细胞分子生物学8

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
(4)、复合物IV:细胞色素氧化酶
• 组成:为二聚体,每个单体含至少13条肽链,每个单体含
有细胞色素a和a3 及2个铜原子(CUA,CUB)。
• 作用:将从细胞色素c接受的电子传给氧,每转移一对电子, 在基质侧消耗2个质子,同时转移2个质子至膜间隙。
的催化位点(每个β亚基具有一个)。 F0由三种多肽组成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。 F0的一个亚基可结合寡霉素,通过该亚基可调节通过F0的
H+流,如当质子动力势很小时,它可防止ATP水解;又可起
到保护自身和抵抗外界环境变化的作用.
ATP 合酶
第一节 线粒体与氧化磷酸化
Structures of the mitochondrion
第一节 线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的结构
(三)超微结构
#1、外膜 (out membrane)
•含40%的脂类和60%的蛋白,具有孔蛋白构成的亲水通道, 允许分子量5KD以下的分子通过,1KD以下的分子可自由通过。 标志酶为单胺氧化酶。
•氧化磷酸化的电子传递链位于内膜。标志酶为细胞色素C氧化 酶。 •内膜向线粒体内室褶入形成嵴(cristae),能扩大内膜表面 积(达5-10倍),嵴有两种:①板层状、②管状。 •嵴上覆有基粒。基粒由头部(F1)和基部(F0)构成 。
# 3、膜间隙 (intermembrane space):
•是内外膜之间的腔隙,宽约6-8nm。标志酶为腺苷酸激酶。
(4)、铁硫蛋白:在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子 结合,通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递,有2Fe-2S和 4Fe-4S两种类型。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
(5)、辅酶Q:是脂溶性小分子量醌类化合物,通过氧化 和还原传递电子。有3种氧化还原形式,即:氧化型醌Q, 还原型氢醌(QH2)和介于两者之者的自由基半醌(QH)。
在这个梯度驱动下, H+穿过内膜上的ATP合成酶流回到基质,
其能量促使ADP和Pi合成ATP。
Chemiosmotic Theory
第一节 线粒体与氧化磷酸化
III ATP合酶(ATP synthetase)
是生物体能量转换的核心酶。
分别位于线粒体内膜,类囊体膜或质膜上,参与氧化磷酸化 和光合磷酸化,在跨膜质子动力势的作用下催化合成ATP。
I 电子传递链 (呼吸链)
3.线粒体内膜上呼吸链的多酶氧化还原体系的组分:
(1)NAD、(2)黄素蛋白、(3)细胞色素、(4)铁硫蛋白、(5)辅 酶Q等。
(1)、NAD:即烟酰胺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide),连接三羧酸循环和呼吸链,将代谢过程 中脱下来的氢交给黄素蛋白。
两条呼吸链
鱼藤酮、阿米妥
抗霉素A
CN—、CO
第一节 线粒体与氧化磷酸化
II 氧化磷酸化与电子传递的偶联
氧化还原的本质是电子的转移。氢原子的转移其本质
也是电子转移,H原子可分解为H+和e- 。
氧化磷酸化:当电子从NADH或FADH2传递给氧形成水时, 同时伴有ADP磷酸化形成ATP的过程即为氧化磷酸化。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
一、线粒体的结构
(一)形态
# 粒状或杆状。 # 蛋白占干重的65-70%,脂类占25-30%。 # 直径0.5-1μm,长1.5-3.0μm,在胰脏外分泌 细胞中可长达10-20μm,称巨线粒体。 # 肝细胞约1700个线粒体,占细胞体积的20%, 许多哺乳动物成熟的红细胞无线粒体。
#2、内膜 (inner membrane)
•含100种以上的多肽,蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷 脂含量高(达20%)、缺乏胆固醇,类似于细菌质膜。 •通透性很低,仅允许不带电荷的小分子物质通过。
第一节 线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的结构
(三)超微结构
#2、内膜 (inner membrane)
• 3.质子通过F0时,引起c亚基构成的环旋转,从而带动γ亚 基旋转,由于γ亚基的端部是高度不对称的,它的旋转引起 β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
I 电子传递链 (呼吸链)
1.定义:
线粒体内膜上存在有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物,它们 是传递电子的酶体系,由一系列可逆地接受和释放电子或 H+的化学物质组成,在内膜上相互有关连地有序排列,称之 为电子传递链或呼吸链。
