸β-氧化脫羧③異檸檬酸氧化形成α酮戊二酸OxidationofIsocitratetoα-KetoglutarateandCO2

2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶生物氧化中水的生成方式底物脫水

（1）代謝脫下的成對(duì)氫原子（2H）通過(guò)多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，在此過(guò)程中有ATP的產(chǎn)生（狹義的生物氧化）；（2）酶和輔酶按一定順序排列在線粒體內(nèi)膜；傳遞氫的酶和輔酶——遞氫體傳遞電子的酶和輔酶——遞電子體（3）此過(guò)程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，此傳遞鏈稱為呼吸鏈。遞氫體、遞電子體都起傳遞電子的作用，又稱電子傳遞體。由呼吸鏈生成水氧化反應(yīng)類型脫氫生物氧化中，脫氫反應(yīng)占有重要地位它是許多有機(jī)物質(zhì)生物氧化的重要步驟催化脫氫反應(yīng)的是各種類型的脫氫酶。琥珀酸脫氫乳酸脫氫酶加水脫氫加水脫氫方式為代謝物提供了更多的脫氫機(jī)會(huì)，使生物獲取更多的能量。C6H12O6脫6次每2個(gè)氫原子氧化成水生成2.5分子ATP

包括：加氧酶催化的加氧反應(yīng)氧化酶催化的生成水的反應(yīng)加氧酶催化氧分子直接加入到有機(jī)分子中如：甲烷單加氧酶

CH4+NADH+H++O2

CH3-OH+NAD++H2O氧化酶主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為水脫氫反應(yīng)中產(chǎn)生的氫質(zhì)子和電子，最后以這種形式進(jìn)行氧化。氧直接參加的氧化反應(yīng)只有電子得失的反應(yīng)，也是氧化還原反應(yīng)1、脫氫酶使代謝物的氫活化、脫落，傳遞給受氫體或中間傳遞體根據(jù)脫氫酶所含輔助因子的不同分為：（1）以黃素核苷酸為輔助因子的～（又稱為黃素酶）氧化態(tài)FAM/FAD：黃色，450nm處吸收峰還原態(tài)FAMH2/FADH2：無(wú)色參與生物氧化的酶類代謝物-2HFMNH2O2FAD代謝物FMNH2O2FADH22H2H需氧黃素酶代謝物-2HFMN傳遞體-2H1/2O2

FAD代謝物FMNH2傳遞體H2O

FADH22H2H2H不需氧黃素酶（2）以煙酰胺核苷酸為輔助因子的～NAD（CoⅠ）、NADP（CoⅡ）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸代謝物-2HNAD+傳遞體-2H1/2O2

NADP+代謝物NADH+H+傳遞體H2O

NADPH+H+2H2H2H2、氧化酶：以氧為直接受氫體，一般含Cu3、加氧酶：催化加氧反應(yīng)4、傳遞體：傳遞H或電子遞氫體、遞電子體

不能使底物脫氫，也不能使氧活化。生物氧化過(guò)程是一系列的氧化還原反應(yīng)，且是放能的氧化還原反應(yīng)。一、氧化—還原電勢(shì)鋅片溶解Zn2+進(jìn)入溶液銅沉積Cu2+得電子e提供電子（還原劑）負(fù)極得到電子（氧化劑）正極ε0=E0正極—E0負(fù)極

電動(dòng)勢(shì)=正負(fù)極電極勢(shì)之差氧化還原反應(yīng)中，失去電子的物質(zhì)稱為還原劑，得到電子的物質(zhì)稱為氧化劑。還原劑失去電子的傾向（或氧化劑得到電子的傾向）的大小，則稱為氧化還原電勢(shì)。將任何一對(duì)氧化還原物質(zhì)的氧化還原對(duì)連在一起，都有氧化還原電位的產(chǎn)生。如果將氧化還原物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，即可測(cè)出氧化還原電勢(shì)。標(biāo)準(zhǔn)氧還原電勢(shì)用E°表示。E°值愈大，獲得電子的傾向愈大；E°愈小，失去電子的傾向愈大NADH+H++1/2O2====NAD++H2O

