生化生物氧化培训课件

第六章第六章 生物氧化生物氧化 生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 生成生成ATPATP的氧化磷酸化体系的氧化磷酸化体系 其他不生成其他不生成ATPATP的氧化体系的氧化体系目目 录录概述概述2 2生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （一）（一）掌握氧化磷酸化的概念及偶联部位。掌握氧化磷酸化的概念及偶联部位。熟悉氧熟悉氧 化磷酸偶联部位确定的实验及数据，化磷酸偶联部位确定的实验及数据，P/OP/O比值的定义比值的定义 及意义。了解氧化磷酸化的偶联机制。熟悉及意义。了解氧化磷酸化的偶联机制。熟悉ATPATP合酶合酶 组成及作用组成及作用（二）熟悉抑制剂、（二）熟悉抑制剂、ADPADP、甲状腺素对氧化磷酸化的影、甲状腺素对氧化磷酸化的影响。了解线粒体响。了解线粒体DNADNA突变对氧化磷酸化的影响。突变对氧化磷酸化的影响。（三）（三）掌握体内能量的储存和利用形式，掌握体内能量的储存和利用形式，ATPATP的生成和的生成和利用。利用。熟悉高能键与高能化合物的概念，常见的高熟悉高能键与高能化合物的概念，常见的高能化合物。能化合物。（四）（四）掌握胞液中掌握胞液中NADHNADH转运进入线粒体氧化的机制。转运进入线粒体氧化的机制。了解腺苷酸载体及线粒体蛋白的跨膜转运。了解腺苷酸载体及线粒体蛋白的跨膜转运。（五）了解其他氧化体系。（五）了解其他氧化体系。目的要求目的要求3 3生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 物物质在在生生物物体体内内进行行氧氧化化称称生生物物氧氧化化，主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质等等在在体体内内分分解解时逐逐步步释放放能能量量，最最终生成生成CO2 和和 H2O的的过程。程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能能一、生物氧化一、生物氧化（Biological OxidationBiological Oxidation）的概念的概念 此过程需耗氧、排出此过程需耗氧、排出COCO2 2，又在活细，又在活细胞内进行，故又称胞内进行，故又称细胞呼吸细胞呼吸。4 4生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 糖原糖原 甘油三甘油三酯 蛋白蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙乙酰CoA 电子子传递 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程2H 2H TAC TAC 5 5生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 体内氧化体内氧化 体外氧化体外氧化（1 1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子（2 2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。和能量相同。和能量相同。和能量相同。1、相同点、相同点二二.生物氧化的特点生物氧化的特点6 6生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 2、不同点、不同点 体内氧化体内氧化体内氧化体内氧化 体外氧化体外氧化体外氧化体外氧化（1 1）反应条件：）反应条件：）反应条件：）反应条件：温和温和温和温和 剧烈剧烈剧烈剧烈（2 2）反应过程：）反应过程：）反应过程：）反应过程：分步反应分步反应分步反应分步反应 一步反应一步反应一步反应一步反应 能量逐步释放能量逐步释放能量逐步释放能量逐步释放 能量突然释放能量突然释放能量突然释放能量突然释放（3 3）产物生成：）产物生成：）产物生成：）产物生成：间接生成间接生成间接生成间接生成 直接生成直接生成直接生成直接生成（4 4）能量形式：）能量形式：）能量形式：）能量形式：热能、热能、热能、热能、ATP ATP 热能、光能热能、光能热能、光能热能、光能7 7生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 Section 1 The Oxidation System of Producing ATP 第一节第一节 生成生成ATPATP的氧化磷酸化体系的氧化磷酸化体系 8 8生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 电子如电子如 何传递？何传递？水如何生成水如何生成？9 9生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 呼吸链的种类及排列顺序呼吸链的种类及排列顺序呼吸链的部位、概念及本质呼吸链的部位、概念及本质呼吸链的组成及特点呼吸链的组成及特点呼呼 吸吸 链链一一 氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还原组分氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还原组分1010生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 真核生物生物氧化发生的场所真核生物生物氧化发生的场所线粒体线粒体原核生物生物氧化发生的场所原核生物生物氧化发生的场所细胞质膜细胞质膜部部 位位1111生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 基基 本本 概概 念念呼呼 吸吸 链链 营营养养物物质质代代谢谢脱脱下下的的成成对对氢氢原原子子（2H2H）以以还还原原当当量量形形式式存存在在，再再通通过过多多种种酶酶和和辅辅酶酶催催化化的的氧氧化化还还原原连连锁锁反反应应逐逐步步传传递递，最最终终与与氧氧结结合合生生成成水水，逐逐步步释释放放的的能能量量可可驱驱动动ATPATP生生成成。这这包包含含多多种种氧氧化化还还原原组组分分的的传传递递链链称称为为氧氧化化呼呼吸吸链链(oxidative(oxidative respiratory respiratory chain)chain)又又称称电电子子传传递递链链(electron(electron transfer chain)transfer chain)。