1、2021/6/161第四章第四章 生物氧化生物氧化第一節(jié) 生物氧化概論第二節(jié) 線粒體電子傳遞鏈第三節(jié) 氧化磷酸化2021/6/162第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概論生物氧化概論一、生物氧化的概念和特點(diǎn)二、生物氧化的3方面內(nèi)容三、生物氧化的酶類(lèi)四、高能化合物2021/6/163脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產(chǎn)物（如中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中間物進(jìn)共同中間物進(jìn)入三羧酸

2、循環(huán)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞電子傳遞鏈傳遞生成生成H2O，釋放，釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通過(guò)磷中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在酸化儲(chǔ)存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本結(jié)構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單位單位 生物體內(nèi)能量產(chǎn)生的三生物體內(nèi)能量產(chǎn)生的三個(gè)階段個(gè)階段2021/6/164一、生物氧化的概念和特點(diǎn)（一）生物氧化的概念（一）生物氧化的概念糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)氧化分解，最終生成糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)氧化分解，最終生成COCO2 2和水并釋放能量和水并釋放能量的過(guò)程。又稱(chēng)的過(guò)程。又稱(chēng)細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。生物氧化的場(chǎng)所：真核、

3、原核生物氧化的場(chǎng)所：真核、原核2021/6/1651.相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：（二）生物氧化的特點(diǎn)（與非生物氧化相比）（二）生物氧化的特點(diǎn)（與非生物氧化相比）（1）化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)）化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)（2）被氧化的物質(zhì)、終產(chǎn)物和釋放的能量）被氧化的物質(zhì)、終產(chǎn)物和釋放的能量本質(zhì)是電子的得失，它有三種方式：本質(zhì)是電子的得失，它有三種方式：加氧氧化加氧氧化失電子失電子 2021/6/166三種方式三種方式 1. 1. 失電子失電子 2. 2. 脫氫脫氫( (最主要最主要) ) 3. 3. 加氧加氧 COOH C =O + 2H CH3 （2H+ +2e） COOH HOCH CH3Cu + O2 CuO1 2Cu +

4、 O2 CuO1 22021/6/1672.2.不同點(diǎn)不同點(diǎn)（1 1）生物氧化反應(yīng)以）生物氧化反應(yīng)以脫氫脫氫為主為主（2 2）生物氧化在）生物氧化在酶酶催化下進(jìn)行，條件溫和催化下進(jìn)行，條件溫和（3 3）生物氧化在一系列酶、輔酶和電子傳）生物氧化在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的作用下遞體的作用下逐步進(jìn)行逐步進(jìn)行，能量逐步釋放能量逐步釋放。2021/6/168區(qū)別：區(qū)別：生物氧化生物氧化體外燃燒體外燃燒溫度溫度3737 高溫 高溫催化催化 酶 酶/ /環(huán)境環(huán)境中性中性 含水干燥 含水干燥能量的釋放能量的釋放逐步釋放部逐步釋放部分以高能磷分以高能磷酸鍵形式儲(chǔ)酸鍵形式儲(chǔ)存存全部以熱能全部以熱能形式散發(fā)形

5、式散發(fā)2021/6/169 （1 1）.-.-單純脫羧單純脫羧1 1 單純脫羧單純脫羧（2 2）.-.-單純脫羧單純脫羧COOH C =O CH2COOHCOOH C =O + CO2 CH3 O CH3 C COOH O CH3 C H + CO2 （一）CO2的生成二、生物氧化的3方面內(nèi)容2021/6/16102.2.氧化脫羧氧化脫羧 （1 1） -氧化脫羧氧化脫羧（2 2） -氧化脫羧氧化脫羧 O O CHCH3 3C CCOOCOOH + CoASH + NADH + CoASH + NAD+ + O O CHCH3 3C CSCoA + NADH + HSCoA + NADH + H

6、+ + + + COCO2 2COOH COOH C =O + C =O + COCO2 2 +NADH + H+NADH + H+ + CHCH3 3COOH COOH CH OH + NADCH OH + NAD+ +CHCH2 2COOCOOH H蘋(píng)果酸酶2021/6/1611（二）水的生成 1. 底物脫水2. 主要在脫氫酶、傳遞體、氧化酶組成的體系催化下生成2021/6/1612（三）能量的生成和儲(chǔ)存 當(dāng)有機(jī)物被氧化成C2O和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP 。主要是通過(guò)呼吸鏈 底物水平磷酸化 氧化磷酸化2021/6/16131.1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化概念概念：是指代謝物

