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第五章 生物氧化v第一节 概述v第二节 呼吸链v第三节 氧化磷酸化第一节第一节 概概 述述v一、生物氧化的一、生物氧化的含义及特点含义及特点v二、高能二、高能化合物化合物一、生物氧化的含义及特点一、生物氧化的含义及特点1.1.生物氧化的含义生物氧化的含义 物物质质在在生生物物体体内内进进行行氧氧化化称称生生物物氧氧化化，主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等在在体体内内分分解解时时逐逐步步释释放能量，最终生成放能量，最终生成COCO2 2 和和 H H2 2O O的过程。的过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能*生物氧化概生物氧化概括如下图括如下图2.2.生物氧化的特点生物氧化的特点 （1 1）生物氧化是在体温条件下，酶促催）生物氧化是在体温条件下，酶促催化下，经一系列化学反应，逐步氧化，逐化下，经一系列化学反应，逐步氧化，逐步分次释放能量。步分次释放能量。（2 2）生物氧化过程中产生的能量，通常都是）生物氧化过程中产生的能量，通常都是储存在一些特殊的高能化合物中，如储存在一些特殊的高能化合物中，如ATPATP，然，然后在需要时，通过后在需要时，通过ATPATP的水解，将能量供给机的水解，将能量供给机体的需能反应。体的需能反应。（3 3）在生物氧化中，）在生物氧化中，COCO2 2和和H H2 2O O的的生成通常是经过生成通常是经过不同的途径，不同的途径，COCO2 2的的生成往往是在脱羧酶的催化生成往往是在脱羧酶的催化下，底物脱羧产生。而水的生成，则是将底物脱下，底物脱羧产生。而水的生成，则是将底物脱下的氢，经一系列递氢体和递电子体的传递，最下的氢，经一系列递氢体和递电子体的传递，最后与氧结合生成水，且在这一过程中完成能量的后与氧结合生成水，且在这一过程中完成能量的释放、贮存，即生成释放、贮存，即生成ATPATP。生物氧化是在细胞内摄入分子生物氧化是在细胞内摄入分子O O2 2，将将有机物经一系列步骤彻底氧化分解后，有机物经一系列步骤彻底氧化分解后，放出放出COCO2 2和和H H2 2O O。这与。这与生命体的呼吸作用生命体的呼吸作用类似，且细胞氧来自呼吸作用，产生的类似，且细胞氧来自呼吸作用，产生的COCO2 2也经也经呼吸作用排出，因此生物氧化又呼吸作用排出，因此生物氧化又叫叫细胞呼吸细胞呼吸，而进行氧化的电子传递链，而进行氧化的电子传递链又称为又称为呼吸链呼吸链。糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoACoA TAC TAC 2H 2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 *生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程二、高能化合物二、高能化合物v1.1.高能化合物高能化合物 高能化合物就是有较高能量的化合物，这高能化合物就是有较高能量的化合物，这些能量一般都先储存于这些化合物的某些化学些能量一般都先储存于这些化合物的某些化学键中键中，当这些键断裂时，便释放较高的能量以当这些键断裂时，便释放较高的能量以供生命活动所需。一般将断键时释放供生命活动所需。一般将断键时释放5 5千卡千卡/克克分子以上能量的键称为高能键。分子以上能量的键称为高能键。如：如：ATP ADP+Pi G=-7.3千卡千卡/克分子克分子 ADP AMP+Pi G=-6.5千卡千卡/克分子克分子 AMP A+Pi G=-3.4千卡千卡/克分子克分子 故：故：ADPADP，ATPATP均为高能化合物，其磷酯键为高能键，均为高能化合物，其磷酯键为高能键，而而AMPAMP则不是。高能键一般以则不是。高能键一般以“”表示。表示。v2.2.高能键的种类高能键的种类 在生物体内，常见的高能键主要有高在生物体内，常见的高能键主要有高能磷酯键和高能硫酯键。能磷酯键和高能硫酯键。v3.3.某些高能磷酯键的水解自由能某些高能磷酯键的水解自由能 磷酸基团可以由高向低转移，ATP的位置居中，因此其能有效地转移磷酸基团。