如何提高生物体氧化磷酸化效率

‘壹’ 现在生物化学的研究方向有哪些

生物化学主要研究生物体分子结构与功能、物质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。

生物化学组成

除了水和无机盐之外，活细胞的有机物主要由碳原子与氢、氧、氮、磷、硫等结合组成，分为大分子和小分子两大类。前者包括蛋白质、核酸、多糖和以结合状态存在的脂质；后者有维生素、激素、各种代谢中间物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油等。在不同的生物中，还有各种次生代谢物，如萜类、生物碱、毒素、抗生素等。

虽然对生物体组成的鉴定是生物化学发展初期的特点，但直到今天，新物质仍不断在发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等，已成为重要的研究课题。有的简单的分子，如作为代谢调节物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才发现的。另一方面，早已熟知的化合物也会发现新的功能，20世纪初发现的肉碱，50年代才知道是一种生长因子，而到60年代又了解到是生物氧化的一种载体。多年来被认为是分解产物的腐胺和尸胺，与精胺、亚精胺等多胺被发现有多种生理功能，如参与核酸和蛋白质合成的调节，对DNA超螺旋起稳定作用以及调节细胞分化等。

代谢调节控制

新陈代谢由合成代谢和分解代谢组成。前者是生物体从环境中取得物质，转化为体内新的物质的过程，也叫同化作用；后者是生物体内的原有物质转化为环境中的物质，也叫异化作用。同化和异化的过程都由一系列中间步骤组成。中间代谢就是研究其中的化学途径的。如糖元、脂肪和蛋白质的异化是各自通过不同的途径分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，然后再氧化生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，最后生成二氧化碳。

在物质代谢的过程中还伴随有能量的变化。生物体内机械能、化学能、热能以及光、电等能量的相互转化和变化称为能量代谢，此过程中ATP起着中心的作用。

新陈代谢是在生物体的调节控制之下有条不紊地进行的。这种调控有3种途径：①通过代谢物的诱导或阻遏作用控制酶的合成。这是在转录水平的调控，如乳糖诱导乳糖操纵子合成有关的酶；②通过激素与靶细胞的作用，引发一系列生化过程，如环腺苷酸激活的蛋白激酶通过磷酰化反应对糖代谢的调控；③效应物通过别构效应直接影响酶的活性，如终点产物对代谢途径第一个酶的反馈抑制。生物体内绝大多数调节过程是通过别构效应实现的。

结构与功能

生物大分子的多种多样功能与它们特定的结构有密切关系。蛋白质的主要功能有催化、运输和贮存、机械支持、运动、免疫防护、接受和传递信息、调节代谢和基因表达等。由于结构分析技术的进展，使人们能在分子水平上深入研究它们的各种功能。酶的催化原理的研究是这方面突出的例子。蛋白质分子的结构分4个层次，其中二级和三级结构间还可有超二级结构，三、四级结构之间可有结构域。结构域是个较紧密的具有特殊功能的区域，连结各结构域之间的肽链有一定的活动余地，允许各结构域之间有某种程度的相对运动。蛋白质的侧链更是无时无刻不在快速运动之中。蛋白质分子内部的运动性是它们执行各种功能的重要基础。

80年代初出现的蛋白质工程，通过改变蛋白质的结构基因，获得在指定部位经过改造的蛋白质分子。这一技术不仅为研究蛋白质的结构与功能的关系提供了新的途径；而且也开辟了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白质的广阔前景。

核酸的结构与功能的研究为阐明基因的本质，了解生物体遗传信息的流动作出了贡献。碱基配对是核酸分子相互作用的主要形式，这是核酸作为信息分子的结构基础。脱氧核糖核酸的双螺旋结构有不同的构象，J.D.沃森和F.H.C.克里克发现的是B-结构的右手螺旋，后来又发现了称为 Z-结构的左手螺旋。DNA还有超螺旋结构。这些不同的构象均有其功能上的意义。核糖核酸包括信使核糖核酸（mRNA）、转移核糖核酸(tRNA）和核蛋白体核糖核酸（rRNA），它们在蛋白质生物合成中起着重要作用。新近发现个别的RNA有酶的功能。