1212生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 基基 本本 概概 念念递氢体递氢体递电子体递电子体呼吸链中参与传递呼吸链中参与传递H H的辅酶或辅基。的辅酶或辅基。呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基。呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基。本质本质：递氢体和电子传递体的本质是递氢体和电子传递体的本质是酶和辅酶酶和辅酶。（2H 2H 2H 2H+2e+2e）1313生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （一）（一）氧化呼吸链由氧化呼吸链由4 4种具有传递电子能力的复合体组成种具有传递电子能力的复合体组成呼吸链由一系列的呼吸链由一系列的氢传递体氢传递体和和电子传递电子传递体体组成。电子传递过程释放的能量驱动组成。电子传递过程释放的能量驱动H H+移移出线粒体内膜，出线粒体内膜，转变为转变为跨内膜跨内膜H H+梯度的能量，梯度的能量，再用于再用于ATPATP的生物合成。的生物合成。组组 成成1414生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 四种酶复合体：复合体四种酶复合体：复合体I I IVIV两个可灵活移动的成分：泛醌（两个可灵活移动的成分：泛醌（Q Q）和）和 细胞色素细胞色素C C 呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置1515生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 *泛泛醌 和和 Cyt c 不包含在上述四种复合体中。不包含在上述四种复合体中。人人线粒体呼吸粒体呼吸链复合体复合体复合体复合体酶名称名称复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 NADH-泛泛醌还原原酶琥珀酸琥珀酸-泛泛醌还原原酶泛泛醌-细胞色素胞色素 C还原原酶细胞色素胞色素 c氧化氧化酶辅基基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，啉，Fe-S 铁卟啉，啉，Cu 多多肽链数数394 1113 复合体复合体酶名称名称复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 NADH-泛泛醌还原原酶琥珀酸琥珀酸-泛泛醌还原原酶泛泛醌-细胞色素胞色素 C还原原酶细胞色素胞色素 c氧化氧化酶辅基基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉啉，Fe-S 铁卟啉，啉，Cu 多多肽链数数394 13 1616生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 复合体复合体又称又称NADH-NADH-泛泛醌还原原酶。复合体复合体电子子传递：NADHFMNFe-NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ S CoQ Fe-S CoQ 每每传递2 2个个电子可将子可将4 4个个H H+从内膜基从内膜基质侧泵到胞到胞浆侧，复合体复合体有有质子子泵功能功能。1 1、复合体、复合体作用是将作用是将NADH+HNADH+H+中的电子传中的电子传递给泛醌递给泛醌(ubiquinone)(ubiquinone)1717生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 1.NADH2.FMN3.Fe-S4.CoQ复合体复合体组组 成成 黄素蛋白，辅基为黄素蛋白，辅基为FMNFMN或或FADFAD;铁硫蛋白，辅基为铁硫蛋白，辅基为Fe-SFe-S。1818生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （1 1）NADNAD+和和NADPNADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+1919生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （2 2）尼克酰胺核苷酸的作用原理尼克酰胺核苷酸的作用原理+H H+e e+H H+H H+2 2H HH HH He eH H+H HNAD(P)+NAD(P)H+H+2H-2H双电子传递体双电子传递体2020生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 FMNFMN称称为为黄黄素素单单核核苷苷酸酸，是是黄黄素素蛋蛋白白(酶酶)的的辅辅基基，发发挥挥功功能能的的部部位位是是异异咯咯嗪嗪环环，氧氧化化还还原反应时不稳定中间产物是原反应时不稳定中间产物是FMNH FMNH。FMNH复合体成分1 FMN：递氢体2121生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 铁硫硫簇簇(Fe-S)是是铁硫硫蛋蛋白白(酶)中中辅基基，含含有有等量等量铁原子和硫原子，其中原子和硫原子，其中铁原子可原子可进行行Fe2+Fe3+e 反反应传递电子子。复合体复合体成分成分2 2 Fe-SFe-S：单电子传递体：单电子传递体 2222生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 铁硫硫蛋蛋白白中中辅基基铁硫硫中中心心(Fe-S)(Fe-S)含含有有等等量量铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中一一个个铁原原子子可可进行行FeFe2+2+FeFe3+3+e+e 反反应传递电子。属于子。属于单电子子传递体体。