陈代谢总论和生物氧化课件

第八章第八章 新陈代谢总论和新陈代谢总论和生物氧化生物氧化动态生物化学之一动态生物化学之一8.0 概论概论1 1、新陈代谢（新陈代谢（新陈代谢（新陈代谢（metabolismmetabolism）的概念）的概念）的概念）的概念:新陈代谢是生物与外界环境进行新陈代谢是生物与外界环境进行新陈代谢是生物与外界环境进行新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换物质交换物质交换物质交换与与与与能量能量能量能量交换交换交换交换的全过程。它包括生物体内所发生的一切合成（同的全过程。它包括生物体内所发生的一切合成（同的全过程。它包括生物体内所发生的一切合成（同的全过程。它包括生物体内所发生的一切合成（同化作用，耗能）和分解（异化作用，放能）作用。化作用，耗能）和分解（异化作用，放能）作用。化作用，耗能）和分解（异化作用，放能）作用。化作用，耗能）和分解（异化作用，放能）作用。2、新陈新陈代谢代谢分类分类 指生物体从外界摄取物质，并指生物体从外界摄取物质，并 把它们转变成自身物质的过程。把它们转变成自身物质的过程。通常是将生物小分子合成为通常是将生物小分子合成为 生物大分子。生物大分子。指生物体内原有的物质经一系指生物体内原有的物质经一系 列变化最终变成排泄物排出体列变化最终变成排泄物排出体 外的过程外的过程 通常将生物大分子分解为生通常将生物大分子分解为生 物小分子。物小分子。合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）放出能量放出能量。需要能量。需要能量。对立统一的关系对立统一的关系对立统一的关系对立统一的关系n n合成代谢与分解代谢相互联系、相互依存、相互合成代谢与分解代谢相互联系、相互依存、相互合成代谢与分解代谢相互联系、相互依存、相互合成代谢与分解代谢相互联系、相互依存、相互制约。制约。制约。制约。n n能量代谢的放能与吸收同样是相互联系、相互依能量代谢的放能与吸收同样是相互联系、相互依能量代谢的放能与吸收同样是相互联系、相互依能量代谢的放能与吸收同样是相互联系、相互依存、相互制约的。存、相互制约的。存、相互制约的。存、相互制约的。3 3、新陈代谢过程的特点、新陈代谢过程的特点、新陈代谢过程的特点、新陈代谢过程的特点n n绝大多数代谢反应的条件比较温和，由酶所催化。绝大多数代谢反应的条件比较温和，由酶所催化。绝大多数代谢反应的条件比较温和，由酶所催化。绝大多数代谢反应的条件比较温和，由酶所催化。n n反应相互配合，彼此协调，有严格的顺序性。反应相互配合，彼此协调，有严格的顺序性。反应相互配合，彼此协调，有严格的顺序性。反应相互配合，彼此协调，有严格的顺序性。n n生物体对内外环境有高度的适应性和灵敏的自动生物体对内外环境有高度的适应性和灵敏的自动生物体对内外环境有高度的适应性和灵敏的自动生物体对内外环境有高度的适应性和灵敏的自动调节。调节。调节。调节。n n反应途径一般都有严格的细胞定位，即代谢途径反应途径一般都有严格的细胞定位，即代谢途径反应途径一般都有严格的细胞定位，即代谢途径反应途径一般都有严格的细胞定位，即代谢途径局限于细胞的特定区域。局限于细胞的特定区域。局限于细胞的特定区域。局限于细胞的特定区域。“中间代谢中间代谢中间代谢中间代谢”n n指物质在细胞中的合成和分解过程，不涉及营养物质的指物质在细胞中的合成和分解过程，不涉及营养物质的指物质在细胞中的合成和分解过程，不涉及营养物质的指物质在细胞中的合成和分解过程，不涉及营养物质的消化吸收与代谢产物的排泄。消化吸收与代谢产物的排泄。消化吸收与代谢产物的排泄。消化吸收与代谢产物的排泄。4、新陈代谢过程、新陈代谢过程 营养物质的消化吸收、中间代谢、代谢产物营养物质的消化吸收、中间代谢、代谢产物的排泄等阶段的排泄等阶段8.1 新陈代谢总论新陈代谢总论1.1.活体内与活体外实验活体内与活体外实验活体内与活体外实验活体内与活体外实验（1 1）in vivoin vivo（体内实验）（体内实验）（体内实验）（体内实验）在正常生理条件在正常生理条件在正常生理条件在正常生理条件 下，在神经、体液等调节机制下下，在神经、体液等调节机制下下，在神经、体液等调节机制下下，在神经、体液等调节机制下的整体代谢情况。的整体代谢情况。的整体代谢情况。的整体代谢情况。