s电子传递链与氧化磷酸化PPT课件

= 带有长异戊二烯侧链的苯醌 泛醌 半醌 泛醇
自学
8
t19-2
• 确定电子载体顺序的一般方法
- 测定各载体的E’o - 测定各载体被氧化的速率 - 测定各载体的氧-还状态
呼吸链及其相关电子载体的标准还原电势
e–趋向于自发 从E’o较低的载 体流向较高的
由E’o推断的载体顺序：
在整条载体链被还原后 测定各载体的氧化速率
LW-1
电子传递链 与氧化磷酸化
• 线粒体中的电子转移反应 • ATP合成(氧化磷酸化偶联) • 氧化磷酸化的调节
ATP synthase
1
LW-2
• 氧化磷酸化是好氧生物产能代谢的最终步骤
所有营养物的氧化分解都汇聚到这一细胞呼吸 的最后阶段：用NADH/FADH2提供的e–将O2 还原成H2O，并由氧化能驱动ATP的合成
e–转移能量被有效 保存在H+梯度中
- e–经由复合体Ⅰ/Ⅱ传给Q生成QH2 - 作为e–和H+的移动载体，QH2随即将e–传递给复合体Ⅲ - 复合体Ⅲ再将e–转移给另一移动载体Cyt c
- 复合体Ⅳ最终将e–从Cyt c传递给O2生成H2O - 伴随e–流动的同时发生从基质到膜间腔的H+流动
(cf. Fig. 12-11 ~ 12-15)
19-16 (3rd)
§2. ATP合成
- 光照下其线粒体的NADH主要来自于 光呼吸产生的Gly缩合成Ser
2 Gly + NAD+ Ser + NADH + H+ + CO2 + NH4+
自学
Eastern skunk cabbage
不受CN–抑制
绕过Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ及其H+泵， 将能量直接以热形式耗散以 再生出光呼吸所需的N2A8 D+
NADH Q cyt b cyt c1 cyt c cyt a cyt a3 O2
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P34-6
自学
• 氧-还电势沿线粒体电子传递链逐渐升高
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19-6
鱼藤酮
• 电子转移阻断剂对各载体氧-还状态的影响
提供O2和e–供体时，不同阻断剂 将导致形成特定的氧化态/还原态 载体组合模式(ie. 吸收光谱变化)
Electron transport and ATP generation: overview
氧化磷酸化
= e–传递与ATP合成偶联
- 沿着内膜结合的载体 链传递e–流
- 放能性的e–流与吸能 性的H+跨膜转运偶联
- H+顺梯度的跨膜回流 提供自由能合成ATP
Matrix
3
19-1
§1. 线粒体中的电子转移反应
• 线粒体是真核生物进行氧化磷酸化的细胞器
- 内膜对大多数代谢物(包括H+)都不通透， 需经由特殊载体转运
- 呼吸链各组分和ATP合酶均分布在内膜上
• 氧化磷酸化机制的解释主要基于化学渗透假说
[H+]的跨膜梯度差是所有生物氧化反应中 所获能量的储库 (Peter Mitchell, 1961)
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P34-2
能够接受或给出1~2 e–： - e–直接转移 (eg. Fe3+ Fe2+) - 以H (H+ + e–) 形式转移 - 以H– 形式转移
还原当量 在氧-还反应中转移的单电子当量 其他具有电子传递功能的分子 (cf. p330~)
- Fe-S蛋白 (iron-sulfur proteins) - 泛醌 (ubiquinone, Q/CoQ) - 细胞色素 (cytochromes, Cyt.)
= e–传递中释出的大部分能量的暂时储存形式
线粒体内膜将两个不同的[H+]区室 分开，形成跨膜的化学浓度差(∆pH) 和电位差(∆ψ)，其净效应即是PMF
(cf. p341) 生理条件下泵出H+的∆G≈20 kJ/mol
27
G21.22
b19-1
• 植物线粒体氧化 NADH的不同机制
- 低照明时可通过类似于非光合物种的 e–流传递机制以合成ATP
E’o = -0.32V
(E’o = 0.031V)
总矢量反应式(NADH型)
NADH + 11HN+ + ½O2 NAD+ + 10HP+ + H2O
E’o = 0.816V
⊿E’o = 1.14V ∆G’o≈-220 kJ/mol
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19-16
• 质子动势 (PMF: proton motive force)
线嵴 粒 体 生 化 反 应 结 构 模 式
膜孔蛋白通道
氧
化
磷
酸
化 组 分
- 外膜对小分子和离子通透 (膜孔蛋白跨膜通道)
- 内膜不通透(包括H+) 含有e–传递链组分和ATP合酶
- 丙酮酸等中间代谢物可经由特 殊载体进入基质继续氧化(TAC)
- ATP被转运到胞液时ADP和Pi 同时进入基质
4
t19-1
自学
• 电子被汇集于通用电子受体
- 烟酰胺核苷酸NAD(P)+ (H–) - 黄素核苷酸FMN/FAD (1~2 e–)
(usu. as e– receptor in catabolism)
(usu. as e– donor in anabolism)
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LW-3
• 电子流经一系列膜结合的载体传递
电子载体 大多是具有辅因子的整合蛋白，
• 电子传递/呼吸链类型 (cf. Fig. 12-6)
(95%)
复合体Ⅱ (琥珀酸-Q 还原酶)
复合体Ⅰ (NADH-Q 氧化还原酶)
复合体Ⅲ (细胞色素
还原酶)
复合体Ⅳ (细胞色素
氧化酶)
- 两条呼吸链组成不同
- 泛醌是两条呼吸链的汇合点
- 产生ATP的数量不同
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19-15
• 呼吸链四个复合体的e–和H+流
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19-2
• 泛醌 (Q/CoQ)
- 完全还原需要2H，经由 半醌基中间物形式以两步 反应完成
- 质体醌(叶绿体)和甲基萘 醌(细菌)也具有类似的在 膜结合e–传递链中携带e– 的功能
- 为脂溶性小分子，能在 线粒体内膜的脂双层中 自由扩散，从而在内膜 上其他移动性较低的e– 载体间传递还原当量
- 既能携带e–也能携带H+， 在e–流和H+移动的偶联 中具有关键作用
- 阻断部位之前均为还原态 - 阻断部位之后均为氧化态
抗霉素A
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19-7 (3rd)
自学
• 呼吸链功能复合体的分离提纯
(cf. p333~)
毛地黄皂苷处理
去垢剂溶解处理 和离子交换层析
百度文库
渗透破碎
复合体Ⅰ~Ⅳ & ATP合酶
In vitro, ATP synthase
= ATPase, no A1T4Psynthesizing activity