影响氧化磷酸化原因——抑制剂
氧化磷酸化偶联机制,影响氧化磷酸化的因素
氧化磷酸化偶联机制，影响氧化磷酸化的因素氧化磷酸化偶联机制（一）化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis）1961年，英国学者Peter Mitchell提出化学渗透假说（1978年获诺贝尔化学奖），说明了电子传递释出的能量用于形成一种跨线粒体内膜的质子梯度（H+梯度），这种梯度驱动A TP的合成。
这一过程概括如下：1.NADH的氧化，其电子沿呼吸链的传递，造成H+ 被3个H+ 泵，即NADH脱氢酶、细胞色素bc1复合体和细胞色素氧化酶从线粒体基质跨过内膜泵入膜间隙。
2.H+ 泵出，在膜间隙产生一高的H+ 浓度，这不仅使膜外侧的pH较内侧低（形成pH 梯度），而且使原有的外正内负的跨膜电位增高，由此形成的电化学质子梯度成为质子动力，是H+ 的化学梯度和膜电势的总和。
3.H+ 通过A TP合酶流回到线粒体基质，质子动力驱动A TP合酶合成A TP。
（二）A TP合酶A TP合酶由两部分组成（Fo-F1），球状的头部F1突向基质液，水溶性。
亚单位Fo埋在内膜的底部，是疏水性蛋白，构成H+ 通道。
在生理条件下，H+ 只能从膜外侧流向基质，通道的开关受柄部某种蛋白质的调节。
影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂能阻断呼吸链某一部位电子传递的物质称为呼吸链抑制剂。
鱼藤酮、安密妥在NADH脱氢酶处抑制电子传递，阻断NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能进行。
抗霉素A抑制电子在细胞色素bc1复合体处的传递。
氰化物、CO、叠氮化物（N3-）抑制细胞色素氧化酶。
对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用的物质称氧化磷酸化抑制剂，如寡霉素。
（二）解偶联剂2，4-二硝基苯酚（DNP）和颉氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶联过程，使电子传递照常进行而不生成A TP。
DNP的作用机制是作为H+的载体将其运回线粒体内部，破坏质子梯度的形成。
由电子传递产生的能量以热被释出。
（三）ADP的调节作用正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的调节，只有ADP被磷酸化形成A TP，电子才通过呼吸链流向氧。
氧化磷酸化的影响因素
ATP + UDP → ADP + UTP ATP + CDP → ADP + CTP ATP + GDP → ADP + GTP
（三）ATP通过转移自身基团提供能量
ATP通过共价键与底物或酶分子相连，将Pi、Ppi、AMP基团转移到 底物或蛋白上而形成中间产物
（四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式
苹果酸-天冬氨酸穿梭
存在部位：肝、心肌 胞液NADH通过穿梭进入NADH氧化呼吸链产生2.5分子ATP
ATP、ADP、Pi的跨膜转运
腺苷酸转运蛋白（移位酶） 反向转运ATP和ADP出入 线粒体内膜
在细胞pH条件下，ADP、ATP呈解离状态
每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷 ， 相当于多1个H+转入线粒体基质
ATP合酶抑制剂
抑制电子传递、ATP合成 寡霉素（Oligomycin）: 与Fo结合，阻滞质子回流，抑制ATP合成，抑制质子 泵作用
各种抑制剂对电子传递链的影响
外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要 依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运
低、ADP的浓度增加，氧化磷酸化速率加快 ATP和ADP也同时调节糖酵解、柠檬酸循环途径，调节NADH和FADH2的生成
二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程
（一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程
复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥等 复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵 复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A，阻断Cyt b传递电子到泛醌(QN) 复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt
出线粒体 ATP4-
第十二章__生物氧化--王镜岩《生物化学》第三版笔记(完美打印版)
复合体IV：细胞色素C氧化酶复合体。将电子传递给氧。
三、偶联的调控
（一）呼吸控制
电子传递与ATP形成在正常细胞内总是相偶联的，二者缺一不可。ATP与ADP浓度之比对电子传递速度和还原型辅酶的积累与氧化起着重要的调节作用。ADP作为关键物质对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。呼吸控制值是有ADP时氧的利用速度与没有时的速度之比。完整线粒体呼吸控制值在10以上，损伤或衰老线粒体可为1，即失去偶联，没有磷酸化。
在葡萄糖的分解代谢中，一分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH2，其标准生成自由能是613千卡，而在燃烧时可放出686千卡热量，即90％贮存在还原型辅酶中。呼吸链使这些能量逐步释放，有利于形成ATP和维持跨膜电势。
原核细胞的呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上。