提出了提出了提出了提出了-氧化假说氧化假说氧化假说氧化假说1904年年 Knoop (CH2)nCOOHCOOH，CH2COOH狗狗一、新陈代谢的研究方法一、新陈代谢的研究方法（2 2）“in vitroin vitro”活体外实验活体外实验活体外实验活体外实验n n 组织切片法组织切片法组织切片法组织切片法 n n 组织匀浆法组织匀浆法组织匀浆法组织匀浆法 n n 组织抽提液组织抽提液组织抽提液组织抽提液 实例：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化（生物氧化）实例：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化（生物氧化）实例：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化（生物氧化）实例：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化（生物氧化）2.2.同位素示踪法同位素示踪法同位素示踪法同位素示踪法同位素，质子数相同，而中子数不同（质量数不同）同位素，质子数相同，而中子数不同（质量数不同）同位素，质子数相同，而中子数不同（质量数不同）同位素，质子数相同，而中子数不同（质量数不同）。分类：稳定性同位素、放射性同位素。分类：稳定性同位素、放射性同位素。分类：稳定性同位素、放射性同位素。分类：稳定性同位素、放射性同位素。3 3H H，1414C C，3232P P，3535S S，125125I I（12.112.1年）（年）（年）（年）（55685568年）（年）（年）（年）（1414天）（天）（天）（天）（8787天）（天）（天）（天）（6060天）天）天）天）3 3.代谢途径阻断等方法代谢途径阻断等方法代谢途径阻断等方法代谢途径阻断等方法 用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，以推测代谢情况。以推测代谢情况。以推测代谢情况。以推测代谢情况。利用患代谢障碍病的病人或动物进行代谢研究 A B C D E F排出体外排出体外停止停止4.突变体研究法突变体研究法基因突变基因突变酶的缺失酶的缺失相应产物的缺失或酶作用底物的堆积相应产物的缺失或酶作用底物的堆积鉴别代谢途径的酶及中间代谢物鉴别代谢途径的酶及中间代谢物二、生物体内能量代谢的基本规律二、生物体内能量代谢的基本规律1、能量代谢：指伴随着生物体内的物质代谢、能量代谢：指伴随着生物体内的物质代谢而发生的一系列能量转变。而发生的一系列能量转变。n n遵循热力学定律（第一和第二定律）遵循热力学定律（第一和第二定律）n n G HT S GG：（实际）自由能变化；：（实际）自由能变化；：（实际）自由能变化；：（实际）自由能变化；HH总总总总热能变化；热能变化；热能变化；热能变化；T T S S总体熵变化。总体熵变化。总体熵变化。总体熵变化。n n当当当当 G0G0G0时，在补充自由能时可以进行（吸能）时，在补充自由能时可以进行（吸能）时，在补充自由能时可以进行（吸能）时，在补充自由能时可以进行（吸能）n n GG0 0时，体系处于平衡状态。时，体系处于平衡状态。时，体系处于平衡状态。时，体系处于平衡状态。三、高能化合物与三、高能化合物与ATP作用作用1 1、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物（高能磷酸化合物（高能磷酸化合物（高能磷酸化合物（高能磷酸化合物（P P）、硫酯型高能化合物、）、硫酯型高能化合物、）、硫酯型高能化合物、）、硫酯型高能化合物、甲硫型高能化合物）。甲硫型高能化合物）。甲硫型高能化合物）。甲硫型高能化合物）。n n高能磷酸化合物：磷氧型高能磷酸化合物：磷氧型高能磷酸化合物：磷氧型高能磷酸化合物：磷氧型+磷氮型磷氮型磷氮型磷氮型n np205p205（表（表（表（表8-18-1）Fig.2.Thetwo-dimensionalstickmodeloftheadenosinephosphatefamilyofmolecules,showingtheatomandbondarrangement.n n根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型：分成以下几种类型：分成以下几种类型：分成以下几种类型：磷氧键型磷氧键型磷氧键型磷氧键型（-O-P)-O-P)-O-P)-O-P)a)酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸10.1千卡/摩尔11.8千卡/摩尔16氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸17b)b)焦磷酸化合物焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）焦磷酸焦磷酸7.3千卡/摩尔18c)c)烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔19氮磷键型氮磷键型磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。