线粒体氧化磷酸化作用的研究

一、前言氧化磷酸化作用的研究一直是生物化学研究的一个重要方面。随着研究的深入,氧化磷酸化作用研究牵涉的面也愈来愈广泛,诸如线粒体内膜的构型变化、线粒体的需能离子传送、内膜的结构与重组合、线粒体的发生与蛋白质生物合成,以及各种代谢物通过内膜的传送等,     

氧化磷酸化作用中ATP的产生数目释疑

就高中新课标教材《生物1:分子与细胞》教学中普遍质疑的"对于细胞呼吸的能量转移过程,应如何计算ATP的产量?"做一简要概述。这一问题的研究在生物化学史上是个重要内容。随着研究的深入,可以获得的解释将越来越合理。     

氧化磷酸化作用的研究——Ⅲ.线粒体碎片的氧化磷酸化作用与琥珀酸氧化偶联烟酰胺核苷酸的需能还原

鼠肝麟粒体超声波碎片制剂能氧化庄狸基丁酸,P/O比值豹为0 .7,但墟拍酸氧化时磷酸化效率很低。接粒体碎片制剂有较强的ATP酶活力,在加入吨++或Mn十+后,ATP酶活力显著地增强。当墟拍酸存在时加入ATP引起:NAD十’的还原。NAD斗的需能还原被Amy七al、双香豆素和DNP抑制,反应需要吨+平或Mn++离子,但较高偎度的Mg++或Mn十十反而产生抑制作用。郎使在过量Mg斗干的存在下,EDTA仍然对NAD+的需能还原有抑制作用,歌明除Mg++外NAD+的需能还原可能还需要另一个金属离子参与作用。推生素K:能抑制NAD+的需能还原,但推生素K:的作用井不是使NADH通过DT黄酶最后被氧重行氧化,而可能是由于NADR通过推生素K3在不断地氧化与再被还原的过程中消耗了NAD+需能还原所必需的高能键,因而抑制了NAD+的需能还原。实输拮果税明NAD十的还原是由于唬拍酸氧化电子倒流的桔果。本研究承那承鲁先生积极关怀与甜萧特此志甜。     

口服六氯对二甲苯对大白鼠肝线粒体氧化磷酸化作用的影响

六氯对二甲苯(HPX)可用以治疗牛和羊的肝片吸虫病和猫后睾吸虫病,其毒性较应用于治疗人类的猫后睾吸虫病(Opisthorchosis)的六氯乙烷的毒性反应小。近年来我室应用此药治疗肝吸虫病、肺吸虫病、姜片虫病、肝片吸虫病,均获得显著的疗效。象其他许多治疗寄生虫病的药物一样,此药在体内具有明显的蓄积作用,长期使用后常导致患者出现无力、疲倦、头疼、头昏、胸闷等毒性反应;此种反应与氯喹和依米丁所引起者有相似之处。估计HPX可能也有拆离氧化磷酸化的作用。     

川芎Ⅲ号碱对鼠肝线粒体氧化磷酸化作用的研究

 川芎Ⅲ号碱是中药川芎中的一种生物碱。本文实验观察到:川芎Ⅲ号碱有降低鼠肝线粒体氧耗量,氧化磷酸化解偶联和减少ATP的生成作用。并发现:该化合物在低浓度(<10μmol/L)可阻断NAD~+链的电子传递,其作用点在NADH脱氢酶系统鱼籐酮敏感部位。此外,该化合物通过激活线粒体ATP酶水解活性,加速ATP的分解。作者对上述结果进行了简要的讨论。     

粘虫Leucania separata Walker蛾飞翔肌线粒体的氧化磷酸化作用和呼吸控制

线粒体是细胞呼吸代谢和能量代谢的中心,有关它的结构和机能是近代生物化学研究中极活跃的领域之一。氧化磷酸化作用,即电子在呼吸链传递过程中偶联有高能磷酸键(腺苷三磷酸ATP)的合成,是线粒体的主要机能,也是研究生物能代谢的重要方面。 氧化磷酸化作用已经在几种昆虫飞翔肌线粒体中被研究过(Sacktor,1961;Slater,1960;Лю Шу-сэнь,1962)。早期研究结果证明,昆虫线粒体与高等动物肝细胞线粒体的区别是前者P/O比值较低,α-甘油磷酸的氧化速率大大高于三羧酸循环各基质的氧化速     