二、构成
呼吸链包含15种以上组分，主要由4种酶复合体和2种可移动电子载体构成。其中复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、辅酶Q和细胞色素C的数量比为1：2：3：7：63：9。
三、抑制剂
1.鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：阻断电子从NADH到辅酶Q的传递。鱼藤酮是极毒的植抗生素，抑制从细胞色素b到c1的传递。
3.氰化物、叠氮化物、CO、H2S等，阻断由细胞色素aa3到氧的传递。
第二节 氧化磷酸化
一、定义
与生物氧化相偶联的磷酸化作用称为氧化磷酸化作用。其作用是利用生物氧化放出的能量合成ATP：
氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂氧化磷酸化过程可受到许多化学因素的作用。
不同化学因素对氧化磷酸化过程的影响方式不同，根据它们的不同影响方式可分：解偶联剂和氧化磷酸化抑制剂。
（一）解偶联剂某些化合物能够消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，使ATP不能合成，这种既不直接作用于电子传递体也不直接作用于ATP合酶复合体，只解除电子传递与ADP磷酸化偶联的作用称为解偶联作用，其实质是光有氧化过程（电子照样传递）而没有磷酸化作用。
这类化合物被称为解偶联剂（uncouplers）。
人工的或天然的解偶联剂主要有下列三种类型：1．化学解偶联剂2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol，DNP）是最早发现的也是最典型的化学解偶联剂（chemical uncoupling agent），其特点是呈弱酸性和脂溶性，在不同的pH环境中可释放H+和结合H+：在pH 7.0的环境中，DNP以解离形式存在，不能透过线粒体膜；在酸性环境中，解离的DNP质子化，变为脂溶性的非解离形式，能透过膜的磷脂双分子层，同时把一个质子从膜外侧带入到膜内侧，因而破坏电子传递形成的跨膜质子电化学梯度，起着消除质子浓度梯度的作用，抑制ATP的形成。
2. 离子载体有一类脂溶性物质能与某些阳离子结合，插入线粒体内膜脂双层，作为阳离子的载体，使这些阳离子能穿过线粒体内膜。
它和解偶联剂的区别在于它是作为H＋离子以外的其它一价阳离子的载体。
例如，由链霉菌产生的抗菌素缬氨霉素（valinomycin）能与K＋离子配位结合形成脂溶性复合物，穿过线粒体内膜，从而将膜外的K＋转运到膜内。
又如，短杆菌肽（gramicidin）可使K＋、Na＋及其它一些一价阳离子穿过内膜。
这类离子载体（ionophore）由于增加了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，消除跨膜的电位梯度，消耗了电子传递过程中产生的自由能，从而破坏了ADP的磷酸化过程。
3．解偶联蛋白解偶联蛋白（uncoupling protein）是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然的解偶联剂。
第21章--氧化磷酸化
氧化磷酸化
氧化磷酸化
(Bioenergetic and Biological Oxidation） 在生物氧化过程中，底物脱氢产生NADHБайду номын сангаас和 FMNH2经呼吸链传递氧化生成水的同时，所释放 的自由能用于偶联ADP磷酸化生成ATP，这种氧 化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)，
中提供能量。腺苷酸转位酶 (Adenine nucleotidetranslocase) 是线粒体内膜上的酶，为逆 反转运体，可以把ADP和Pi 转运到线粒体内，也能把合 成的ATP从线粒体运到胞液。 苍 术 苷 抑 制 腺 苷 酸 转 位 酶
中心和Fe4-S4中心。在线粒体内膜上，复合物I、复合物Ⅱ、 复合物Ⅲ中均结合有铁硫蛋白，其功能是通过二价铁离子 和三价铁离子的化合价变化来传递电子，而且每次只传递 一个电子，是单电子传递体。 其氧化还原电位与其所处环境有关
铁硫蛋白类(非血红素铁蛋白)
辅酶Q类
又称泛醌（ubiquinone，CoQ)，是脂溶性化合
是代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列电子传递 体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的过程。 递 氢 体：呼吸链中参与传递H的辅酶或辅基 递电子体：呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基
反应部位：真核生物：存在于线粒体内膜上
原核生物；质膜
电子传递链
电子传递链分类
根据H的最初受体
分类
NADH途径 FADH2途径
所以这类抑制剂间接抑制了电子传递和分子氧的消耗。可以
被解偶连剂解除 寡霉素(oligomycin)可与F1的OSCP结合，阻塞氢离子通 道，从而抑制ATP合成。 二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide,DCC)可与 F0的DCC结合蛋白结合，阻断H+通道，抑制ATP合成。栎皮 酮(quercetin)直接抑制参与ATP合成的ATP酶。
氧化磷酸化的抑制剂
硫辛酸 FAD 2e
异柠檬酸 苹 果 酸 谷氨酸 β -羟丁酸
β -羟脂酰CoA
NAD+→[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3 2H 1/2O2
2H+
H2O
2. 琥珀酸氧化呼吸链：
α -磷酸甘油 [FAD(FP)] 脂肪酰CoA 琥珀酸 FAD (Fe-S) Cytb →CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3→1/2O2
