杨荣武生物化学原理-南京大学-生物氧化
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生物氧化
有机物质在生物体内的氧化作用。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作 用。在整个生物氧化过程中，有机物质最终被氧 化成CO2和水，并释放出能量。
生物氧化与非生物氧化反应的比较
• 共同点： 反应的本质都是脱氢、失电子或加氧； 被氧化的物质相同，终产物和释放的能量也相同。 • 主要差别： 生物氧化的主要方式为脱氢； 生物氧化在酶的催化下进行，因此条件比较温和； 生物氧化是在一系列酶、辅酶（辅基）和电子传递体 的作用下逐步进行的，每一步释放一部分能量。
•NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶
电子传递部位：NADH、NADPH
•黄素及与黄素偶联的脱氢酶
电子传递部位：FMN、FAD
•CoQ（泛醌,UQ） 脂溶性，在线粒体内膜上具有高 度流动性，含量高。
•铁硫蛋白
Fe3+ + e Fe2+
非血红素铁
三类铁硫蛋白
•细胞色素类 Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质 Fe3+ + e
三种解偶联剂的化学结构
DNP解偶联的化学机制
解偶联蛋白Leabharlann Baidu
至少已发现五种类型的UCP—UCP1~UCP5。 原理：在线粒体内膜上形成质子通道。 UCP1 又名产热素，它主要存在于动物的褐色脂肪组 织，与机体的非颤抖性产热有关。机体对寒冷做出的 反应是交感神经末梢释放去甲肾上腺素，去甲肾上腺 素激活褐色脂肪组织中的脂肪酶，脂肪酶水解脂肪， 释放出游离的脂肪酸。游离脂肪酸不仅作为代谢燃料 经氧化产生ATP和质子梯度，还能与CoQH2和嘌呤核 苷酸一起直接激活产热素。一旦产热素被激活，则使 F1F0-ATP合酶发生“短路”生热。 UCP2存在于多数细胞，UCP3 主要存在于骨骼肌， UCP4 和UCP5存在于脑。它们都是受到高度调控的蛋 白质，一旦激活，都能增加热量的产出。由于它们影 响到代谢效率，其含量的差异（特别是骨骼肌中的 UCP3）可能是某些个体或人群肥胖的原因。
eOH ∣ Fe (III)+
HO-Y
细胞色素C氧化酶
CuB2+
a3-CuB中心使O2还
原生成H2O的过程
O ‖ Fe (IV)
OH ∣
CuB+
H2O H+
OH ∣ Fe (III)
HO-Y HO-Y
CuB2+
O ‖ Fe (IV)
OH ∣
CuB+
H+
O ‖ Fe (IV)
HO-Y
e-
H+
H2O
目录
Cytb
Fe-S
Fe2+
血红素铁
Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
细胞色素C氧化酶CuA中心
细胞色素氧化酶a3-CuB中心
HO-Y O2
HO-Y(Tyrosine 244)
Fe (Ⅱ)
CuB
Fe (Ⅱ)
+
CuB+
eHO-Y
Fe (III)+
CuB+
Fe (III)
CuB2+ H+, e · O-Y
FMN、铁硫蛋 白 FAD、铁硫蛋 白、血红素b 血红素b、血 红素c、铁硫 蛋白 Cu、血红素a
鱼藤酮、安米 妥、杀粉菌素 萎锈灵 (carboxin) 抗霉素A
II III
0.14 0.25
4～5 11
非 是
2 3
IV 细胞色素c氧化酶
0.16～ 0.17
13
是
CO、H2S、 CN－、叠氮化 物
复合体
几种细胞色素的性质比较 细胞色素
aa3 b
血红素
a b
线粒体内膜上的定位
跨膜蛋白 跨膜蛋白
辅基与蛋白质的连接方式
非共价键 非共价键
c
c1
c
c
水溶性的外周蛋白 （膜间隙一侧）
跨膜蛋白
共价键
共价键
分子氧 电子的最终受体
如何确定呼吸链各组分的排列顺序
测定各成分的标准氧化还原电位（E0＇） 根据在有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的 还原程度来确定 使用特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体 呼吸链的拆分和重组