2.分类:
NADH呼吸链。 FADH2呼吸链。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
(3)、复合物III: CoQ —细胞色素c还原酶。 • 组成:至少10条不同肽链,以二聚体形式存在,每个
单体包含两个细胞色素b(b562、b566)、一个铁硫蛋 白和一个细胞色素c1 。 • 作用:催化电子从辅酶Q传给细胞色素c,每转移一对 电子,同时将1对质子由线粒体基质泵至膜间隙。 • 复合物III既是电子传递体又是质子移位体 • 2还原态cyt c1 + QH2 + 2 H+M→2氧化态cyt c1 + Q+ 4H+C
第一节 线粒体与氧化磷酸化
一、线粒体的结构
(二)分布
# 通常分布在细胞功能旺盛的区域。 在肾细胞中靠近微血管,在精子中分布在鞭毛
中区。 #线粒体可以向细胞功能旺盛的区域迁移,微管 是其导轨、马达蛋白提供动力。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
一、线粒体的结构
(三)超来自百度文库结构
#电镜下有两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构. #分为外膜、内膜、膜间隙和基质或内室四部分。
(2)、黄素蛋白:含FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)或FAD (黄素腺嘌 呤二核苷酸)的蛋白,可接受2个电子2个质子。黄素相关的 脱氢酶类主要有:①以FMN为辅基的NADH脱氢酶。②以FAD 为辅基的琥珀酸脱氢酶。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
(3)、细胞色素:分子中含有血红素铁,以共价形式与蛋 白结合,通Fe3+、Fe2+形式变化传递电子,呼吸链中有5类, 即:细胞色素a、a3、b、c、c1,其中a、a3含有铜原子。
个铁硫蛋白,分子量接近1MD,以二聚体形式存在。 • 作用:催化NADH的2个电子传递至辅酶Q,同时将1对质
子由线粒体基质(M侧)转移至膜间隙(C侧)。 • 复合物I既是电子传递体又是质子移位体 • NADH→FMN→Fe-S→Q • NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
4、呼吸链的复合物:
• 呼吸链组分按氧化还原 电位由低向高的方向排 列。
• Green等人将呼吸链拆 离出4种复合物以及辅 酶Q和细胞色素C。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
(1)、复合物I : NADH—CoQ还原酶,又称NADH脱氢酶。 • 组成:25条以上肽链组成,呈L型,含一个FMN和至少6
第一节 线粒体与氧化磷酸化
化学渗透假说
P. Mitchell(1961)提出“化学渗透假说”。认为: 呼吸链组分及ATP酶在线粒体内膜上呈不对称分布。 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=Ψ-(2.3RT/F)△pH 其中:△pH= pH梯度, Ψ =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。
第八章 细胞的能量转换 ——线粒体和叶绿体
第一节 线粒体与氧化磷酸化
第二节 叶绿体与光合作用
本章内容摘要
第一节 线粒体与氧化磷酸化
• 一、结构
第二节 叶绿体与光合作用
• 二、线粒体的功•能一、形态与结构
• 三、线粒体与疾•病二、光合磷酸化作用机理
第一节 线粒体与氧化磷酸化
1890 年 R. Altaman 首 次 发 现 , 命 名 为 生 命 小 体 (bioblast)。 1898年von Benda提出线粒体(mitochondrion)。 1900年L. Michaelis用詹姆斯绿(Janus Green)B染 色,发现线粒体具有氧化作用。 Green(1948)证实线粒体含所有三羧酸循环的酶, Kennedy和Lehninger(1949)发现脂肪酸氧化为CO2 的过程是在线粒体内完成的。
ATP合成酶是线粒体氧化磷酸化和叶绿体光合磷酸化偶联 的关键装置,也是合成能源物质ATP的关键装置。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
III ATP合酶(ATP synthetase)
状如蘑菇,属F型质子泵。 分为球形的F1(头部)和嵌入膜中的F0(基部)。 F1由5种多肽组成α3β3γδε复合体,具有三个ATP合成
第一节 线粒体与氧化磷酸化
(一)、氧化磷酸化的分子基础
#氧化(放能)和磷酸化(贮能)是同时进行并且密切 偶联在一起的。 #将线粒体用超声波破碎,线粒体内膜碎片可自然卷 成颗粒朝外的小膜泡,这种小膜泡称为亚线粒体小 泡或亚线粒体颗粒. #这些亚线粒体小泡具有电子传递和磷酸化的功能.