氯喹和依米丁对大白鼠組織呼吸和肝綫粒体氧化磷酸化作用的影响

据文献报导,长期服用氯喹的患者,往往出现骨胳肌张力减退,如咀嚼无力、四肢无力等毒性反应。严重者可出现自觉气闷、急躁不安等“氧气缺乏”的现象,但此时无紫绀,给予氧也无裨益。用依米丁治疗时常能引起心肌损害,此外还可能出现全身无力、呼吸困难等症状。这些反应,在合并使用氯喹时,更为明显。上述药物之毒性反应,类似于组织呼吸抑制及骨胳肌和心肌缺乏能量的表现,因此     

氧化磷酸化作用的研究 Ⅱ.2,4-二硝基苯酚对琥珀酸氧化抑制效应的解除

进一步研究DNP对大白鼠肝脏綫粒体琥珀酸氧化的激活和抑制,发現当琥珀酸氧化已被DNP抑制时琥珀酸脫氫酶并沒有受到明显的抑制。DNP对琥珀酸氧化的抑制可以被α-酮戊二酸、(?)柠檬酸、柠檬酸、丙酮酸、β-羟基丁酸等解除。α-酮戊二酸的解除作用与底物水平磷酸化作用无关,但与脫氫过程有密切关系;当加入0.2mM亚砷酸鈉时,α-酮戊二酸不再能使呼吸恢复。谷氨酸解除DNP对琥珀酸氧化抑制的作用不受天門冬氨酸α-酮戊二酸轉氨酶的抑制剂环絲氨酸的影响,Amytal使呼吸恢复的作用与线粒体內源底物含量有关?疚慕Y果进一步說明琥珀酸氧化需要能量激活,我們认为某些底物脫氫生成的NADH可以通过琥珀酸氧化引起NAD~+需能还原的逆反应生成高能磷酸化合物因而激活了琥珀酸的氧化。通过这样的途径生成高能磷酸化合物可能是对DNP較不敏感的。     

氧化磷酸化作用和有关问题的研究 Ⅳ.内源还原烟酰胺核苷酸对琥珀酸氧化的抑制

鼠肝线粒体加入Amytal与异柠檬酸或柠檬酸后琥珀酸的氧化即受到抑制。琥珀酸氧化的抑制不能为DNP、双香豆素或砷酸盐所解除。其它与烟酰胺核苷酸有关的脱氢酶的底物如α-酮戊二酸、苹果酸、丙酮酸、谷氨酸、β-羟基丁酸等与Amytal同时加入时并不引起琥珀酸氧化的抑制。当琥珀酸氧化被Amytal加异柠檬酸抑制后加入维生素K_3或α-酮戊二酸与氯化铵抑制即被解除,说明琥珀酸氧化的抑制可能与异柠檬酸脱氢生成的NADPH有关。在不加ADP与无机磷酸盐的条件下,高浓度的Amytal激活琥珀酸的氧化。但被Amytal激活的琥珀酸的氧化也被异柠檬酸或柠檬酸所抑制。     

氧化磷酸化作用的研究——Ⅰ.2,4-二硝基苯酚对琥珀酸氧化的激活和抑制

利用自动記录振动白金微氧电极的方法观察到DNP对綫粒体中琥珀酸氧化的短暫激活和抑制作用诩尤隓NP以后,呼吸明显被激活,但仅持續約1分鉀,随即逐漸受抑制。加入DNP以前,或在加入DNP以后而呼吸仍在激活阶段时加入无机磷酸盐都可以使呼吸激活阶段大大延长,抑制作用延緩出現。但若在DNP加入以后呼吸已被抑制时方行加入无机磷酸盐則不能使呼吸重行激活。砷酸盐不能代替无机磷酸产生相似效应。在呼吸受DNP抑制以后,加入ADP及ATP都不能使呼吸立刻重行激活,但加入ATP經过保温以后可以使呼吸漸漸有所增加。根据本文結果,我們认为在琥珀酸氧化过程中,氧化磷酸化作用中間物x～P可能参与能量反馈作用,当它的衡态浓度因DNP的作用而降低吋,琥珀酸的氧化即受抑制。根据本文結果,我們认为DNP对琥珀酸氧化抑制的各种現象。似乎不能簡单以草酰乙酸堆积完全加以解释。     

细菌的磷酸化作用

通常认为，在蛋白质上加入磷酸基是真核生物细胞主要的翻译后修饰调节。但是，愈来愈多的证据表明，这种修饰作用也存在于原核细胞，而且也有其功能，在MCP的这篇文章中，作者应用准确度高的质谱分析，结合磷酸多肽富集技术，     