v v4.ATP4.ATP的生成的生成 生物体内生物体内ATPATP的生成是通过生物氧化的生成是通过生物氧化后，与之相偶联的磷酸化生成，包括后，与之相偶联的磷酸化生成，包括氧氧化磷酸化和底物磷酸化。化磷酸化和底物磷酸化。底物水平的磷酸化：底物水平的磷酸化：代谢物的高能磷酸根直接转给代谢物的高能磷酸根直接转给ADP生成生成ATP氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxydativeoxydative phosphorylationphosphorylation)底底物物脱脱下下的的氢氢（2H 2H+2e）经经过过呼呼吸吸链链(respiratory chain)或或电电子子传传递递系系统统(electronic transport system)的的传传递递最最后后交交给给氧氧，并并与与之之结结合合生生成成水水。在在此此过过程程中中,氧氧化化释释放放的的部部分分能能量量以以高高能能磷磷酸酸键键的的形形式式储储存存在在ATP分分子子中中（ADP+Pi ATP），这这种种氧氧化化过过程程与与磷磷酸酸化化过过程程的偶联称为氧化磷酸化的偶联称为氧化磷酸化。这是需氧生物合成这是需氧生物合成ATP的主要方式的主要方式。v5.ATP5.ATP的利用及储存的利用及储存 （1 1）ATPATP中能量的利用常与一些吸能反应相偶联中能量的利用常与一些吸能反应相偶联如：如：R-COOH+R-OH RCOOR+HR-COOH+R-OH RCOOR+H2 2O G=4O G=4千卡千卡/克分克分子子 ATP+HATP+H2 2O O ADP+PiADP+Pi G=-7.3 G=-7.3千卡千卡/克分子克分子 当反应单独进行时，由于当反应单独进行时，由于G0G0，故不能自发进行故不能自发进行 当将其与当将其与ATPATP水解相偶联时，则水解相偶联时，则 R-COOH+R-OH+ATP RCOOR+ADP+Pi R-COOH+R-OH+ATP RCOOR+ADP+Pi G=-3.3 G=-3.3千卡千卡/克分子克分子 G0G0，反应可自发进行，在生物体内许多合成反应都是反应可自发进行，在生物体内许多合成反应都是需能反应，都要与需能反应，都要与ATPATP的水解相偶联。的水解相偶联。v（2 2）启动可以自发进行的反应）启动可以自发进行的反应如：如：因因 ：ATP+HATP+H2 2O ADP+Pi O ADP+Pi G=-30.54G=-30.54千焦千焦/克分子克分子而而 ：G+ATP ADP+G-6-P G+ATP ADP+G-6-P G=-16.74G=-16.74千焦千焦/克分子克分子所以所以 ：从从G G-6-P G G-6-P 获得了获得了13.813.8千焦的能量，千焦的能量，G G分子得到了活化，有利于反应的启动。分子得到了活化，有利于反应的启动。G-6-P己糖磷酸激酶己糖磷酸激酶GATPADPv（3 3）贮存）贮存 ATPATP可将其高能磷酸键转移给肌酸生成磷酸可将其高能磷酸键转移给肌酸生成磷酸肌酸从而贮存其中的高能磷酸键。磷酸肌酸又肌酸从而贮存其中的高能磷酸键。磷酸肌酸又称为生物体内的磷酸原。称为生物体内的磷酸原。但是，磷酸肌酸中的高能键不能直接利用，但是，磷酸肌酸中的高能键不能直接利用，在需能时，它又将高能磷酸根转移给在需能时，它又将高能磷酸根转移给ADPADP生成生成ATPATP，以供细胞活动所需。以供细胞活动所需。ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P P P P 机械能机械能(肌肉收缩肌肉收缩)渗透能渗透能(物质主动转运物质主动转运)化学能化学能(合成代谢合成代谢)电能电能(生物电生物电)热能热能(维持体温维持体温)生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATPATP为中心。为中心。第二节 呼吸链v一、呼吸链的一、呼吸链的概念概念v二、催化底物脱氢的催化底物脱氢的酶类酶类v三、呼吸链的三、呼吸链的组成组成v四、呼吸链的排列顺序及反应四、呼吸链的排列顺序及反应历程历程v五、胞液中五、胞液中NADHNADH的的氧化氧化一、呼吸链的概念v 呼吸链呼吸链(respiratory chain)(respiratory chain)又又称称电子传递链电子传递链(electron transfer(electron transfer chain)chain)。