20硫酯键型硫酯键型3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酰基辅酶A21甲硫键型甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸222 2、ATPATP的作用的作用的作用的作用n nATPATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂是生物细胞内能量代谢的偶联剂是生物细胞内能量代谢的偶联剂是生物细胞内能量代谢的偶联剂。n n其他核苷三磷酸也可以供能：如其他核苷三磷酸也可以供能：如其他核苷三磷酸也可以供能：如其他核苷三磷酸也可以供能：如UTPUTP（多糖）、（多糖）、（多糖）、（多糖）、CTPCTP（磷脂）、（磷脂）、（磷脂）、（磷脂）、GTPGTP（蛋白质）。（蛋白质）。（蛋白质）。（蛋白质）。n nATPATP是能量的携带者或传递者，但不是严格的能量是能量的携带者或传递者，但不是严格的能量是能量的携带者或传递者，但不是严格的能量是能量的携带者或传递者，但不是严格的能量贮存者。往往以贮存者。往往以贮存者。往往以贮存者。往往以肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸形式贮存。形式贮存。形式贮存。形式贮存。ATP水解成为水解成为ADP可释放可释放30.51KJ/mol的自由能的自由能能量源自能量源自能源物质能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质）（糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解的分解分分 解解 代代 谢谢氧氧 化化产产 能能产产 能能ADP机械能机械能（运动）（运动）化学能化学能（合成反应）（合成反应）渗透能渗透能（分泌、吸收）（分泌、吸收）电能电能（生物电）（生物电）热能热能（体温维持）（体温维持）光能光能（生物发光）（生物发光）UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能合成，供能ATPATP能量利用形式：能量利用形式：ATP可以把分解代谢的放能反应可以把分解代谢的放能反应与合成代谢的吸能反应偶联在一起，利用与合成代谢的吸能反应偶联在一起，利用ATP水解释水解释放的自由能可以驱动各种需能的生命活动放的自由能可以驱动各种需能的生命活动。4.肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式 ATP是能量的携带者或传递者，但严格地说不是能量的贮是能量的携带者或传递者，但严格地说不是能量的贮存者。肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式，但不能直接被生物存者。肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式，但不能直接被生物体利用。体利用。ADPATPMg2+肌酸激酶肌酸激酶5.辅酶辅酶A的递能作用的递能作用辅酶辅酶A（CoA）作为酰基载体参与许多代谢过程，）作为酰基载体参与许多代谢过程，巯基为其功能集团；巯基为其功能集团；在酶促转乙酰基的反应中在酶促转乙酰基的反应中CoA起接受或提供酰基的起接受或提供酰基的作用。作用。