5.氧化磷酸化的机制

初级供能态的明确鉴别仍然是当代生物能的主要问题。近三十年,四个主要假说已提出,即,化学的,化学渗透,定位质子和构象假说,它们描述了氧化磷酸化的机制和相关的膜过程。 5.1 化学假说化学假说,于1953年首次被Slater提出,是根据底物水平磷酸化,在这一过程中氧化还原通过非磷酸化和磷酸化共价中间物的顺序,化学计算形成物导致了     

基于信息熵的磷酸化作用预测

磷酸化作用在多种真核细胞中具有重要的功能. 由于对蛋白质激酶底物的实验测定方法限制较多, 同时费时费力, 因此急需发展快速、自动的机器学习方法. 利用蛋白质的一级序列信息可以对不同激酶家族作用的磷酸化位点进行预测, 同时也是对实验的一种补充和指导. 如果仅对磷酸化位点附近的短肽序列进行处理会丢失相当的信息, 将对预测结果造成一定影响. 提出了一种基于信息熵的磷酸化位点预测方法IEPP(information-entropy based phosphorylation prediction), 利用熵信息对磷酸化位点周围的氨基酸位点进行选择和排除, 仅选择对磷酸化作用有效的位点参与预测. 对3个代表性激酶家族ABL, MAPK和PKA的测试表明, 敏感性(Sn)和专一性(Sp)均好于较新的PPSP和GPS算法的结果. 而且同一些在线预测网站的实时测试, 如Scansite等相比, 结果也要好于这些测试方法. 这些都证明了本研究提出的方案是一种有效的磷酸化作用位点预测方法, 且具有简单、高效、实时性好等优点.     

基于信息熵的磷酸化作用预测

磷酸化作用在多种真核细胞中具有重要的功能. 由于对蛋白质激酶底物的实验测定方法限制较多, 同时费时费力, 因此急需发展快速、自动的机器学习方法. 利用蛋白质的一级序列信息可以对不同激酶家族作用的磷酸化位点进行预测, 同时也是对实验的一种补充和指导. 如果仅对磷酸化位点附近的短肽序列进行处理会丢失相当的信息, 将对预测结果造成一定影响. 提出了一种基于信息熵的磷酸化位点预测方法IEPP(information-entropy based phosphorylation prediction), 利用熵信息对磷酸化位点周围的氨基酸位点进行选择和排除, 仅选择对磷酸化作用有效的位点参与预测. 对3个代表性激酶家族ABL, MAPK和PKA的测试表明, 敏感性(Sn)和专一性(Sp)均好于较新的PPSP和GPS算法的结果. 而且同一些在线预测网站的实时测试, 如Scansite等相比, 结果也要好于这些测试方法. 这些都证明了本研究提出的方案是一种有效的磷酸化作用位点预测方法, 且具有简单、高效、实时性好等优点.     

昆虫线粒体的結构和功能的研究 Ⅰ.粘虫蛾(Leucania separata Walker)飞翔肌綫粒体的氧化磷酸化作用

离体的粘虫蛾胸肌綫粒体制剂不仅能氧化三羧酸循环各中間产物,如丙酮酸(加苹果酸),檸檬酸,α-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸以及苹果酸,而且尚能迅速氧化α-甘油磷酸和谷氨酸。在有磷酸受体系統存在时,α-甘油磷酸的呼吸率最高(Q_(O_2)值平均为101.4),比上述其他各底物高2.5—6.0倍,但仅比琥珀酸高1.2倍。丙酮酸的氧化速率最低(Q_(O_2),值平均为16.6),在后种情况下,反应系統中再加入輔酶A,輔羧酶,NAD~+以及NADP等輔助因子,可使丙酮酸的Q_(O_2)值提高2—3倍而达到50左右。丙酮酸与三羧循环各中間产物等分别組合进行同时氧化时,可使綫粒体的呼吸率接近或达到α-甘油磷酸的Q_(O_2)水平。在上述各底物氧化时,均表現偶联的呼吸鏈磷酸化反应。各底物的P/O比值基本上接近或达到相应的理論值。与东亚飞蝗和其他昆虫綫粒体制剂不同,粘虫蛾胸肌綫粒体的偶联磷酸化反应并不需要血浆清蛋白的保护。2,4-二硝基酚可使氧化和磷酸化发生解偶联現象,并激活綫粒体制剂的“潜在”ATP酶活力。同时,新鮮的粘虫胸肌綫粒体亦表現較高的Mg~(++)激活的ATP酶活力,后者,并受到Ca~(++)的部分抑制。不同发育日龄的粘虫蛾胸肌綫粒体的呼吸率和P/O比值也略呈差异,并与氧化底物有关。羽化后第一天,丙酮酸的Q_(O_2)值較低,第四天以后即增高并趋恒定。P/O比值除谷氨酸在第一天略低外,一般均不因发育日龄而显著变化。本文討論了粘虫蛾飞翔肌綫粒体能量代謝的若干特点井此較了α-甘油磷酸和丙酮酸-三羧酸循环底物的氧化在維持昆虫飞翔肌的能量需要方面的重要性。同时对肌綫粒体Mg~(++)-激活的ATP酶的功能和来源的問題也略加討論。     

