生物化学第五章生物氧化第三节氧化磷酸化

第八章 生物氧化 Biological Oxidation 8.1 生物氧化概述8.2 电子传递链8.3 氧化磷酸化代谢物的氧化（脱氢）作用与ADP的磷酸化反应偶联生成ATP的过程。部位：线粒体内膜（真核） 胞浆膜（原核细胞）数目、形状因细胞而异 第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化 是指电子从NADH或FADH2经电子传递链传递给分子氧生成水,并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。 它是需氧生物合成ATP的主要途径。 1. 体内ATP生成的方式：氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。 底物水平磷酸化 (substrate level phos-phorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。2. 氧化磷酸化偶联部位即ATP生成的部位。P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。 -物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或ADP mol数），或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol数.自由能变化自由能变化( G0)：大于大于30.5kJ即可生成即可生成1摩尔摩尔ATP。NADHFMN（Fe-S）CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸能量ADP + PiATP能量ADP + PiATP能量ADP + PiATP-0.32-0.22+0.04+0.08+0.23+0.25+0.29+0.820.36V0.21V0.53V69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol三个偶联部位：NADH与CoQ之间；CoQ与Cyt c之间；Cyt aa3与氧之间。 3. 氧化磷酸化的机制有关氧化磷酸化机理的几种假说 化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透假说（1）化学偶联假说（1953年） chemical coupling hypothesis 认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转移到ADP中形成ATP。 CCHOHCH2OPOPO1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸COOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶CHOCHOHCH2OPCCHOHCH2OPOPO3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+Pi1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶 conformational coupling hypothesis 认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。 迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。 (3)化学渗透假说：n线粒体内膜的电子传递链是质子泵n电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（内膜对H+是不通透的），在膜内外侧产生了跨膜质子梯度和电位梯度n在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP合酶组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP复合体、均有质子泵作用4 H+4 H+4 H+4 H+2 H+2 H+内膜表面基质NADHHNAD琥珀酸 延胡索酸 O22H+H2OQ循环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化学渗透假说4. ATP合成机制ATP合酶即复合体。位于线粒体内膜的基质侧。ATP合酶F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。F1：为亲水蛋白质，由33亚基组成，催化生成ATP。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。n ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c912)和亲水的F1(33)组成.n 质子穿过a时,推动c环象水车一样转动,连带F1转动.n 质子流过ATP合酶时同时释放出结合的ATP分子ATP合酶结构模式图ATP合酶的工作机制合酶的工作机制ATP合酶的作用力是由质子动力所驱动的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ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4个H回流进入线粒体基质中5. 氧化磷酸化的解偶联和抑制 呼吸链抑制剂: 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 解偶联剂: 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白,如2，4-二硝基苯酚(DNP) 氧化磷酸化抑制剂:对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素 鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥 抗霉素抗霉素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）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 ADP+Pi ATP 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生成生成寡霉素寡霉素6. 