乙酰基与乙酰基与CoA通过一个硫酯键结合为乙酰通过一个硫酯键结合为乙酰CoA，硫，硫酯键为高能键，水解时可释放酯键为高能键，水解时可释放31.38kJ/mol自由能；自由能；酯酰CoA趋同分解趋同分解分叉合成分叉合成循环途径循环途径乙酰乙酰CoA是代谢中起枢纽作用的重要物质是代谢中起枢纽作用的重要物质8.2 生物氧化生物氧化主要内容：主要内容：n n 生物氧化的概念生物氧化的概念 n n 呼吸链呼吸链 n n 氧化磷酸化氧化磷酸化 n n生物氧化（生物氧化（生物氧化（生物氧化（biological oxidationbiological oxidation）：指有机物质在：指有机物质在：指有机物质在：指有机物质在生物体内氧的作用下，生成生物体内氧的作用下，生成生物体内氧的作用下，生成生物体内氧的作用下，生成CO2CO2和水并释放能量的和水并释放能量的和水并释放能量的和水并释放能量的过程。过程。过程。过程。n n高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出COCO2 2，吸入氧用以氧化摄入体内的营养物质获得能量，故吸入氧用以氧化摄入体内的营养物质获得能量，故吸入氧用以氧化摄入体内的营养物质获得能量，故吸入氧用以氧化摄入体内的营养物质获得能量，故生物氧化也称为呼吸作用。生物氧化也称为呼吸作用。生物氧化也称为呼吸作用。生物氧化也称为呼吸作用。n n有氧呼吸、无氧呼吸有氧呼吸、无氧呼吸有氧呼吸、无氧呼吸有氧呼吸、无氧呼吸一、生物氧化的特点（与体外氧化的异同）：一、生物氧化的特点（与体外氧化的异同）：一、生物氧化的特点（与体外氧化的异同）：一、生物氧化的特点（与体外氧化的异同）：n n在细胞内进行，条件温和，有酶和许多中间传递体的参与。在细胞内进行，条件温和，有酶和许多中间传递体的参与。在细胞内进行，条件温和，有酶和许多中间传递体的参与。在细胞内进行，条件温和，有酶和许多中间传递体的参与。n n能量逐步释放，并以能量逐步释放，并以能量逐步释放，并以能量逐步释放，并以ATPATP形式捕获能量，总能量与体外氧化形式捕获能量，总能量与体外氧化形式捕获能量，总能量与体外氧化形式捕获能量，总能量与体外氧化相同。相同。相同。相同。n n生物氧化中生物氧化中生物氧化中生物氧化中CO2CO2的生成是有机酸脱羧生成的生成是有机酸脱羧生成的生成是有机酸脱羧生成的生成是有机酸脱羧生成n n水的生成是代谢产物脱下的氢经一系列的传递体与氧结合而水的生成是代谢产物脱下的氢经一系列的传递体与氧结合而水的生成是代谢产物脱下的氢经一系列的传递体与氧结合而水的生成是代谢产物脱下的氢经一系列的传递体与氧结合而生成的；生成的；生成的；生成的；n n有严格的细胞定位（真核生物在线粒体内进行，原核生物在有严格的细胞定位（真核生物在线粒体内进行，原核生物在有严格的细胞定位（真核生物在线粒体内进行，原核生物在有严格的细胞定位（真核生物在线粒体内进行，原核生物在细胞膜上进行）。细胞膜上进行）。细胞膜上进行）。细胞膜上进行）。生物氧化中生物氧化中生物氧化中生物氧化中COCO2 2的生成的生成的生成的生成n nCOCO2 2是由含羧基的有机化合物脱羧所致。是由含羧基的有机化合物脱羧所致。是由含羧基的有机化合物脱羧所致。是由含羧基的有机化合物脱羧所致。n n直接脱羧直接脱羧直接脱羧直接脱羧在脱羧酶的作用下，直接脱去一分子在脱羧酶的作用下，直接脱去一分子在脱羧酶的作用下，直接脱去一分子在脱羧酶的作用下，直接脱去一分子-COO-COO-。n n氧化脱羧氧化脱羧氧化脱羧氧化脱羧脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）反应脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）反应脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）反应脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）反应（直接脱羧）生物氧化中水的生成生物氧化中水的生成生物氧化中水的生成生物氧化中水的生成n nH2O2H+O2-n nH来自于底物的脱氢反应，并需要许多酶的参与，经过许多中间传递体，最后与O结合。n nO必须经过氧化酶激活。二、二、呼吸链的组成及电子传递顺序呼吸链的组成及电子传递顺序1 1、呼吸链的概念、呼吸链的概念、呼吸链的概念、呼吸链的概念代谢物上的代谢物上的代谢物上的代谢物上的H H原子被脱氢酶激活后原子被脱氢酶激活后原子被脱氢酶激活后原子被脱氢酶激活后经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分子，而生成水的全部体系称呼吸链。也称电分子，而生成水的全部体系称呼吸链。也称电分子，而生成水的全部体系称呼吸链。