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8.10: 化学渗透
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8.10: 化学渗透

氧化磷酸化是一个产生大量三磷酸腺苷(ATP)的高效过程,ATP是驱动活细胞中许多过程的基本能量单位。氧化磷酸化包括两个过程——电子传递和化学渗透。在电子传输过程中,电子在线粒体内膜上的大型复合物之间穿梭,质子(H+)被泵过膜进入膜间空间,形成电化学梯度。在接下来的步骤中,质子通过ATP合酶(一种内膜内的蛋白质复合物)沿着梯度流回线粒体基质。这个过程被称为化学渗透,利用质子梯度的能量驱动二磷酸腺苷(ADP)合成ATP。

电子传递链

电子传递链是通过同时还原和氧化反应将电子从电子给电子体转移到电子受体的一系列复合物,也称为氧化还原反应。在链的末端,电子减少分子氧产生水。

电子在复合物之间的穿梭与质子转移耦合,质子 (H+离子) 沿着浓度梯度从线粒体基质向膜间空间移动。最终,膜间空间的高浓度质子迫使质子通过ATP合酶降低浓度梯度回到线粒体基质,从而产生ATP。这个过程,利用储存在跨膜质子梯度中的能量来驱动细胞工作,被称为化学渗透。

ATP合酶

蛋白质复合物ATP合酶是质子穿过线粒体内膜的结构。它由一个定子、氢离子进入和离开复合体的通道、一个嵌入膜内的多单元转子(F0)和一个位于线粒体基质中的催化蛋白旋钮(F1)组成。当氢离子与每个子单元结合并改变其形状时,F0 转子旋转。然后,旋转的转子转动一根内部棒,改变F1的构象,促进其与ADP和无机磷酸盐的结合,从而产生ATP。

ATP的产生

有氧呼吸过程中,每消耗一分子葡萄糖,可产生30或32个ATP(图3)。在糖酵解过程中产生四种ATP,但其中两种在糖酵解过程中被消耗掉,最终产生两种ATP分子。每一轮Krebs循环产生一个ATP分子,每一个葡萄糖分子产生两个循环,净产生两个ATP。最后,根据NADH或 FADH2作为电子载体,在电子传递链中产生26或28个ATP。


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