1NADH 2.5ATP 1FADH2 1.5ATP
电子传递链自由能变化
区段
电位变化 (⊿Eº ′)
自由能变化
能否生成ATP
⊿G º =-nF⊿Eº (⊿G º ′ ′ ′是否大于30.5kJ)
NAD+~CoQ CoQ~Cyt c Cyt aa3~O2
0.36V 0.21V 0.53V
69.5kJ/mol 40.5kJ/mol 102.3kJ/mol
呼吸链的三种类型
原核细胞的细胞膜和真核细胞的线粒体内 膜，通过氧化磷酸化产生ATP：NADH呼吸链、 FADH2呼吸链
•
• 真核细胞内质网，参与某些代谢物的合成 或降解，不产生ATP：细胞色素P450呼吸链
呼吸链的组分
• • • • • • NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶 黄素及与黄素偶联的脱氢酶 辅酶Q：流动的电子传递体 铁硫蛋白 细胞色素：流动的电子传递体 氧气
氧化磷酸化的偶联机制
☻ ☻ ☺ 化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透学说 该学说由Peter Mitchell于1961年提出，其核心内 容是电子在沿着呼吸链向下游传递的时候，释放 的自由能转化为跨线粒体内膜（或跨细菌质膜） 的质子梯度，质子梯度中蕴藏的电化学势能直接 用来驱动ATP的合成。驱动ATP合成的质子梯度 通常被称为质子驱动力（pmf），它由化学势能 （质子的浓度差）和电势能（内负外正）两部分 组成。
化学渗透学说图解
支持化学渗透学说的主要的证据
（1）氧化磷酸化的进行需要完整的线粒体内膜的存在。 （2）使用精确的pH计可以检测到跨线粒体内膜的质子梯 度存在。据测定，一个呼吸活跃的线粒体的膜间隙的 pH要比其基质的pH低0.75个单位。 （3）破坏质子驱动力的化学试剂能够抑制ATP的合成。 （4）从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯 度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。 （5）人工建立的跨线粒体内膜的质子梯度也可驱动ATP 的合成
a
质子通过F0通道回到基质的模型
L：loose conformation ADP、Pi与酶结合疏松 T：tight conformation ADP、Pi与酶结合紧密，合成ATP O：open conformation ATP与酶亲和力低，释放
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。
同位素（18O）交换实验
F1F0-ATP合酶催化的反应的历程
来自日本的一个研究小组使 用基团工程将F1F0-ATP合酶 的α亚基和β亚基上添加组氨 酸残基标签，然后将改造过 的酶与预先喷涂金属Ni复合 物的载玻片保温一定时间。 经过这样的处理，F1F0-ATP 合酶将通过它的组氨酸标签 与金属Ni复合物之间的相互 作用而锚定在载玻片上。随 后借助于生物素与抗生物素 蛋白之间的亲和力，将荧光 标记的肌动蛋白丝固定在γ 亚基的头部。这时加入ATP， 在显微镜下可以直接观测到 肌动蛋白丝沿着逆时针方向 有规律地转动 日本科学家的γ亚基的旋转实验
能 能 能
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 P/O比值 2.4～2.8 可能生成的 ATP数 3
Cytb
Fe-S蛋白
Cytc1
Cytc
4个质子泵出
复合体 IV:细胞色素c氧化酶
Cytc
CuA
Cyta CuB-a3
O2
2个质子泵出
NADH呼吸链
FADH2呼吸链
氧化磷酸化
• 呼吸链的主要功能是产生能量货币ATP。当电子沿着 呼吸链向下游传递的时候总伴随着自由能的释放，释 放的自由能有很大一部分用来驱动ATP的合成，这种 与电子传递偶联在一起的合成ATP方式（ADP被磷酸 化）被称为氧化磷酸化。
产热素的作用图解
ATP-ADP 转位酶
ATP必须运输出线粒体
