生物化学课件

二、能量的守恒与转化二、能量的守恒与转化一、能量的性质一、能量的性质四、最重要的高能化合物四、最重要的高能化合物ATP五、关于生物化学中能量变化的五、关于生物化学中能量变化的 一些规定一些规定三、热力学第二定律与熵三、热力学第二定律与熵返回返回一、能量的性质一、能量的性质 能量在一定状态的物质中体现，其绝对值难于能量在一定状态的物质中体现，其绝对值难于测定。当物质的状态确定后，能量也就确定。测定。当物质的状态确定后，能量也就确定。能量的两种形式：能量的两种形式：热：热：由于温差而产生的能量传递方式，常伴由于温差而产生的能量传递方式，常伴随着质点的无序运动。随着质点的无序运动。功：功：体系与环境间的另外一种能量交换方式。体系与环境间的另外一种能量交换方式。任何一种功都伴随着体系质点的有序运动。任何一种功都伴随着体系质点的有序运动。返回二、能量的守恒与转化二、能量的守恒与转化1 1、内能与焓、内能与焓2、热力学第一定律、热力学第一定律:U=Q-W内能（内能（U U）：体系内部质点能量总和。）：体系内部质点能量总和。焓（焓（H H）：体系的内能与该体系压力、体）：体系的内能与该体系压力、体积的乘积之和。积的乘积之和。其中：其中：U：体系内能的变化，：体系内能的变化，Q：体系吸收的热量：体系吸收的热量 W：体系对外做功。：体系对外做功。H=QP 恒压过程吸收的热量在数值上等于体系的焓恒压过程吸收的热量在数值上等于体系的焓变。生物体是恒温、恒压环境，变。生物体是恒温、恒压环境，UH，合称能量的，合称能量的变化。变化。返回U=QV 恒容过程吸收的热量在数值上等于内能的变化。恒容过程吸收的热量在数值上等于内能的变化。三、热力学第二定律与熵 熵（熵（S S）：表示体系能量分散程度的状）：表示体系能量分散程度的状态函数称为熵。态函数称为熵。热力学第二定律：自发过程是体系与环热力学第二定律：自发过程是体系与环境总熵增加的过程。境总熵增加的过程。S=Q/TQ/T=S体系体系+S环境环境O返回 自由能:自由能变化自由能变化(GG）:G=H-TSG=H-TS A B A B G=G G=GB B-G GA A自由能（自由能（G G）:指在一个体系的总能量中，在恒温指在一个体系的总能量中，在恒温 恒压条件下能够做功的那一部分能量。恒压条件下能够做功的那一部分能量。GG是衡量过程自发性的标准：是衡量过程自发性的标准：G 0G0G 0，吸能，过程不可自发进行，须供给能量才能进行；，吸能，过程不可自发进行，须供给能量才能进行；G=0,G=0,过程处平衡状态。过程处平衡状态。化学反应中自由能的变化及其意义:化学反应化学反应:aA+bB cC+dD1)当反应处平衡状态时，当反应处平衡状态时，G=0 则：则：无论各个无论各个G数值大小如何，该链式反应可以数值大小如何，该链式反应可以自发进行。自发进行。2)当当 AB C D 若：若：G=GAB+GBC+GCD0四、最重要的高能化合物四、最重要的高能化合物 ATP ATP1 1、ATPATP的分子结构特点的分子结构特点返回（2 2）ATP ATP 水解产物具有更大的共振稳定性，水解产物具有更大的共振稳定性，其其水解产物水解产物 ADPADP3-3-和和 Pi Pi 的某些电子的能量的某些电子的能量水平远远小于水平远远小于ATPATP。（3 3）H H+的低浓度导致的低浓度导致 ATP ATP4-4-向分解方向进行。向分解方向进行。（4 4）酸酐键溶剂化所需能量小于磷脂键。）酸酐键溶剂化所需能量小于磷脂键。总的来说：总的来说：反应物的不稳定性和产物的稳定性或反应物反应物的不稳定性和产物的稳定性或反应物内的静电斥力和产物的共振稳定使内的静电斥力和产物的共振稳定使ATP 水解释放水解释放大量能量。大量能量。2、ATPATP水解释放大量自由能，其主要原因是：水解释放大量自由能，其主要原因是：ATPATP分子内存在相反共振现象分子内存在相反共振现象.由于在相邻的两由于在相邻的两个磷原子之间夹着一个氧原子，氧原子上存在有未个磷原子之间夹着一个氧原子，氧原子上存在有未共用电子对，而磷原子因共用电子对，而磷原子因P=OP=O和和P-O-P-O-间的诱电子效间的诱电子效应带有部分正电荷，于是在两个相邻的磷原子之间应带有部分正电荷，于是在两个相邻的磷原子之间存在竞争氧原子上的未共用电子的现象，这种作用存在竞争氧原子上的未共用电子的现象，这种作用的结果会影响的结果会影响ATPATP分子的结构稳定性。分子的结构稳定性。（1 1）ATPATP分子结构存在不稳定因素：分子结构存在不稳定因素：ATPATP分子内有分子内有4 4个负电荷（个负电荷（ATPATP4-4-），），产生静电产生静电斥力，促使斥力，促使ATPATP水解成水解成ADPADP3-3-，而减弱斥力。，而减弱斥力。ATPATP是生物体通用的能量货币。