也称电分子，而生成水的全部体系称呼吸链。也称电子传递体系或电子传递链。子传递体系或电子传递链。子传递体系或电子传递链。子传递体系或电子传递链。NADH呼吸链和FADH2呼吸链FADH2 FeS FeS NADHFMNFeSCoQCytbFeSCytcFMNFeSCoQCytbFeSCytc1 1CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2NADH呼吸呼吸链FADH2呼吸呼吸链呼吸链的类型和电子传递顺序呼吸链的类型和电子传递顺序 两种类型（根据最初的受两种类型（根据最初的受H体不同）：体不同）：NADH（绝大多数）和（绝大多数）和FADH2NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等琥珀酸等复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 IIINADH脱脱氢酶辅酶Q-细胞胞色素色素还原原酶细胞色素胞色素C还原原酶琥珀酸琥珀酸-辅酶Q还原原酶呼吸呼吸呼吸呼吸链链的排列的排列的排列的排列顺顺序：各成分按序：各成分按序：各成分按序：各成分按低氧低氧低氧低氧还电还电位位位位高氧高氧高氧高氧还电还电位位位位ELECTRON CARRIERS AND REDOX POTENTIALELECTRON CARRIERS AND REDOX POTENTIAL2、呼吸链的组成、呼吸链的组成各各类电子子载体体NADHFMN；Fe-SCoQ（1）烟酰胺脱氢酶类（以）烟酰胺脱氢酶类（以NAD(P)为辅基）为辅基）在生物体的能量代谢中起重要作用在生物体的能量代谢中起重要作用 NADHNADHNADHNADH或或或或NADPHNADPHNADPHNADPH：还原型辅酶：还原型辅酶：还原型辅酶：还原型辅酶I I I I 它是由它是由它是由它是由NADNADNADNAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。接受多种代谢产物脱氢得到的产物。接受多种代谢产物脱氢得到的产物。接受多种代谢产物脱氢得到的产物。NADHNADHNADHNADH所携所携所携所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。（2）黄素脱氢酶类（以）黄素脱氢酶类（以FMN和和FAD为辅基）为辅基）反应分两步进行反应分两步进行（3）铁硫蛋白类（）铁硫蛋白类（Fe-S）4Fe-4Sn铁硫蛋白铁硫蛋白(简写为简写为Fe-S)Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHNADH Q Q还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。n 它主要以它主要以 (2Fe-2S)(2Fe-2S)或或 (4Fe-4S)(4Fe-4S)形式存在。形式存在。(2Fe-2S)(2Fe-2S)含有含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+变化起传递电子的作用变化起传递电子的作用（4 4）辅酶）辅酶）辅酶）辅酶QQ类（泛醌类，类（泛醌类，类（泛醌类，类（泛醌类，ubiquinoneubiquinone）电子传递链中唯一的非蛋白电子载体电子传递链中唯一的非蛋白电子载体FAD,Fe-S,Cyt b（5 5）细胞色素类（）细胞色素类（）细胞色素类（）细胞色素类（cytochromescytochromes）Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，在呼吸链是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，在呼吸链中依靠铁的化合价的变化来传递电子中依靠铁的化合价的变化来传递电子Fe3+e Fe2+Cytb Cytc1CytcCytaCyta3O2Fe-S2Cu细胞色素细胞色素功能：单电子传递体CytC中血红素与蛋白质的结合方式Cyt b;Fe-S;Cyt c1 简写为简写为简写为简写为cyt.c cyt.c cyt.c cyt.c 氧氧氧氧化酶，即复合物化酶，即复合物化酶，即复合物化酶，即复合物IVIVIVIV，它是位于线，它是位于线，它是位于线，它是位于线粒体呼吸链末端粒体呼吸链末端粒体呼吸链末端粒体呼吸链末端的蛋白复合物，的蛋白复合物，的蛋白复合物，的蛋白复合物，由由由由12121212个多肽亚基个多肽亚基个多肽亚基个多肽亚基组成。