新陈代谢总论和生物氧化培训课件

新陈代谢总论和生物氧化维持生命活动的能量，主要有两个来源：维持生命活动的能量，主要有两个来源：光能（太阳能）光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光：植物和某些藻类，通过光合作用将光能转变成生物能。合作用将光能转变成生物能。化学能化学能：动物和大多数的微生物，通过生物：动物和大多数的微生物，通过生物氧化作用将有机物质（主要是各种光合作用氧化作用将有机物质（主要是各种光合作用产物）存储的化学能释放出来，并转变成生产物）存储的化学能释放出来，并转变成生物能。物能。2新陈代谢总论和生物氧化 生物能流：化学能太阳光能呼吸作用能量通货损 失：热、熵光合作用CO2+H2O 有机物化学能渗透能电能机械能热能ATP 3新陈代谢总论和生物氧化第一节 新陈代谢总论新陈代谢新陈代谢(广义广义):):是生物与外界环境进行物质是生物与外界环境进行物质交换和能交换和能量交换的全过程量交换的全过程。(狭义狭义)：活细胞内进行的活细胞内进行的一切化学反应。一切化学反应。4新陈代谢总论和生物氧化新陈代谢的共同特点：新陈代谢的共同特点：1.由酶催化，反应条件温和。由酶催化，反应条件温和。2.诸多反应有严格的顺序，彼此协调。诸多反应有严格的顺序，彼此协调。3.对周围环境高度适应。对周围环境高度适应。新陈代谢的调节新陈代谢的调节 三个水平调节：三个水平调节：分子水平分子水平-酶浓度和数量的调节酶浓度和数量的调节 （包括基因水平上的调节）（包括基因水平上的调节）细胞水平细胞水平-细胞区域化调节细胞区域化调节整体水平整体水平-激素和神经的调节激素和神经的调节5新陈代谢总论和生物氧化 概概 念念：水解自由能在水解自由能在20.92 kJ/mol（5千卡千卡/mol）以）以上的化合物。上的化合物。高能化合物中被水解的基团称为高能化合物中被水解的基团称为“高能基团高能基团”，被水解，被水解的键称为的键称为“高能键高能键”用用“”表示表示 以磷酸作为高能基团的高能化合物称为以磷酸作为高能基团的高能化合物称为“高能磷酸化合高能磷酸化合物”“高能键高能键”“键能高键能高”高能化合物高能化合物6新陈代谢总论和生物氧化高能化合物高能化合物磷酸化合物磷酸化合物非磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氧型磷氮型磷氮型硫酯键化合物硫酯键化合物甲硫键化合物甲硫键化合物烯醇磷酸化合烯醇磷酸化合物物酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸化合物高能化合物类型高能化合物类型：7新陈代谢总论和生物氧化1 磷氧键磷氧键型，其高能键是型，其高能键是由磷和氧原子构成即由磷和氧原子构成即“OP”如：磷酸如：磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇式丙酮酸（PEP）、）、焦磷酸（焦磷酸（PPi）等。）等。PEPPPi8新陈代谢总论和生物氧化2 氮磷键氮磷键型，高能键是由氮型，高能键是由氮和磷构成，如磷酸肌酸和磷构成，如磷酸肌酸3 硫酯键硫酯键型型，高能键是属于，高能键是属于硫酯键，如脂酰辅酶硫酯键，如脂酰辅酶A9新陈代谢总论和生物氧化常见磷酸化合物标准水解自由能常见磷酸化合物标准水解自由能ATPAMPADP ATP的结构特性的结构特性1.结构结构水解自由能水解自由能：每个高能键的水解自由每个高能键的水解自由能为能为 30.5kJ/mol或或7.3kcar/mol 2.产生高水解自由能的原因产生高水解自由能的原因ATP 4+H2O ADP 3+HPO4 2 +H+负电荷集中，共振杂化，H+浓度低10新陈代谢总论和生物氧化 ATP在能量转换中的地位和作用在能量转换中的地位和作用ATP是是生生物物体体内内能能量量的的携携带带者者和和传传递递者者，是是生生物物体体能能量量代代谢谢的的“共同中间体共同中间体”，是各种生物的，是各种生物的“能量货币能量货币”。作为能量通货的原因：能量居中，可作为大多数能量转换酶的能量供体或受体。磷酸烯醇式丙酮酸PPPPATP甘油酸1,32P18161412108642ATPATP不是能量不是能量的贮存物质的贮存物质,而是传递能量而是传递能量的分子。的分子。11新陈代谢总论和生物氧化 能荷(energy charge)是细胞中高能磷酸状态一种数量上的衡量，它的大小可用下式表示：(ATP+0.5ADP)能荷=(ATP+ADP+AMP)能荷的数值在能荷的数值在0-10-1之间。大多数细胞维持的稳态能荷状态在之间。大多数细胞维持的稳态能荷状态在0.8-0.950.8-0.95的范围内。的范围内。12新陈代谢总论和生物氧化 ATP生成和消耗的途径和细胞的能荷状态相呼应。高能荷时，ATP生成过程被抑制，而ATP的利用过程被激发；低能荷时，其效应相反。所以说，能荷对代谢起着重要的调控作用。