7、在氧化分解過(guò)程中產(chǎn)生的高能鍵，：是指代謝物在氧化分解過(guò)程中產(chǎn)生的高能鍵，使使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的過(guò)程。的過(guò)程。HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3- 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ADPATPOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 OPO 3 2-2021/6/1614三、生物氧化的酶類(lèi)（一）脫氫酶脫氫酶（二）氧化酶（二）氧化酶（三）過(guò)氧化物酶（三）過(guò)氧化物酶（四）加氧酶（四）加氧酶2021/6/1615（一）脫氫酶脫氫酶 使代謝物的氫活化、脫落，傳遞給受氫體或中間傳遞體使代謝物的氫活化、脫落，傳遞給受

8、氫體或中間傳遞體根據(jù)所含輔助因子的不同分為：根據(jù)所含輔助因子的不同分為：1.1.以以黃素核苷酸黃素核苷酸為輔助因子的（又稱(chēng)為黃素酶）為輔助因子的（又稱(chēng)為黃素酶）根據(jù)受氫體不同分為根據(jù)受氫體不同分為需氧黃酶：以氧為需氧黃酶：以氧為直接直接受氫體生成受氫體生成H H2 2O O2 2不需氧黃酶：氫先傳遞給中間傳遞體，最后才不需氧黃酶：氫先傳遞給中間傳遞體，最后才給分子氧生成給分子氧生成H H2 2O O2021/6/1616代謝物代謝物-2H FMN H-2H FMN H2 2O O2 2 FAD FAD代謝物代謝物 FMNHFMNH2 2 O O2 2 FADH FADH2 2需氧黃酶：需氧黃酶

9、：2H2H代謝物代謝物-2H FMN -2H FMN 傳遞體傳遞體-2H 1/2O-2H 1/2O2 2 FADFAD代謝物代謝物 FMNHFMNH2 2 傳遞體傳遞體 H H2 2O O FADHFADH2 2不需氧黃酶不需氧黃酶2H2H2H2021/6/1617 氧化態(tài)FAM/FAD：黃色，450nm處吸收峰 還原態(tài)FAMH2/FADH2 ：無(wú)色2021/6/1618代謝物代謝物-2H NAD-2H NAD+ + 傳遞體傳遞體-2H 1/2O-2H 1/2O2 2 NADPNADP+ +代謝物代謝物 NADH+HNADH+H+ + 傳遞體傳遞體 H H2 2O O NADPH+H NADP

10、H+H+ + 2H2H2HNAD（Co）、）、NADP （ Co）2. 以以煙酰胺核苷酸煙酰胺核苷酸為輔因子的為輔因子的NAD（Co）、）、NADP（ Co）2021/6/1619( (二二) )氧化酶：氧化酶：以氧為直接受氫體，生成以氧為直接受氫體，生成H H2 2O O或或H H2 2O O2 2一般含一般含CuCu（三）加氧酶（三）加氧酶催化加氧反應(yīng)催化加氧反應(yīng)1.1.單加氧酶單加氧酶2.2.雙加氧酶雙加氧酶（四）過(guò)氧化物氧化酶（四）過(guò)氧化物氧化酶1.1.過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化氫酶 H H2 2O O2 2 + + O O2 2 O O2 2+H+H2 2O O2.2.過(guò)氧化物酶過(guò)氧化物酶 H

11、 H2 2O O2 2 + AH+ AH2 2 A+H A+H2 2O O2021/6/1620四、高能化合物（一）高能化合物的概念 在標(biāo)準(zhǔn)條件下在標(biāo)準(zhǔn)條件下(pH7,25,1mol/L)(pH7,25,1mol/L)發(fā)生水解時(shí)，可釋放出發(fā)生水解時(shí)，可釋放出大量自由能的化合物，稱(chēng)為高能化合物。習(xí)慣上把大量自由能的化合物，稱(chēng)為高能化合物。習(xí)慣上把“大量大量”定為定為5kcal/mol(5kcal/mol(即即20.92KJ/mol20.92KJ/mol) )以上。以上。 在高能化合物分子中，釋放出大量自由能時(shí)水解斷裂的在高能化合物分子中，釋放出大量自由能時(shí)水解斷裂的活潑共價(jià)鍵稱(chēng)為活潑共價(jià)鍵稱(chēng)為高