表示无机硫表示无机硫2323生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 泛醌泛醌（ubiquinone,Qubiquinone,Q）亦称辅酶亦称辅酶Q Q（Coenzyme Q,CoQCoenzyme Q,CoQ）人体中：人体中：CoQCoQ1010（1 1）结构）结构 1)1)含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物 2)2)脂溶性脂溶性 3)3)是电子传递体中唯一可是电子传递体中唯一可游离游离存在的电子载体（无蛋白存在的电子载体（无蛋白）2424生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （2 2 2 2）作用作用作用作用：电子和质子的传递体电子和质子的传递体 在各复合体间募集并穿梭传递还原在各复合体间募集并穿梭传递还原 当量和电子。在当量和电子。在电子传递和质子移动电子传递和质子移动 的偶联中起着核心作用。的偶联中起着核心作用。2525生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （3）泛醌的作用机理）泛醌的作用机理 2626生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 复合体复合体电子传递：电子传递：NADHFMNFe-SCoQFe-SCoQNADHFMNFe-SCoQFe-SCoQ MNADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-SQQH2MH2M4H4H+2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e代谢物代谢物代谢物代谢物2727生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 2.2.复合体复合体:琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶u 功能功能:将将电子从琥珀酸子从琥珀酸传递给泛泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFAD;Fe-S1;Fe-S2;Fe-S3 复合体复合体没有没有H+H+泵的功能。泵的功能。2828生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 递氢体递氢体递氢体递氢体（1 1）黄素核苷）黄素核苷酸的作用原理酸的作用原理2929生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 3030生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 琥珀酸琥珀酸 FADFADH H2 2 Fe-S CoQ Fe-S CoQ 电子传递电子传递 3131生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 3.3.复合体复合体:泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶 u 功能：将功能：将电子从泛子从泛醌传递给细胞色素胞色素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1b562、b566是吸收波长不同的两个细胞色是吸收波长不同的两个细胞色素，素，b562电位较高，又称电位较高，又称 bH ;b566 电位电位较低，又称较低，又称bL。细胞色素细胞色素b-c1b-c1复合体复合体3232生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 细胞色素体系（细胞色素体系（cytochrome,Cytcytochrome,Cyt）（1 1）CytCyt的本质的本质细胞色素细胞色素 =酶蛋白酶蛋白 +血红素血红素细胞色素是一类以细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。递的酶类。血红素中的铁原子可进行血红素中的铁原子可进行FeFe2+2+Fe Fe3+3+e+e反应传反应传递电子递电子,属属单电子传递体单电子传递体。（2 2）CytCyt的功能的功能3333生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （3 3）CytCyt的分类的分类3030多种多种a a类：类：a a、a a1 1、a a2 2、a a3 3 b b类：类：b b、b b1 17 7、P P450 450 c c类：类：c c、c c1 1、c c2 2、c c3 3 各种还原型细胞色素的主要光吸收峰各种还原型细胞色素的主要光吸收峰细胞色素胞色素波波长（nm）a a600600439439b b562562532532429429c c550550521521415415c c1 15545545245244184183434生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 3535生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 Cyt cCyt c是是呼吸呼吸链唯一水溶性球链唯一水溶性球状蛋白状蛋白，与线粒，与线粒体内膜外表面疏体内膜外表面疏松结合，不包含松结合，不包含在复合体中在复合体中,将获将获得的电子传递到得的电子传递到复合体复合体。3636生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 电子传递过程：电子传递过程：CoQHCoQH2 2(Cytb566 Cyt b562)Fe(Cytb566 Cyt b562)FeSCytc1 CytcSCytc1 Cytc Q Q循环循环复合体复合体每传递每传递2 2个电子向个电子向内膜胞浆侧释放内膜胞浆侧释放4 4个个H H+，复，复合体合体也有质子泵作用也有质子泵作用。4H4H+3737生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 4.4.复合体复合体:细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶u 功能：功能：将将电子从子从细胞色素胞色素c传递给氧氧 复合体复合体还原型原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成的活性部位将形成的活性部位将电子交子交给O2。