13新陈代谢总论和生物氧化第二节 生物氧化一、概念一、概念 有机物（有机物（主要指糖、脂肪、蛋白质等主要指糖、脂肪、蛋白质等）在生物）在生物体内氧化分解成体内氧化分解成COCO2 2和和H H2 2O O水并释放能量的过程。水并释放能量的过程。14新陈代谢总论和生物氧化二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点：生物氧化是生物体在热力学允许的条件下的有序、可生物氧化是生物体在热力学允许的条件下的有序、可控的氧化过程，因为生物氧化的场所是细胞，其基本过程控的氧化过程，因为生物氧化的场所是细胞，其基本过程是大分子分解为是大分子分解为COCO2 2和和H H2 2O O，并产生能量。生物氧化又称细，并产生能量。生物氧化又称细胞呼吸（胞呼吸（cellular respiration)cellular respiration)逐步氧化，有序可控；逐步氧化，有序可控；条件温和，多步酶促反应条件温和，多步酶促反应;能量逐步释放并以能量逐步释放并以ATPATP的方式贮存。的方式贮存。分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。15新陈代谢总论和生物氧化三、生物氧化与体外氧化的异同三、生物氧化与体外氧化的异同相同点相同点生生物物氧氧化化中中物物质质的的氧氧化化方方式式有有加加氧氧、脱脱氢氢、失失电电子子，遵循氧化还原反应的一般规律。遵循氧化还原反应的一般规律。物物质质在在体体内内外外氧氧化化时时所所消消耗耗的的氧氧量量、最最终终产产物物（COCO2 2，H H2 2O O）和释放能量均相同。）和释放能量均相同。16新陈代谢总论和生物氧化w是是在在细细胞胞内内温温和和的的环环境境中中由由酶酶催催化化进进行行的的，能能量量是是逐逐步步释释放放的的，并并储储存于存于ATPATP中。中。w代代谢谢物物脱脱下下的的氢氢与与氧氧结结合合产产生生H H2 2O O，有有机机酸酸脱脱羧羧产生产生COCO2 2。不同点不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w能量是突然释放的。能量是突然释放的。wCOCO2 2、H H2 2O O由由物物质质中中的的碳碳和和氢氢直直接接与与氧氧结合生成。结合生成。17新陈代谢总论和生物氧化COCO2 2如何形成？如何形成？脱羧反应。脱羧反应。H H2 2O O如何形成？如何形成？电子传递链。电子传递链。能量（能量（ATPATP）如何产生？）如何产生？底物水平磷酸化、底物水平磷酸化、氧化磷酸化。氧化磷酸化。四、生物氧化的地点和内容四、生物氧化的地点和内容1.线粒体内：绝大多数生物的生物氧化都在线粒体内进行。2.细胞膜：没有线粒体的原核生物的呼吸作用在细胞膜上进行，如细菌等。3.过氧物酶体：存在于动物细胞和高等植物叶肉细胞中，其在动物细胞中的功能尚不清楚，在植物细胞中氧化乙醇酸，摄入O2，放出CO2，称为光呼吸，在光照下与叶绿体的光合作用联动进行，供给植物能量。18新陈代谢总论和生物氧化糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TAC TAC 2H 2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 五、生物氧化的一般过程五、生物氧化的一般过程19新陈代谢总论和生物氧化第三节 呼吸链一、概念一、概念 代谢物脱下的氢经过一系列传递体的传递，最后与氧结合生成水的电子传递系统，称为电子传递链(electron transfer chain)，由于消耗氧，故也叫呼吸链(respiratory chain)。在原核细胞存在于在原核细胞存在于质膜上质膜上。在真核细胞存在于在真核细胞存在于线粒体内膜上线粒体内膜上。20新陈代谢总论和生物氧化二、呼吸链的组成二、呼吸链的组成在生物细胞中，接受代谢物上脱下的氢在生物细胞中，接受代谢物上脱下的氢(或电子或电子)的载体有的载体有三种三种 NAD+NAD+、NADP+NADP+和和 FAD FAD。其中其中NADPHNADPH不进入呼吸不进入呼吸链合成链合成ATPATP，而是作为生物合成的还原剂；只有，而是作为生物合成的还原剂；只有NADHNADH和和FADHFADH2 2进入呼吸链。所以呼吸链有两条：进入呼吸链。所以呼吸链有两条：1 1、NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 【组成】【组成】脱氢（脱氢（NAD+）、黄素蛋白、铁硫蛋白、黄素蛋白、铁硫蛋白、CoQCoQ和细胞色素。和细胞色素。2 2、FADHFADH2 2氧化呼吸链（氧化呼吸链（琥琥珀酸氧化呼吸链）珀酸氧化呼吸链）【组成】脱氢酶（【组成】脱氢酶（FADFAD）、）、CoQCoQ、细胞色素。、细胞色素。【两者的【两者的差异差异】脱下的】脱下的2H2H不经过不经过NAD+NAD+传递传递,其余过程与其余过程与NADHNADH呼吸链相同。呼吸链相同。