12、能鍵高能鍵。用。用 表示表示 但須注意：生化上的“高能鍵”，涵義不同于普通化學(xué)上的“鍵能”，不能把“高能鍵”理解為“能鍵高”2021/6/1621（二）高能化合物的類(lèi)型 按其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含高能鍵的特征分：磷氧鍵型磷氮鍵型硫酯鍵型甲硫鍵型2021/6/1622 1.磷氧鍵型（O-P)1,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-CH3COOPOO-O-2021/6/1623H3N+COOPOO-O-氨甲酰磷酸R COOPOOO-A?；佘账酭CH COOPOOO-AN+H3氨?；佘账?021/6/1624(B) 焦磷酸化合物O-POO-NNNNNH2OHHOHH

13、OHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）O-POO-O POO-O-焦磷酸(C)烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸2021/6/1625OPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH22.氮磷鍵型OPOONHCNHNCH3CH2COOH磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量的作用這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量的作用2021/6/1626S-腺苷甲硫氨酸4.甲硫鍵型3.硫酯鍵型RCOSCoA酰基輔酶ACOO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAC O O-C HN H3+C H2C H

14、2S+H3CACOO-CHNH3+CH2CH2S+H3CA2021/6/1627 2.ATP的特殊作用（1）ATP在磷酸化合物中所處的位置具有重要的意義，它在細(xì)胞的酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移中是一個(gè)“共同中間體”（2） ATP是生物體通用的能量貨幣。ATP是能量的攜帶者和轉(zhuǎn)運(yùn)者，但并不能量的貯存者。肌肉劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，1s就消耗完ATP 1.ATP的兩個(gè)高能鍵(三)最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)2021/6/1628O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)ADPATPAMP2021/6/1629 磷酸基團(tuán)往往從磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能高的物質(zhì)向勢(shì)能

15、低的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。 磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能在數(shù)值上等于其水解反應(yīng)的G0。2468101214160PPPPPATP磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸高能P供體磷酸肌酸(高能磷酸基團(tuán)貯備物)6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能/4.18kJ.mol-1ATP作為磷酸基團(tuán)共同中間傳遞體示意圖2021/6/16302021/6/16312021/6/16322021/6/1633第二節(jié) 線粒體電子傳遞鏈 一、電子傳遞鏈的概念 二、電子傳遞鏈的組成 三、電子傳遞鏈的電子傳遞順序 四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑2021/6/1634一、電子傳遞鏈的概念（一）概念： 在生物氧化過(guò)程中，代謝物上脫下的H經(jīng)過(guò)一系列

16、的按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最后傳遞給分子氧并生成水，這種氫和電子的傳遞體系稱(chēng)為電子傳遞鏈,又稱(chēng)呼吸鏈。典型的呼吸鏈 FAD呼吸鏈NADH呼吸鏈2021/6/1635（二）電子傳遞鏈分布原核細(xì)胞存在于質(zhì)膜上真核細(xì)胞存在于線粒體的內(nèi)膜上 2021/6/1636二、電子傳遞鏈的組成由由NADH到到O2的電子傳遞鏈主要包括：的電子傳遞鏈主要包括：1. NADH脫氫酶脫氫酶2. 黃素酶（黃素酶（FMN、FAD）3.輔酶輔酶Q(CoQ)4.細(xì)胞色素細(xì)胞色素b、c1、c、a、a35.鐵硫蛋白鐵硫蛋白2021/6/1637（一）（一）NADH-Q還原酶（復(fù)合體還原酶（復(fù)合體I） FMN +

17、 鐵硫蛋白鐵硫蛋白功能：NADH+H+FMN FMNH2+NAD+2021/6/16381.NADHNADHNADH所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。煙酰胺脫氫酶類(lèi) 以NAD、NADP為輔酶2021/6/1639NAD（P）+的作用原理的作用原理RHCONH2N+CRHHCONH2N+ + H H + + e e + + H H+ + + H H+ +NAD(P)+ NAD(P)H+H+2H+2H-2H-2H2021/6/1640CH2OHOPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910異咯嗪核醇CH