正極反應(yīng)：1/2O2+2H++2e

H2O

E+°′

0.82負(fù)極反應(yīng)：NAD++H++2eNADH

E-°′-0.3

線粒體脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi

小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）

共同中間產(chǎn)物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位生物氧化的三個(gè)階段氧化磷酸化的P/O比

磷氧比（P／O）是指一對(duì)電子通過(guò)呼吸鏈傳遞到氧所產(chǎn)生ATP的分子數(shù)。但是,近年來(lái)很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明，以NADH作為電子供體時(shí)，測(cè)得的P/O比值大于2,所以P/O比值不一定是整數(shù)。例如，-羥丁酸經(jīng)過(guò)NADH途徑的P/O比值為2.4－2.6，產(chǎn)生的ATP數(shù)目為2.5；而琥珀酸經(jīng)過(guò)FADH2的P/O比值為1.7，產(chǎn)生的ATP數(shù)目為1.5。

目前被廣泛接受的觀點(diǎn)是：ATP、ADP和無(wú)機(jī)磷酸通過(guò)線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)是由ATP-ADP載體和磷酸轉(zhuǎn)位酶催化的。已知每合成1個(gè)ATP需要3個(gè)質(zhì)子通過(guò)ATP合酶。與此同時(shí)，把一個(gè)ATP分子從線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液需要消耗1個(gè)質(zhì)子，所以每形成1個(gè)分子的ATP就需要4個(gè)質(zhì)子的流動(dòng)。因此，如果一對(duì)電子通過(guò)NADH電子傳遞鏈可泵出10個(gè)質(zhì)子，則可形成2.5個(gè)分子ATP；如果一對(duì)電子通過(guò)FADH2電子傳遞鏈有6個(gè)質(zhì)子泵出，則可形成1.5個(gè)ATP分子。~10protonsarepumpedperNADH,and~6perFADH2oxidizedviatherespiratorychain.

二、電子傳遞和氧化呼吸鏈（一）電子傳遞過(guò)程按照電子的親和力遞增的順序傳遞電子的傳遞僅發(fā)生在相鄰傳遞體之間（二）呼吸鏈由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶催化系統(tǒng)組成的代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈，當(dāng)受氫體是氧時(shí)，稱為呼吸鏈。（三）電子傳遞鏈原核生物由于沒(méi)有線粒體，所以電子的傳遞是在細(xì)胞膜上進(jìn)行的。對(duì)于真核生物而言，電子傳遞鏈定位于線粒體內(nèi)膜上，由一些氫傳遞體和電子傳遞體組成。電子傳遞鏈主要由4個(gè)部分組成，分別命名為復(fù)合體Ⅰ、復(fù)合體Ⅱ、復(fù)合體Ⅲ、復(fù)合體Ⅳ（四）電子傳遞鏈的組成成分

NADH-Q還原酶（NADH脫氫酶、復(fù)合體Ⅰ）電子傳遞：NADHFMNFe-SCoQ復(fù)合體Ⅰ的主要成分是NADH-Q還原酶，又叫NADH脫氫酶復(fù)合體。該酶以FMN和鐵硫簇（Fe-S)為輔基，接受NADH上的氫后，F(xiàn)MN還原成FMNH2，F(xiàn)MNH2將電子交給鐵硫中心，最后交給CoQ。CoQ也稱泛醌，簡(jiǎn)寫Q，并不參與呼吸鏈上復(fù)合體的形成，卻是電子傳遞鏈的重要成員，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為一種脂溶性醌類化合物，由于它的脂溶性特點(diǎn)，在線粒體內(nèi)膜上可以從復(fù)合體Ⅰ擴(kuò)散到復(fù)合體Ⅲ，通過(guò)自身的氧化還原態(tài)在兩個(gè)復(fù)合體之間傳遞質(zhì)子和電子鐵硫蛋白（Fe-S）

