《高级生物化学》
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生热素
脂溶性质子载体 钾离子载体，破坏电势能 质子通道
ATP/ADP交换体 苍术苷、米酵菌酸 抑制剂
抑 制 线 粒 体 基 质 内 的 ATP与 细胞质内的ADP之间交换
.
棕色脂肪组织 解偶联产热
.
.
有氧代谢的生理意义
并非所有的生物都能进行氧化磷酸化,然 而具有这种功能的生物确实能从有限量的 代谢燃料中获得更多的能量.
.
.
氧化磷酸化解偶联
电子传递与氧化磷酸化相偶联是基于线粒 体内膜的不通透性，致使电子传递时因H+ 产生的跨膜电化学梯度得以建立。
一些化合物如2,4-二硝基苯酚(DNP)可以 使电子传递与ATP合成解偶联。
氧化磷酸化抑制剂:寡霉素 离子载体抑制剂:
缬氨霉素
.
抑制类型
抑制剂名称
作用位点或作用机制
1分子葡萄糖的无氧酵解只产生2分子ATP 1分子葡萄糖的有氧代谢可产生38分子ATP
.
然而有氧代谢也有其缺点,许多生物和组 织仅仅依靠有氧代谢,则当氧气缺乏时它 们将遭受不可逆转的损伤.
有氧代谢还伴随产生少量活性氧代谢物, 长时间可能破坏细胞成分
.
细胞色素P450
超氧化物歧化酶SOD
呼吸链抑制剂
鱼藤酮、安米妥、杀粉菌素
复合体I
萎锈灵
复合体II
抗霉素Ａ
复合体III
氰化物、CO、H2S、叠氮化合物 复合体IV
Aurovertin
F1F0-ATP合酶抑 寡霉素、venturicidin
制剂
DCCD（二环已基碳二亚胺）
抑制F1 抑制F0 阻止质子通过质子F0通道
解偶联剂
DNP(2,4二硝基苯酚)、FCCP 缬氨霉素
谷胱甘肽过氧化物酶
2GSH+H2O2
GSSG+2H2O
GSSG+NADPH+H+
谷胱甘肽还原酶
2GSH+NADP+
.
光合磷酸化
2H2O 光 O2+4[H.]
4[H.]+CO2
(CH2O)+H2O
在光反应中,特定的色素分子捕获光能而被氧
化,再经一系列电子传递反应最终将NADP+还
原为NADPH，产生的跨膜质子梯度中蕴含的能
.
电子传递
NADH氧化反应是高效放能的 1molNADH被O2氧化伴随释放218KJ自由能 由ADP和Pi合成1molATP所需自由能是
30.5KJ 1分子NADH大约产生３(2.5)分子ATP 1分子FADH2大约产生2(1.5)分子ATP
.
.
.
.
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.
ATP的合成
ATP合成机制最有说服力的是1961年由 Peter Mitchell 提出的化学渗透原理
(chemiosmotic theory)
氧化磷酸化要求完整的线粒体内膜
线粒体内膜对H+、OH-、K+和Cl-等离子不通透，它们的自由扩 Peter Mitchell,
散将会消减电化学梯度
1920–1992
电子传递导致H+被运出完整线粒体，因而产生一个可测量的跨 线粒体内膜的电化学梯度
某些因能增加线粒体内膜对质子的通透性而消减电化学梯度的 化合物，能使电子传递继续进行，但是却抑制ATP合成，相反 ，增加线粒体内膜外侧的酸性将刺激ATP合成。
.
.
ATP的磷酸基因转移势能和其他一些磷酸 化合物比较,处于中间地位。
ATP作为共同中间传递体的实质是传递能 量，它水解释放的自由能可推动一个在热 力学上不利的反应，使之能够顺利进行。
.
.
ATP合成的方式
1.底物水平磷酸化：底物的高能磷酸基团 直接转移给ADP生成ATP。
2.氧化磷酸化：是指在电子传递过程中, 释放的能量使ADP磷酸化成ATP的过程。又 称电子传递水平磷酸化。
.
Paul Boyer
提出了ATP合成酶的结合 变化和旋转催化机制
Walker发表了0.28nm分 辨率的牛心线粒体晶体 结构,为此与Boyer分享 了1997年的诺贝尔化学 奖.
Noji的实验证实了旋转 催化假说的正确性.
John E. Walker
.
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.Baidu Nhomakorabea
.
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线粒体的转运系统
3.光合磷酸化：由光驱动的ATP合成。
.
底物水平磷酸化
在细胞内凡是有ATP作为磷酸基因供体的 酶促反应，ATP都是以Mg2+ATP2-的形式参 加反应。
Mg2+ATP2-的结构式
Mg2+ADP-的结构式
.
.