18、2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C14589102.黃素蛋白黃素蛋白FMN：黃素單核苷酸：黃素單核苷酸(Flavin Mononucleotide)FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸：黃素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)2021/6/1641黃素核苷酸的作用原理黃素核苷酸的作用原理OOCH3CH3RNNNHN核黃素核黃素( (黃色黃色) )FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H+2H-2H-2H-2H-2H+2H+2HHNNOOCH3CH3NHNHH還原型還原型 核黃素核黃

19、素( (無(wú)色無(wú)色) )2021/6/16423.鐵硫蛋白類(lèi)（FeS） 又叫鐵硫中心或鐵硫簇。又叫鐵硫中心或鐵硫簇。 含有等量鐵原子和硫原子。含有等量鐵原子和硫原子。 鐵除與硫連接外，還與肽鏈中鐵除與硫連接外，還與肽鏈中Cys殘基的殘基的SH連接。連接。 鐵原子可進(jìn)行鐵原子可進(jìn)行Fe2+ Fe3+e 反應(yīng)傳遞電子，為反應(yīng)傳遞電子，為單電子單電子傳遞體。傳遞體。 2021/6/1643 鐵硫聚簇有幾種不同的類(lèi)型：FeS2Fe-2S4Fe-4S2021/6/16444.輔酶Q（CoQ） 即輔酶即輔酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），屬于脂溶性醌），屬于脂溶性醌類(lèi)化合物，帶有多個(gè)異戊二烯側(cè)鏈。類(lèi)

20、化合物，帶有多個(gè)異戊二烯側(cè)鏈。 因其為脂溶性，游動(dòng)性大，因其為脂溶性，游動(dòng)性大，可以結(jié)合到膜上，也可以可以結(jié)合到膜上，也可以游離狀態(tài)存在游離狀態(tài)存在,因此不包含在四種復(fù)合體中。因此不包含在四種復(fù)合體中。 分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合2個(gè)個(gè)H，能夠接受或給能夠接受或給出一個(gè)或兩個(gè)電子出一個(gè)或兩個(gè)電子為為遞氫體遞氫體。 2021/6/1645輔酶輔酶-Q-Q的功能的功能還原成還原成QHQH2 2氧化成氧化成Q Q電子和質(zhì)子的傳遞體電子和質(zhì)子的傳遞體2021/6/1646NADH+H+ NAD+ FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2 復(fù)合體復(fù)合體NA

21、DH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 2021/6/1647 復(fù)合體復(fù)合體琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 FAD FADH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2（二）琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合體 ）2021/6/1648 復(fù)合體復(fù)合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1（三）細(xì)胞色素c還原酶（復(fù)合體） 2021/6/1649 細(xì)胞色素是一類(lèi)含有細(xì)胞色素是一類(lèi)含有血紅素輔基血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱(chēng)。的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱(chēng)

22、。 根據(jù)吸收光譜的不同將細(xì)胞色素分為根據(jù)吸收光譜的不同將細(xì)胞色素分為a,b,ca,b,c三類(lèi)。三類(lèi)。 細(xì)胞色素2021/6/1650 細(xì)胞色素還原酶血紅素輔基的鐵原子，在電子傳遞中發(fā)生可逆的Fe3+ Fe2+ 的互變起傳遞電子的作用。一個(gè)細(xì)胞色素每次傳遞一個(gè)電子。功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素C細(xì)胞色素c是唯一能溶于水的細(xì)胞色素。2021/6/1651Q循環(huán)循環(huán)兩個(gè)兩個(gè)QHQH2 2參與電子傳遞，使兩個(gè)細(xì)胞色素參與電子傳遞，使兩個(gè)細(xì)胞色素C C還原，經(jīng)過(guò)全過(guò)程又產(chǎn)生了一個(gè)還原，經(jīng)過(guò)全過(guò)程又產(chǎn)生了一個(gè)QHQH2 2分子。因此從化學(xué)反應(yīng)計(jì)算是一個(gè)分子。因此從化學(xué)反應(yīng)計(jì)算是一個(gè)QHQH2 2分子的