3838生化生物氧化生化生物氧化功功 能能将电子从细胞色素将电子从细胞色素C C传递给氧，传递给氧，递电子体。递电子体。电子传递：电子传递：CytcCuACyt aCyt aCytcCuACyt aCyt a3 3CuBOCuBO2 23939生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 细细胞胞色色素素c c氧氧化化酶酶CuB-Cyta3CuB-Cyta3中中心心使使O O2 2还还原原成成水水的的过过程程，有有强强氧氧化化性性中中间间物物始始终终和和双双核核中中心心紧紧密密结结合，不会引起细胞损伤。合，不会引起细胞损伤。2H2H2H2H+2H2H2H2H2 2 2 2O O O O4040生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 (3)利用光谱变化确定各组分的氧化还原状态利用光谱变化确定各组分的氧化还原状态(1)测各组分氧化还原电位（测各组分氧化还原电位（E0）递增）递增 研究方法(2)呼吸链复合物重组呼吸链复合物重组(4)利用呼吸链抑制剂利用呼吸链抑制剂（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列顺序排列4141生化生物氧化生化生物氧化电子流动方向：电子流动方向：总是由总是由电负性较强电负性较强的氧化还原对的氧化还原对向向具有具有更强电正性更强电正性的氧化还原对流动。的氧化还原对流动。4242生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 1.NADH氧化呼吸氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22.琥珀酸氧化呼吸琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2两条重要的呼吸链成分的排列顺序两条重要的呼吸链成分的排列顺序4343生化生物氧化生化生物氧化NADHNADH FMNFMN(Fe-(Fe-S)S)CoQCoQCytb CytcCytb Cytc1 1CytcCytcCytaaCytaa3 3O O2 2琥珀酸琥珀酸 FADFAD(Fe-(Fe-S)S)NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链*呼吸链传递顺序呼吸链传递顺序4444生化生物氧化生化生物氧化细胞色素的传递方向细胞色素的传递方向 笔洗一洗笔洗一洗AA散散 b、c1、c、aa3洗一洗洗一洗4545生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 两种呼吸链的比较两种呼吸链的比较相同相同:1.1.将将H H传递给传递给O O2 2生成水；生成水；2.H2.H和和O O2 2消耗，其它可反复使用；消耗，其它可反复使用；3.CoQ3.CoQ是两种呼吸链的汇合点。是两种呼吸链的汇合点。不同点不同点:NADHNADH呼吸链呼吸链 琥珀酸呼吸链琥珀酸呼吸链 普遍程度普遍程度 较普遍较普遍 次要次要起始物起始物 NADH FADHNADH FADH2 2ATP ATP 2.5 1.5 2.5 1.54646生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 ATPATP是是如何生如何生成？成？4747生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化*定定义氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指在呼吸是指在呼吸链电子子传递过程中偶程中偶联ADP磷酸磷酸化，生成化，生成ATP，又称，又称为偶偶联磷酸化磷酸化。底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化 (substrate level phosphorylation)直直接接将将代代谢分分子子中中的的能能量量转移移至至ADP（或或GDP），生生成成ATP（或或GTP）的的过程。程。4848生化生物氧化生化生物氧化琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP+CoA+GTP 琥珀酰琥珀酰CoA+HCoA+H3 3POPO4 4+GDP+GDP琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶*底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：糖酵解途径中（糖酵解途径中（2个）个）三羧酸循环中（三羧酸循环中（1个）个）1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶4949生化生物氧化生化生物氧化概念概念:每消耗每消耗1mol 1mol 氧原子氧原子，所消耗的，所消耗的无机磷摩尔数无机磷摩尔数一对电子通过呼吸链一对电子通过呼吸链P/O比值：一对电子通过呼吸链时生成比值：一对电子通过呼吸链时生成ATP的个数的个数 1个个氧原子氧原子2e+O 2e+O O O2 2-ADP+Pi ADP+Pi ATPATP无机磷个数无机磷个数生成生成ATP的个数的个数1.1.根据根据P/OP/O比值比值推测生成推测生成ATPATP的偶联部位的偶联部位（一）氧化磷酸化偶（一）氧化磷酸化偶联部位部位是在复合体是在复合体、P/O比值比值=ATP数数5050生化生物氧化生化生物氧化目目 录录v 利用利用利用利用P/OP/O比比比比值值推推推推测测氧化磷酸化偶氧化磷酸化偶氧化磷酸化偶氧化磷酸化偶联联部位部位部位部位：羟丁酸：羟丁酸：P/O 2.5 2e从从NADH到到O2 生成生成2.5个个ATP琥珀酸：琥珀酸：P/O 1.5 2e从琥珀酸到从琥珀酸到O2 2 生成生成1.5个个ATP 因此，因此，NADHQ 存在偶联部位。存在偶联部位。抗坏血酸抗坏血酸：P/O 1 2e从从Cytc到到O2生成生成1个个ATP 因此，因此，Cytaa3 3O2 2 存在偶联部位。存在偶联部位。Q Cyt c 存在偶联部位存在偶联部位。