【正文】 例如纈氨霉素 （ Valinomycin） 可結(jié)合 K+。 寡霉素 屬于此類抑制劑 ， 它與 F0的一個(gè)亞基結(jié)合而抑制 F1。 在酸性環(huán)境中 ， DNP轉(zhuǎn)變?yōu)橹苄缘姆墙怆x形式 ， 可攜帶質(zhì)子透過線粒體內(nèi)膜 ， 破壞電子傳遞形成的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度 。 也被稱為氧化磷酸化解偶聯(lián)劑 。 Regulation by ADP Thyroid Hormone Na+K+ ATP enzyme ATP degradation ADP/ATP Oxidative phosphorylation Mitchondrial DNA Mutation ? Caused by relatively naked mitochondrial DNA ? Affecting oxidative phosphorylation lead to ATP decrease ? Symptoms are dependent on the different ans need for ATP, DM、 hypertension、 High cholesterol 、 Mg++ downregulation ? Maternally inherited diseases ， Agerelated Bioenergy is chemical energy, studied in terms of free energy and free energy change (DG ). ATP acts as the free energy carrier in cells. Bioenergy is mainly produced via stepwise electron flow (redox reactions) through a series of electron carriers having increasing levels of reduction potential (E). Electrons released from the oxidation of nutrient fuels are initially channeled to a few universal electron carriers (including NADH and FADH2). Summary ? Electrons collected in NADH and FADH2 are released (at different entering points) and transported to O2 via the respiratory chain, which consists of four multiprotein plexes (I, II, III, and IV) and two mobile electron carriers (ubiquinone and cytochrome c). ? The order of the many electron carriers on the respiratory chain have been elucidated via various studies, including measurements of the standard reduction potential and effects of various respiratory chain inhibitors. ? Electron transfer to O2 was found to be coupled to ATP synthesis from ADP + Pi in isolated mitochondria. ? The chemiosmotic theory explains the coupling of electron flow and ATP synthesis. ? ATP synthase prises a proton channel (Fo) and a ATPase (F1). ? Electrons in NADH generated in cytosol is shuttled into mitochondria to enter the respiratory chain. ? The pathways leading to ATP sysnthesis is coordinately regulated. （ rotenone） 、 安密妥 （ amytal） 、 殺粉蝶菌素 （piericidine） 等 。 蘋果酸 草酰乙酸穿梭作用 細(xì)胞液 線粒體內(nèi)膜體 天冬氨酸 ?酮戊二酸 蘋果酸 草酰乙酸 谷氨酸 ?酮戊二酸 天冬氨酸 蘋果酸 谷氨酸 NADH+H+ NAD+ 草酰乙酸 NAD+ 線粒體基質(zhì) 蘋果酸脫氫酶 NADH+H+ Ⅳ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 蘋果酸脫氫酶 谷草轉(zhuǎn)氨酶 谷草轉(zhuǎn)氨酶 （ Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體） 呼吸鏈 Points ? Coenzyme of Malate dehydrogenase: NAD+ ? Oxaloacetate in mitochondria form aspartate to exit from mitochondrial membrane ? NADH respiratory chain : ? Location: liver, myocardium Malateaspartate shuttle Factors affecting oxidation phosphorylation ? Inhibitors ? Regulation by ADP ? Thyroid hormone ? Mitchondrial DNA mutation Inhibitors ? Inhibitors of respiratory chain 、 piericidin A and amobarbital, antimycin A, dimercaptopropanol (BAL) ? Uncoupler ， DNP ? Inhibitors of oxidative phosphorylation inhibiting both electron transport and ADP phosphorylation. . oligomycin 電子傳遞受可用底物量和 ADP量的調(diào)控 。 通過蘋果酸與草酰乙酸之間的轉(zhuǎn)換 ， 間接地將細(xì)胞質(zhì)中的 NADH轉(zhuǎn)變?yōu)榫€粒體內(nèi)的 NADH， 從而進(jìn)入NADH呼吸鏈 。 這種方式不通過復(fù)合物 Ⅰ, 因此只生成 ATP。 動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)已知有兩個(gè)穿梭系統(tǒng)： 磷酸甘油穿梭系統(tǒng) ， 主要存在于肌細(xì)胞； 蘋果酸穿梭系統(tǒng) ， 主要存在于肝細(xì)胞 。 因此離子載體抑制劑增大了線粒體內(nèi)膜對(duì)一價(jià)陽離子的通透性 ， 從而破壞了膜兩側(cè)的電位梯度 ， 最終導(dǎo)致氧化磷酸化過程被抑制 。 