通过线粒体内膜的物质转运n线粒体外膜孔蛋白，10kDa的物质通过线粒体内膜不同的转运体,对物质有选择性磷酸甘油穿梭NADH两种氧化途径的比较-磷酸甘油穿梭苹果酸穿梭1.5ATP2.5ATP - -磷酸甘油穿梭示意图磷酸甘油穿梭示意图苹果酸-穿梭 3ATP3ATP(1)(1)、脱氢酶和氧化酶、脱氢酶和氧化酶不需氧脱氢酶需氧脱氢酶氧化酶辅酶O2O2FMN(FAD)含CuH2O2H2ONADH脱氢酶氨基酸氧化酶、单胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶细胞色素c氧化酶、酚氧化酶 、抗坏血酸氧化酶7. 其他氧化体系其他氧化体系末端氧化酶：能将底物所脱下的电子最后传给O2，并形成H2O或H2O2的酶类。种类：细胞色素氧化酶：主要的末端氧化酶，与O的亲和力最高，4/5的耗氧量由此酶承担 酚氧化酶: 组织受伤，将酚氧化成醌（红褐色），抑制微生物活性抗坏血酸氧化酶乙醇酸氧化酶C C C CO OO OH HR RH HN NH H2 2+ +O O2 2H H2 2O OR R C C C CO OO OH HO OH H2 2O O2 2N NH H3 3+ + + +D D- -氨氨 基基 酸酸 氧氧 化化 酶酶CCCHCCHCH2OHHOHOHOOO + 1/2O2抗坏血酸氧化酶+ H2OCCCHCCHCH2OHHOOOOOL-抗坏血酸脱氢抗坏血酸(2)、过氧化酶体中的酶类n 过氧化氢酶catalase催化反应: 1分子H2O2 提供电子, 另1分子H2O2 接受电子 辅基: 4个血红素作用：分布广,可消除需氧脱氢酶催化 反应产生的有毒的H2O2谷胱甘肽过氧化物酶对机体起保护作用谷胱甘肽过氧化物酶对机体起保护作用(3)、超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（superoxide dimutase, SOD）1. 1. 呼吸链存在于（呼吸链存在于（ ）A 细胞膜 B 线粒体外膜 C 线粒体内膜 D 微粒体E 过氧化物酶体本章选择题练习本章选择题练习2. 下列哪种物质不是下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？氧化呼吸链的组分？A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 铁硫蛋白 E. 细胞色素c3. ATP3. ATP生成的主要方式是（生成的主要方式是（ ）A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化E 高能化合物之间的转化5. 下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是A 所有高能键都是磷酸键B 高能磷酸键只存在于ATPC 高能磷酸键仅在呼吸链中偶联D 有ATP参与的反应也可逆向进行E 所有的生化转变都需要ATP参与6. 下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？A 丙酮酸脱氢酶 B 琥珀酸脱氢酶 C 黄嘌呤氧化酶D 细胞色素c氧化酶E SOD7. 7. 关于线粒体内膜外关于线粒体内膜外H H+ +浓度叙述正确的是浓度叙述正确的是A 浓度高于线粒体内B 浓度低于线粒体内C 可自由进入线粒体D 进入线粒体需主动转运E 进入线粒体需载体转运8. 8. 参与呼吸链电子传递的金属离子是参与呼吸链电子传递的金属离子是( )( )A 铁离子B 钴离子C 镁离子D 锌离子E 以上都不是9. 9. 呼吸链中呼吸链中, ,不具有质子泵功能的是不具有质子泵功能的是A 复合体B 复合体C 复合体D 复合体E 以上都不是10. 10. 关于超氧化物歧化酶关于超氧化物歧化酶, ,哪项是不正确的哪项是不正确的( )( )A 可催化产生超氧离子B 可消除超氧离子C 可催化产生过氧化氢D 含金属离子辅基E 存在于胞液和线粒体中11. Except iron, Cyt aa3 contain ( ) ion.A ZnB MgC CuD MnE K12. Which one can be inhibited by CO in respiratory chain ?A FADB FMNC Fe-SD Cyt aa3E Cyt c13. Which one is uncoupler? A COB piericidin AC KCND dinitrophenolE H2S14. The right electron tansferation sequence is ( )A bcc1aa3O2B c1cbaa3O2C cc1baa3O2D cbc1aa3O2E bc1caa3O215. 15. 关于关于ATPATP合成酶，叙述正确的是合成酶，叙述正确的是A 位于线粒体内膜，又称复合体B 由F1和F0两部分组成C F0是质子通道D 生成ATP的催化部位在F1的亚基上E F1呈疏水性，嵌在线粒体内膜中16. 16. 关于辅酶关于辅酶Q, Q, 哪些叙述是正确的哪些叙述是正确的? ?A 是一种水溶性化合物B 其属醌类化合物C 可在线粒体内膜中迅速扩散D 不参与呼吸链复合体E 是NADH呼吸链与琥珀酸呼吸链的交汇点17. 17. 关于细胞色素关于细胞色素, ,叙述正确的是叙述正确的是( )( )A 均以铁卟啉为辅基B 有色C 均为电子传递体D 均可被氰化物抑制E 本质是蛋白质18. 18. 下列物质属于高能化合物的是（下列物质属于高能化合物的是（ ）A 乙酰辅酶AB GTPC 磷酸肌酸D 磷酸二羟丙酮E 磷酸烯醇式丙酮酸19. Which make Fe-S as prosthetic group in the respiratory chain?A Complex B Complex C Complex D Complex E Cyt c20. Where does the phosphorylation couple with the oxidation and can produce ATP?A NADHCoQB CoQCyt bC CoQCyt cD FADH2CoQE Cyt aa3O2