23、兩個(gè)電子分別傳遞給分子的兩個(gè)電子分別傳遞給2 2分分子細(xì)胞色素子細(xì)胞色素C C。這種通過(guò)輔。這種通過(guò)輔Q Q的電子傳遞方式稱(chēng)為的電子傳遞方式稱(chēng)為Q Q循環(huán)循環(huán)。2021/6/16522021/6/1653 復(fù)合體復(fù)合體還原型還原型Cyt c O2CuAaa3CuB （末端氧化酶）2021/6/1654 （一）研究方法及實(shí)驗(yàn)證據(jù)（一）研究方法及實(shí)驗(yàn)證據(jù)由以下實(shí)驗(yàn)確定由以下實(shí)驗(yàn)確定 1. 1. 標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 2. 2. 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 3. 3. 特異呼吸鏈抑制劑和人工電子受體特異呼吸鏈抑制劑和人工電子受體 4. 4. 拆開(kāi)和重組拆開(kāi)和重組三、呼吸

24、鏈成分的排列順序三、呼吸鏈成分的排列順序2021/6/1655氧化氧化還原電勢(shì)還原電勢(shì)鋅片溶解鋅片溶解Zn2+進(jìn)入溶液進(jìn)入溶液銅沉積銅沉積Cu2+得電子得電子e提供電子（還原劑）負(fù)極得到電子（氧化劑）正極2021/6/16560 =E0正極正極 E0負(fù)極負(fù)極 電動(dòng)勢(shì)=正負(fù)極電極勢(shì)之差2021/6/16572021/6/16581.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0表示氧化還原能力的大小，值越小還原性越強(qiáng)，表示氧化還原能力的大小，值越小還原性越強(qiáng)，失電子能力越強(qiáng)，決定電子流動(dòng)方向失電子能力越強(qiáng)，決定電子流動(dòng)方向2021/6/1659 （一）研究方法及實(shí)驗(yàn)證據(jù)（一）研究方法及實(shí)驗(yàn)證據(jù)由以

25、下實(shí)驗(yàn)確定由以下實(shí)驗(yàn)確定 1. 1. 標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 2. 2. 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 3. 3. 特異呼吸鏈抑制劑和人工電子受體特異呼吸鏈抑制劑和人工電子受體 4. 4. 拆開(kāi)和重組拆開(kāi)和重組三、呼吸鏈成分的排列順序三、呼吸鏈成分的排列順序2021/6/1660OxidizedReducedReducedOxidizedReduced2021/6/1661（二）電子傳遞鏈的順序2021/6/1662（二）電子傳遞鏈的順序 b2021/6/1663電子傳遞鏈電子傳遞鏈小結(jié)2021/6/1664四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑1、概念 能夠阻斷呼吸鏈中某部位電

26、子傳遞的物質(zhì)稱(chēng)為電子傳遞抑制劑。 利用專(zhuān)一性電子傳遞抑制劑選擇性的阻斷呼吸鏈中某個(gè)傳遞步驟，再測(cè)定鏈中各組分的氧化-還原狀態(tài)情況，是研究電子傳遞中電子傳遞體順序的一種重要方法。2021/6/1665ReducedOxidized2021/6/1666魚(yú)藤酮魚(yú)藤酮安密妥安密妥殺粉蝶菌素殺粉蝶菌素抗霉素抗霉素A A氰化物氰化物一氧化碳一氧化碳硫化氫硫化氫疊氮化合物疊氮化合物2、常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位萎銹靈萎銹靈2021/6/1667第三節(jié) 氧化磷酸化一、ATP的生成方式二、氧化磷酸化的作用機(jī)制三、質(zhì)子梯度的形成四、ATP合成機(jī)制五、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制六、線粒體穿梭系統(tǒng)七、能荷2

27、021/6/1668一、 ATP的生成方式ATPATP的形成直接由一個(gè)代謝中間產(chǎn)物（如磷酸烯醇式丙的形成直接由一個(gè)代謝中間產(chǎn)物（如磷酸烯醇式丙酮酸）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到酮酸）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADPADP分子上的作用。分子上的作用。 伴隨電子從底物到氧的傳遞，伴隨電子從底物到氧的傳遞，ADPADP被磷酸化形成被磷酸化形成ATPATP的酶促過(guò)程即是的酶促過(guò)程即是通常所說(shuō)的氧化磷通常所說(shuō)的氧化磷酸化是指電子傳遞體系磷酸化酸化是指電子傳遞體系磷酸化2021/6/1669二、氧化磷酸化的作用機(jī)制 (一）ATP產(chǎn)生的數(shù)量 研究氧化磷酸化最常用的方法：測(cè)定線粒體或其抑制劑的P/O比值和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。 P/O比