離子載體抑制劑 （ ionophore） 是指那些能與某種離子結(jié)合 ， 并作為這些離子的載體攜帶離子穿過線粒體內(nèi)膜的脂雙層進(jìn)入線粒體的化合物 。 Fo的名稱即來自于此 。 寡霉素 屬于此類抑制劑 ， 它與 F0的一個(gè)亞基結(jié)合而抑制 F1。 1． 解偶聯(lián)劑 （ uncouplers） NO2 NO2 O NO2 NO2 OH NO2 NO2 O NO2 NO2 OH H+ H+ 線粒體內(nèi)膜 內(nèi) 外 這類化合物直接作用于 ATP合酶復(fù)合體 ， 從而抑制 ATP的合成 。 氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制 在解偶聯(lián)劑存在時(shí) ， 電子沿呼吸鏈的傳遞能正常進(jìn)行， 但不能偶聯(lián)產(chǎn)生 ATP， 這樣就使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能以熱能的形式被消耗 。 最早發(fā)現(xiàn)的一個(gè)解偶聯(lián)劑是 2, 4二硝基苯酚 （ 2, 4dinitrophenol, DNP） ， 它是一種弱酸性親脂化合物 ， 在 pH7條件下 ， DNP以解離形式存在 ， 不能通過線粒體內(nèi)膜 。 解偶聯(lián)劑 （ uncoupler） 是指那些不阻斷呼吸鏈的電子傳遞 ， 但能抑制 ADP通過磷酸化作用轉(zhuǎn)化為 ATP的化合物 。 如果 γ 亞基固著在 c亞基轉(zhuǎn)子上 ， 它們就可以一起轉(zhuǎn)動(dòng) 。 c亞基環(huán)形成一個(gè)轉(zhuǎn)子 （ rotor） ， 相對(duì)于 a亞基旋轉(zhuǎn) ， a亞基作為定子（ stater） ， a亞基由 5個(gè)跨膜的 α 螺旋組成 ， 在膜的每一側(cè)有質(zhì)子流動(dòng)的通道 （ proton access channels） 。 當(dāng)質(zhì)子推動(dòng)力驅(qū)使 H+經(jīng) F0質(zhì)子通道進(jìn)入時(shí)， F0組分質(zhì)子化而發(fā)生構(gòu)象改變，積累足夠的扭矩力，推動(dòng)γε相對(duì) α3β3旋轉(zhuǎn) 120176。構(gòu)成 ATP合酶頭部的 α3β3 亞基構(gòu)成 3個(gè)催化部位，中部的 γε 亞基在質(zhì)子推動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下相對(duì)于 α3β3 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 認(rèn)為 ATP合成酶 β 亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象 (L)有利于 ADP和 Pi結(jié)合，一種構(gòu)象 (T)可使結(jié)合的 ADP和 Pi合成 ATP，第三種構(gòu)象 (O)使合成的ATP容易被釋放出來。 Boyer和 Walker共同獲得 1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。隨著人們對(duì) ATP合酶結(jié)構(gòu)的研究和認(rèn)識(shí)不斷深入，在構(gòu)象偶聯(lián)假說的基礎(chǔ)上形成了 ATP合酶結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化假說。 F1/F0 ATP Synthase F1 catalytic subunit, made of 5 polypeptides ?3?3gde. Fo plex of integral membrane proteins that mediates proton transport, made of a1b2c912 F0 is originally Fo for its inhibition by oligomycin Proton diffusion through the protein drives ATP synthesis ATP synthase prises a proton channel (Fo) and an ATPase (F1) F1: ?3?3gde. Fo: ab2c1012 該假說是 1964年由美國生物化學(xué)家 Paul Boyer最先提出，他認(rèn)為電子傳遞過程中，線粒體內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了 構(gòu)象變化 ，轉(zhuǎn)變成一種高能形態(tài)。 F1的α 、 β 、 γ 、 δ 和 ε 亞基分別由 5 48 27146和 50個(gè)氨基酸殘基組成 ， F1的總分子量為371kD。 Fo由 3種疏水亞基組成 ， a1b2c912。 因?yàn)檗D(zhuǎn)移出膜外的質(zhì)子有一部分漏回膜內(nèi) ， 測(cè)定的結(jié)果表明 ，每合成 1個(gè) ATP需要泵出 2～ 3個(gè)質(zhì)子 。 合成 ATP與跨膜質(zhì)子的數(shù)量關(guān)系 在生理?xiàng)l件下合成 1個(gè) ATP所需的自由能大約為 40～ 50kj/mol。 他認(rèn)為電子傳遞鏈中有一些電子傳遞體既可以傳遞電子 ， 也可以結(jié)合 H+， 當(dāng)它們被還原時(shí) ， 在膜內(nèi)側(cè)結(jié)合 H+， 而被氧化時(shí) ， 在膜外側(cè)釋放 H+， 這樣就把 H+從膜內(nèi)運(yùn)到了膜外 。 質(zhì)子泵出是需能過程 一個(gè)質(zhì)子逆電化學(xué)梯度跨過線粒體內(nèi)膜的自由能變化可以用下式表示 ΔG = [pH( 膜內(nèi) ) －pH(膜外 )]＋ ZFΔΨ 式中 ， ΔΨ是膜電勢(shì) ， 即膜內(nèi)外的電勢(shì)差 。 ④ 線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞能夠?qū)?H+從基質(zhì)運(yùn)輸?shù)侥らg隙 。 ② 線粒體內(nèi)膜對(duì) H+、 OH－ 、 K+、 Cl－ 等離子都是不通透的 。 化學(xué)滲透學(xué)說 Chemiosmotic hypothesis The Nobel Prize for Chemistry in 1978 Peter Mitchell (1920 1992) Mechanism of coupled oxidative phosphorylation Chemiosmotic hypothesis In 1961, Peter Mitchell proposed a novel idea a proton gradient across the inner membrane could be used to drive ATP synthesis. 由上述化學(xué)滲透假說可知 ， 該模型必需具備兩個(gè)條件： 一是線粒體內(nèi)膜必須是質(zhì)子不能透過的封閉系統(tǒng) ， 否則質(zhì)子梯度將不復(fù)存在；二是要求呼吸鏈和 ATP合酶在線粒體內(nèi)膜中定向地組織在一起 ， 并定向地傳遞質(zhì)子 、 電子和進(jìn)行氧化磷酸化反應(yīng) 。 這個(gè)