活性部分组成。活性部分组成。活性部分组成。活性部分主要包括主要包括主要包括主要包括cyt.acyt.acyt.acyt.a和和和和a a a a3 3 3 3。细胞色素胞色素c氧化氧化酶n ncyt.acyt.acyt.acyt.a和和和和a a a a3 3 3 3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。还含有铜原子。还含有铜原子。还含有铜原子。cyt.a acyt.a acyt.a acyt.a a3 3 3 3可以直接以可以直接以可以直接以可以直接以O O O O2 2 2 2为电子受体。为电子受体。为电子受体。为电子受体。n n在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 CuCuCuCu+Cu Cu Cu Cu2+2+2+2+的互变，将的互变，将的互变，将的互变，将cyt.ccyt.ccyt.ccyt.c所携带的电子传递所携带的电子传递所携带的电子传递所携带的电子传递给给给给O O O O2 2 2 2。a3与Cu+更近一些3.3.呼吸链中传递体的顺序呼吸链中传递体的顺序呼吸链中传递体的顺序呼吸链中传递体的顺序呼吸链中呼吸链中呼吸链中呼吸链中H H和电子的传递都有严格的顺序和方向。研究和电子的传递都有严格的顺序和方向。研究和电子的传递都有严格的顺序和方向。研究和电子的传递都有严格的顺序和方向。研究方法方法方法方法:n n标准氧化还原电位（标准氧化还原电位（标准氧化还原电位（标准氧化还原电位（standard reduction potentialstandard reduction potential，E Eo o）n n电子传递抑制剂电子传递抑制剂电子传递抑制剂电子传递抑制剂n n体外重组实验体外重组实验体外重组实验体外重组实验n n电子从氧化还原电位低的向高的流动，电子从氧化还原电位低的向高的流动，Eo数数值越低，供越低，供电子的能力越子的能力越强强，越易成，越易成为还原原剂（表（表8-2）。n n确切的呼吸确切的呼吸链顺序序还不清楚。如不清楚。如Cytb的位置。的位置。电子传递的抑制剂电子传递的抑制剂鱼藤酮抗酶素A氰化物体外重组实验体外重组实验三、三、氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用n n生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移到高能磷酸化合物大部分可以通过磷酸化作用转移到高能磷酸化合物大部分可以通过磷酸化作用转移到高能磷酸化合物大部分可以通过磷酸化作用转移到高能磷酸化合物ATPATP中，这种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化中，这种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化中，这种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化中，这种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化称为氧化磷酸化作用称为氧化磷酸化作用称为氧化磷酸化作用称为氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation）。n n分类：底物水平磷酸化、电子传递体系磷酸化（通分类：底物水平磷酸化、电子传递体系磷酸化（通分类：底物水平磷酸化、电子传递体系磷酸化（通分类：底物水平磷酸化、电子传递体系磷酸化（通常所说氧化磷酸化）常所说氧化磷酸化）常所说氧化磷酸化）常所说氧化磷酸化）ADPADPPiATP;AMP+PPi ATPPiATP;AMP+PPi ATP（1 1）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：在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化过程在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化过程在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化过程在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用生成作用生成作用生成作用生成ATPATP。