电子传递与氧化磷酸化
线粒体——细胞的发 电厂
含有丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸循 环的酶系、催化脂肪酸氧化的酶 和参与电子传递和氧化磷酸化的 酶以及氧化还原的蛋白。
高级生物化学
赵永斌 吉林师范大学
.
生物能量及ATP 代谢 基因表达调控 蛋白质及酶
.
第一部分 生物能量与ATP
ATP－细胞的能量货币 “货币代谢物（currency metabolites）
或者通用代谢物”是指可在细胞全局范围 内像货币一样流通的代谢物，如能量货币 ATP以及以辅助因子的形式出现的辅酶 NADH 和NADPH。它们的作用主要在于协调 代谢流的流量和方向，使受它（它们） 控制的途径成为代谢网络整体的一部分。
（1）预测哪几种脂质体可以合成ATP？ （2）如果将样品C转移到pH7、含有ATP的溶液中。脂质体腔内
含有对pH敏感的荧光染料，以此来检测pH的变化。有趣的是， 溶液内ATP水平在下降，而腔内的pH也在下降，试解释此现象。
.
2.酵母呼吸缺陷型突变株缺乏细胞色素c氧化酶, 它们的一个显著特点是发酵不被O2抑制,即它们 巴斯德效应.有人对应用这样的突变株使木屑发 酵产生酒精很感兴趣.对于大规模的酒清生产,使 用这些突变株有何优点?为什么细胞色素c氧化酶 的缺乏会消除巴斯德效应(当加入氧时,葡萄糖的 消耗减少)?
量促使ADP+Pi合成ATP。氧化态的色素分子被
H2O还原，产生O2。
暗反应利用NADPH和ATP还原CO2，并将CO2整合 到糖的三碳前体分子中。
.
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习题
1.根据下图所示,假定你将有活性的F1F0-ATP合酶重组到脂质体 上,重组时酶的朝向有两种,一种是头部(F1部分)朝外、柄部朝 内（F0），另一种是柄部朝外，头部朝内。这些脂质体外部的 环境都 是一样的，都含有ADP、Pi，pH都是7，但内部pH不同。
细胞质的还原当量转运进入线粒体 ADP-ATP转运体 Ca2+转运
.
细胞质中的NADH必须进入线粒体的电子传 递链以便进行有氧氧化，但线粒体内膜没 有NADH转运蛋白
.
苹果酸—天冬氨酸穿梭 malate-aspartate shuttle
.
磷酸甘油穿梭 Glycerophosphate shuttle
脂溶性质子载体 钾离子载体，破坏电势能 质子通道
ATP/ADP交换体 苍术苷、米酵菌酸 抑制剂
抑 制 线 粒 体 基 质 内 的 ATP与 细胞质内的ADP之间交换
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棕色脂肪组织 解偶联产热
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有氧代谢的生理意义
并非所有的生物都能进行氧化磷酸化,然 而具有这种功能的生物确实能从有限量的 代谢燃料中获得更多的能量.
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氧化磷酸化解偶联
电子传递与氧化磷酸化相偶联是基于线粒 体内膜的不通透性，致使电子传递时因H+ 产生的跨膜电化学梯度得以建立。
一些化合物如2,4-二硝基苯酚(DNP)可以 使电子传递与ATP合成解偶联。
氧化磷酸化抑制剂:寡霉素 离子载体抑制剂:
缬氨霉素
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抑制类型
抑制剂名称
作用位点或作用机制
1分子葡萄糖的无氧酵解只产生2分子ATP 1分子葡萄糖的有氧代谢可产生38分子ATP
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然而有氧代谢也有其缺点,许多生物和组 织仅仅依靠有氧代谢,则当氧气缺乏时它 们将遭受不可逆转的损伤.
有氧代谢还伴随产生少量活性氧代谢物, 长时间可能破坏细胞成分
.
细胞色素P450
超氧化物歧化酶SOD
呼吸链抑制剂
鱼藤酮、安米妥、杀粉菌素
复合体I
萎锈灵
复合体II
抗霉素Ａ
复合体III
氰化物、CO、H2S、叠氮化合物 复合体IV
Aurovertin
F1F0-ATP合酶抑 寡霉素、venturicidin
制剂
DCCD（二环已基碳二亚胺）
抑制F1 抑制F0 阻止质子通过质子F0通道
解偶联剂
DNP(2,4二硝基苯酚)、FCCP 缬氨霉素
谷胱甘肽过氧化物酶
2GSH+H2O2
GSSG+2H2O
GSSG+NADPH+H+
谷胱甘肽还原酶
2GSH+NADP+
.
光合磷酸化
2H2O 光 O2+4[H.]
4[H.]+CO2
(CH2O)+H2O
在光反应中,特定的色素分子捕获光能而被氧
化,再经一系列电子传递反应最终将NADP+还
原为NADPH，产生的跨膜质子梯度中蕴含的能
.