是生物体通用的能量货币。ATP ATP是磷酸基团转移反应的中间载体。是磷酸基团转移反应的中间载体。ATPATP在传在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，但不是能量的贮存者。带者和转运者，但不是能量的贮存者。3 3、ATPATP在能量转化中的作用在能量转化中的作用 ATP ADP AMPPiPiG0=7.3Kcal/molG0=7.3Kcal/mol ATP ATP是磷酸基团转移反应的中间载体是磷酸基团转移反应的中间载体:v 磷酸基团往往从磷酸基团转移磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高势能高的物质向的物质向势势能能 低低的物质转移。的物质转移。v 磷酸基团转移势能在磷酸基团转移势能在数值上数值上等于其等于其水解反应的水解反应的G G0 0。磷酸基团转移势能磷酸基团转移势能（kcal/mol)246810121416ATPPEP1，3-二磷酸二磷酸-甘油酸甘油酸6-P-葡萄糖葡萄糖3-P-甘油甘油 ATP ATP断裂形成断裂形成AMPAMP和焦磷酸的作用和焦磷酸的作用:GG0 01 1=-7.7(Kcal/mol)=-32.19(KJ/mol)=-7.7(Kcal/mol)=-32.19(KJ/mol)GG0 02 2 =-6.9(Kcal/mol)=-28.842(KJ/mol)=-6.9(Kcal/mol)=-28.842(KJ/mol)GG0 0 =GG0 01 1 +GG0 02 2 =-61.028=-61.028 KJ/molKJ/mol ATP+RCOOH+CoA-SH AMP+PPi+RCO-S-CoAATP+RCOOH+CoA-SH AMP+PPi+RCO-S-CoA GG0 0=0.2(Kcal/mol)=0.2(Kcal/mol)=0.836(KJ/mol)0.836(KJ/mol)n ATP+HATP+H2 2O AMP+O AMP+PPiPPin PPiPPi+H+H2 2O 2PiO 2Pi 意义：意义：萤火虫发光物质的形成由萤火虫发光物质的形成由ATPATP降解为降解为AMP+PPiAMP+PPi来提供腺苷酸；为一些接近平衡的反应提供驱动力：来提供腺苷酸；为一些接近平衡的反应提供驱动力：4 4、能荷、能荷v ATPATP是生命活动中能量的主要直接供体，因此是生命活动中能量的主要直接供体，因此ATPATP不断产生又不断消耗，不断产生又不断消耗，ATPATP、ADPADP和和AMPAMP的转换率非的转换率非常高。但常高。但它它们们在机体内总能保持相应的平衡状态，在机体内总能保持相应的平衡状态，以适应细胞对能量的需求以适应细胞对能量的需求。例如：一个静卧的人例如：一个静卧的人2424小时内消耗约小时内消耗约4040公斤公斤ATPATP。v 细胞所处的能量状态用细胞所处的能量状态用ATPATP、ADP ADP和和AMPAMP之间的关之间的关系式来表示，称为系式来表示，称为能荷能荷，公式如下：，公式如下：ATP+1/2ADPATP+1/2ADPATP+ADP+AMPATP+ADP+AMP腺苷酸库腺苷酸库能荷能荷=v能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATPATP全部转变为全部转变为AMPAMP时能荷值为时能荷值为0 0，当，当AMPAMP全部转变为全部转变为ATPATP时，能荷值为时，能荷值为1 1。v高能荷抑制高能荷抑制ATPATP的生成，促进的生成，促进ATPATP的的利用，即促进机利用，即促进机体内的合成代谢。体内的合成代谢。v大多数细胞的能荷处于大多数细胞的能荷处于0.8-0.950.8-0.95之间。进一步说明之间。进一步说明细胞内细胞内ATPATP的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。（同位素实验）（同位素实验）五、关于生物化学中的能量变化的一些规定五、关于生物化学中的能量变化的一些规定1、任何情况下，在一个稀释的水溶液中，当有水存、任何情况下，在一个稀释的水溶液中，当有水存在时在时，水的活度规定为，水的活度规定为1.0。2、生物化学所说的标准状态定义为、生物化学所说的标准状态定义为0.1MPa，25 ，PH7.0。标准状态下的自由能变化以。标准状态下的自由能变化以Go表示。表示。3、Go用于生物化学能量学，假定每个反应物和用于生物化学能量学，假定每个反应物和产物能够解离的标准状态是它的未解离形式与解离产物能够解离的标准状态是它的未解离形式与解离学说的混合物状态，两种混合物存在的条件正是学说的混合物状态，两种混合物存在的条件正是PH7.0的环境。的环境。4、Go的单位为焦耳或千焦耳每摩尔。