28、值: 消耗消耗1 1摩爾氧原子消耗的無(wú)機(jī)磷酸的數(shù)目（摩爾氧原子消耗的無(wú)機(jī)磷酸的數(shù)目（ADPADP磷酸化為磷酸化為ATPATP）。）。實(shí)驗(yàn)表明：NADH呼吸鏈的P/O值是3， FADH2呼吸鏈的P/O值是2，NADHNADH氧化呼吸鏈每傳遞氧化呼吸鏈每傳遞2H2H僅生成僅生成 2.52.5分子分子ATPATP到線粒體外被利用。到線粒體外被利用。 FADHFADH2 2氧化呼吸鏈每傳遞氧化呼吸鏈每傳遞2H2H僅生成僅生成 1.51.5分子分子ATPATP到線粒體外被利用。到線粒體外被利用。2021/6/1670(二)ATP產(chǎn)生的部位（氧化磷酸化的偶聯(lián)部位） ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地

29、方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個(gè)部位是：E0值在此三個(gè)部位有大的“跳動(dòng)”，都在0.2伏以上。2021/6/16712021/6/1672(三) 能量偶聯(lián)假說(shuō)氧化與磷酸化作用如何偶聯(lián)尚不夠清楚，目前主要有三個(gè)學(xué)說(shuō)：化學(xué)耦聯(lián)學(xué)說(shuō)結(jié)構(gòu)耦聯(lián)學(xué)說(shuō)化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)2021/6/16731.化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（1953） 認(rèn)為電子傳遞過(guò)程產(chǎn)生一種活潑的高能共價(jià)中間物。它隨后的裂解驅(qū)動(dòng)氧化磷酸化作用。2.構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)（1964） 認(rèn)為電子沿電子傳遞傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能形式。這種高能形式通過(guò)ATP的合成而恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)，但在電子傳遞過(guò)程中迄今未能分

30、離出這種高能蛋白質(zhì)，但在電子傳遞過(guò)程中蛋白質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。蛋白質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。2021/6/16743.化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)（1961） 認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是與一種跨線粒體的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。 呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜之上，當(dāng)氧化進(jìn)行時(shí)，呼吸鏈起質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被泵出線粒體內(nèi)膜之外側(cè)，造成了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP。2021/6/16752021/6/1676質(zhì)子的流向2021/6/16774 H+4 H+4 H+4 H+2 H+2 H+內(nèi)膜表面內(nèi)膜表面基質(zhì)基質(zhì)NADHHNAD琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡

31、索酸O22H+H2O2021/6/1678電子的流向2021/6/1679ADP+PATP化學(xué)滲透假說(shuō)示意圖2021/6/1680化學(xué)滲透假說(shuō)詳細(xì)示意圖2021/6/16812021/6/16822021/6/16832021/6/16843.化學(xué)滲透學(xué)說(shuō) （1）要點(diǎn)遞H體與遞e體交替排列 遞H體有H泵作用，將H+泵出內(nèi)膜，e傳給遞電子體， 線粒體膜對(duì)H+不通透，造成H+跨膜梯度 H+通過(guò)ATP酶回流，生成ATP2021/6/1685（2）支持化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：支持化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：n氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要封閉的線粒體內(nèi)膜存在。氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要封閉的線粒體內(nèi)膜存在。n線粒

32、體內(nèi)膜對(duì)線粒體內(nèi)膜對(duì)H H+ + OH OH- - K K+ + Cl Cl- -都是不通透的。都是不通透的。n破壞破壞H H+ + 濃度梯度的形成（用解偶聯(lián)劑或離子載體抑制濃度梯度的形成（用解偶聯(lián)劑或離子載體抑制劑）必然破壞氧化磷酸化作用的進(jìn)行。劑）必然破壞氧化磷酸化作用的進(jìn)行。n線粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠?qū)⒕€粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠?qū) H+ + 從線粒體從線粒體內(nèi)膜逐出到線粒體膜間隙。內(nèi)膜逐出到線粒體膜間隙。n大量直接或間接的實(shí)驗(yàn)證明膜表面能夠滯留大量質(zhì)子，大量直接或間接的實(shí)驗(yàn)證明膜表面能夠滯留大量質(zhì)子，并且在一定條件下質(zhì)子能夠沿膜表面迅速轉(zhuǎn)移。并且在一定條件下質(zhì)子能夠沿