5151生化生物氧化生化生物氧化目目 录录生化生物氧化生化生物氧化5252线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的P/OP/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链的的组成成P/OP/O比比值可可能能生生成成的的ATPATP 数数-羟丁丁酸酸NADNAD+复复合合体体CoQCoQ 复复合合体体2.52.5 2.5 2.5CytCyt c c复复合合体体O O2 2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQCoQ 复复合合体体1.5 1.51.5 1.5CytCyt c c复复合合体体O O2 2抗抗坏坏血血酸酸CytCyt c c复复合合体体O O2 20.88 0.88 1 1细胞胞色色素素c(Fec(Fe2+2+)复复合合体体O O2 20.610.61-0.68 10.68 1目目 录录标准自由能：标准自由能：G=-nFE2.根据根据自由能变化自由能变化推测偶联部位推测偶联部位合成合成1molATP时，需提供的能量至少为时，需提供的能量至少为G0=-30.5kJ/mol。电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化 5353生化生物氧化生化生物氧化ATPATP ATP 氧化磷酸化偶氧化磷酸化偶联部位部位结论结论5454生化生物氧化生化生物氧化目目 录录（二）（二）氧化磷酸化的偶氧化磷酸化的偶联机理机理1.化学渗透假化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子子经呼呼吸吸链传递时，可可将将质子子（H+）从从线粒粒体体内内膜膜的的基基质侧泵到到内内膜膜胞胞浆侧，产生生膜膜内内外外质子子电化化学学梯梯度度储存存能能量量。当当质子子顺浓度度梯梯度度回回流流时，其其能能量量驱动ADP与与Pi生成生成ATP。了解了解5555生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 因提出氧因提出氧化磷酸化偶化磷酸化偶联机制：化联机制：化学渗透学说学渗透学说而在而在19781978年年获诺贝尔化获诺贝尔化学奖的学奖的Peter Peter D MitchellD Mitchell5656生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 氧化磷酸化依氧化磷酸化依赖于完整封于完整封闭的的线粒体内膜；粒体内膜；线粒体内膜粒体内膜对H H+、OHOH、K K、ClCl离子是不通透的；离子是不通透的；电子子传递链可可驱动质子移出子移出线粒体，形成可粒体，形成可测定定的跨内膜的跨内膜电化学梯度；化学梯度；增加增加线粒体内膜外粒体内膜外侧酸性可酸性可导致致ATPATP合成，而合成，而线粒体内膜加入使粒体内膜加入使质子通子通过物物质可减少内膜可减少内膜质子梯子梯度，度，结果果电子子虽可以可以传递，但，但ATPATP生成减少。生成减少。n化学渗透假说已经得到广泛的实验支持化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。5757生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 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电子子传递给氧氧释出的能量推出的能量推动质子子泵将将H+泵至内膜胞液至内膜胞液侧，形成，形成化学梯度（化学梯度（势能）能）当当H+顺梯度回到基梯度回到基质面面时，释出的能量使出的能量使ADP 磷酸化磷酸化为ATP5858生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 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 4H+2H+4H+胞液胞液侧 基基质侧+-电子传递过程电子传递过程复合体复合体(4H(4H+)、(4 H(4 H+)和和(2H(2H+)有质子泵功能有质子泵功能。5959生化生物氧化生化生物氧化1.ATP合合酶ATP合酶结构模式图合酶结构模式图催催化化亚亚基基（三）质子顺梯度回流释放能量被（三）质子顺梯度回流释放能量被ATPATP合酶利用合酶利用催化催化ATPATP合成合成 F F1:1:亲水部分亲水部分组成组成：3 33 3,OSCP,OSCP,IF IF1 1亚基亚基功能功能：催化催化ATPATP生成生成。F F0:0:疏水部分疏水部分组成组成：a,ba,b2 2,c,c912912亚基亚基功能功能：构成质子通道，将构成质子通道，将 质子梯度产生的能质子梯度产生的能 量导向量导向F1F1。6060生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 nATPATP合酶组成可旋转的发动机样结构合酶组成可旋转的发动机样结构 F0F0的的2 2个个b b亚基的一端基的一端锚定定F1F1的的亚基，另一端通基，另一端通过和和3333稳固固结合，使合，使a a、b b2 2和和3 33 3、亚基基组成成稳定的定的定子部分。定子部分。部分部分和和亚基共同形成穿基共同形成穿过3 33 3间中中轴，还与与1 1个个亚基疏松基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的合作用，下端与嵌入内膜的c c亚基基环紧密密结合。合。c c亚基基环、和和亚基基组成成转子子部分部分。质子子顺梯度向基梯度向基质回流回流时，转子部分相子部分相对定子部定子部分旋分旋转，使，使ATPATP合合酶利用利用释放的能量合成放的能量合成ATPATP。6161生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 6262生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 柄部柄部:存有其他存有其他存有其他存有其他亚基，其中一个称为亚基，其中一个称为亚基，其中一个称为亚基，其中一个称为寡霉素敏感蛋白寡霉素敏感蛋白寡霉素敏感蛋白寡霉素敏感蛋白（OSCP)OSCP)OSCP)OSCP)，在寡霉素，在寡霉素，在寡霉素，在寡霉素存在时使存在时使存在时使存在时使ATPATPATPATP合酶不合酶不合酶不合酶不能合成能合成能合成能合成ATPATPATPATP。6363生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 当当H+顺浓度度递度度经F0中中a亚基基和和c亚基基之之间回回流流时，亚基基发生旋生旋转，3个个亚基的构象基的构象发生改生改变。