西北农林科技大学 emistrg 生物，司 动物科技学院生物化学课程组 第五节氧化磷酸化
生物 化学 动物科技学院生物化学课程组 西北农林科技大学 第五节 氧化磷酸化
第五节氧化裤破化 氧化磷酸化的橇念 概念 还原氢经呼吸链上氢和电子的传递，最后与 2偶连部位 氧结合生成水，所释放的能量推动ADP磷酸化 3 偶连机制 为ATP的过程，称为氧化磷酸化。 4影响因素 AH 膜物质转运 2H NADH+H H20 (或FADH2) 电子传递链 氧化过程 NAD (或FAD) 112O2 磷 释放能量 ADP+Pi ATP 磷酸化过程 ATP合成酶
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 氧化磷酸化的概念 还原氢经呼吸链上氢和电子的传递，最后与 氧结合生成水，所释放的能量推动ADP磷酸化 为ATP的过程，称为氧化磷酸化。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 AH2 A 2H NADH+H + (或 FADH2 ) NAD + (或 FAD) 电子传递链 H2O 1/2 O2 释放能量 ADP + Pi ATP合成酶 ATP 氧化过程 磷酸化过程 氧 化 磷 酸 化 1 3 5
生物 化学 第五节氧化裤破化 P/O比值 椰念 每消耗0.5molO2所消耗无机磷酸的 2 偶连部位 mol数（即合成ATP的mol数） P/O比值 P/O 底物 电子传递链 生成 比值 ATP数 3 偶连 4 影饷 羟丁酸 NADH-→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3 3.0 3 →02 芦形 琥珀酸 FAD→CoQ→b→c1→c→aa3→02 2.0 2 维生素C Cytc→aa3→o2 1.0
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 P/O 比值 每消耗 0.5 mol O2所消耗无机磷酸的 mol数（即合成ATP的mol数） P/O 比值 自由能差 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 底物 电子传递链 P/O 比值 生成 ATP数 β羟丁酸 NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3 →O2 3.0 3 琥珀酸 FAD → CoQ → b → c1 → c → aa3 → O2 2.0 2 维生素C Cytc → aa3 → O2 1.0 1 1 3 5 (1) (2)
第五节氧化裤酸化 自由然 电位降落与自由能：△G?=-nFAE0 概念 NADH→CoQ: 2偶连部位 △G0=-2×96.5×0.33=63.7KJ/mol P/O比值 CoQ→Cytc: 自由能差 △G0=-2×96.5×0.31=- 3偶连机制 59.8KJ/mol 4影响因素 Cyta3→O2: 5 膜物质转运 △G0=-2×96.5×0.58=- 111.9KJ/mol 合成ATP需自由能51.6K)/mol NADH O2可合成3分子ATP
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 自由能 电位降落与自由能：ΔG0’=-nFΔE0’ NADH→CoQ： ΔG0’=-2×96.5×0.33=63.7KJ/mol CoQ→Cytc： ΔG0’= -2×96.5×0.31=- 59.8KJ/mol Cyta3→O2： ΔG0’= -2×96.5×0.58=- 111.9KJ/mol 合成ATP需自由能51.6KJ/mol NADH O2可合成3分子ATP P/O 比值 自由能差 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 1 3 5 (1) (2)
生物 化学 第五节氧化裤酸化 NADH+H* 化学 Electron transport drives H+out 椰念 creating electrochemical gradient 2 偶连部位 内氢 当质子从膜间腔返回 基质中时，这种“势 3 偶连机制 能”可被位于线粒体 化学渗透 . 内膜上的ATP合裤利 2 ATP合酶 之念S 它在 用以合成ATP。 High [H] 4 影响因素 5 膜物质转运 46 合成偶 联 Higher pH Lower pH lower [H+]matrix灯以生 成 higher [H+]in intermembrane space 膜间腔 线粒体内膜 基质
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 化学渗透假说 1962年，Peter Mitchell提出化学渗 透学说，以解释氧化磷酸化作用，其主 要内容如下： 电子和氢在呼吸链上传递的过程中所释 放出的能量被用于将氢离子由线粒体基 质泵出到膜间隙，从而在内膜两侧形成 质子浓度——电化学梯度。当质子穿过 位于线粒体内膜上的ATP合成酶回到线 粒体基质时，推动ATP的合成。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 化学渗透 ATP合酶 化学渗透理论的假设依据 1．内膜是选择透过性膜。 2．氢和电子的载体按照氧化还原电势由低到高 不对称排列在内膜上。 3．电子载体具有质子泵的功能，当电子流过时， 它可以将质子由线粒体基质转移到膜间腔中， 在内膜两侧建立电化学—质子浓度梯度。 4．质子具有由外向内扩散的倾向。 5．ATP合成酶复合体将质子扩散与ATP合成偶 联起来。 6．每3个质子通过ATP合成酶时，以此可以生 成一分子的ATP。 FMNH2 2e FeS QH2 2e b QH2 2e FeS c1 c a a3 NADH+H + NAD + 2H + 2H + 2H + 2H + 2H + 1/2O2 +2H + H2O 胞膜间腔 液 线粒体内膜 基质 当质子从膜间腔返回 基质中时，这种“势 能”可被位于线粒体 内膜上的ATP合酶利 用以合成ATP。 1 3 5 (1) (2)