的单位为焦耳或千焦耳每摩尔。返回8-18-1、生物能学的基本概念、生物能学的基本概念8-28-2、线粒体氧化体系（生物氧化、线粒体氧化体系（生物氧化 的三大类产物的生成途径）的三大类产物的生成途径）目的要求目的要求 1.了解能量的基本性质；内能、焓、熵、自由能的概了解能量的基本性质；内能、焓、熵、自由能的概念；自由能的变化与化学反应的关系；念；自由能的变化与化学反应的关系；ATP的结构特点的结构特点及其对物质代谢的重要意义。及其对物质代谢的重要意义。2.了解生物氧化的概念；生物氧化的种类；生物氧化中了解生物氧化的概念；生物氧化的种类；生物氧化中物质氧化的方式。物质氧化的方式。3.掌握生物氧化产物二氧化碳生成方式；呼吸链的概掌握生物氧化产物二氧化碳生成方式；呼吸链的概念及其组成；氧化磷酸化的概念及念及其组成；氧化磷酸化的概念及ATP的生成途径；磷的生成途径；磷 氧比的概念及两类呼吸链的磷氧比。氧比的概念及两类呼吸链的磷氧比。目的要求目的要求4.了解氧化磷酸化的偶联机制：化学渗透学说；了解呼了解氧化磷酸化的偶联机制：化学渗透学说；了解呼 吸吸作作用用的的控控制制；各各种种抑抑制制剂剂对对氧氧化化磷磷酸酸化化的的抑抑制制机机理；理；了解偶联剂的作用机理。了解偶联剂的作用机理。5.了了解解线线粒粒体体外外NADH2的的氧氧化化途途径径；会会计计算算常常见见的的底底物物 氧化产生的氧化产生的ATP数。数。功能：功能：为生命活动提供能源与碳源为生命活动提供能源与碳源实质：实质：生物细胞利用氧气对细胞内的有机物质生物细胞利用氧气对细胞内的有机物质 （糖、脂肪和蛋白质）进行氧化分解产生（糖、脂肪和蛋白质）进行氧化分解产生 CO CO2 2和和H H2 2O O并释放出能量的过程。生物氧并释放出能量的过程。生物氧 化通常需要消耗氧，所以又称为细胞呼化通常需要消耗氧，所以又称为细胞呼 吸、组织呼吸或内呼吸。吸、组织呼吸或内呼吸。生物氧化概述生物氧化概述概念：概念：有机物在生物体内的氧化作用称为生物有机物在生物体内的氧化作用称为生物 氧化。氧化。返回返回 1.反应由酶催化，反应条件温和；反应由酶催化，反应条件温和；2.反应分步进行，顺序性反应分步进行，顺序性 3.能量逐步放出，且放出的能量以化学能的方式储存于能量逐步放出，且放出的能量以化学能的方式储存于 ATP中，能量利用率高。中，能量利用率高。特点：特点：生物氧化的种类：生物氧化的种类：1、根据有无氧的参与，分、根据有无氧的参与，分有氧氧化：有有氧氧化：有O2参与，产物为参与，产物为CO2、H2O,底物氧化底物氧化 完全，产能多完全，产能多无氧氧化：无无氧氧化：无O2参与，产物为乙醇、乳酸等参与，产物为乙醇、乳酸等,底物氧底物氧 化化 不完全，产能少不完全，产能少2、根据发生场所，分、根据发生场所，分线粒体氧化体系：与线粒体氧化体系：与ATP的生成有关，产能的氧的生成有关，产能的氧 化作用，线粒体内发生（原核化作用，线粒体内发生（原核 生物在质膜上发生）。生物在质膜上发生）。微粒体氧化体系：与微粒体氧化体系：与ATP的生成无关，光滑内的生成无关，光滑内 质网上发生，机体对非营养质网上发生，机体对非营养 物质发生的生物转化，与机物质发生的生物转化，与机 体排毒及排出异物有关。体排毒及排出异物有关。生物氧化物质的氧化方式生物氧化物质的氧化方式生物氧化遵循氧化还原的基本原理常见的有：生物氧化遵循氧化还原的基本原理常见的有：1、脱电子反应、脱电子反应：如：如 Fe2+Fe3+e 而电子不能单独存在于生物体内，有物质失去电而电子不能单独存在于生物体内，有物质失去电子，就有物质得到电子：子，就有物质得到电子：A2+B2+B3+A3+其中：其中：A为电子供体，为电子供体，B为电子受体。为电子受体。2、脱氢反应：最主要的生物氧化方式、脱氢反应：最主要的生物氧化方式如：如：TCA 3:异异 柠檬酸柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸NAD+NADH+H+FADFADH2琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TCA7:TCA9:EMP6:苹果酸苹果酸1、3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+PiNAD+NADH+H+3、加氧反应、加氧反应：O212+OH一、生物氧化中CO2生成的方式二、呼吸链四、线粒体外 NADHNADH2 2 的氧化三、氧化磷酸化：ATP的生成途径主要内容返回返回线粒体是生物氧化的发生场所线粒体是生物氧化的发生场所一一、生物氧化中生物氧化中COCO2 2生成的方式生成的方式基本方式：基本方式：底物脱羧脱羧基作用底物脱羧脱羧基作用-脱羧脱羧 （羧基位置）（羧基位置）-脱羧脱羧分类分类:单纯脱羧单纯脱羧 （不伴随脱氢）（不伴随脱氢）氧化脱羧氧化脱羧 （伴随脱氢）（伴随脱氢）返回 1 1、-单纯脱羧单纯脱羧 COOHC=OCH2COOH2 2、-单纯脱羧单纯脱羧COOHC=O +CO2 CH3 O CH3 C H+CO2 O CH3 C COOH（二）氧化脱羧（二）氧化脱羧1 1、-氧化脱羧氧化脱羧2 2、-氧化脱羧氧化脱羧 O CH3CCOOH+CoASH +NAD+O CH3C SCoA +NADH+H+CO2COOHC=O +CO2+NADPH+H+CH3COOHC=O +NADP+CH2COOH二、呼吸链二、呼吸链1.1.