X XPi+ADP X+ATPPi+ADP X+ATP（2 2）电子传递体系磷酸化电子传递体系磷酸化电子传递体系磷酸化电子传递体系磷酸化（主要形式）（主要形式）（主要形式）（主要形式）n n电子从电子从电子从电子从NADHNADH或或或或FADH2FADH2经过电子传递体系传递给经过电子传递体系传递给经过电子传递体系传递给经过电子传递体系传递给OO形成水时，同时伴有形成水时，同时伴有形成水时，同时伴有形成水时，同时伴有ADPADP磷酸化为磷酸化为磷酸化为磷酸化为ATPATP，这一过程，这一过程，这一过程，这一过程称为电子传递体系磷酸化。称为电子传递体系磷酸化。称为电子传递体系磷酸化。称为电子传递体系磷酸化。n n电子传递电子传递电子传递电子传递(放能）和磷酸化作用（吸能）是耦联的放能）和磷酸化作用（吸能）是耦联的放能）和磷酸化作用（吸能）是耦联的放能）和磷酸化作用（吸能）是耦联的（coupledcoupled），体内），体内），体内），体内95%95%的的的的ATPATP是经电子传递体系磷是经电子传递体系磷是经电子传递体系磷是经电子传递体系磷酸化途径产生的。酸化途径产生的。酸化途径产生的。酸化途径产生的。?氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位P/OP/O值是指物质氧化时值是指物质氧化时,每消耗每消耗1mol1mol氧氧原子原子所消所消 耗的耗的无机磷无机磷的的molmol数数,即生成即生成ATPATP的的molmol数。数。ADP+H3PO4 ATP(1)(1)测测P/OP/O值值实质：每消耗实质：每消耗1mol1mol氧氧原子原子所产生的所产生的ATPATP的的molmol数。数。P/OP/O值值 =消耗消耗P Pmolmol数数消耗消耗O Omolmol数数 消耗消耗ADPADPmolmol数数 消耗消耗O Omolmol数数生生成成ATPATPmolmol数数消耗消耗O Omolmol数数=可以反映氧化磷酸化的效率从从从从NADHNADH到到到到OO的过程中，有三处能使生物氧化获得的能的过程中，有三处能使生物氧化获得的能的过程中，有三处能使生物氧化获得的能的过程中，有三处能使生物氧化获得的能量转化为量转化为量转化为量转化为ATPATP：3.氧化磷酸化作用机制氧化磷酸化作用机制A 化学偶联（化学偶联（Chemical coupling）B.构象偶联（构象偶联（Conformational coupling）C.化学渗透学说（化学渗透学说（The chemiosmotic theory）化学渗透学说（要点）化学渗透学说（要点）n nMitchell,P.Mitchell,P.A“paradigm”shift in understanding A“paradigm”shift in understanding bioenergetics!bioenergetics!1961,1961,Nature Nature,191:144-148.,191:144-148.（1 1）传）传H H体和传电子体交替排列，在内膜上有固定的位体和传电子体交替排列，在内膜上有固定的位置，催化反应是定向的。置，催化反应是定向的。（2 2）传）传H H体有体有H H泵的作用，可以将两个泵的作用，可以将两个H H+泵出内膜，而泵出内膜，而将电子传递给电子传递体。将电子传递给电子传递体。电子由高能态到低能态时释放的能量用于驱动膜内侧质子迁移到膜外。在膜内外侧形成跨膜质子梯度（pH）和电位梯度（）。（3）H+不能自由通过内膜，因此形成外高内低的H+梯度，即跨膜电位。此梯度包含着电子传递过程中释放的能量，可以使ADP和Pi形成ATP。（4）H+通过内膜上的ATP合成酶流回基质，释放自由能，形成ATP，电化学梯度随之消失。嵴放大示意图内膜内膜外膜外膜内、外膜间隔内、外膜间隔嵴嵴ATPATP合酶合酶ATPATP生成的结构基础生成的结构基础ATP合成酶合成酶由由 亲亲 水水 部部 分分 F1（33亚亚基基）和和疏疏水水部部分分F0（a1b2c912亚基）组成。亚基）组成。ATP合合酶结构模式构模式图在线粒体内膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿此合成酶回到膜内侧，此过程中释放能量，驱动下述反应进行。ADP+Pi+能量ATP