第一节 线粒体与氧化磷酸化
管状嵴线粒体
第一节 线粒体与氧化磷酸化
二、线粒体的功能
#线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化,合成ATP, 为细胞生命活动提供直接能量。 #线粒体是糖类,脂肪和氨基酸最终氧化释能的场 所。 #氧化磷酸化是细胞获得能量的主要途径。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
(一)、氧化磷酸化的分子基础
#动物细胞中80%的ATP来源于线粒体:糖、脂肪和 氨基酸彻底氧化,电子经过一系列的传递,传至 氧分子,逐级释放能量,合成ATP。
ATP合酶的作用机制
1979年代Boyer P提出构象耦联假说 (结合变构机制)。其 要点如下:
• 1.ATP酶利用质子动力势,发生构象改变,改变与底物的亲 和力,催化ADP与Pi形成ATP。
• 2.F1具有三个催化位点,但在特定的时间,三个催化位点 的构象不同(L、T、O),与核苷酸的亲和力不同。
NADH 呼吸链生成ATP的3个部位: (1) NADH 至辅酶Q; (2)细胞色素b至细胞色素c;(3)细胞色素aa3至氧之间。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
氧化磷酸化的偶联机制
#各种假说:化学偶联假说,构象偶联假说,化学渗透 假说。 #实验证明:偶联机制在生化上来说是向量的,在功能 上来说是渗透的。 #化学渗透假说已成为氧化磷酸化机制研究中最为流 行的一种假说。
第一节 线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的结构
(三)超微结构
#4、基质(matrix) •为内膜和嵴包围的空间。含有:
–催化三羧酸循环,脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。 标志酶为苹果酸脱氢酶。 –线粒体DNA(mtDNA),及线粒体特有的核糖体,tRNAs 、 rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。 –纤维丝和电子密度很大的致密颗粒状物质 ,内含Ca2+、 Mg2+、Zn2+等离子。
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
(2)复合物II:琥珀酸—CoQ还原酶,又称琥珀酸脱氢酶 • 组成:至少由4条肽链,含有一个FAD,2个铁硫蛋白,1
个细胞色素b。 • 作用:催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传给辅酶Q,
但不转移质子。 – 琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。 – 琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2
• 复合物IV既是电子传递体又是质子移位体 • cyt c→ CUA →heme a→a3- CUB →O2
• 4还原态cyt c + 8 H+M + O2→4氧化态cyt c + 4H+C + 2H2O
第一节 线粒体与氧化磷酸化
I 电子传递链 (呼吸链)
5、两条主要的呼吸链
• ①由复合物I、III、IV组成NADH呼吸链 ,催化NADH的脱 氢氧化。
• ②由复合物II、III、IV组成FADH2呼吸链 ,催化琥珀酸 的脱氢氧化。
• 对应于每个复合物Ⅰ,大约需要3个复合物Ⅲ,7个复合物 Ⅳ,任何两个复合物之间没有稳定的连接结构,而是由辅 酶Q和细胞色素c这样的可扩散性分子连接。
Transport of electrons from NADH
Transport of electrons from FADH2
相关文档
最新文档