基因表达的调节控制是分子遗传学研究的一个中心问题，也是核酸的结构与功能研究的一个重要内容。对于原核生物的基因调控已有不少的了解；真核生物基因的调控正从多方面探讨。如异染色质化与染色质活化；DNA的构象变化与化学修饰；DNA上调节序列如加强子和调制子的作用；RNA加工以及转译过程中的调控等。

ATP在光合、代谢和遗传之间架起了桥梁

方法学

在生物化学的发展中，许多重大的进展均得力于方法上的突破。例如同位素示踪技术用于代谢研究和结构分析；层析，特别是70年代以来全面地大幅度地提高体系性能的高效液相层析以及各种电泳技术用于蛋白质和核酸的分离纯化和一级结构测定；X射线衍射技术用于蛋白质和核酸晶体结构的测定；高分辨率二维核磁共振技术用于溶液中生物大分子的构象分析；酶促等方法用于DNA序列测定；单克隆抗体和杂交瘤技术用于蛋白质的分离纯化以及蛋白质分子中抗原决定因子的研究等。70年代以来计算机技术广泛而迅速地向生物化学各个领域渗透，不仅使许多分析仪器的自动化程度和效率大大提高，而且为生物大分子的结构分析，结构预测以及结构功能关系研究提供了全新的手段。生物化学今后的继续发展无疑还要得益于技术和方法的革新。

‘贰’ 能调节使氧化磷酸化加速的因素是（）。

【答案】：A、C
P/O比是指每传递两个电子到氧合成ATP的数族数量薯大弊，是表示线粒体仿嫌氧化磷酸化活力的一个重要指标。ADP/ATP比值和甲状腺素可以调节使氧化磷酸化加速。

‘叁’ 调节氧化磷酸化作用最主要的因素是

影响氧化磷酸化的因素

一，ADP的调节作用

正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP的调节。当机体利用ATP增多，ADP浓度增高，转运入线粒体后使氧化磷酸化速度加快。反之ADP不足，使氧化磷酸化速度减慢。这种调节作用可使ATP的生成喊岩神速度适应生理需要。

二，甲状腺激素

甲状腺激素诱导细胞膜上Na+ K+–ATP酶的生成，使ATP加速分解为ADP和Pi ADP增多促进氧化磷酸化，甲状腺激素，T3还可使解偶联蛋白基因表达增加因而引起耗氧和产热均增加。所以甲状腺功能枣卖亢进症患者基础代谢率增高。

三，抑制剂

1，呼吸链抑制剂 此类抑制剂能阻断呼吸链中某些部位电子传递。例如鱼藤酮，粉蝶霉素A ，及异戊巴比妥等与复合体Ⅰ中的铁硫蛋白结合，从而阻断电子传递。抗霉素A、二巯基丙醇抑制复合体Ⅲ中Cyt b与Cytc1间的电子传递。 CO、 CN¯、 N3¯及H2S抑制细胞色素C氧化酶，使电子不能传给氧。

2，解偶联剂 解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。其基本作用机制是使呼吸链传递电子过程中泵出的H+不经ATP合酶的Fo质子通道回流，而通过线粒体内膜中其他途径返回线粒体基质。从而破坏了内膜两侧的电化学梯度，使ATP的生成受到抑制，以电化学梯度储存的能量以热能形式释放。

3，氧化磷酸化抑制剂 这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如:寡霉素可阻止质子从F0质子郑亏通道回流，抑制ATP生成。此时由于线粒体内膜两侧电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。

‘肆’ 影响氧化磷酸化的因素有哪些

影响氧化磷酸化的因素：

1、抑制剂：

能阻断呼吸链某一部位电子传递的物质称为呼吸链抑制剂。鱼藤酮、安密妥(或阿米妥)在NADH脱氢酶处抑制电子传递，阻断NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能进行。