（非血紅素蛋白）與電子傳遞有關(guān)與其他遞氫體或電子傳遞體結(jié)合成復(fù)合物存在通過(guò)Fe3+

Fe2+變化起傳遞電子的作用輔酶Q

（CoQ、Q、泛醌）CoQ也稱泛醌，簡(jiǎn)寫Q，并不參與呼吸鏈上復(fù)合體的形成，卻是電子傳遞鏈的重要成員，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為一種脂溶性醌類化合物，由于它的脂溶性特點(diǎn)，在線粒體內(nèi)膜上可以從復(fù)合體Ⅰ擴(kuò)散到復(fù)合體Ⅲ，通過(guò)自身的氧化還原態(tài)在兩個(gè)復(fù)合體之間傳遞質(zhì)子和電子它在傳遞電子的同時(shí)還起著一個(gè)質(zhì)子泵的作用，將質(zhì)子泵到膜間隙中，質(zhì)子泵由電子傳遞時(shí)釋放的自由能所驅(qū)動(dòng)（四）電子傳遞鏈的組成成分琥珀酸—Q還原酶（復(fù)合體Ⅱ）嵌在線粒體內(nèi)膜（包括琥珀酸脫氫酶）電子傳遞：FADH2Fe-SCoQ復(fù)合體Ⅱ又叫琥珀酸-Q還原酶或琥珀酸脫氫酶復(fù)合體，包含4個(gè)不同亞基，除含有琥珀酸脫氫酶外，還包含3個(gè)鐵硫蛋白。輔基是FAD，F(xiàn)AD接琥珀酸上脫下的氫，然后將電子傳給鐵硫簇，再交給CoQ，從而進(jìn)入電子傳遞鏈Ubiquinone(Q)acceptselectronsfrombothNADHandFADH2intherespiratorychain（四）電子傳遞鏈的組成成分細(xì)胞色素還原酶（復(fù)合體Ⅲ）

cytochrome,Cyt

是含鐵的Pr

以血紅素為輔基電子傳遞蛋白還原型Cyt有光譜吸收現(xiàn)象（分為a、b、c三類）通過(guò)Fe3+

Fe2+互變起傳遞電子的作用把還原型CoQ上的電子轉(zhuǎn)移給細(xì)胞色素c。它含有兩個(gè)b型細(xì)胞色素和一個(gè)細(xì)胞色素c1，還有一個(gè)鐵硫簇CoQcytbFe-Scytc1cytc復(fù)合體ⅢReducedcytochromeshasthreeabsorptionbandsinthevisiblewavelengthsCyta:~600nmCytb:~560nmCytc:~550nm還原型CoQ上的電子轉(zhuǎn)移給細(xì)胞色素c。細(xì)胞色素c是膜間隙中的一個(gè)水溶性蛋白。從復(fù)合體Ⅲ接受一個(gè)電子后，細(xì)胞色素c移動(dòng)到復(fù)合體Ⅳ，將電子交給其中的銅原子，完成電子轉(zhuǎn)移。（四）電子傳遞鏈的組成成分

細(xì)胞色素氧化酶（Cytc氧化酶、復(fù)合體Ⅳ）位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物活性部分主要包括cyta和a3催化4個(gè)電子將氧分子還原為水。復(fù)合體Ⅳ是由6-13個(gè)不同亞基組成的跨膜蛋白復(fù)合體。其中，亞基Ⅱ包含兩個(gè)銅離子，亞基Ⅱ上的銅稱為CuA。亞基Ⅰ上的銅離子稱為CuB，Cyta3和CuB形成了一個(gè)雙核中心。這個(gè)雙核中心的作用是接受血紅素a上傳遞來(lái)的電子，并將電子傳遞給結(jié)合在Cyta3上的氧分子。（五）電子傳遞抑制劑——阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)；氧化作用受阻、能量釋放減少魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞；抗霉素A抑制電子從Cytb到Cytc1的傳遞；氰化物、疊氮化物、CO等阻斷電子由Cytaa3傳遞到氧1、魚藤酮等阻斷從NADH向CoQ的傳遞

魚藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、殺粉蝶菌素（piericidine）等。它們的作用是抑制復(fù)合物I，阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞，但不影響FADH2到CoQ的氫傳遞。魚藤酮是一種極毒的植物毒素，常用作殺蟲劑。2、抗霉素A阻斷復(fù)合物III的電子傳遞抗霉素A（antimycinA），它是從灰色鏈球菌分離出的一種抗生素，抑制復(fù)合物Ⅲ的電子傳遞，即阻斷細(xì)胞色素還原酶中電子的傳遞，從而抑制了電子從還原型的CoQ（QH2）到細(xì)胞色素c1的傳遞。3、氰化物、疊氮化物、CO、H2S