v 是由几种递是由几种递H H体和递电子体所组体和递电子体所组成的链状反应系统，通过递成的链状反应系统，通过递H H和递电和递电子，将底物脱下的子，将底物脱下的H H交给被激活的氧交给被激活的氧生成水，并释放能量。生成水，并释放能量。二、催化底物脱氢的酶类二、催化底物脱氢的酶类 v1.1.以以NADNAD+或或NADPNADP+为辅酶的脱氢酶类为辅酶的脱氢酶类 这类酶催化代谢反应中底物脱氢，脱下的这类酶催化代谢反应中底物脱氢，脱下的氢由氢由NADNAD+或或NADPNADP+接受。接受。NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+（NADP+）和和NADH（NADPH）相互转变相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。v2.2.以黄素核苷酸为辅酶的脱氢酶类以黄素核苷酸为辅酶的脱氢酶类 即以即以FADFAD或或FMNFMN为辅酶，催化代谢反应中为辅酶，催化代谢反应中底物或底物或NADHNADH脱氢，脱下的氢由脱氢，脱下的氢由FADFAD或或FMNFMN接受。接受。FMNFMN结结构构中中含含核核黄黄素素，发发挥挥功功能能的的部部位位是是异异咯咯嗪嗪环环，氧氧化化还还原原反反应应时时不不稳稳定定中中间间产产物物是是FMNFMN。三、呼吸链的组成三、呼吸链的组成v呼吸链呼吸链由递氢体和电子传递体组成由递氢体和电子传递体组成 （2H 2H 2H+2e 2H+2e）1.NADH-Q 1.NADH-Q 还原酶（还原酶（NADHNADH脱氢酶，复合体脱氢酶，复合体I I）相对分子量相对分子量88000,88000,至少至少3434条多肽链，是呼吸链条多肽链，是呼吸链中中3 3个质子泵中的第一个。催化下列反应：个质子泵中的第一个。催化下列反应：v 2.2.铁硫蛋白铁硫蛋白 又称铁硫中心，含有铁和对酸不稳定的又称铁硫中心，含有铁和对酸不稳定的硫，且两者有一定的等量关系。铁硫中心的硫，且两者有一定的等量关系。铁硫中心的硫可以是无机硫，也可以是半胱氨酸中的巯硫可以是无机硫，也可以是半胱氨酸中的巯基硫；铁可以是二价或三价，这种价态的变基硫；铁可以是二价或三价，这种价态的变化，使铁硫中心在呼吸链中与其它递氢体和化，使铁硫中心在呼吸链中与其它递氢体和递电子体结合成复合物而存在，参与电子传递电子体结合成复合物而存在，参与电子传递的过程。递的过程。FMNHFMNH2 2可将电子传递给铁硫蛋白，故其可将电子传递给铁硫蛋白，故其为为NADH-Q NADH-Q 还原酶的另一辅基。还原酶的另一辅基。铁硫蛋白有个铁硫蛋白有个Fe-SFe-S中心，铁硫蛋白有的含中心，铁硫蛋白有的含一个一个FeFe原子原子(Fe-S)(Fe-S)，有的含有的含2 2个个FeFe原子原子(2Fe-2S)(2Fe-2S)，有的含有的含4 4个个FeFe原子原子(4Fe-4S)(4Fe-4S)。其结构如下：其结构如下：铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫簇簇(Fe-S)(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中铁铁原原子子可可进进行行 FeFe2+2+Fe Fe3+3+e+e 反应传递电子。反应传递电子。表示无机硫表示无机硫 铁硫蛋白铁硫蛋白 S SS S无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫v3.3.辅酶辅酶Q Q（CoQCoQ）是一种脂溶性的醌类化合物，在呼吸链中参是一种脂溶性的醌类化合物，在呼吸链中参与递氢的作用。与递氢的作用。由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人（人CoQCoQ1010），），氧化还原反应时可生成中间产物氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。半醌型泛醌。复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH24.4.琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶（还原酶（复合体复合体IIII）琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶即复合体还原酶即复合体IIII，它包括三羧，它包括三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶。该酶复合体中也包酸循环中的琥珀酸脱氢酶。该酶复合体中也包括括2Fe-2S2Fe-2S，3Fe-3S3Fe-3S和和4Fe-4S.4Fe-4S.它的作用是将琥珀酸分子的电子及质子传它的作用是将琥珀酸分子的电子及质子传递到呼吸链中。其过程是递到呼吸链中。其过程是:琥珀酸琥珀酸FADHFADH2 2铁硫蛋白铁硫蛋白CoQCoQ5.细胞色素细胞色素C 还原酶（复合体还原酶（复合体III)又称又称CoQ-细胞色细胞色素素C还原酶，细胞色还原酶，细胞色素素bc1复合体。该复复合体。该复合体主要包含细胞色合体主要包含细胞色素素b562和和b566，细，细胞色素胞色素c1，2F-2S。其中细胞色素其中细胞色素b是游是游离的，细胞色素离的，细胞色素c1和和2Fe-2S位于膜内侧。位于膜内侧。v细胞色素细胞色素 是一类含铁卟啉环的电子传递蛋白，只存是一类含铁卟啉环的电子传递蛋白，只存在于需氧细胞中，通过在于需氧细胞中，通过Fe 3+Fe 2+变化变化而传递电子。而传递电子。呼吸链中细胞色素的种类主要有呼吸链中细胞色素的种类主要有Cytb、Cytc1、Cytc、Cytaa36.细胞色素细胞色素C（cytochrome)细胞色素细胞色素C在电子传递中的作用是不断在电子传递中的作用是不断地接受复合体地接受复合体III（细胞色素细胞色素C1)交出的电子，交出的电子，然后又传给复合体然后又传给复合体IV(细胞色素细胞色素aa3)。7.细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶(复合体复合体IV)细胞色素氧化细胞色素氧化酶分子较大，约酶分子较大，约20 万万kd，由，由10 个亚基个亚基组成，分别为组成，分别为 I,II,III,IV,。，。，其其中最大的三个亚基中最大的三个亚基由线粒体由线粒体DNA编码编码。该酶有四个氧化该酶有四个氧化还原中心。都集中在第还原中心。都集中在第I和第和第II亚基上。分别为血红素亚基上。分别为血红素a和和a3,Cua和和Cub.它们都分别与它们都分别与相应的蛋白结合。分别形成相应的蛋白结合。分别形成2个电子传递中心，个电子传递中心，a-CuA和和a3-CuB.电子传递顺序为：电子传递顺序为：cytochrome C a-Cua a3-Cub O2可能与与可能与与a3-Cub结合，并接受电子成为结合，并接受电子成为O2-;细胞色素氧化酶中的细胞色素细胞色素氧化酶中的细胞色素a和和a3 的电子传的电子传递体是递体是Fe，Cu离子中心的电子传递体是离子中心的电子传递体是Cu.它们一它们一次只能传一个电子次只能传一个电子:Cu2+Cu+*泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置四、呼吸链的排列顺序及反应历程v1.呼吸链的排列顺序呼吸链的排列顺序 呼吸链各组成并不是杂乱无章地堆积在一起的，呼吸链各组成并不是杂乱无章地堆积在一起的，而是有一定秩序地排列，电子与而是有一定秩序地排列，电子与H就按此秩序逐步就按此秩序逐步传递至传递至O2，与之结合生成水。与之结合生成水。呼吸链的排列顺序是通过大量实验得以证实。呼吸链的排列顺序是通过大量实验得以证实。NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2FADH2(琥珀酸氧化琥珀酸氧化)呼吸链呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链复合物复合物复合物复合物复合物复合物复合物复合物 Cytc Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-2.