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制（2）ATP合成合成的结合变构机制的结合变构机制(binding change mechanism)L结合结合ADP和和Pi；T合成合成ATP；O释放释放ATP。6464生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响（一）有（一）有3 3类氧化磷酸化抑制剂类氧化磷酸化抑制剂1 1、呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂复合体复合体抑制抑制剂：鱼藤藤酮(rotenone)、粉蝶霉素、粉蝶霉素A(piericidin A)及异戊巴比妥及异戊巴比妥(amobarbital)等等阻断阻断传递电子到泛子到泛醌。复合体复合体的抑制的抑制剂：萎：萎锈灵灵(carboxin)。6565生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 复复合合体体抑抑制制剂：抗抗霉霉素素A(antimycin A)阻阻断断Cyt bH传递电子子到到泛泛醌(QN)；粘粘噻唑菌菌醇醇则作作用用QP位点位点。复复合合体体 抑抑制制剂：CN、N3紧密密结合合中中氧氧化化型型Cyt a3，阻阻断断电子子由由Cyt a到到CuB-Cyt a3间传递。CO与与还原型原型Cyt a3结合，合，阻断阻断电子子传递给O2。作用作用：阻断电子传递：阻断电子传递6666生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2鱼藤藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A二二巯基丙醇基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S 各种呼吸各种呼吸链抑制抑制剂的阻断位点的阻断位点6767生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 6868生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 H膜内外电化学梯度膜内外电化学梯度电子传递使电子传递使H跨膜转移跨膜转移H经经ATP合酶的合酶的F0 0 单元回流单元回流ATP合成合成H经从其它途径回流经从其它途径回流能量以热能散失，不能合成能量以热能散失，不能合成ATP呼吸链正常呼吸链正常呼吸链正常呼吸链正常2 2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度作用：作用：使氧化过程与磷酸化过程脱节使氧化过程与磷酸化过程脱节举例：举例：2 2，4-4-二硝基苯酚、二硝基苯酚、解偶联蛋白。解偶联蛋白。解偶联蛋白。解偶联蛋白。6969生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 解偶解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）粒体）F F0 0 F F1 1 Cyt cQ胞液胞液侧 基基质侧 解偶解偶联 蛋白蛋白热能能 HH+HH+ADP+Pi ATP 硬肿症硬肿症7070生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 可阻止质子可阻止质子从从F0F0质子通质子通道回流，抑道回流，抑制制ATPATP生成。生成。作用：作用：抑制电子传递及氧化磷酸化过程抑制电子传递及氧化磷酸化过程 举例：举例：寡霉素寡霉素3、ATP合酶抑制剂合酶抑制剂7171生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 不同底物和抑制不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响粒体氧耗的影响 7272生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 电子传递链及氧化电子传递链及氧化磷酸化系统概貌磷酸化系统概貌HH+跨膜跨膜质子子电化学梯度；化学梯度；H H+m m内膜内膜基基质侧H H+；H H+c c 内膜内膜胞液胞液侧H H+7373生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 化学渗透示意化学渗透示意图及各种抑制及各种抑制剂对电子子传递链的影响的影响7474生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 7575生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 ADP/ATP：抑制氧化磷酸化，抑制氧化磷酸化，ATP生成生成ADP/ATP：促促进氧化磷酸化，氧化磷酸化，ATP生成生成H2O+NAD+NADH+H+O212ADP+PiATP氧化磷酸化氧化磷酸化（二）（二）ADP ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。7676生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 ATPATP分解分解 产热量产热量ATPATP合成合成 耗氧量耗氧量（三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时（三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加。增加。Na+，K+ATP酶和解偶和解偶联蛋白基因表达均增加。蛋白基因表达均增加。（四）线粒体四）线粒体DNADNA突变可影响机体氧化磷酸化功突变可影响机体氧化磷酸化功能。能。7777生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 四、四、ATPATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用n高能磷酸高能磷酸:水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21kJ/mol21kJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P P。