阻斷復(fù)合物IV向O2的傳遞

氰化物（cyanide,CN－）、疊氮化物（azide,N3－）、一氧化碳（carbonmonoxide,CO）和硫化氫(hydrogensulphide)，這些抑制劑均能阻斷電子在細(xì)胞色素氧化酶的傳遞，即阻斷細(xì)胞色素aa3至O2的電子傳遞，其中氰化物（CN－）和疊氮化物（N3－）能與血紅素a3的高鐵形式（ferricform）作用而形成復(fù)合物,而一氧化碳（CO）則抑制血紅素a3的亞鐵形式（ferrousform）。三、氧化磷酸化作用代謝物的氧化（脫氫）作用與ADP的磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)生成ATP的過(guò)程。部位：線粒體內(nèi)膜（真核）胞漿膜（原核細(xì)胞）數(shù)目、形狀因細(xì)胞而異

代謝物在生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,這種氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱氧化磷酸化。類別：

底物水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能底物水平磷酸化：代謝物通過(guò)氧化形成的高能磷酸化合物直接將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP，使之磷酸化生成ATP。氧化磷酸化：NADH或FADH2將電子傳遞給O2的過(guò)程與ADP的磷酸化相偶聯(lián)，使電子傳遞過(guò)程中釋放出的能量用于ATP的生成。氧化磷酸化的過(guò)程需要氧氣作為最終的電子受體，它是需氧生物合成ATP的主要途徑。

（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1、ATP的合成部位NADH氧化過(guò)程中有三個(gè)反應(yīng)G’值大于30.5kJ/molNADHFMNcytbcytc1cytaa3

O2-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/mol復(fù)合物ⅣCytc氧化酶復(fù)合物Ⅲ泛醌Cytc還原酶復(fù)合物ⅠNADH脫氫酶電子通過(guò)線粒體呼吸鏈傳遞到O2的過(guò)程中，釋放出大量能量；這種電子傳遞過(guò)程的釋能反應(yīng)與ADP和磷酸合成ATP的需能反應(yīng)相偶聯(lián)，是ATP形成的基本機(jī)制。三、氧化磷酸化作用的機(jī)理1、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō)化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)

（1）化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（1953年）chemicalcouplinghypothesis

認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過(guò)一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)形成高能共價(jià)中間物，最后將其能量轉(zhuǎn)移到ADP中形成ATP。

（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)（1964）

conformationalcouplinghypothesis

認(rèn)為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能構(gòu)象，這種高能形式通過(guò)ATP的合成而恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)。但在電子傳遞過(guò)程中蛋白質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。

英國(guó)生物化學(xué)家PeterDMitchell在1961年提出化學(xué)滲透假說(shuō)，他認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能及ATP合成是與一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。也就是說(shuō)，電子傳遞釋放的自由能驅(qū)動(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的H+電化學(xué)梯度。這個(gè)梯度的電化學(xué)勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATP合成。由于該假說(shuō)提出后逐漸擁有越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，因而成為目前解釋氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)理最為公認(rèn)的一種假說(shuō)，并且PeterMitchell因提出該假說(shuō)而獲得了1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

(3)化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesisa.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵b.電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時(shí)釋放出來(lái)的能量，用于驅(qū)動(dòng)膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（內(nèi)膜對(duì)H+是不通透的），在膜內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度和電位梯度c.

在膜內(nèi)外勢(shì)能差的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著一個(gè)特殊通道（ATP合酶組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過(guò)程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP

由上述化學(xué)滲透假說(shuō)可知，該模型必需具備兩個(gè)條件：一是線粒體內(nèi)膜必須是質(zhì)子不能透過(guò)的封閉系統(tǒng)，否則質(zhì)子梯度將不復(fù)存在；二是要求呼吸鏈和ATP合酶在線粒體內(nèi)膜中定向地組織在一起，并定向地傳遞質(zhì)子、電子和進(jìn)行氧化磷酸化反應(yīng)。