33、膜表面迅速轉(zhuǎn)移。n迄今未能在電子傳遞過(guò)程中分離出一個(gè)與迄今未能在電子傳遞過(guò)程中分離出一個(gè)與ATPATP形成有形成有關(guān)的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高關(guān)的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高能存在形式。能存在形式。 H H+ +如何通過(guò)電子傳遞鏈如何通過(guò)電子傳遞鏈“泵泵”出的？出的？2021/6/1686（耗能過(guò)程）（耗能過(guò)程）電子傳遞使復(fù)合體電子傳遞使復(fù)合體、和和推動(dòng)推動(dòng)H H+ +跨過(guò)線粒體內(nèi)膜到線跨過(guò)線粒體內(nèi)膜到線粒體的間隙。粒體的間隙。 H H+ +跨膜流動(dòng)的結(jié)果造成線粒體內(nèi)膜內(nèi)部基質(zhì)跨膜流動(dòng)的結(jié)果造成線粒體內(nèi)膜內(nèi)部基質(zhì)的的H H+ +離子濃度低于間隙離子濃度低于間隙。

34、三、質(zhì)子梯度的形成2021/6/1687線粒體基質(zhì)形成負(fù)電勢(shì)，而間隙形成正電勢(shì)，這樣產(chǎn)生線粒體基質(zhì)形成負(fù)電勢(shì)，而間隙形成正電勢(shì)，這樣產(chǎn)生的電化學(xué)梯度即電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為質(zhì)子動(dòng)勢(shì)或的電化學(xué)梯度即電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為質(zhì)子動(dòng)勢(shì)或質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)。其。其中蘊(yùn)藏著自由能即是中蘊(yùn)藏著自由能即是ATPATP合成的動(dòng)力。合成的動(dòng)力。2021/6/1688質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機(jī)制有兩種假說(shuō)3種復(fù)合體都和質(zhì)子轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系，質(zhì)子主動(dòng)轉(zhuǎn)移和電子傳遞產(chǎn)生的自由能相偶聯(lián)的機(jī)制當(dāng)前存在兩種假說(shuō)：氧化還原回路機(jī)制（Q循環(huán)）質(zhì)子泵機(jī)制但目前為止尚不十分清楚。2021/6/1689Q循環(huán)循環(huán)2021/6/1690四、ATP合成機(jī)制由由FoFo（疏水部

35、分（疏水部分 ）和）和F F1 1（親水（親水部分）組成。部分）組成。在分離得到四種呼吸鏈復(fù)合體的同時(shí)還可得到復(fù)合體，即ATP合酶。（一）（一）ATPATP合酶的結(jié)構(gòu)合酶的結(jié)構(gòu)線粒體膜上的線粒體膜上的ATPATP合酶（合酶（ATP synthase)ATP synthase)是受質(zhì)子動(dòng)力推動(dòng)的酶?？纱呋鞘苜|(zhì)子動(dòng)力推動(dòng)的酶?？纱呋疉TPATP水水解放能，又稱(chēng)為解放能，又稱(chēng)為FoF1ATPFoF1ATP酶；又可從酶；又可從質(zhì)子動(dòng)力獲能，合成質(zhì)子動(dòng)力獲能，合成ATPATP。自然界最小的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)2021/6/1691lF F1 1在線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)形成在線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)形成顆粒狀突起即頭部含顆

36、粒狀突起即頭部含5 5種不同的種不同的亞基（亞基（3 3 、3 3 、1 1 、1 1 、1 1 ） 。其功能是催化生成其功能是催化生成ATPATPlFoFo鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中。細(xì)菌鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中。細(xì)菌的由的由a a1 1b b2 2c c9-129-12亞基組成。與線粒亞基組成。與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通道）道）lOSCPOSCP（動(dòng)物中）：寡霉素敏感（動(dòng)物中）：寡霉素敏感相關(guān)蛋白，位于相關(guān)蛋白，位于F F0 0與與F F1 1之間，之間，使使ATPATP合酶在寡霉素存在時(shí)不能合酶在寡霉素存在時(shí)不能生成生成ATPATP。2021/6/1692FoF1側(cè)視圖