呼吸链的呼吸链的种类种类2.2.呼吸链的呼吸链的组成组成3.3.呼吸链中传递体的呼吸链中传递体的排列顺序排列顺序定义定义:分布于线粒体内膜，由递氢体和递电子体按分布于线粒体内膜，由递氢体和递电子体按一定顺序排列构成的氧化还原体系，与细胞一定顺序排列构成的氧化还原体系，与细胞利用氧的呼吸过程有关，通常称为利用氧的呼吸过程有关，通常称为呼吸链，呼吸链，又称电子传递链。又称电子传递链。(NADH(NADH 呼吸链和呼吸链和 FADH FADH2 2 呼吸链呼吸链)返回返回1.呼吸链的种类呼吸链的种类返回呼吸链的电子传递过程呼吸链的电子传递过程2.2.呼吸链的组成呼吸链的组成(1)(1)以以NADNAD+或或NADPNADP+为辅酶的脱氢酶为辅酶的脱氢酶(2)NADH-Q(2)NADH-Q还原酶还原酶(3)(3)铁硫蛋白铁硫蛋白(4)(4)辅酶辅酶Q Q(5)(5)细胞色素还原酶细胞色素还原酶(6)(6)细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶(7)(7)琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶复合物还原酶复合物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体电子传递体组成。组成。返回(1)(1)以以NADNAD+或或NADPNADP+为辅酶的脱氢酶为辅酶的脱氢酶NADNAD+和和NADPNADP+的结构的结构NADNAD+：R=HR=HNADPNADP+：R=POR=PO3 32-2-(尼克酰胺核苷酸类尼克酰胺核苷酸类)功能：功能：将底物上的氢将底物上的氢 激活并脱下。激活并脱下。辅酶：辅酶：NADNAD+或或NADPNADP+OR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+2H2HH HH He eH H+H HNAD(P)+NAD(P)H+H+2H+2H-2H-2H(2)NADH-Q(2)NADH-Q还原酶（复合物还原酶（复合物）v NADH-QNADH-Q还原酶是一个大的蛋白质复合体，还原酶是一个大的蛋白质复合体，FMNFMN和铁和铁-硫聚簇（硫聚簇（Fe-SFe-S）是该酶的辅基，辅酶是该酶的辅基，辅酶Q Q是该酶是该酶的辅酶，由辅基或辅酶负责传递电子和氢。的辅酶，由辅基或辅酶负责传递电子和氢。v 以以 FMN FMN 或或 FAD FAD 为辅基的蛋白质统称黄素蛋白为辅基的蛋白质统称黄素蛋白。v FMNFMN通过氧化还原变化可接收通过氧化还原变化可接收NADH+H+NADH+H+的氢以及的氢以及电子。电子。FMN FMN FMNHFMNH2 2 NADH-Q NADH-Q 还原酶还原酶先与先与 NADH NADH 结合并将结合并将NADH NADH 上的两个氢转移到上的两个氢转移到 FMN FMN 辅基辅基上，上，电子经电子经铁硫蛋白的铁硫中心铁硫蛋白的铁硫中心传递给传递给辅酶辅酶Q Q。NADH+H NADH+H+FMN FMNH+FMN FMNH2 2+NAD+NAD+铁硫蛋白复合物铁硫蛋白复合物CoQCoQe ee e辅酶辅酶FMN传递电子的过程：传递电子的过程：复合物复合物的结构与电子传递过程的结构与电子传递过程NADH-QNADH-Q还原酶各辅基（辅酶）的氧化还原循环还原酶各辅基（辅酶）的氧化还原循环：MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2H+2H+NADH-Q还原酶还原酶泵到线粒体内膜外侧泵到线粒体内膜外侧v 铁硫聚簇（铁硫聚簇（Fe-SFe-S中心）主要以中心）主要以v(Fe-0S)(2Fe-2S)Fe-0S)(2Fe-2S)或或 v(4(4Fe-4S)Fe-4S)形式存在，铁硫聚簇形式存在，铁硫聚簇v 与蛋白质结合称为与蛋白质结合称为铁硫蛋白。铁硫蛋白。