21新陈代谢总论和生物氧化22新陈代谢总论和生物氧化 组分组分 作用作用 NAD+和和NADP+递氢体递氢体黄素蛋白黄素蛋白（辅基为（辅基为 FAD和和 FMN）递氢体递氢体 铁硫蛋白（铁硫蛋白（Fe-S）单电子传递体单电子传递体辅酶辅酶Q（CoQ）递氢体递氢体细胞色素类细胞色素类 单电子传递体单电子传递体呼吸链的组分及作用呼吸链的组分及作用23新陈代谢总论和生物氧化四种复合体的排列关系四种复合体的排列关系24新陈代谢总论和生物氧化 Cytc Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-25新陈代谢总论和生物氧化呼吸链组分排列顺序及氧化还原电位呼吸链组分排列顺序及氧化还原电位NADH FMN CoQ b c1 c aa3 O2-0.32 0.30 00.1+0.07 +0.22 +0.25 +0.29 +0.816 琥珀酸 FAD CoQ b c1 c aa3 O2 +0.0626新陈代谢总论和生物氧化 能够能够阻断阻断呼吸链中某部位呼吸链中某部位电子传递电子传递的物质称为的物质称为电子传递抑制剂。电子传递抑制剂。三、电子传递的抑制剂三、电子传递的抑制剂27新陈代谢总论和生物氧化NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 III鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素A氰化物氰化物CO抗霉素抗霉素 A的的抑制部位抑制部位NAD FP Q b c aa3NAD FP Q b c aa3呼吸链的比拟图解呼吸链的比拟图解28新陈代谢总论和生物氧化 1、鱼藤酮、安密妥等：、鱼藤酮、安密妥等：阻断部位是：阻断部位是：FMACoQ。2、抗霉素、抗霉素A：阻断部位是：阻断部位是：细胞色素细胞色素b细胞色素细胞色素c1。3、CO、氰化物、叠氮化合物（、氰化物、叠氮化合物（N3-）：）：阻断部位是：阻断部位是：细胞色素细胞色素aa3O2。常见抑制剂的抑制部位常见抑制剂的抑制部位29新陈代谢总论和生物氧化第四节 氧化磷酸化一、生物体内ATP的生成方式ATP形成的两种方式：氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)底物水平磷酸化(substrate phosphorylation)30新陈代谢总论和生物氧化 3-磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酸硫激酶 琥珀酰辅酶A+Pi+GDP 琥珀酸+辅酶A+GTP 1.1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化 底物分子内部能量重新分布形成高能键伴有ADP磷酸化生成ATP的作用。31新陈代谢总论和生物氧化2.2.氧化磷酸化氧化磷酸化 在呼吸链电子传递过程中偶联在呼吸链电子传递过程中偶联ADPADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATPATP，又称为又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。NADHO2呼吸链能量ADP+PiATP32新陈代谢总论和生物氧化二、氧化磷酸化偶联部位二、氧化磷酸化偶联部位1.P/O1.P/O比值：比值：通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无机通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无机磷酸消耗之间的磷酸消耗之间的比例比例关系，可以反映底物脱氢氧关系，可以反映底物脱氢氧化与化与ATPATP生成之间的比例关系。生成之间的比例关系。每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数称为数称为P/OP/O比值比值。33新陈代谢总论和生物氧化合成1molATP时，需要提供的能量至少为G0=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差E0=0.2V。因此，在NADH氧化呼吸链中有三处可以生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有两处可以生成ATP。2.2.