化 学 第五节氧化裤破化 概念 2 偶连部位 F1 3 偶连机制 化学渗透 ADP +P ATP合酶 4影响因素 5 膜物质转运 A[是膜由催O相与成 H+out Energy m+®能生 H+in Cycle repeats
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 ATP合成酶 F0：为疏水蛋白质， 是镶嵌在线粒体内 膜中的质子通道。 F1：为亲水蛋白质， 由33 亚基组成， 催化生成ATP。 OSCP：寡霉素敏感 相关蛋白，位于F0 与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生 成ATP。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 化学渗透 ATP合酶 1 3 5 (1) (2)
生物 化学 第五节氧化裤破化 概念 2 偶连部位 子传递阻断剂 3 偶连机制 阻断呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物 4影响因素 弥为氧化磷酸化的阻断剂。 抑制剂 抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霜素A、 阻断 藤酮等： 解偶连 抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇： 抑制 抑制第三位点的有CO、H2S和CN、N3。 NADH→FMN-CoQ CytbCytc1.→Cytc→Cytaa3 n 鱼藤酮 抗霉素A CO、氰化物
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 电子传递阻断剂 阻断呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物 称为氧化磷酸化的阻断剂。 抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、 鱼藤酮等； 抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇； 抑制第三位点的有CO、H2S和CN-、N3 -。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 抑制剂 ADP调节 甲状腺素 mtDNA突变 阻断 解偶连 抑制 NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3 O2 鱼藤酮 抗霉素A CO、氰化物 1 3 5 (1) (2) (3) (4) ① ② ③
第玉节真化裤酸化 概念 白的解锅联 偶连部☑ 净及熊与裤 偶连机 ,能量金 影响因 与热。 抑制 眠 初生的 物维持 ADP调 颈背部 3 甲状腺 肪细胞 ntDNA突变 5 膜物质转运
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 氧化磷酸化解偶联剂 解偶联剂：使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 2，4-二硝基苯酚（DNP）是酸性的芳香 族化合物，在pH7的环境中，它以解离的形 式存在，这种形式不能透过线粒体内膜，因 为它是脂不溶性的。在酸性环境中，它接受 质子后成为不解离的形式而变为脂溶性，从 而容易的透过内膜，将一个质子带入膜内， 使内膜对质子的通透性增加 ，破坏浓度质子 梯度。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 抑制剂 ADP调节 甲状腺素 mtDNA突变 阻断 解偶连 抑制 O NO2 NO2 OH NO2 NO2 O NO2 NO2 OH NO2 H NO2 + H + 线粒体内膜 外 内 解离形式的 2，4 -二硝基苯酚 质子化的 2，4 -二硝基苯酚 产热蛋白的解偶联 作用使呼吸链与磷 酸化脱离，能量全 部转化为热。 熊冬眠 婴儿及初生的 哺乳动物维持 体温—颈背部 褐色脂肪细胞 1 3 5 (1) (2) (3) (4) ① ② ③
生物 化学 第五节氧化裤酸化 概念 2 偶连部位 3偶连机制 4影响因素 氧化磷碱化柳制剂 抑制剂 寡霉素可阻止质子从F。质子通道回流， 2 解偶连 抑制ATP的生成。 抑制 ADP调节 甲状腺素 mtDNA.突变 5 膜物质转运
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 氧化磷酸化抑制剂 寡霉素可阻止质子从F0质子通道回流， 抑制ATP的生成。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 抑制剂 ADP调节 甲状腺素 mtDNA突变 阻断 解偶连 抑制 1 3 5 (1) (2) (3) (4) ① ② ③
第五节氧化裤破化 概念 ADP的控制作用 2 偶连部位 又称为呼吸控制。氧化磷酸化主要受ADP浓 ADP 3偶连机制 度的调节。 4影响因素 ADP 抑制剂 底物 线粒体 ADP ADP调节 底物 甲状腺素 mtDNA突变 5 膜物质转运 5 时间（分）
生物 化学 第五节 氧化磷酸化 ADP的控制作用 又称为呼吸控制。氧化磷酸化主要受ADP浓 度的调节。 概 念 影响因素 内膜物质转运 偶连机制 偶连部位 抑制剂 ADP调节 甲状腺素 mtDNA突变 O 浓2 度(μ mol/ml) 0 5 时间（分） 线粒体 底物 ADP ADP ADP 底物 1 3 5 (1) (2) (3) (4)