n高能磷酸化合物高能磷酸化合物:含有高能磷酸键的化合物。含有高能磷酸键的化合物。ATPATP 1 1 1 1、ATPATPATPATP分子中的高能磷酸基的来源分子中的高能磷酸基的来源分子中的高能磷酸基的来源分子中的高能磷酸基的来源 （1 1 1 1）氧化磷酸化：主要来源氧化磷酸化：主要来源氧化磷酸化：主要来源氧化磷酸化：主要来源 （2 2 2 2）底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化 7878生化生物氧化生化生物氧化化合物化合物E0kJ/mol(kcal/mol)磷酸磷酸烯醇式丙醇式丙酮酸酸61.9(14.8)氨基甲氨基甲酰磷酸磷酸51.4(12.3)1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸49.3(11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙乙酰辅酶A31.5(7.5)ADP AMPPi27.6(6.6)焦磷酸焦磷酸27.6(6.6)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖20.9(5.0)一些重要有机磷酸化合物水解一些重要有机磷酸化合物水解释放的放的标准自由能准自由能 7979生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDP ADP+UTPATP+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP+CDP ADP+CTPATP+GDP ADP+GTPATP+GDP ADP+GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP+ADP ATP+AMPADP+ADP ATP+AMP2.2.2.2.多磷酸核苷间的能量转移多磷酸核苷间的能量转移8080生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 n肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。8181生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 3.ATP3.ATP的生的生 成和利用成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P P PP 机械能机械能(肌肉收肌肉收缩)渗透能渗透能(物物质主主动转运运)化学能化学能(合成代合成代谢)电能能(生物生物电)热能能(维持体温持体温)生物体内能量的生物体内能量的储存和存和利用都以利用都以ATP为中心。中心。8282生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 线粒体外线粒体外NADHNADH2 2的氧化的氧化1.-1.-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭2.2.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（二）两种穿梭系统的比较（二）两种穿梭系统的比较五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运（一）胞浆中（一）胞浆中NADHNADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链8383生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 1.-1.-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（1 1 1 1）特点：）特点：）特点：）特点：n n线粒体内外的线粒体内外的线粒体内外的线粒体内外的-磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶的辅酶不同的辅酶不同的辅酶不同的辅酶不同 胞液胞液胞液胞液-NADNADNADNAD+线粒体线粒体线粒体线粒体-FADFADFADFADn nFADHFADHFADHFADH2 2 2 2经琥珀酸氧化呼吸链经琥珀酸氧化呼吸链经琥珀酸氧化呼吸链经琥珀酸氧化呼吸链 1.5ATP1.5ATP1.5ATP1.5ATPn n主要存在于主要存在于主要存在于主要存在于骨骼肌骨骼肌骨骼肌骨骼肌、脑脑脑脑 8484生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体粒体 内膜内膜 线粒体粒体 外膜外膜膜膜间隙隙 线粒体粒体基基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二磷酸二羟丙丙酮 -磷酸甘油磷酸甘油 （2 2）过程）过程 8585生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 第六章第六章 生物氧化生物氧化 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-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸 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 （2 2 2 2）过程）过程）过程）过程8787生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 AH2 A2HRCOOH CO2+RHE代代谢物物氧化氧化产物物2H-磷酸甘磷酸甘油穿梭油穿梭苹果酸穿梭苹果酸穿梭 +O212H2O 能量能量ADP+H3PO4ATP+H2O氧氧化化磷磷酸酸化化胞液胞液线粒体粒体呼吸呼吸链8888生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （二）两种穿梭系（二）两种穿梭系统的比的比较-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭穿梭穿梭物物质-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二磷酸二羟丙丙酮苹果酸、苹果酸、谷氨酸谷氨酸天冬天冬aa、-酮戊二酸戊二酸进入入线粒粒体后体后转变成的物成的物质FADH2NADH+H+进入入呼吸呼吸链 