呼吸链的反应历程呼吸链的反应历程NADH氧化呼吸链氧化呼吸链FADH2(琥珀酸氧化琥珀酸氧化)呼吸链呼吸链 电子在呼吸链中的传递方式电子在呼吸链中的传递方式(I)(II)(III)(IV)NADHFMN（FeS）CoQCyt b（FeS）Cyt c1Cyt cO2FADH（FeS）Cyt aa3NADH 呼呼吸吸链链FADH 呼呼吸吸链链两条呼吸链总结两条呼吸链总结琥珀酸琥珀酸电子传递链电子传递链Overview of electron transport五五、胞液中、胞液中NADH的氧化的氧化v1.苹果酸穿梭机制：苹果酸穿梭机制：NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮 戊二酸戊二酸转运体运体 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸戊二酸 谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链 天冬氨酸天冬氨酸 v2.磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱脱氢酶酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油磷酸甘油 第三节 氧化磷酸化v一、概念v二、ATP生成数目v三、氧化磷酸化偶联部位v四、氧化磷酸化的解偶联作用v五、氧化磷酸化的作用机理一、概念一、概念 与呼吸链的氧化作用相偶联的磷酸化，即在呼与呼吸链的氧化作用相偶联的磷酸化，即在呼吸链的电子传递过程中，释放的能量使吸链的电子传递过程中，释放的能量使ADPADP磷酸化磷酸化为为ATPATP，从而将释放的能量贮存在从而将释放的能量贮存在ATPATP的高能磷酸键的高能磷酸键中的过程。中的过程。氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指是指在呼吸链电子传递过程在呼吸链电子传递过程中偶联中偶联ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又称为又称为偶联偶联磷酸化。磷酸化。底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化 (substrate level phosphorylation)是是底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADP磷磷酸酸化化生生成成ATP的的过程。过程。二、二、ATPATP生成数目生成数目1.P/O1.P/O比值比值 每消耗每消耗1 1克原子氧，可消耗多少克原子磷，由于消克原子氧，可消耗多少克原子磷，由于消耗耗1 1原子磷，则表示生成原子磷，则表示生成1 1分子分子ATPATP，消耗消耗1 1原子氧，则传原子氧，则传递递1 1对电子，故对电子，故P/OP/O比值表示呼吸链每传递比值表示呼吸链每传递1 1对电子，生对电子，生成的成的ATPATP的数目。的数目。2.2.2.2.各种呼吸链的各种呼吸链的各种呼吸链的各种呼吸链的ATPATPATPATP生成数目生成数目生成数目生成数目 经实验测得：经实验测得：经实验测得：经实验测得：NADH NADH NADH NADH呼吸链的呼吸链的呼吸链的呼吸链的P/O=3P/O=3P/O=3P/O=3，则每传递则每传递则每传递则每传递1 1 1 1对电子生成对电子生成对电子生成对电子生成3 3 3 3个个个个ATP(ATP(ATP(ATP(现现现现为为为为 2.52.52.52.5个个个个ATP)ATP)ATP)ATP)FADH FADH FADH FADH2 2 2 2呼吸链的呼吸链的呼吸链的呼吸链的P/O=2P/O=2P/O=2P/O=2，则每传递则每传递则每传递则每传递1 1 1 1对电子生成对电子生成对电子生成对电子生成2 2 2 2个个个个ATP(ATP(ATP(ATP(现现现现为为为为1.51.51.51.5个个个个ATP)ATP)ATP)ATP)三、氧化磷酸化偶联部位三、氧化磷酸化偶联部位 1.1.偶联部位偶联部位 ADP+HADP+H3 3POPO4 4 ATP+H ATP+H2 2O G=+7.3O G=+7.3千卡千卡/克分子克分子 即即ADPADP要磷酸化为要磷酸化为ATPATP需要需要7.37.3千卡千卡/克分子的能量。克分子的能量。则在呼吸链中，只有释放的能量高于则在呼吸链中，只有释放的能量高于7.37.3千卡千卡/克分子的部克分子的部位，才有可能进行磷酸化。