抗霉素A抑制电子在细胞色素bc1复合体处的传递。氰化物、CO、叠氮化物（N3-）抑制细胞色素氧化酶。对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用的物质称氧化磷酸化抑制剂，如寡霉素。

2、解偶联首侍伏剂：

2，4-二硝基苯酚（DNP）和颉氨霉素可解除氧谈团化和磷酸化的偶联过程，使电子传递照常进行而不生成ATP。DNP的作用机制是作为H+的载体将者携其运回线粒体内部，破坏质子梯度的形成。由电子传递产生的能量以热被释出。

3、ADP调节作用：

正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的调节，只有ADP被磷酸化形成ATP，电子才通过呼吸链流向氧。如果提供ADP，随着ADP的浓度下降，电子传递进行，ATP在合成，但电子传递随ADP浓度的下降而减缓。此过程称为呼吸控制，这保证电子流只在需要ATP合成时发生。

(4)如何提高生物体氧化磷酸化效率扩展阅读：

作用：

氧化磷酸化作用是指有机物包括糖、脂、氨基酸等在分解过程中的氧化步骤所释放的能量，驱动ATP合成的过程。

在真核细胞中，氧化磷酸化作用在线粒体中发生，参与氧化及磷酸化的体系以复合体的形式分布在线粒体的内膜上，构成呼吸链，也称电子传递链。其功能是进行电子传递、H+传递及氧的利用，产生H2O和ATP

这种复合体一般有四个部分组成：1、NADH－Q还原酶；2、琥珀酸—Q还原酶；3、细胞色素还原酶；4、细胞色素氧化酶。

‘伍’ 影响氧化磷酸化的因素有哪些

1、抑制剂：正常情况下，电子传递和磷酸化是紧密结合的。有些化合物可影响电子传递或干扰磷酸化反应，其结果均可使氧化磷酸化不能正常进行。

2、ADP的调节作用：正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP的调节。当机体利用ATP增多，ADP浓度增高，转运入线粒体后使氧化磷酸化速度加快；反之ADP不足，使氧化磷酸化速度减慢。这种调节作用可使ATP的生成速度适应生理需要。

3、甲状腺素：甲状腺激素可激活许多组织细胞膜上的Na+-K+ATP酶，使ATP加速分解为ADP和Pi，ADP进入线粒体数量增多，因而使ATP/ADP比型销值下降，促进氧化磷酸化速度加快。

4、线粒体DNA突变：线粒体DNA呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，容易受到本身氧化磷酸化过程中产生氧自由基的损伤而发生突变。

发生在真核细胞的线粒体内膜或原核生物的细胞质中，是物质在体内氧化时释放的能量通过呼吸链供给ADP与无机磷酸合成ATP的偶联反应。

(5)如何提高生物体氧化磷酸化效率扩展阅读：

氧化磷酸化作用是指有机物包括糖、脂、氨基酸等在分解过程中的氧化步骤所释放的能量，驱动ATP合成的过程。

在真核细胞中，氧化磷酸化作用在线粒体中发生，参与氧化及磷酸化的体系以复合体的形式分布在线粒体的内膜上，构成呼吸链，也称电子传递链。其功能是进行电子传递、H+传递及氧的利用，产生H₂O和ATP。

电子传递黄素蛋白-泛醌氧化还原酶（ETF-Q氧化还原酶），又称“电子传递-黄局租哗素蛋白脱氢酶”，是电子传递链的第三个入口。它是接收线粒体基质中电子传递黄素蛋白的电子，并用这些电子还原泛醌的酶桐行。这种酶包含一个黄素和一个[4Fe-4S]簇，但不像其它的呼吸链复合体，它只附着在膜的表面，不跨越脂质双分子层。

哺乳动物中，该代谢途径在脂肪酸的β氧化和氨基酸及胆碱的分解代谢作用中很重要，因为它接受来自多个乙酰辅酶A脱氢酶的电子。在植物中，ETF-Q氧化还原酶也对使植物可以在长时间的黑暗中生存下来的代谢反应重要。