电子传递
NADH氧化反应是高效放能的 1molNADH被O2氧化伴随释放218KJ自由能 由ADP和Pi合成1molATP所需自由能是
30.5KJ 1分子NADH大约产生３(2.5)分子ATP 1分子FADH2大约产生2(1.5)分子ATP
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ATP的合成
ATP合成机制最有说服力的是1961年由 Peter Mitchell 提出的化学渗透原理
(chemiosmotic theory)
氧化磷酸化要求完整的线粒体内膜
线粒体内膜对H+、OH-、K+和Cl-等离子不通透，它们的自由扩 Peter Mitchell,
散将会消减电化学梯度
1920–1992
电子传递导致H+被运出完整线粒体，因而产生一个可测量的跨 线粒体内膜的电化学梯度
某些因能增加线粒体内膜对质子的通透性而消减电化学梯度的 化合物，能使电子传递继续进行，但是却抑制ATP合成，相反 ，增加线粒体内膜外侧的酸性将刺激ATP合成。
.
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ATP的磷酸基因转移势能和其他一些磷酸 化合物比较,处于中间地位。
ATP作为共同中间传递体的实质是传递能 量，它水解释放的自由能可推动一个在热 力学上不利的反应，使之能够顺利进行。
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ATP合成的方式
1.底物水平磷酸化：底物的高能磷酸基团 直接转移给ADP生成ATP。
2.氧化磷酸化：是指在电子传递过程中, 释放的能量使ADP磷酸化成ATP的过程。又 称电子传递水平磷酸化。
.
Paul Boyer
提出了ATP合成酶的结合 变化和旋转催化机制
Walker发表了0.28nm分 辨率的牛心线粒体晶体 结构,为此与Boyer分享 了1997年的诺贝尔化学 奖.
Noji的实验证实了旋转 催化假说的正确性.
John E. Walker
.
.
.
.Baidu Nhomakorabea
.
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线粒体的转运系统
3.光合磷酸化：由光驱动的ATP合成。
.
底物水平磷酸化
在细胞内凡是有ATP作为磷酸基因供体的 酶促反应，ATP都是以Mg2+ATP2-的形式参 加反应。
Mg2+ATP2-的结构式
Mg2+ADP-的结构式
.
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电子传递与氧化磷酸化
线粒体——细胞的发 电厂
含有丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸循 环的酶系、催化脂肪酸氧化的酶 和参与电子传递和氧化磷酸化的 酶以及氧化还原的蛋白。
高级生物化学
赵永斌 吉林师范大学
.
生物能量及ATP 代谢 基因表达调控 蛋白质及酶
.
第一部分 生物能量与ATP
ATP－细胞的能量货币 “货币代谢物（currency metabolites）
或者通用代谢物”是指可在细胞全局范围 内像货币一样流通的代谢物，如能量货币 ATP以及以辅助因子的形式出现的辅酶 NADH 和NADPH。它们的作用主要在于协调 代谢流的流量和方向，使受它（它们） 控制的途径成为代谢网络整体的一部分。
（1）预测哪几种脂质体可以合成ATP？ （2）如果将样品C转移到pH7、含有ATP的溶液中。脂质体腔内
含有对pH敏感的荧光染料，以此来检测pH的变化。有趣的是， 溶液内ATP水平在下降，而腔内的pH也在下降，试解释此现象。
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2.酵母呼吸缺陷型突变株缺乏细胞色素c氧化酶, 它们的一个显著特点是发酵不被O2抑制,即它们 巴斯德效应.有人对应用这样的突变株使木屑发 酵产生酒精很感兴趣.对于大规模的酒清生产,使 用这些突变株有何优点?为什么细胞色素c氧化酶 的缺乏会消除巴斯德效应(当加入氧时,葡萄糖的 消耗减少)?
量促使ADP+Pi合成ATP。氧化态的色素分子被
H2O还原，产生O2。
暗反应利用NADPH和ATP还原CO2，并将CO2整合 到糖的三碳前体分子中。
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习题
1.根据下图所示,假定你将有活性的F1F0-ATP合酶重组到脂质体 上,重组时酶的朝向有两种,一种是头部(F1部分)朝外、柄部朝 内（F0），另一种是柄部朝外，头部朝内。这些脂质体外部的 环境都 是一样的，都含有ADP、Pi，pH都是7，但内部pH不同。
细胞质的还原当量转运进入线粒体 ADP-ATP转运体 Ca2+转运
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细胞质中的NADH必须进入线粒体的电子传 递链以便进行有氧氧化，但线粒体内膜没 有NADH转运蛋白
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苹果酸—天冬氨酸穿梭 malate-aspartate shuttle
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磷酸甘油穿梭 Glycerophosphate shuttle