(3)(3)铁硫蛋白铁硫蛋白v 铁硫聚簇通过铁硫聚簇通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+变化，将氢从变化，将氢从FMNHFMNH2 2上脱下传给上脱下传给CoQCoQ，同时起传递电子的作用，每次传同时起传递电子的作用，每次传递一个电子递一个电子.Cys Cys S S S S S S Cys Cys FeFe3+3+FeFe3+3+Cys Cys S S S S S S CysCys Cys Cys S S S S S S Cys Cys FeFe3+3+FeFe2+2+Cys Cys S S S S S S CysCys +e-(4)(4)辅酶辅酶Q Q（泛醌、亦简称（泛醌、亦简称Q Q。是许多酶的辅酶。是许多酶的辅酶)如：如：NADH-QNADH-Q还原酶、还原酶、琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶、脂酰还原酶、脂酰-CoA-CoA脱氢酶等脱氢酶等 是脂溶性醌类化合物，而是脂溶性醌类化合物，而且分子较小，可在线粒体内膜且分子较小，可在线粒体内膜的磷脂双分子层的疏水区自由的磷脂双分子层的疏水区自由扩散。扩散。功能基团是苯醌功能基团是苯醌,通过醌通过醌/酚的互变传递氢，酚的互变传递氢，Q(Q(醌型结醌型结构构)很容易接受很容易接受2 2个电子和个电子和2 2个个质子，还原成质子，还原成QHQH2 2（还原型）；还原型）；QHQH2 2也容易给出也容易给出2 2个电子和个电子和2 2个个质子，重新氧化成质子，重新氧化成Q Q。因此，因此，它在线粒体呼吸链中作为电子它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。和质子的传递体。(5)(5)细胞色素还原酶细胞色素还原酶（细胞色素细胞色素bcbc1 1复合体、复合体复合体、复合体）n 含有两种细胞色素（细胞色素含有两种细胞色素（细胞色素b b、细胞色细胞色素素c c1 1）和一铁硫蛋白（和一铁硫蛋白（2 2Fe-2SFe-2S）。）。n 细胞色素细胞色素bcbc1 1复合体的作用是将电子从复合体的作用是将电子从QHQH2 2转移到细胞色素转移到细胞色素c c：QH2 cyt.b Fe-S cyt.c1 cyt.ccytbc1细胞色素细胞色素（cytochrome,cyt）v 是以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白质（有是以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白质（有颜色），高等动物线粒体呼吸链中主要含有颜色），高等动物线粒体呼吸链中主要含有5 5种种细胞色素细胞色素a a、a a3 3、b b、c c、c c1 1等，细胞色素等，细胞色素b,cb,c1 1,c,c的辅基都是铁的辅基都是铁-原朴啉原朴啉，细胞色素，细胞色素a a、a a3 3的辅基为血红素的辅基为血红素A A。v 细胞色素主要是通过辅基中细胞色素主要是通过辅基中FeFe3+3+Fe Fe2+2+的的互变起传递电子的作用。一个细胞色素每次传递互变起传递电子的作用。一个细胞色素每次传递一个电子。一个电子。细胞色素中细胞色素中的血红素的血红素QH2将电子传给将电子传给cytbc1细胞色素细胞色素bc1复合物（复合物复合物（复合物）（6 6）细胞色素）细胞色素c c 在复合体在复合体III和和之间传递电子。之间传递电子。（细（细胞色素胞色素c c 交互地与细胞色素还原酶的交互地与细胞色素还原酶的C C1 1和细胞色素氧化酶接触）和细胞色素氧化酶接触）是唯一能溶于水的细胞色素是唯一能溶于水的细胞色素(7)(7)细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶（复合体（复合体、细胞色素、细胞色素c c氧化酶）氧化酶）v 由由 cytcyt.a.a和和a a3 3 组成。复组成。复合物中除了含有铁卟啉外，合物中除了含有铁卟啉外，还含有还含有2 2个铜原子（个铜原子（CuACuA，CuBCuB）。）。CytaCyta与与CuACuA相配合，相配合，cytacyta3 3与与CuBCuB相配合，当电相配合，当电子传递时，细胞色素的子传递时，细胞色素的FeFe3+3+FeFe2+2+间循环，同时间循环，同时CuCu2+2+Cu Cu+间循环，将电子从间循环，将电子从cytccytc直直接传递给接传递给O O2 2。也叫末端氧化酶。也叫末端氧化酶。