位，才有可能进行磷酸化。ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化 2.2.呼吸链偶联部位的证据呼吸链偶联部位的证据（1 1）不同底物氧化时的）不同底物氧化时的P/OP/O比值比值底物底物呼吸链呼吸链P/OP/O比值比值ATPATP数目数目乳酸乳酸NADHNADH3 33 3琥珀酸琥珀酸FADH2FADH22 22 2VCVC电子传递电子传递1 11 1FADH2VCNADHCOQ Cytb Cytc Cytaa3 O2（2 2）特异电子传递抑制剂的抑制）特异电子传递抑制剂的抑制v NADH COQ Cytb Cytc Cytaa3 O2 由于鱼藤酮不抑制由于鱼藤酮不抑制COQCOQ以后的电子传递，以后的电子传递，P/O=2P/O=2，说明说明NADH COQNADH COQ为一个为一个ATPATP生成部位。其它亦同理。生成部位。其它亦同理。鱼藤酮抑制鱼藤酮抑制抗霉素抗霉素A A抑制抑制CNCN-,CO,CO抑制抑制ATPATP数目数目210四、氧化磷酸化的解偶联作用四、氧化磷酸化的解偶联作用1.1.含义：含义：某某些些试试剂剂，在在作作用用于于呼呼吸吸链链时时，可可阻阻碍碍ATPATP的的生生成成，但但并并不不影影响响氧氧化化作作用用的的进进行行，这这样样的的试试剂剂，称称为为解解偶偶联联试剂试剂，这样的作用即为，这样的作用即为解偶联作用解偶联作用。2.2.常用解偶联试剂：常用解偶联试剂：2 2，4-4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNPDNP）3.3.解偶联作用的意义：解偶联作用的意义：由由于于解解偶偶联联作作用用，使使ADPADP不不能能生生成成ATPATP，从从而而ADPADP的的浓浓度度升升高高，ADPADP的的浓浓度度升升高高又又刺刺激激呼呼吸吸链链氧氧化化作作用用加加强强，最最终终导导致致机机体体的的耗耗氧氧量量增增加加，物物质质氧氧化化加加快快，释释放放的的能能量则以热的形式散发。量则以热的形式散发。氧氧化化磷磷酸酸化化的的解解偶偶联联作作用用可可为为冬冬眠眠动动物物所所利利用用，为为其产生热量以维持体温的一种方式。其产生热量以维持体温的一种方式。五、氧化磷酸化的作用机理五、氧化磷酸化的作用机理 关关于于氧氧化化磷磷酸酸化化的的机机制制至至今今尚尚无无定定论论，主主要要有有三三种种假假说说：化化学学偶偶联联假假说说、结结构构偶偶联联假假说说和和化化学学渗渗透透偶偶联联假假说说。现主要介绍化学渗透偶联假说。现主要介绍化学渗透偶联假说。1.1.化学渗透偶联学说的要点化学渗透偶联学说的要点 19611961年年英英国国微微生生物物生生物物化化学学家家p.p.迈迈特特捷捷尔尔(P(PMitchell)Mitchell)提出了化学渗透假说，其要点是：提出了化学渗透假说，其要点是：在在电电子子传传递递和和ATPATP形形成成之之间间起起偶偶联联作作用用的的是是H H+电电化化学学梯梯度度，在在偶偶联联过过程程中中，线线粒粒体体内内膜膜必必须须是是完完整整、封封闭闭的的才才能能进进行行，呼呼吸吸链链的的电电子子传传递递体体系系是是一一个个主主动动的的转转移移H H+体体系系，电电子子传传递递过过程程象象一一个个H H+“泵泵”，促促使使基基质质中中的的H H+离离子子穿穿过过线线粒粒体体内内膜膜，形形成成H H+浓浓度度内内低低外外高高的的梯梯度度，这这就就蕴蕴藏藏了了电电化学的能量，此能量可使化学的能量，此能量可使ADPADP和无机磷酸形成和无机磷酸形成ATPATP。线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图化学渗透学说（化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis)v2.化学渗透偶联假说的解释v（1）H+浓度梯度的形成：v 如图(i)(i)呼呼吸吸链链中中递递氢氢体体和和递递电电子子体体是是间间隔隔交交替替排排列列的的，并并在在内内膜膜中中有有特特定定的的位位置置，催催化化电子定向传递。电子定向传递。