自由能变化与自由能变化与ATPATP的生成部位：的生成部位：0.53V0.22V0.32VNADHQbcaO234新陈代谢总论和生物氧化 每消耗每消耗1原子氧同时消耗几原子磷，即每传递原子氧同时消耗几原子磷，即每传递1对电子可偶联产生几分子对电子可偶联产生几分子ATP 底物底物NADH琥珀酸琥珀酸CoQ 细胞色素细胞色素c P/O 3 2 2 1 ATP 2.5 1.5 1.5 1NADH FMN CoQ Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt a.a3 O2ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPIIIIIV琥珀酸FADII呼吸主链产能部位呼吸主链产能部位:第一部位第一部位 NADH-CoQ 产生产生 1个个ATP 第二部位第二部位 CoQ-CytC 产生产生 0.5个个ATP 第三部位第三部位 Cyt C1-O2 产生产生 1个个ATP 35新陈代谢总论和生物氧化三、氧化磷酸化偶联机制氧化磷酸酸化作用与电子传递相偶联已经不存在任何疑问，但是电子在传递链中究竟怎样从一个中间载体到另一个中间载体的过程中促使ADP磷酸化，还有许多未完全阐明的问题。共存在三种假说：K化学偶联假说K结构偶联假说J化学渗透假说现有许多的证据支持化学渗透假说，并改称为化学渗透学说。36新陈代谢总论和生物氧化1.化学偶联假说chemical coupling hypothesis 电子传递过程产生活泼的高能共价中间物，随后的裂解驱动氧化磷酸化作用。虽然在糖酵解中可看到这种情况，但在氧化磷酸化作用中一直未能找到任何一种活泼的高能中间产物。37新陈代谢总论和生物氧化2.构象偶联假说conformational coupling hypothesis 1964年Paul Boyer提出：电子沿电子传递链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生构象变化，形成高能形式。这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象，但未找到实验证据。38新陈代谢总论和生物氧化3.化学渗透假说chemical osmotic hypothesis 1961年英国生物化学家Peter Mitchell提出：电子传递释放出的自由能和ATP合成是与跨线粒体内膜的质子梯度相偶联，即电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，形成跨线粒体内膜的H+电化学梯度，该梯度的电化学电势（用H+表示）驱动ATP的合成。39新陈代谢总论和生物氧化化学渗透学化学渗透学说图解解40新陈代谢总论和生物氧化质子梯度的形成质子梯度的形成41新陈代谢总论和生物氧化线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图42新陈代谢总论和生物氧化化化学学渗渗透透假假说说43新陈代谢总论和生物氧化 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图44新陈代谢总论和生物氧化化化 学学 渗渗 透透 学学 说说 要要 点点1.线粒体的内膜是完整的封闭系统。2.电子传递过程中，释放能量将质子由内膜内侧泵到内膜外侧。3.内膜两侧形成质子电化学梯度，蕴藏了进行磷酸化的能量。4.4.质子经F1F0复合体回到内膜内侧，推动ADP磷酸化形成ATP。45新陈代谢总论和生物氧化4.ATP合酶的组成和结构 线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为ATP酶复合体/ATP合酶，是ATP合成的场所。结构：头部：ATP合酶（F1）为亲水蛋白质，由33亚基组成，催化生成ATP。柄部：棒状Pr，对寡霉素敏感（OSCP）寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。基底部：疏水Pr，与内膜连接为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。46新陈代谢总论和生物氧化ATPATP合酶结构示意图合酶结构示意图47新陈代谢总论和生物氧化ATPATP合酶合成合酶合成ATPATP的机制的机制 美国科学家美国科学家BoyerBoyer为解释为解释ATPATP酶作用机理酶作用机理,提出旋转催化假说，认提出旋转催化假说，认为为ATPATP合成酶合成酶亚基有三种不同的构象，一种构象亚基有三种不同的构象，一种构象(L L)有利于有利于ADPADP和和PiPi结结合，一种构象合，一种构象(T T)可使结合的可使结合的ADPADP和和PiPi合成合成ATPATP，第三种构象，第三种构象(O O)使合成使合成的的ATPATP容易被释放出来。在容易被释放出来。在ATPATP合成过程中，三个合成过程中，三个亚基依次进行上述亚基依次进行上述三种构象的交替变化，所需能量由跨膜三种构象的交替变化，所需能量由跨膜H+H+提供。提供。英国科学家英国科学家WalkerWalker通过通过x x光衍射获得高分辩率的牛心线粒体光衍射获得高分辩率的牛心线粒体ATPATP酶酶晶体的三维结构，晶体的三维结构，证明在证明在ATPATP酶合成酶合成ATPATP的催化循环中三个的催化循环中三个亚基的确亚基的确有不同构象，有不同构象，从而有力地支持了从而有力地支持了BoyerBoyer的假说。的假说。