The three critical subunits of cytochrome oxidase(complex IV)2CuACuBHame a Hame a3 The electron path in complex IV(7)(7)琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶（复合体还原酶（复合体）v 琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分，琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分，其辅基包括其辅基包括FADFAD和和Fe-SFe-S聚簇。聚簇。v 琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其辅基索酸，同时其辅基FADFAD还原为还原为FADHFADH2 2，然后然后FADHFADH2 2又将电子传递给又将电子传递给Fe-SFe-S聚簇。聚簇。v 最后电子由最后电子由Fe-SFe-S聚簇传递给琥珀酸聚簇传递给琥珀酸-Q Q还原酶的辅酶还原酶的辅酶CoQCoQ。3.3.呼吸链中传递体的排列顺序：呼吸链中传递体的排列顺序：(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返回（1 1）呼吸链中电子传递方向是从）呼吸链中电子传递方向是从E E00值小向大的方值小向大的方向传递向传递 E E00越小，越易失去电子，处于呼吸链的前面，越小，越易失去电子，处于呼吸链的前面，反之，反之，E E00越大，越易得到电子，处于呼吸链的后越大，越易得到电子，处于呼吸链的后面。面。当电子从当电子从E E0 0 值小的物质传到值小的物质传到E E00值大的物质值大的物质时，伴随着自由能的降低，即有热量放出时，伴随着自由能的降低，即有热量放出:GG00=nFnFEE00 =nFnF （E E00受体受体 E E0 0 供体供体）其中：其中：n n 是转移的电子数，是转移的电子数，F F 是法拉第常数。是法拉第常数。返回返回（2 2）呼吸链复合物重组）呼吸链复合物重组 NADH FMN（Fe-S）CoQ Cytb、c1 Cytc Cytaa3 O2 （Fe-S）（Cu2+）FAD（Fe-S）琥珀酸琥珀酸The functional complexes have been separated and characterizedThe functional complexes have been separated and characterized（3 3）用分光光度法测得各个传递体发生吸收）用分光光度法测得各个传递体发生吸收光谱的变化光谱的变化 完整的线粒体当电子传递体处于完整的线粒体当电子传递体处于氧化态氧化态时，时，悬浮液浑浊，光吸收不能直接测出；但当之处于悬浮液浑浊，光吸收不能直接测出；但当之处于还原态还原态时，即可以氧化态为对照测出。游离的线时，即可以氧化态为对照测出。游离的线粒体在有氧下进行电子传递时，粒体在有氧下进行电子传递时，NADHNADH一端还原性一端还原性最强，而靠近氧一端电子传递体几乎处于氧化态，最强，而靠近氧一端电子传递体几乎处于氧化态，由此判断由此判断电子的流向电子的流向。当向完全处于还原状态的。当向完全处于还原状态的电子传递体中加入氧时，电子传递体中加入氧时，最先被氧化的是细胞色最先被氧化的是细胞色素素aaaa3 3,其次其次cytC,cytCcytC,cytC1 1,cytb,cytb,最后是最后是NADHNADH。（4 4）电子传递抑制剂：凡能够切断呼吸链中某一部）电子传递抑制剂：凡能够切断呼吸链中某一部位电子流的物质，称为位电子流的物质，称为呼吸链电子传递抑制剂呼吸链电子传递抑制剂。有：有：鱼藤酮、安密妥：抑制电子从鱼藤酮、安密妥：抑制电子从NADHNADH到辅酶到辅酶Q Q的传递的传递 ；抗霉素抗霉素A A：抑制细胞色素：抑制细胞色素b b到到c c1 1之间的电子传递之间的电子传递;氰化物、叠氮化物、一氧化碳：抑制电子从细胞色氰化物、叠氮化物、一氧化碳：抑制电子从细胞色素素aa3aa3到氧的传递。到氧的传递。返回三、氧化磷酸化作用与三、氧化磷酸化作用与ATPATP的生成的生成 1 1、氧化磷酸化的概念、氧化磷酸化的概念2 2、氧化磷酸化方式、氧化磷酸化方式(即即ATPATP的生成方式）的生成方式）3 3、氧化磷酸化的作用机制、氧化磷酸化的作用机制5.5.呼吸链的加强呼吸链的加强、抑制和解偶联抑制和解偶联4 4、磷氧比值、磷氧比值返回返回1 1、氧化磷酸化的概念：氧化磷酸化的概念：生物体内物质氧化产生生物体内物质氧化产生能量与能量与 ADP ADP劫获能量进行磷酸化产生劫获能量进行磷酸化产生ATPATP的过程的过程相偶联的作用称为氧化磷酸化作用。相偶联的作用称为氧化磷酸化作用。