蛋白质磷酸化作用的结构基础

蛋白质可逆磷酸化涉及到几乎所有细胞活动的调节.着重探讨了影响蛋白激酶作用专一性的几个因素和磷酸化影响蛋白质功能的结构基础及作用机制.     

氧化磷酸化作用和有关同题的研究 VI.可溶性因子在鼠肝线粒体碎片琥珀酸氧化偶联NAD~+需能还原中的作用

鼠肝线粒体经超声波处理得到的碎片在用适当量水洗一次后很不稳定,催化琥珀酸氧化偶联NAD~+需能还原的活力很低,此时加入线粒体经超声波处理后47,000×g离心的清液后线粒体碎片催化NAD~+需能还原的活力即显著地增大。由上清液所促进的NAD~+需能还原也同样地被Amytal与DNP所抑制。实验结果表明在上清液中合有线粒体催化琥珀酸氧化偶联NAD~+需能还原所必需的可溶性因子,上清液中可溶性因子甚不稳定,在25℃放置50分钟活力丧失60%,用pH沉淀及DEAE离子交换纤维素柱层析分离等方法可以将可溶性因子提纯约100倍。提纯后的可溶性因子ATP酶活力甚低。     

氧化磷酸化的呼吸链途径模式概论

线粒体内氧化供能过程中的重要代谢物主要有丙酮酸、三羧酸循环中间体、氨基酸分解产物、酮体、脂肪酸β-氧化中间体、甘油代谢物、嘧啶碱基分解产物等。线粒体内重要代谢物脱下的电子对或者H原子可以通过复合体Ⅰ、复合体Ⅱ、或者通过辅酶Q等不同方式进入呼吸链进行电子传递并生成不同数量的ATP。因此,依据代谢物成对电子或H原子进入呼吸链的方式可以划分不同的氧化呼吸链途径模式:NADH氧化呼吸链途径、琥珀酸氧化呼吸链途径,以及FADH2氧化呼吸链途径。     

氧化磷酸化作用和有关問題的研究 Ⅴ.維生素K_3对鼠肝綫粒体腺三磷酶的激活作用

当有KCN存在时维生素K_3对鼠肝线粒体ATP酶活力有明显的激活作用。维生素K_3对ATP酶活力的这种抑制作用受Amytal抑制。我们认为维生素K_3的这种作用是由于构成了呼吸链与NADH之间电子循环传递,电子由细胞色素(或呼吸链上其他中间电子载体)逆传至NAD~+,利用高能磷酸链的能量使NAD~+进行需能还原生成NADH,生成的NADH再通过DT黄酶及维生素K_3重新又把电子传回呼吸链,这样电子继续不断循环,ATP即不断水解。维生素K_3激活的ATP酶可能仅牵涉NADH氧化偶联三步磷酸化作用的第一步磷酸化作用。本文结果支持我们前文中关于维生素K_3对NAD~+需能还原抑制作用的解释。     

乙酸菌糖磷酸化作用的研究

对7种乙酸菌(Acetitomaculum ruminis, Acetobacterium woodii, Eubacterium limosum和分离株A2、A4、A10、H3HH)的葡萄糖和2脱氧葡萄糖磷酸化作用进行了研究。尽管所有机体都存在磷酸化反应,但它们在依赖PEP和ATP的比例上有实质性区别。分离菌株A10具有最高的依赖PEP的葡萄糖磷酸化活力(1162nmol·L-1·mg-1·min-1),A10、H3HH和E.limosum都具有葡萄糖磷酸转移酶系统(phosphotransferase systemPTS)。相反,Ａ.ruminis、A.woodii、A2和A4则不具有PTS活力。这七株菌的葡萄糖依赖ATP的磷酸化活力都高于依赖PEP的磷酸化活力,但其程度有所不同。A10和H3HH的葡萄糖PTS可通过胞外葡萄糖诱导,并且其比活在对数期随培养时间延长而增加。此外,还检测到A10和H3HH对麦芽糖和果糖的依赖ATP和PEP的磷酸化活力。