ATP 离开, ADP进入线粒体- 通过一种“转位酶" ATP离开是有利的，因为细胞液比基质要 "+" 然而ATP出去和ADP进入有1个负电荷的净转移——相当于 有1个质子进入基质。 所以每1个ATP的输出消耗1个H+ 1个ATP合成大概需要消耗3 H+ 于是，合成及加上输出 1 ATP = 4H+
氧化还原反应
H H2O、ATP？？？
参与生物氧化主要的酶
氧化酶（Oxidases） 脱氢酶（Dehydrogenases）最普遍 过氧化物酶（Peroxidases） 加氧酶（Oxygenase ）
呼 吸
链
(Respiratory Chain)
定义——生物氧化过程中从代谢物脱下来的氢和电子 需要经过一系列中间传递体，最后才与氧气形成水， 在其间能量逐步释放。这种由一系列传递体构成的链 状复合体称为电子传递体系或简称为呼吸链。
呼吸链各组分的标准氧化还原电位
在有氧条件下，线粒体中TCA循环反应达到平衡时，呼吸链中 各组分的还原程度
电子传递体 还原程度(%)
辅酶I 53
黄素蛋白 20
细胞色素b 16
细胞色素c 6
细胞色素aa3 1
几种呼吸链抑制剂的作用位点
安米妥
几种呼吸链抑制剂的化学结构
呼吸链的拆分和重组
通过改变离体线粒体的悬液的pH而 建立的pH梯度可以驱动ATP合成
由细菌视紫红质创造的质 子梯度可被牛F1F0-ATP 合酶用于合成ATP
质子梯度的产生机制：Q循环
F1/F0 ATP合酶的结构和功能
质子通过这种蛋白质的扩散驱动ATP合成和释放
两个部分: F1和F0 （后者因为受寡霉素的抑制而得名） F1 催化单元——由5种亚基组成 a3b3gde. Fo 膜整合单元——质子通道 ab2c10
γ亚基的旋转轨迹
氧化磷酸化的解偶联
氧化磷酸化与呼吸链通常紧密偶联，但是，低水平的质 子泄漏时刻发生在线粒体内膜上，因此，确切地说，线 粒体通常是部分解偶联的。 解偶联一般是受解偶联剂作用所致。 解偶联剂的作用机制在于它们能够快速地消耗跨膜的质 子梯度，使得质子难以通过F1F0-ATP合酶上的质子通道 来合成ATP，从而将贮存在质子梯度之中的电化学势能 转变成热。此外，随着质子梯度的消失，电子在呼吸链 上“回流”压力将会减轻，进而导致细胞内脂肪等物质 的生物氧化更加旺盛。 有两类解偶联剂，一类为有机小分子化合物，通常为脂 溶性的质子载体，带有酸性基团；另一类为天然的解偶 联蛋白（UCP） 。
β: 各具有一个催化中心 γ：贯穿αβ复合体，并与F0接触 δ：与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构 ε：帮助γ与F0结合
F1
F0
结合变化学说
• 1977年Paul D. Boyer提出的结合变化学说能正确地解释F1F0-ATP合酶的作 用机理。其主要内容是： （1）活性中心ATP的合成并不需要质子驱动力，与活性中心结合的ATP或 ADP处于平衡。 （2）如果没有质子流过F0，与活性中心结合的ATP就不会与酶解离。 （3）3个β亚基与γ亚基的不同表面结合，于是不同的β亚基采取不同的构象。 （4）在某一时刻，1个β亚基为T态，1个β亚基为L态，1个β亚基为O态。 （5）处于T态的β亚基紧密结合1分子ATP，ATP与ADP＋Pi处于平衡，但ATP 并不能与它解离；处于L态的β亚基结合有ADP和Pi，但并不能释放核苷酸 ；处于O态的β亚基能够释放结合的ATP。 （6）三种状态的β亚基可以相互转变，转变由γ亚基的转动所驱动。 （7）γ亚基转动的动力来自质子通过F0的流动。 • 结合变化学说可简化为：质子流动→驱动C单位转动→带动γ亚基转动→诱 导β亚基构象变化→ATP释放和重新合成。
4个复合物、CoQ、Cytc
呼吸链上各电子传递体的排列顺序
各传递体的位置专一，不可逆
复合体I、II、III和IV的结构和性质
复 合 体 I 别名 大小 （×106） 0.7～0.9 多肽 链的 数目 〉30 辅酶或辅基 是非 产生 质子 是 抑制剂 在内膜 上的相 对比率 1
NADH-CoQ还原 酶或NADH脱氢 酶 琥珀酸-CoQ还原 酶 CoQ-细胞色素c还 原酶
6～7
复合体I：NADH- CoQ还原酶
NADH脱氢酶是主要成分 NADH FMN Fe-S CoQ 4个质子泵入线粒体膜间隙
复合物II：琥珀酸-CoQ氧化还原酶
琥珀酸脱氢酶是主要成分
琥珀酸
FAD
Fe-S蛋白