2 2、氧化磷酸化方式氧化磷酸化方式(即即ATPATP的生成方式）的生成方式）1)1)电子传递体磷酸化电子传递体磷酸化2)2)底物水平磷酸化底物水平磷酸化返回(1)(1)电子传递体系的氧化磷酸化电子传递体系的氧化磷酸化(也称氧化磷酸化也称氧化磷酸化)定义：定义：呼吸链电子传递过程中释放的能量，在呼吸链电子传递过程中释放的能量，在ATPATP合酶的催化下，使合酶的催化下，使ADPADP磷酸化成磷酸化成ATPATP的过程，由于代的过程，由于代谢物的氧化反应与谢物的氧化反应与ADPADP的磷酸化反应偶联进行，故称的磷酸化反应偶联进行，故称为为氧化磷酸化氧化磷酸化。呼呼吸吸链链AH2 2H(2H+2e)A能能ADP+PiATPO212氧化氧化磷酸化磷酸化偶偶联联H2O AH2 A2HRCOOH CO2+RHE代谢物代谢物 氧化产物氧化产物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呼吸链呼吸链线粒体线粒体胞液胞液（2 2）底物水平磷酸化）底物水平磷酸化 定义：定义：由底物分子因脱氢或脱水而使分子内部由底物分子因脱氢或脱水而使分子内部能量分配产生的能量分配产生的高能磷酸键（或高能硫酯键），高能磷酸键（或高能硫酯键），在激酶作用下将高能键上的键能在激酶作用下将高能键上的键能直接转移给直接转移给ADPADP（或（或 GDP GDP）而生成）而生成 ATPATP（或（或 GTPGTP）的反应，）的反应，称为底物水平磷酸化。称为底物水平磷酸化。例如例如:糖酵解过程糖酵解过程 每次底物磷酸化产生一个每次底物磷酸化产生一个ATPATP糖酵解过程的底物磷酸化糖酵解过程的底物磷酸化:磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸这是糖酵解这是糖酵解中第一次中第一次底物水平底物水平磷酸化反应磷酸化反应ADPATP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 (1,3-DPG)OPO 3 2-糖酵解过程的底物磷酸化糖酵解过程的底物磷酸化:ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶(MgMg2+2+,K,K+)磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸糖酵解中第二次底物糖酵解中第二次底物水平磷酸化反应水平磷酸化反应3 3、氧化磷酸化的作用机制、氧化磷酸化的作用机制化学渗透假说化学渗透假说H+H+eOADP+PiATP内外膜间隙内外膜间隙内膜内膜线粒体基质线粒体基质电子传递给氧释出的能量推动质子泵电子传递给氧释出的能量推动质子泵 H H+被泵至线粒体内外膜间隙，在内膜两侧形成被泵至线粒体内外膜间隙，在内膜两侧形成 化学梯度（势能）化学梯度（势能）当当H H+顺梯度回到基质面时，释出的能量使顺梯度回到基质面时，释出的能量使ADPADP磷酸化为磷酸化为ATPATP返回 3.氧化磷酸化偶联机制：氧化磷酸化偶联机制：化学渗透学说化学渗透学说 质子驱动力质子驱动力ATP转移酶：转移转移酶：转移ATP至胞浆至胞浆 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 Mitchell4 4、磷氧比值、磷氧比值:P/OP/O值：值：是指某物质氧化时每消耗是指某物质氧化时每消耗1mol1mol氧所消耗氧所消耗 无机磷的无机磷的molmol数。数。实质：实质：每消耗每消耗1mol1mol原子原子氧所产生的氧所产生的ATPATP的的molmol数。数。两类呼吸链的磷氧比（真核细胞）：两类呼吸链的磷氧比（真核细胞）：NADH NADH呼吸链：呼吸链：2.52.5 FADH FADH2 2呼吸链：呼吸链：1.51.5返回离体线粒体实验中测得一些底物的离体线粒体实验中测得一些底物的P/OP/O值值-羟丁酸羟丁酸 NADNAD+FMNCoQCytOFMNCoQCytO2 2 2.42.8 2.52.5琥珀酸琥珀酸 FADCoQCytOFADCoQCytO2 2 1.7 1.51.5抗坏血酸抗坏血酸 CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2 0.88 1 1Cytc(FeCytc(Fe2+2+)CytaaCytaa3 3OO2 2 0.610.68 1 1底物底物呼吸链的组成呼吸链的组成 生成生成ATPATP数数 P/OP/O值值 ATP ATP生成的结构基础生成的结构基础:ATPATP合酶合酶（三联体、三分子体、（三联体、三分子体、F F0 0F F1 1复合体）复合体）头部头部柄部柄部基底部基底部F F1 1：具具ATPATP合成酶活性，合成酶活性，3 33 3F F0 0：质子通道，镶嵌于线粒体内膜质子通道，镶嵌于线粒体内膜abab2 2c cn nThe ATP synthase comprises a proton channel(Fo)and a ATPase(F1)FO的十个亚基的十个亚基F1的的-亚基亚基5.5.