BoyerBoyer和和WalkerWalker共同获得共同获得19971997年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。48新陈代谢总论和生物氧化当当H H+顺顺浓浓度度递递度度经经F F0 0中中a a亚亚基基和和c c亚亚基基之之间间回回流流时时，亚亚基基发发生生旋旋转转，3 3个个亚亚基基的的构构象象发发生生改改变变。化化学学计计算算估估计计每每生生成成1 1分子分子ATPATP需需3 3个个H H从线粒体内膜外侧回流进入基质中。从线粒体内膜外侧回流进入基质中。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制O：开放形式，对底物亲和力极低：开放形式，对底物亲和力极低L：与底物结合松弛，无催化能力：与底物结合松弛，无催化能力T：与底物结合紧密，有催化活性：与底物结合紧密，有催化活性质子梯度的作用：不是形成质子梯度的作用：不是形成ATP；而是使；而是使ATP从酶分子释放从酶分子释放49新陈代谢总论和生物氧化ATP4-F0 F1 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 腺苷酸腺苷酸转运蛋白转运蛋白磷酸磷酸转运蛋白转运蛋白 ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆在线粒体中生成并转运到胞浆需需4个个H回流进入线粒体基质中回流进入线粒体基质中50新陈代谢总论和生物氧化NADHNADH氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H2H仅生成仅生成2.52.5分分子子ATPATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。FADHFADH2 2氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H2H仅生成仅生成1.51.5分分子子ATPATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。51新陈代谢总论和生物氧化四、影响氧化磷酸化的因素四、影响氧化磷酸化的因素1.呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递，导致生命活动停止，引起死亡。A.鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥等：抑制复合物的Fe-S蛋白B.抗霉素A、二巯基丙醇：抑制Cytb-Cytc1（复合物）的电子传递C.CO、CN-、N3及H2S等：抑制Cytaa3（复合物）（一）抑制剂（一）抑制剂52新陈代谢总论和生物氧化2.解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。使电子传递和ATP形成两个过程分离；不抑制电子传递，只抑制ATP形成；使电子传递所产生的自由能变为热能；对底物水平磷酸化没有影响。2,4-二硝基苯酚、双香豆素人体人体棕色脂肪组织棕色脂肪组织中含大量线粒体，其内膜中含大量线粒体，其内膜中含解偶联蛋白，它转运中含解偶联蛋白，它转运H H+，释放热量，维，释放热量，维持体温。（骨骼肌，心肌）持体温。（骨骼肌，心肌）53新陈代谢总论和生物氧化3.氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。既抑既抑制氧的利用，又抑制制氧的利用，又抑制ATPATP的形成的形成,但不抑制电子但不抑制电子传递过程传递过程.寡霉素寡霉素54新陈代谢总论和生物氧化鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点55新陈代谢总论和生物氧化不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响 56新陈代谢总论和生物氧化解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）F F0 0 F F1 1 Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能 H H+H H+ADP+Pi ATP 57新陈代谢总论和生物氧化 寡霉素寡霉素(oligomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成58新陈代谢总论和生物氧化（二）ADP的调节作用是主要调节因素。ADP，氧化磷酸化。（三）甲状腺激素Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。（四）线粒体DNA突变 与线粒体DNA病及衰老有关。