Cytb
CoQ
无质子泵出
复合体III： CoQ- 细胞色素c 还原酶
CoQ
有机物质在生物体内的氧化作用。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作 用。在整个生物氧化过程中，有机物质最终被氧 化成CO2和水，并释放出能量。
生物氧化与非生物氧化反应的比较
• 共同点： 反应的本质都是脱氢、失电子或加氧； 被氧化的物质相同，终产物和释放的能量也相同。 • 主要差别： 生物氧化的主要方式为脱氢； 生物氧化在酶的催化下进行，因此条件比较温和； 生物氧化是在一系列酶、辅酶（辅基）和电子传递体 的作用下逐步进行的，每一步释放一部分能量。
•NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶
电子传递部位：NADH、NADPH
•黄素及与黄素偶联的脱氢酶
电子传递部位：FMN、FAD
•CoQ（泛醌,UQ） 脂溶性，在线粒体内膜上具有高 度流动性，含量高。
•铁硫蛋白
Fe3+ + e Fe2+
非血红素铁
三类铁硫蛋白
•细胞色素类 Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质 Fe3+ + e
三种解偶联剂的化学结构
DNP解偶联的化学机制
解偶联蛋白Leabharlann Baidu
至少已发现五种类型的UCP—UCP1~UCP5。 原理：在线粒体内膜上形成质子通道。 UCP1 又名产热素，它主要存在于动物的褐色脂肪组 织，与机体的非颤抖性产热有关。机体对寒冷做出的 反应是交感神经末梢释放去甲肾上腺素，去甲肾上腺 素激活褐色脂肪组织中的脂肪酶，脂肪酶水解脂肪， 释放出游离的脂肪酸。游离脂肪酸不仅作为代谢燃料 经氧化产生ATP和质子梯度，还能与CoQH2和嘌呤核 苷酸一起直接激活产热素。一旦产热素被激活，则使 F1F0-ATP合酶发生“短路”生热。 UCP2存在于多数细胞，UCP3 主要存在于骨骼肌， UCP4 和UCP5存在于脑。它们都是受到高度调控的蛋 白质，一旦激活，都能增加热量的产出。由于它们影 响到代谢效率，其含量的差异（特别是骨骼肌中的 UCP3）可能是某些个体或人群肥胖的原因。
eOH ∣ Fe (III)+
HO-Y
细胞色素C氧化酶
CuB2+
a3-CuB中心使O2还
原生成H2O的过程
O ‖ Fe (IV)
OH ∣
CuB+
H2O H+
OH ∣ Fe (III)
HO-Y HO-Y
CuB2+
O ‖ Fe (IV)
OH ∣
CuB+
H+
O ‖ Fe (IV)
HO-Y
e-
H+
H2O
目录
Cytb
Fe-S
Fe2+
血红素铁
Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
细胞色素C氧化酶CuA中心
细胞色素氧化酶a3-CuB中心
HO-Y O2
HO-Y(Tyrosine 244)
Fe (Ⅱ)
CuB
Fe (Ⅱ)
+
CuB+
eHO-Y
Fe (III)+
CuB+
Fe (III)
CuB2+ H+, e · O-Y
FMN、铁硫蛋 白 FAD、铁硫蛋 白、血红素b 血红素b、血 红素c、铁硫 蛋白 Cu、血红素a
鱼藤酮、安米 妥、杀粉菌素 萎锈灵 (carboxin) 抗霉素A
II III
0.14 0.25
4～5 11
非 是
2 3
IV 细胞色素c氧化酶
0.16～ 0.17
13
是
CO、H2S、 CN－、叠氮化 物
复合体
几种细胞色素的性质比较 细胞色素
aa3 b
血红素
a b
线粒体内膜上的定位
跨膜蛋白 跨膜蛋白
辅基与蛋白质的连接方式
非共价键 非共价键
c
c1
c
c
水溶性的外周蛋白 （膜间隙一侧）
跨膜蛋白
共价键
共价键
分子氧 电子的最终受体
如何确定呼吸链各组分的排列顺序
测定各成分的标准氧化还原电位（E0＇） 根据在有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的 还原程度来确定 使用特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体 呼吸链的拆分和重组
1NADH 2.5ATP 1FADH2 1.5ATP