()当当递递氢氢体体从从内内膜膜内内侧侧接接受受由由底底物物传传来来的的氢氢(2H)(2H)后后，可可将将其其中中的的电电子子(2e)(2e)传传给给位位于于其其后后的的递递电电子子体体，而而将将两两个个质质子子(H(H+)“)“泵泵到到内内膜膜外外侧侧，即即递递氢氢体体起起着着“质质子子泵泵”的作用的作用 (iii)(iii)因因H H+不不能能自自由由回回到到内内膜膜内内侧侧，以以致致内内膜膜外外侧侧的的H H+浓浓度度高高于于内内侧侧，造造成成H H+浓浓度度的的跨跨膜膜梯梯度度。此此H H+浓浓度度梯梯度度使使内内膜膜外外侧侧的的pHpH较较内内侧侧低低1 1个个单单位位左左右右，从从而而使使原原有有的的外外正正内内负负的的膜膜电电位位增增高高。这这个个电电位位差差中中就就包包含含着着电电子子传传递递过过程程中中所所释释放放的的能能量量，好好象象电电池池两两极极的的离离子子浓浓度度差差造造成成电电位位差差而而含含有有能能量量一一样样，并并且且此此H H+浓浓度度所所含含的的能能量量可可用用于于ATPATP的合成。的合成。2.ATP2.ATP的生成的生成 由由H H+浓浓度度梯梯度度引引起起的的ATPATP的的合合成成是是在在内内膜膜表表面面的的F F1 1-F F0 0ATPATP酶复合体内进行的定向反应。酶复合体内进行的定向反应。见图见图F1-F0ATP酶酶由由亲亲水水部部分分 F1（33亚亚基基）和和 疏疏 水水 部部 分分 F0（a1b2c912亚亚基基）组成。组成。F0中中有有质质子子通通道道，F1头头 部部 有有ATP酶活性酶活性ATP合酶结构模式图合酶结构模式图vATPATP合成机制合成机制 在在ATPATP酶酶的的柄柄部部有有能能量量传传递递的的中中间间物物X X-和和IOIO-，可可与与被被泵泵出出膜膜外外的的H H+，结结合合成成酸酸式式中中间间物物XHXH和和IOHIOH，两两者者脱脱水水生生成成X XI I，其结合键其结合键()中含有来自中含有来自H H+浓度差浓度差(或电位差或电位差)的能量。的能量。X XI I扩扩散散入入膜膜内内侧侧面面，在在ATPATP合合成成酶酶头头部部催催化化下下，将将键键间间的能量转移给的能量转移给ADPADP和和PiPi，从而合成从而合成ATPATP。F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图3.3.化学渗透偶联假说证据化学渗透偶联假说证据 支持此学说的已有证据如下：支持此学说的已有证据如下：（1 1）在在电电子子传传递递时时产产生生了了线线粒粒体体内内膜膜两两侧侧的的H H+梯梯度度。外外侧的侧的pHpH比内侧低比内侧低1.41.4单位，膜电位为单位，膜电位为0.140.14伏特。伏特。（2 2）在在没没有有电电子子传传递递的的情情况况下下，当当造造成成线线粒粒体体的的pHpH梯梯度度时可合成时可合成ATPATP（3 3）由由细细菌菌制制得得一一种种紫紫膜膜蛋蛋白白，用用光光照照射射时时此此蛋蛋白白能能转转运运H H+过过膜膜。用用人人工工制制成成一一种种含含有有此此蛋蛋白白和和由由牛牛心心线线粒粒体体提提纯纯的的ATPATP酶酶的的囊囊泡泡，当当用用光光照照射射时时，此此囊囊泡泡能能合合成成ATPATP。在在此此实实验验中中用用紫紫膜膜蛋蛋白白代代替替了了呼呼吸吸链链，因因而而表表明明呼呼吸吸链链和和ATPATP酶酶是是分分开开的的生生物物化化学学体体系系，它它们们只只是是被被H+H+梯度联系起来的。梯度联系起来的。（4 4）呼呼吸吸链链和和ATPATP酶酶都都是是定定向向的的组组织织在在线线粒粒体体的的内内膜膜之之中中的。的。（5 5）按按照照化化学学渗渗透透学学说说，氧氧化化磷磷酸酸化化必必需需在在密密闭闭的的分分隔隔开开的的空空间间进进行行。实实验验证证明明线线粒粒体体内内膜膜是是不不允允许许H H+、OH-OH-、K+K+和和CI-CI-自自由由通通过过的的。在在膜膜的的碎碎片片中中不不发发生生氧氧化化磷磷酸酸化化，因因为这样就没有了膜的内侧和外侧空间的区分。为这样就没有了膜的内侧和外侧空间的区分。（6 6）能能转转运运H H+穿穿过过线线粒粒体体内内膜膜的的物物质质可可消消除除H H+梯梯度度，因因而而使使氧氧化化磷磷酸酸化化解解偶偶联联。前前面面提提到到的的解解偶偶联联剂剂，如如2,4-2,4-二硝基苯酚的作用就是因为它能携带二硝基苯酚的作用就是因为它能携带H H+过膜。过膜。
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