生物氧化 名师公开课一等奖省优质课赛课获奖课件.pptx

文档介绍：第二十章 生物氧化
备注：本章有丰富动画资源用于教学，可与主编联络。
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提要
一、生物氧化与非生物氧化
二、呼吸链
呼吸链定义
呼吸链类型及其在细胞中定位和功效
呼吸链组分
呼吸链组分排列次序
复合体I、II、III和I检测到跨线粒体内膜质子梯度存在。据测定，。
破坏质子驱动力化学试剂能够抑制ATP合成。
从线粒体内膜纯化得到一个酶能够直接利用质子梯度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。
人工建立跨线粒体内膜质子梯度也可驱动ATP合成
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电子传递过程中pH改变测定
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经过改变离体线粒体悬液pH而
建立pH梯度能够驱动ATP合成
由菌紫质创造质子梯度可被牛F1F0-ATP合酶用于合成ATP
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Q循环
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F1/F0 ATP合酶
质子经过这种蛋白质扩散
驱动ATP合成和释放!
两个部分: F1和F0 （后者因为受寡霉素抑制而得名）
F1 催化单元——由5种亚基组成（a3b3gde）
Fo 膜整合单元——质子通道（ab2c10）
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复合体I结构：细胞中蒸汽机？
形如L字母复合体I在传递电子过程中，在两个主要结构域界面上发生了显著构象改变。这种构象改变会驱动一段长α螺旋发生一个活塞式运动，使附近三段不连续跨膜螺旋倾斜，而改变由它们组成各个质子通道内可解离基团性质，从而造成3个质子转位
第4个质子可能是在两个结构域之间发生移位。于是复合体I像一个蒸汽机一样，电子传递释放出能量用来驱动活塞移动，而活塞再驱动一组不连续螺旋（而不是车轮）移动。
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复合体I产生质子梯度“蒸汽机”模型
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F1/F0 ATP合酶结构模型
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结合改变学说
1977年Paul D. Boyer提出结合改变学说能正确地解释F1F0-ATP合酶作用机理。其主要内容是：
活性中心ATP合成并不需要质子驱动力，与活性中心结合ATP或ADP处于平衡。
假如没有质子流过F0，与活性中心结合ATP就不会与酶解离。
3个β亚基与γ亚基不一样表面结合，于是不一样β亚基采取不一样构象。
在某一时刻，3个β亚基分别处于T态、L态和O态。
处于T态β亚基紧密结合1ATP，ATP与ADP＋Pi处于平衡，但ATP并不能与它解离；处于L态β亚基结合有ADP和Pi，但不能释放核苷酸；处于O态β亚基能够释放结合核苷酸。
三种状态β亚基能够相互转变，转变由γ亚基转动所驱动。
γ亚基转动动力来自质子经过F0流动。
结合改变学说可简化为：质子流动→驱动C单位转动→带动γ亚基转动→诱导β亚基构象改变→ATP释放和重新合成。
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“结合改变”学说图解
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F1F0-ATP合酶催化反应历程
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质子经过F0通道回到基质模型
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支持结合改变学说证据
18O同位素交换试验
John Walker取得F1晶体结构清楚地表明，3个β亚基处于不一样构象并和不一样核苷酸配体结合
日本科学家采取尤其伎俩直接观察到F1旋转催化
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同位素（18O）交换试验
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日本科学家γ亚基旋转试验
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氧化磷酸化解偶联
氧化磷酸化与呼吸链通常是紧密偶联，不过，低水平质子泄漏时刻发生在线粒体内膜上，所以，确切地说，线粒体通常是部分解偶联。解偶联普通是受解偶联剂作用所致。
解偶联剂作用机制在于它们能够快速地消耗跨膜质子梯度，使得质子难以经过F1F0-ATP合酶上质子通道来合成ATP，从而将贮存在质子梯度之中电化学势能转变成热。另外，伴随质子梯度消失，电子在呼吸链上“回流”压力将会减轻，进而造成细胞内脂肪等物质生物氧化愈加旺盛。
有两类解偶联剂，一类为有机小分子化合物，通常为脂溶性质子载体，带有酸性基团；另一类为天然解偶联蛋白（UCP） 。
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三种解偶联剂化学结构
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DNP解偶联化学机制
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解偶联蛋白
最少已发觉五种类型UCP:UCP1~UCP5。
UCP1 又名产热素，它主要存在于动物褐色脂肪组织，与机体非颤动性产热相关。机体对严寒做出反应是交感神经末梢释放去甲肾上腺素，去甲肾上腺素激活褐色脂肪组织中脂肪酶，脂肪酶水解脂肪，释放出FFA。FFA不但作为代谢燃料经氧化产生ATP和质子梯度，还能与CoQH2和嘌呤核苷酸一起直接激活产热素。一旦产热素被激活，则使F1F0-ATP合酶发生“短路”生热。
UCP2存在于多数细胞，UCP3 主要存在于骨骼肌，UCP4 和UCP5存在于脑。它们都是受到高度调控蛋白质，一旦激活，都能增加热量产出。因为它们影响到代谢效率，其含量差异（尤其是骨骼肌中UCP3）可能是一些个体或人群肥胖原因。