电子传递链自由能变化
区段
电位变化 (⊿Eº ′)
自由能变化
能否生成ATP
⊿G º =-nF⊿Eº (⊿G º ′ ′ ′是否大于30.5kJ)
NAD+~CoQ CoQ~Cyt c Cyt aa3~O2
0.36V 0.21V 0.53V
69.5kJ/mol 40.5kJ/mol 102.3kJ/mol
呼吸链的三种类型
原核细胞的细胞膜和真核细胞的线粒体内 膜，通过氧化磷酸化产生ATP：NADH呼吸链、 FADH2呼吸链
•
• 真核细胞内质网，参与某些代谢物的合成 或降解，不产生ATP：细胞色素P450呼吸链
呼吸链的组分
• • • • • • NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶 黄素及与黄素偶联的脱氢酶 辅酶Q：流动的电子传递体 铁硫蛋白 细胞色素：流动的电子传递体 氧气
氧化磷酸化的偶联机制
☻ ☻ ☺ 化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透学说 该学说由Peter Mitchell于1961年提出，其核心内 容是电子在沿着呼吸链向下游传递的时候，释放 的自由能转化为跨线粒体内膜（或跨细菌质膜） 的质子梯度，质子梯度中蕴藏的电化学势能直接 用来驱动ATP的合成。驱动ATP合成的质子梯度 通常被称为质子驱动力（pmf），它由化学势能 （质子的浓度差）和电势能（内负外正）两部分 组成。
化学渗透学说图解
支持化学渗透学说的主要的证据
（1）氧化磷酸化的进行需要完整的线粒体内膜的存在。 （2）使用精确的pH计可以检测到跨线粒体内膜的质子梯 度存在。据测定，一个呼吸活跃的线粒体的膜间隙的 pH要比其基质的pH低0.75个单位。 （3）破坏质子驱动力的化学试剂能够抑制ATP的合成。 （4）从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯 度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。 （5）人工建立的跨线粒体内膜的质子梯度也可驱动ATP 的合成
a
质子通过F0通道回到基质的模型
L：loose conformation ADP、Pi与酶结合疏松 T：tight conformation ADP、Pi与酶结合紧密，合成ATP O：open conformation ATP与酶亲和力低，释放
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。
同位素（18O）交换实验
F1F0-ATP合酶催化的反应的历程
来自日本的一个研究小组使 用基团工程将F1F0-ATP合酶 的α亚基和β亚基上添加组氨 酸残基标签，然后将改造过 的酶与预先喷涂金属Ni复合 物的载玻片保温一定时间。 经过这样的处理，F1F0-ATP 合酶将通过它的组氨酸标签 与金属Ni复合物之间的相互 作用而锚定在载玻片上。随 后借助于生物素与抗生物素 蛋白之间的亲和力，将荧光 标记的肌动蛋白丝固定在γ 亚基的头部。这时加入ATP， 在显微镜下可以直接观测到 肌动蛋白丝沿着逆时针方向 有规律地转动 日本科学家的γ亚基的旋转实验
能 能 能
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 P/O比值 2.4～2.8 可能生成的 ATP数 3
Cytb
Fe-S蛋白
Cytc1
Cytc
4个质子泵出
复合体 IV:细胞色素c氧化酶
Cytc
CuA
Cyta CuB-a3
O2
2个质子泵出
NADH呼吸链
FADH2呼吸链
氧化磷酸化
• 呼吸链的主要功能是产生能量货币ATP。当电子沿着 呼吸链向下游传递的时候总伴随着自由能的释放，释 放的自由能有很大一部分用来驱动ATP的合成，这种 与电子传递偶联在一起的合成ATP方式（ADP被磷酸 化）被称为氧化磷酸化。
产热素的作用图解
ATP-ADP 转位酶
ATP必须运输出线粒体
ATP 离开, ADP进入线粒体- 通过一种“转位酶" ATP离开是有利的，因为细胞液比基质要 "+" 然而ATP出去和ADP进入有1个负电荷的净转移——相当于 有1个质子进入基质。 所以每1个ATP的输出消耗1个H+ 1个ATP合成大概需要消耗3 H+ 于是，合成及加上输出 1 ATP = 4H+