37、2021/6/1693（二）ATP合酶的工作機(jī)制（結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化學(xué)說(shuō)）2021/6/1694結(jié)合變化和旋轉(zhuǎn)催化學(xué)說(shuō)3個(gè)亞基構(gòu)象不同 O開(kāi)放型；T緊密結(jié)合型；L疏松型質(zhì)子流動(dòng)質(zhì)子流動(dòng) 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)C C單位轉(zhuǎn)動(dòng)單位轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)帶動(dòng)亞基轉(zhuǎn)動(dòng)亞基轉(zhuǎn)動(dòng) 誘導(dǎo)誘導(dǎo)亞亞基構(gòu)象改變基構(gòu)象改變 ATP ATP釋放和重新合成釋放和重新合成2021/6/16952021/6/1696 構(gòu)成構(gòu)成ATP合酶頭部的合酶頭部的33亞基構(gòu)成亞基構(gòu)成3個(gè)催化部位，中部的個(gè)催化部位，中部的、亞基在質(zhì)子推動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下相對(duì)于亞基在質(zhì)子推動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下相對(duì)于33作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于于3個(gè)個(gè)亞基與亞基與/亞基的不對(duì)稱(chēng)接觸，使其分

38、別處于三種亞基的不對(duì)稱(chēng)接觸，使其分別處于三種不同的狀態(tài)，不同的狀態(tài)，即無(wú)核苷酸結(jié)合的空置狀態(tài)（即無(wú)核苷酸結(jié)合的空置狀態(tài)（O）、結(jié)合結(jié)合ADP+Pi的松散結(jié)合狀態(tài)（的松散結(jié)合狀態(tài)（L）和結(jié)合和結(jié)合ATP的緊密結(jié)合狀的緊密結(jié)合狀態(tài)（態(tài)（T）。）。 質(zhì)子推動(dòng)力驅(qū)使質(zhì)子推動(dòng)力驅(qū)使H+進(jìn)入進(jìn)入F0，推動(dòng)，推動(dòng) “轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子”和和亞基相對(duì)亞基相對(duì)33旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)120；使處于；使處于T態(tài)的催化部位釋放態(tài)的催化部位釋放ATP變成變成O態(tài)，態(tài)，同時(shí)同時(shí)L態(tài)催化部位上生成態(tài)催化部位上生成ATP變?yōu)樽優(yōu)門(mén)態(tài)，態(tài)，O態(tài)結(jié)合態(tài)結(jié)合ADP+Pi變?yōu)樽優(yōu)長(zhǎng)態(tài)態(tài) . 在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)是反應(yīng)的推動(dòng)力。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程

39、中，跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)是反應(yīng)的推動(dòng)力。 2021/6/1697五、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制 不同的化學(xué)因素對(duì)氧化磷酸化過(guò)程的影響不同，根據(jù)它們不同的影響方式可分為三大類(lèi)：（一）解偶聯(lián) 使電子傳遞與ADP磷酸化兩個(gè)過(guò)程分開(kāi)，失掉它們的緊密聯(lián)系。它只抑制ATP的形成，不抑制電子傳遞過(guò)程 ，使電子傳遞產(chǎn)生的自由能都變成熱能。 解偶聯(lián)劑的作用只抑制氧化磷酸化的ATP形成，對(duì)底物水平的磷酸化沒(méi)有影響。 2021/6/1698pH=7 脂不溶脂不溶脂溶性脂溶性增加膜對(duì)質(zhì)子的通透性增加膜對(duì)質(zhì)子的通透性破壞跨膜質(zhì)子化學(xué)梯度（H+梯度）2,4-二硝基苯酚雙香豆素2021/6/1699（二）解偶聯(lián)蛋白（棕色脂肪組織線

40、粒體）（二）解偶聯(lián)蛋白（棕色脂肪組織線粒體）Cyt cQ胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 解偶聯(lián)解偶聯(lián) 蛋白蛋白熱能熱能 ADP+Pi ATP 2021/6/16100（三）氧化磷酸化抑制劑 抑制氧的利用和ATP形成，不直接抑制電子傳遞。氧化磷酸化抑制劑的作用是直接干擾ATP的生成過(guò)程，結(jié)果也使電子傳遞不能進(jìn)行。例：寡霉素：與Fo的一個(gè)亞基結(jié)合而抑制合抑制F1DNP(解偶聯(lián)劑）可解除它對(duì)氧的抑制作用。2021/6/16101 寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止質(zhì)子從可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成生成寡霉素寡霉素2021/6/16102（四）離子載體抑制劑 生物膜上的脂溶性物質(zhì)，與某些離子結(jié)