• 底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：
• • • • • • • • ⑴ 3-磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP ⑵ 丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP
烯醇式丙酮酸+ATP
⑶ 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸+CoA+GTP
二、ATP的产生
在线粒体中，底物分子脱下的氢原子 经递氢体系传递给氧，在此过程中释 放能量使 ADP 磷酸化生成 ATP ，这种能 量的生成方式就称为氧化磷酸化。 直接将底物分子中的高能键转变为 ATP 分子中的末端高能磷酸键的过程称为 底物水平磷酸化。
氧化磷酸化作用
——伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。 ADP + Pi + 能量 → ATP AMP + PPi + 能量 →ATP 1. ATP的生成 （1）底物水平磷酸化 ：在被氧化的底物上发生磷酸化作用。 X~ P + ADP → ATP + X
• cyt. a和a3组成一个复合体，除了含有 铁卟啉外，还含有铜原子。cyt. a a3可 以直接以O2为电子受体。 • 在电子传递过程中，分子中的铜离子可 以发生Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所 携带的电子传递给O2。
交大生化笔记8
第八章生物氧化物质在生物体内进行氧化称为生物氧化(biological oxidation),主要是糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成二氧化碳和水的过程。
其中有相当一部分能量可使ADP磷酸化生成ATP，供生命活动之需，其余能量主要以热能形式释放，可用于维持体温。
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子,遵循氧化还原反应的一般规律。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量，最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。
但生物氧化是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶的催化下逐步进行的，因此物质中的能量得以逐步释放，有利于机体捕获能量提高ATP生成的效率。
生物氧化过程中进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；生物氧化中生成的水是由脱下的氢与氧结合产生的，CO2由有机酸脱羧产生。
体外氧化（燃烧）产生的CO2，H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成，能量是突然释放的。
第一节生成ATP的氧化体系一、呼吸链代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。
由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链（respiratory chain）。
它们按一定顺序排列在线粒体内膜上。
其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。
不论递氢体还是电子传递体都起传递电子的作用（2H2H++2e），所以呼吸链又称电子传递链(electron transfer chain)。
（一）呼吸链的组成用胆酸，脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到4种仍具有传递电子功能的酶复合体（complex）（表8-1），其中复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中，复合体Ⅱ镶嵌在内膜的内侧（图8-1）。
下面以复合体为基础叙述呼吸链电子传递的过程（图8-2）。
1．复合体Ⅰ— NADH-泛醌还原酶大部分代谢物脱下的2H由氧化型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+）接受形成还原型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸。
生化-生物氧化二
（一）体内产生H2O2 呼吸链传递中漏出电子与氧结合产生超氧阴离子（体内主
要来源）
需氧脱氢酶：直接利用氧为受氢体，催化底物氧化， 辅基：FAD、FMN， 产物：H2O2
细菌感染、组织缺氧，或环境、药物也可导致细胞产生活性氧类
道理？ 10.从细胞水平认识呼吸的含义，内生水的来源（思考！）
0.19
0.58
-36.7
-112
生成每摩尔ATP需能 约30.5kJ,
以上三处足够提供生成 ATP所需能量。
69.5 36.7
112
补充：呼吸链中ATP产生的部位
NADH
复合体I
FMN
复合体II FAD
复合体III
CoQ Cyt b CytC
复合体IV
Cytaa3 O2
～ ADP＋Pi
～ ADP＋Pi
～ ADP＋Pi
ATP
ATP
ATP
（二）氧化磷酸化偶联机制
1.化学渗透假说chemiosmotic hypothesis Peter Mitchell获诺贝尔化学奖(1978)
基本要点： 电子经呼吸链传递时，驱动质子（Ｈ＋）
从线粒体内膜的基质侧转移到内膜胞质侧，形 成跨膜质子电化学梯度（Ｈ＋浓度梯度和跨膜 电位差），以此储存能量。
（一）抑制剂
1.呼吸链抑制剂： 阻断呼吸链中某些部位电子传递
复合体
抑制剂
复合体I （Fe-S）
鱼藤酮、粉蝶霉素Ａ、异戊巴比妥
复合体II
萎锈灵
复合体III （Cytb、Cytc1） 抗霉素Ａ
ＣytＣ氧化酶 （CytC）
ＣＯ、ＣＮ－、Ｎ３－、