59新陈代谢总论和生物氧化氧化磷酸化的抑制剂氧化磷酸化的抑制剂抑制类型抑制剂名称作用位点或作用机制呼吸链抑制剂鱼藤酮、安米妥、杀粉菌素萎锈灵抗霉素A氰化物、CO、H2S、叠氮化物复合体I复合体II复合体III复合体IVF1F0-ATP合酶抑制剂Aurovertin寡霉素、venturicidinDCCD抑制F1抑制F0阻止质子通过质子F0通道解偶联剂DNP、FCCP缬氨霉素生热素脂溶性质子载体钾离子载体，破坏电势能质子通道ATP/ADP交换体抑制剂苍术苷、米酵菌酸抑制线粒体基质内的ATP与细胞质内的ADP之间交换61新陈代谢总论和生物氧化五、线粒体内膜的物质转运 线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。62新陈代谢总论和生物氧化胞浆中胞浆中NADHNADH的氧化的氧化胞浆中胞浆中NADHNADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)63新陈代谢总论和生物氧化1.-1.-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭特点：线粒体内外的-磷酸甘油脱氢酶的 辅酶不同 胞液-NAD+线粒体-FADFADH2经琥珀酸氧化呼吸链 1.5个ATP主要存在于骨骼肌、神经细胞。64新陈代谢总论和生物氧化-磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 65新陈代谢总论和生物氧化 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱脱氢酶酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油磷酸甘油 66新陈代谢总论和生物氧化2.2.苹果酸穿梭系统苹果酸穿梭系统特点：特点：苹果酸脱氢酶的辅酶是苹果酸脱氢酶的辅酶是NADNAD+线线粒粒体体内内的的草草酰酰乙乙酸酸生生成成天天冬冬氨氨酸酸后后再再穿穿过过线线粒粒体膜。体膜。通过通过NADHNADH氧化呼吸链产生氧化呼吸链产生2.52.5个个ATPATP主要存在于主要存在于肝、心肌肝、心肌组织中。组织中。67新陈代谢总论和生物氧化苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制68新陈代谢总论和生物氧化NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮 戊二酸戊二酸转运体运体 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸戊二酸 谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链 天冬氨酸天冬氨酸 69新陈代谢总论和生物氧化 线粒体内膜的主要转运载体线粒体内膜的主要转运载体 载载 体体 功功 能能 胞胞 液液 线粒体基质线粒体基质-酮戊二酸酮戊二酸 苹果酸苹果酸 -酮戊二酸酮戊二酸 酸性氨基酸载体酸性氨基酸载体 谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸天冬氨酸腺苷酸载体腺苷酸载体 ADP ATP磷酸盐载体磷酸盐载体 H2PO4-H+H2PO4-H+丙酮酸载体丙酮酸载体 丙酮酸丙酮酸 OH-三羧酸循环三羧酸循环 苹果酸苹果酸 柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸载体碱性氨基酸载体 鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸肉毒碱载体肉毒碱载体 脂酰肉碱脂酰肉碱 肉肉 碱碱70新陈代谢总论和生物氧化腺苷酸的转运腺苷酸的转运71新陈代谢总论和生物氧化一、重要名词：一、重要名词：高能化合物高能化合物 、生物氧化、生物氧化 、电子传递链、电子传递链 、氧化磷酸化、氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation(Oxidative phosphorylation）、电子传递体系磷酸化）、电子传递体系磷酸化 本章重要内容本章重要内容72新陈代谢总论和生物氧化二、生物氧化：二、生物氧化：特点；亚细胞定位；电子传递特点；亚细胞定位；电子传递的抑制剂。的抑制剂。三、氧化磷酸化作用：三、氧化磷酸化作用：作用机制；氧化磷酸化作用机制；氧化磷酸化的解偶联和抑制；细胞液内的解偶联和抑制；细胞液内NADHNADH的再氧化；的再氧化；氧化磷酸化的调控。氧化磷酸化的调控。本章重要内容本章重要内容73新陈代谢总论和生物氧化作业作业1、请说明为什么、请说明为什么NADH呼吸链经呼吸链经NADH-CoQ还还原酶氧化时有原酶氧化时有ATP产生，而琥珀酸经琥珀酸产生，而琥珀酸经琥珀酸-CoQ还原酶氧化时没有还原酶氧化时没有ATP产生。产生。2、写出氧化磷酸化的五个作用部位不同的抑制、写出氧化磷酸化的五个作用部位不同的抑制剂，并说明各自的抑制部位。剂，并说明各自的抑制部位。74新陈代谢总论和生物氧化