氧化还原反应
H H2O、ATP？？？
参与生物氧化主要的酶
氧化酶（Oxidases） 脱氢酶（Dehydrogenases）最普遍 过氧化物酶（Peroxidases） 加氧酶（Oxygenase ）
呼 吸
链
(Respiratory Chain)
定义——生物氧化过程中从代谢物脱下来的氢和电子 需要经过一系列中间传递体，最后才与氧气形成水， 在其间能量逐步释放。这种由一系列传递体构成的链 状复合体称为电子传递体系或简称为呼吸链。
呼吸链各组分的标准氧化还原电位
在有氧条件下，线粒体中TCA循环反应达到平衡时，呼吸链中 各组分的还原程度
电子传递体 还原程度(%)
辅酶I 53
黄素蛋白 20
细胞色素b 16
细胞色素c 6
细胞色素aa3 1
几种呼吸链抑制剂的作用位点
安米妥
几种呼吸链抑制剂的化学结构
呼吸链的拆分和重组
通过改变离体线粒体的悬液的pH而 建立的pH梯度可以驱动ATP合成
由细菌视紫红质创造的质 子梯度可被牛F1F0-ATP 合酶用于合成ATP
质子梯度的产生机制：Q循环
F1/F0 ATP合酶的结构和功能
质子通过这种蛋白质的扩散驱动ATP合成和释放
两个部分: F1和F0 （后者因为受寡霉素的抑制而得名） F1 催化单元——由5种亚基组成 a3b3gde. Fo 膜整合单元——质子通道 ab2c10
γ亚基的旋转轨迹
氧化磷酸化的解偶联
氧化磷酸化与呼吸链通常紧密偶联，但是，低水平的质 子泄漏时刻发生在线粒体内膜上，因此，确切地说，线 粒体通常是部分解偶联的。 解偶联一般是受解偶联剂作用所致。 解偶联剂的作用机制在于它们能够快速地消耗跨膜的质 子梯度，使得质子难以通过F1F0-ATP合酶上的质子通道 来合成ATP，从而将贮存在质子梯度之中的电化学势能 转变成热。此外，随着质子梯度的消失，电子在呼吸链 上“回流”压力将会减轻，进而导致细胞内脂肪等物质 的生物氧化更加旺盛。 有两类解偶联剂，一类为有机小分子化合物，通常为脂 溶性的质子载体，带有酸性基团；另一类为天然的解偶 联蛋白（UCP） 。
β: 各具有一个催化中心 γ：贯穿αβ复合体，并与F0接触 δ：与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构 ε：帮助γ与F0结合
F1
F0
结合变化学说
• 1977年Paul D. Boyer提出的结合变化学说能正确地解释F1F0-ATP合酶的作 用机理。其主要内容是： （1）活性中心ATP的合成并不需要质子驱动力，与活性中心结合的ATP或 ADP处于平衡。 （2）如果没有质子流过F0，与活性中心结合的ATP就不会与酶解离。 （3）3个β亚基与γ亚基的不同表面结合，于是不同的β亚基采取不同的构象。 （4）在某一时刻，1个β亚基为T态，1个β亚基为L态，1个β亚基为O态。 （5）处于T态的β亚基紧密结合1分子ATP，ATP与ADP＋Pi处于平衡，但ATP 并不能与它解离；处于L态的β亚基结合有ADP和Pi，但并不能释放核苷酸 ；处于O态的β亚基能够释放结合的ATP。 （6）三种状态的β亚基可以相互转变，转变由γ亚基的转动所驱动。 （7）γ亚基转动的动力来自质子通过F0的流动。 • 结合变化学说可简化为：质子流动→驱动C单位转动→带动γ亚基转动→诱 导β亚基构象变化→ATP释放和重新合成。
4个复合物、CoQ、Cytc
呼吸链上各电子传递体的排列顺序
各传递体的位置专一，不可逆
复合体I、II、III和IV的结构和性质
复 合 体 I 别名 大小 （×106） 0.7～0.9 多肽 链的 数目 〉30 辅酶或辅基 是非 产生 质子 是 抑制剂 在内膜 上的相 对比率 1
NADH-CoQ还原 酶或NADH脱氢 酶 琥珀酸-CoQ还原 酶 CoQ-细胞色素c还 原酶
6～7
复合体I：NADH- CoQ还原酶
NADH脱氢酶是主要成分 NADH FMN Fe-S CoQ 4个质子泵入线粒体膜间隙
复合物II：琥珀酸-CoQ氧化还原酶
琥珀酸脱氢酶是主要成分
琥珀酸
FAD
Fe-S蛋白
Cytb
CoQ
无质子泵出
复合体III： CoQ- 细胞色素c 还原酶
CoQ