化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)①氧化磷酸化作用需要封閉的線粒體內(nèi)膜存在。②線粒體內(nèi)膜對(duì)H+、OH－、K+、Cl－等離子都是不通透的。③破壞H+濃度梯度的形成都必將破壞氧化磷酸化作用的進(jìn)行。④線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞能夠?qū)+從基質(zhì)運(yùn)輸?shù)侥らg隙。⑤人造的脂質(zhì)小泡上重組細(xì)菌紫膜質(zhì)和F1FoATP合酶后，在照光時(shí)有ATP的合成。質(zhì)子轉(zhuǎn)移的兩種假設(shè)機(jī)制（1）氧化－還原回路機(jī)制

該機(jī)制由Mitchell提出。他認(rèn)為電子傳遞鏈中有一些電子傳遞體既可以傳遞電子，也可以結(jié)合H+，當(dāng)它們被還原時(shí)，在膜內(nèi)側(cè)結(jié)合H+，而被氧化時(shí)，在膜外側(cè)釋放H+，這樣就把H+從膜內(nèi)運(yùn)到了膜外。

（2）質(zhì)子泵機(jī)制

這個(gè)機(jī)制的內(nèi)容是，電子傳遞導(dǎo)致復(fù)合體構(gòu)象的變化，氨基酸殘基在膜內(nèi)側(cè)結(jié)合H+，構(gòu)象變化后在膜外側(cè)釋放H+，從而把H+從膜內(nèi)側(cè)運(yùn)到膜外。質(zhì)子轉(zhuǎn)移的兩種假設(shè)機(jī)制

解偶聯(lián)劑（uncoupler）是指那些不阻斷呼吸鏈的電子傳遞，但能抑制ADP通過(guò)磷酸化作用轉(zhuǎn)化為ATP的化合物。它們也被稱為氧化磷酸化解偶聯(lián)劑。最早發(fā)現(xiàn)的一個(gè)解偶聯(lián)劑是2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol,DNP），它是一種弱酸性親脂化合物，在pH7條件下，DNP以解離形式存在，不能通過(guò)線粒體內(nèi)膜。但是在酸性環(huán)境中，DNP轉(zhuǎn)變?yōu)橹苄缘姆墙怆x形式，可攜帶質(zhì)子透過(guò)線粒體內(nèi)膜，這樣就破壞了電子傳遞形成的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度。氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制

在解偶聯(lián)劑存在時(shí)，電子沿呼吸鏈的傳遞能正常進(jìn)行，但不能偶聯(lián)產(chǎn)生ATP，這樣就使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能以熱能的形式被消耗。由于DNP解偶聯(lián)劑只專一性地抑制與呼吸鏈相偶聯(lián)的ATP的形成過(guò)程，因此，它不會(huì)影響底物水平的磷酸化。1．解偶聯(lián)劑（uncouplers）

NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外

這類化合物直接作用于ATP合酶復(fù)合體，從而抑制ATP的合成。

它們使膜外質(zhì)子不能通過(guò)ATP合酶復(fù)合體返回膜內(nèi)，使膜內(nèi)質(zhì)子繼續(xù)泵出到膜外顯然越來(lái)越困難，最后不得不停止，所以這類抑制劑間接抑制了電子傳遞和分子氧的消耗。

寡霉素屬于此類抑制劑，它與F0的一個(gè)亞基結(jié)合而抑制F1。2．氧化磷酸化抑制劑（inhibitors）3.離子載體抑制劑

離子載體抑制劑（ionophore）是指那些能與某種離子結(jié)合，并作為這些離子的載體攜帶離子穿過(guò)線粒體內(nèi)膜的脂雙層進(jìn)入線粒體的化合物。這類抑制劑均是脂溶性物質(zhì)，它們與解偶聯(lián)劑的區(qū)別在于它們能結(jié)合除H+以外的其它一價(jià)陽(yáng)離子，例如纈氨霉素（Valinomycin）可結(jié)合K+，短桿菌肽可結(jié)合K+、Na+和其它一價(jià)陽(yáng)離子穿過(guò)線粒體內(nèi)膜。因此離子載體抑制劑增大了線粒體內(nèi)膜對(duì)一價(jià)陽(yáng)離子的通透性，從而破壞了膜兩側(cè)的電位梯度，最終導(dǎo)致氧化磷酸化過(guò)程被抑制。

