1、CELL ENERGETICS,第八章 细胞能学,第七章 细胞能学,本章内容提要,第一节 氧化磷酸化氧化磷酸化的分子基础、化学渗透学说、构象偶联学说。第二节 光合磷酸化光合磷酸化作用机理。,第一节 氧化磷酸化,一、氧化磷酸化的分子基础,动物细胞80%的ATP来源于线粒体。,Mitochondrial function,（一）电子载体,1、NAD：连接Kreb循环和呼吸链，将氢交给黄素蛋白。 2、黄素蛋白：含FMN或FAD，可接受2个电子2个质子。相关脱氢酶：NADH脱氢酶(FMN)；琥珀酸脱氢酶( FAD)。,NAD （nicotinamide adenine dinucleotide）， N
2、ADP,Flavin mononucleotide(FMN)& Flavin adenine dinucleotide,3、细胞色素：含血红素铁，通过Fe3+/ Fe2+变化传递电子，包括细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原子。,4、铁硫蛋白：分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe3+/Fe2+互变进行电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型。,5、辅酶Q：脂溶性小分子醌类化合物，有3种形式，即：氧化型醌Q，还原型氢醌QH2和自由基半醌QH。,（二）呼吸链的复合物,呼吸链组分按氧化还原电位由低向高排列。用脱氧胆酸处理mt内膜、分离出4种呼吸链复合物。,1. 复合物
3、I：NADH脱氢酶。组成：42条肽链，呈L型，含一个FMN和至少6个铁硫蛋白，以二聚体形式存在。作用：催化NADH的2个电子至辅酶Q，同时由M侧转移4个质子至C侧。NADHFMNFe-SQNADH + 5H+M + QNAD+ + QH2 + 4H+C,2. 复合物II：琥珀酸脱氢酶组成：至少4条肽链，含1个FAD，2个铁硫蛋白。作用：催化琥珀酸的低能 电子至辅酶Q，不转移质子。琥珀酸FADFe-SQ。琥珀酸+Q延胡索酸+QH2,3. 复合物III：细胞色素c还原酶。组成：至少11条肽链，二聚体，含细胞色素b566 、 b562、1个铁硫蛋白和1个细胞色素c1 。作用：催化电子从辅酶Q传给细胞
4、色素c，每转移1对电子转移4个H至C侧。2还原态cyt c1 + QH2 + 2 H+M2氧化态cyt c1 + Q+ 4H+C,Q cycle,4、复合物IV：细胞色素c氧化酶组成：二聚体，每个单体至少13条肽链。 作用：将从细胞色素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，在M侧消耗2个质子，同时转移2个质子至C侧。cyt cCuAheme aa3- CuBO24还原态cyt c + 8 H+M + O24氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O,（三）两条主要的呼吸链,复合物I-III-IV组成，催化NADH的脱氢氧化。复合物II-III-IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化。对应于每个复合物，
5、约需3个复合物，7个复合物，两个复合物之间由辅酶Q或细胞色素c这样的可扩散性分子连接。,Transport of electrons from NADH,Transport of electrons from FADH2,二、氧化磷酸化的作用机理,（一）质子动力势Mitchell(1961)提出“化学渗透假说”。认为：电子沿呼吸链传递时，所释放的能量将质子从内膜基质侧(M侧)泵至膜间隙(C侧)，形成质子动力势（ P）。P=-(2.3RT/F)pH其中：pH= pH梯度， =电位梯度，T=绝对温度，R=气体常数，F为法拉第常数，当温度为25时P的值为220mV左右。,Chemiosmotic T
6、heory,（二）ATP合酶（ATP synthase）,F型质子泵；分为球形的F1（头部）和嵌入膜中的F0（基部）。F1：33复合体，具有3个ATP合成的催化位点（每个亚基1个）。F0：ab2c12复合体，嵌入内膜，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道。,ATP synthase,1979年Boyer提出构象耦联假说。其要点如下：1ATP酶利用质子动力势，催化ATP合成。2F1有3个催化位点，催化位点有3种构象。3质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，带动亚基旋转，亚基端部高度不对称，引起亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。,支持
7、构象耦联假说的实验：,吉田（Massasuke Yoshida）等,（三）P/O值,指每消耗一个氧原子所产生的ATP分子数，它表示氧化磷酸化的效率。通常认为NADH3，FADH22；也有人认为前者为2.5，后者为1.5。,（四）氧化磷酸化抑制剂,1电子传递抑制剂抑制复合物I，如阿米妥、鱼藤酮。,Amytal,rotenone,抑制复合物II，如：2-噻吩甲酰三氟丙酮和萎锈灵。,2-Thenoyltrifluoroacetone,carboxin,抑制复合物III，如抗霉素A 。,Antinomycin A 1,抑制复合物IV，如CO、CN、NaN3、H2S。,电子传递抑制剂可用来研究呼吸链各组
8、分的排列顺序，当呼吸链某一特定部位被抑制后，底物一侧均为还原状态，氧一侧均为氧化态，可用分光光度计检测。,2磷酸化抑制剂与F0结合，阻断H+通道。如寡霉素。,oligomycin,3解偶联剂（uncoupler）解偶联蛋白(UCPs)：位于动物棕色脂肪组织和肌肉线粒体，与维持体温有关。质子载体： DNP、FCCP。质子通道：增温素。,第二节 光合磷酸化,光合作用分为光反应和暗反应；光反应需要光，涉及水的光解和光合磷酸化；暗反应不需要光，涉及CO2的固定，分为C3和C4两类。,一、光合色素和电子传递链组分,1光合色素包括：叶绿素、类胡萝卜素，比例约3:1。叶绿素分为a、b，比例约3:1。,-CH
9、O in chl b,2集光复合体约200个叶绿素分子和一些肽链构成。全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。,3光系统（PS）：P680至少包括12条肽链，位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体、一个反应中心和一个含锰原子的放氧复合体。,4细胞色素b6/f复合体可能以二聚体形成存在，每个单体含有四个不同的亚基。5光系统（PSI）：P700位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中，由集光复合体I和作用中心构成。,Noncyclic photophosphorylation,Cyclic photophosphorylation,PSI and PSII,二、光合磷酸化,一对电子从P680经P700传至NADP+，在类囊体腔增加4个H+，在基质中1个H+被用于还原NADP+，使类囊体腔有较高的H+（pH5），形成质子动力势。H+经ATP合酶（ CF1-F0 偶联因子）渗入基质、推动ATP合成。,Electron transport in the thylakoid membrane,