琥珀酸琥珀酸氧化呼吸氧化呼吸链NADH氧化呼吸氧化呼吸链生成生成ATP数数1.52.5存在存在组织骨骼肌、骨骼肌、神神经组织肝肝脏和心肌和心肌组织相同点相同点将胞将胞浆中中NADH的的还原当量原当量转运到运到线粒体内粒体内8989生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 （二）（二）ATP-ADPATP-ADP转位酶促进转位酶促进ADPADP进入和进入和ATPATP移出紧密偶联移出紧密偶联9090生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 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盐磷酸盐转运蛋白转运蛋白 ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-（二）（二）ATP-ADPATP-ADP转位酶促进转位酶促进ADPADP进入和进入和ATPATP移出紧密偶联移出紧密偶联9191生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 第二节第二节 其他不生成其他不生成ATP的氧化体系的氧化体系The Others Oxidative Enzyme Systems without ATP Producing9292生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能的功能n反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen(reactive oxygen species,ROS)species,ROS)O O2 2e e-OO-2 2e e-+2H+2H+H H2 2O O2 2e e-+H H+OHOHH H2 2O Oe e-+H+H+H H2 2O O反反应活性氧活性氧类9393生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 nROSROS主主要来源要来源线粒体：粒体：超氧阴离子超氧阴离子OO-2-2，是体内，是体内OO-2-2的主要的主要来源；来源；OO-2-2在在线粒体中再生成粒体中再生成H H2 2O O2 2和和OHOH。过氧化氧化酶体：体：FADFAD将从脂肪酸等底物将从脂肪酸等底物获得的得的电子子交交给O O2 2生成生成H H2 2O O2 2和和羟自由基自由基OHOH。胞胞浆需氧脱需氧脱氢酶（如黄（如黄嘌呤氧化呤氧化酶等）也可催等）也可催化生成化生成OO-2-2。细菌感染、菌感染、组织缺氧等病理缺氧等病理过程，程，环境、境、药物物等等外源因素外源因素也可也可导致致细胞胞产生活性氧生活性氧类。9494生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 需氧脱需氧脱氢酶和氧化和氧化酶9595生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 n抗氧化酶体系抗氧化酶体系1 1、过氧化氢酶、过氧化氢酶(catalase)(catalase)又称触又称触酶，其，其辅基含基含4个血个血红素素2H2O2 2H2O+O2 过氧化氧化氢酶 9696生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 可去除可去除细胞生胞生长和代和代谢产生的生的H H2 2O O2 2和和过氧化物氧化物(R-O-OH)(R-O-OH)，是体内防止活性氧，是体内防止活性氧类损伤主要的主要的酶。2 2、谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase(glutathione peroxidase，GPx)GPx)H H2 2O O2 2+2GSH 2 H+2GSH 2 H2 2O+GS-SGO+GS-SG2GSH+R-O-OH GS-SG+H2GSH+R-O-OH GS-SG+H2 2O+R-OHO+R-OH9797生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物酶氧化物酶 H H2 2O O2 2(ROOH)ROOH)H H2 2O O(ROH+H(ROH+H2 2O)O)2G 2G SH SH G GS SS S G G NADPNADP+NADPH+HNADPH+H+此此类酶可保可保护生物膜及血生物膜及血红蛋白免遭蛋白免遭损伤。谷胱甘谷胱甘肽还原原酶 含硒的谷胱甘含硒的谷胱甘肽过氧化物氧化物酶 9898生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 3、超氧化物歧化酶、超氧化物歧化酶2O2O2 2+2H+2H+SODSODH H2 2O O2 2+O+O2 2 H H2 2O O+O O2 2 过氧化氧化氢酶SODSOD：超氧化物歧化：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)(superoxide dismutase)9999生化生物氧化生化生物氧化第六章第六章 生物氧化生物氧化 二、微粒体细胞色素二、微粒体细胞色素P450P450单加氧酶催化单加氧酶催化底物分子羟基化底物分子羟基化RH+NADPH+HRH+NADPH+H+O+O2 2 ROH+NADPROH+NADP+H+H2 2O O 上述反上述反应需要需要细胞色素胞色素P450(Cyt P450)P450(Cyt P450)参参与。与。n细胞色素细胞色素P450P450单加氧酶单加氧酶(cytochrome P450(cytochrome P450 monooxygenase)monooxygenase)，又称混合功能氧化酶，又称混合功能氧化酶(mixed-(mixed-function oxidase)function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)(hydroxylase)100100生化生物氧化生化生物氧化细胞色素细胞色素P450P450单加氧酶作用机制单加氧酶作用机制101101生化生物氧化生化生物氧化