該假說(shuō)是1964年由美國(guó)生物化學(xué)家PaulBoyer最先提出，他認(rèn)為電子傳遞過(guò)程中，線粒體內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，轉(zhuǎn)變成一種高能形態(tài)。這種高能形態(tài)通過(guò)將能量轉(zhuǎn)移到ADP合成ATP后，又得以恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。隨著人們對(duì)ATP合酶結(jié)構(gòu)的研究和認(rèn)識(shí)不斷深入，在構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)的基礎(chǔ)上形成了ATP合酶結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)。

ATP酶-構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)ATP合成機(jī)制——ATP酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體/ATP合酶，是ATP合成的場(chǎng)所。結(jié)構(gòu)：頭部：ATP合酶（F1）柄部：棒狀Pr，對(duì)寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，與內(nèi)膜連接（FO）OSCP:寡霉素敏感性付予蛋白頭部含5種不同的亞基（3、3、1、1

、1

）OSCP是能量轉(zhuǎn)換通道F0與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通道）F1和Fo的亞基組成

F1由5種肽鏈組成，α3β3γδε。Fo由3種疏水亞基組成，a1b2c9-12。Fo形成跨膜的管道，質(zhì)子通過(guò)此管道流回到膜內(nèi)側(cè)時(shí)驅(qū)動(dòng)ATP合成。F1的α、β、γ、δ和ε亞基分別由510、482、272、146和50個(gè)氨基酸殘基組成，F(xiàn)1的總分子量為371kD。α、β亞基是同源的，每一個(gè)亞基結(jié)合有1個(gè)ATP，催化位點(diǎn)在β亞基上，α亞基上ATP結(jié)合位點(diǎn)的功能還不清楚，因?yàn)槿笔н@個(gè)位點(diǎn)并不影響F1的活性。

當(dāng)質(zhì)子推動(dòng)力驅(qū)使H+經(jīng)F0質(zhì)子通道進(jìn)入時(shí)，F(xiàn)0組分質(zhì)子化而發(fā)生構(gòu)象改變，積累足夠的扭矩力，推動(dòng)γε相對(duì)α3β3旋轉(zhuǎn)120°，使處于T態(tài)的催化部位釋放ATP變成O態(tài)，同時(shí)L態(tài)催化部位上生成ATP變?yōu)門態(tài)，O態(tài)結(jié)合ADP+Pi變?yōu)長(zhǎng)態(tài)側(cè)面觀頂面觀無(wú)質(zhì)子梯度質(zhì)子梯度的作用：不是形成ATP；而是使ATP從酶分子釋放結(jié)合變化機(jī)制（binding-changemechanism）O：開(kāi)放形式，對(duì)底物親和力極低L：與底物結(jié)合松弛，無(wú)催化能力T：與底物結(jié)合緊密，有催化活性Rotationoftheg

subunitandtheringofcsubunitsintheFoF1complexwasobservedbyinvitrostudiesusingfluorescencemicroscopy(五)線粒體兩條呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈——細(xì)胞內(nèi)主要的呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體、CoQ和Cyt組成

FAD、Fe-S、Cytb558需要氧的參與；消耗氧、ADP和無(wú)機(jī)磷酸生成ATP；

電子傳遞水平的磷酸化線粒體外NADH的氧化磷酸化作用（穿梭系統(tǒng)）酵解（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）

線粒體外的NADH通過(guò)間接的途徑——穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體。動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)已知有兩個(gè)穿梭系統(tǒng)：

磷酸甘油穿梭系統(tǒng)，主要存在于肌細(xì)胞；

蘋果酸穿梭系統(tǒng)，主要存在于肝細(xì)胞。

胞漿中甘油-3-磷酸脫氫酶甘油-3-磷酸磷酸二羥丙酮線粒體中甘油-3-磷酸脫氫酶NADH逆濃度梯度進(jìn)入呼吸鏈蘋果酸通過(guò)蘋果酸-α-酮戊二酸載體進(jìn)入線粒體基質(zhì)（八）氧化磷酸化的調(diào)控ATP的生成以電子傳遞為