呼吸链的加强呼吸链的加强、抑制和解偶联抑制和解偶联(1)ADP(1)ADP与与ATPATP的调节作用的调节作用ADP/ATPADP/ATP：抑制氧化磷酸化，抑制氧化磷酸化，ATPATP生成生成ADP/ATPADP/ATP：促进氧化磷酸化，促进氧化磷酸化，ATPATP生成生成H2O+NAD+NADH+H+O212ADP+PiATP氧化磷酸化氧化磷酸化返回(2)(2)氧化磷酸化抑制剂的作用氧化磷酸化抑制剂的作用 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂琥珀酸琥珀酸FAFANAD+FMN CoQ b c1 c aa3 O2丙二酸丙二酸鱼藤酮鱼藤酮阿米妥阿米妥抗霉素抗霉素A AH2SCOCN作用作用：阻断电子传递：阻断电子传递D D磷酸化抑制剂磷酸化抑制剂作用：作用：抑制氧化磷酸化过程抑制氧化磷酸化过程举例：举例：寡霉素寡霉素解偶联剂解偶联剂:能够使氧化过程与磷酸化过程脱节的物质称解能够使氧化过程与磷酸化过程脱节的物质称解偶联剂，它对电子传递没有抑制作用，但能抑制偶联剂，它对电子传递没有抑制作用，但能抑制ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的过程的过程。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、三氟甲氧苯腙羰基氰化物二硝基苯酚、三氟甲氧苯腙羰基氰化物三氟甲氧基苯三氟甲氧基苯腙羰基氰化物腙羰基氰化物ADPADP对线粒体呼吸的调节作用对线粒体呼吸的调节作用ADPADPDNP寡寡霉霉素素底物氧氧浓浓度度返回四、线粒体外四、线粒体外NADHNADH2 2的氧化的氧化（一）（一）-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（二）苹果酸（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（三）两种穿梭系统的比较（三）两种穿梭系统的比较返回返回NAD+NADH+H+-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮FADH2FAD胞液胞液线粒体线粒体内膜内膜胞液中胞液中-磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶(辅酶为辅酶为NADNAD+)CoQ b c1 c aa3 O2线粒体内线粒体内-磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶(辅基为辅基为FADFAD)某些肌肉、神经组织某些肌肉、神经组织（一）（一）-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭返回返回存在部位存在部位：肝脏、心肌组织：肝脏、心肌组织内膜内膜谷氨谷氨酸酸-酮酮戊二酸戊二酸草酰草酰乙酸乙酸天冬天冬氨酸氨酸苹果酸苹果酸NAD+NADH+H+呼吸链呼吸链苹果酸苹果酸谷氨谷氨酸酸草酰草酰乙酸乙酸NAD+NADH+H+-酮酮戊二酸戊二酸天冬天冬氨酸氨酸胞液胞液线粒体线粒体苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 天冬氨酸氨基转移酶天冬氨酸氨基转移酶（二）苹果酸（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭返回返回（三）两种穿梭系统的比较（三）两种穿梭系统的比较-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物质穿梭物质-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 苹果酸、苹果酸、谷氨酸谷氨酸天冬氨酸、天冬氨酸、-酮戊二酸酮戊二酸进入线粒进入线粒体后转变体后转变成的物质成的物质FADHFADH2 2NADH+HNADH+H+进入呼吸链进入呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链NADH NADH 氧化呼吸链氧化呼吸链生成生成ATPATP数数2.52.5存在组织存在组织某些肌肉、神经组织某些肌肉、神经组织肝脏和心肌组织肝脏和心肌组织相同点相同点将胞浆中将胞浆中NADHNADH的还原当量转送到线粒体内的还原当量转送到线粒体内1.51.5返回返回(Biological oxidation)此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！