1、 第六章第六章 生物氧化生物氧化( (Biological oxidation)Biological oxidation)周代鋒周代鋒海南醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室海南醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室授課對(duì)象：本科授課對(duì)象：本科 目的要求：目的要求：4 4、熟悉、熟悉ATPATP生成方式、生成方式、ATPATP的貯存利用。的貯存利用。1、熟悉生物氧化的概念。熟悉生物氧化的概念。2 2、掌握呼吸鏈的主要組成成分及電子傳遞順序、掌握呼吸鏈的主要組成成分及電子傳遞順序、 線粒體外線粒體外NADHNADH轉(zhuǎn)入線粒體的機(jī)制。轉(zhuǎn)入線粒體的機(jī)制。3 3、掌握氧化磷酸化的概念，掌握氧化磷酸化偶聯(lián)、掌握氧化磷酸化的概念，掌握氧化

2、磷酸化偶聯(lián) 部位及影響因素。部位及影響因素。5 5、了解線粒體外生物氧化體系的主要場(chǎng)所及意義。、了解線粒體外生物氧化體系的主要場(chǎng)所及意義。6 6、了解其他不生成、了解其他不生成ATPATP的氧化體系。的氧化體系。概述：概述：生物氧化生物氧化：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解成H2O和和 CO2并逐步釋放能量形成并逐步釋放能量形成ATP的過(guò)程稱的過(guò)程稱 為生物氧化（為生物氧化（biological oxidation）。）。糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+ +甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP 生

3、物氧化的特點(diǎn)：生物氧化的特點(diǎn)：1、在細(xì)胞內(nèi)由酶催化的氧化反應(yīng)；、在細(xì)胞內(nèi)由酶催化的氧化反應(yīng)；2、在體溫及近中性、在體溫及近中性pH環(huán)境中即可進(jìn)行；環(huán)境中即可進(jìn)行；3、反應(yīng)是逐步進(jìn)行，能量是逐步釋放，有相當(dāng)一部分使、反應(yīng)是逐步進(jìn)行，能量是逐步釋放，有相當(dāng)一部分使 ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP；4、生物氧化中生成的、生物氧化中生成的H2O是由代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)是由代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn) 生的，生的， CO2是由脫羧產(chǎn)生的。是由脫羧產(chǎn)生的。生物氧化的方式：生物氧化的方式：1、加氧反應(yīng)；、加氧反應(yīng)；2、脫氫反應(yīng)；、脫氫反應(yīng)；3、失電子反應(yīng)。、失電子反應(yīng)。體外氧化：能量是驟然釋放，產(chǎn)生的體外

4、氧化：能量是驟然釋放，產(chǎn)生的CO2 、 H2O是由物質(zhì)中的是由物質(zhì)中的 碳和氫直接與氧結(jié)合生成。碳和氫直接與氧結(jié)合生成。本章主要講授兩個(gè)問(wèn)題：本章主要講授兩個(gè)問(wèn)題：(1)(1)水是怎樣生成的。水是怎樣生成的。(2)(2)ATPATP是怎樣合成的。是怎樣合成的。 （注：（注：COCO2 2的生成均通過(guò)有機(jī)酸的脫羧生成）的生成均通過(guò)有機(jī)酸的脫羧生成）請(qǐng)看下列簡(jiǎn)圖：請(qǐng)看下列簡(jiǎn)圖：底物底物氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物2 2H H遞氫體遞氫體 2 2H H2 2e e遞電遞電子體子體O O2 21 12 2O O= =H H2 2O O釋放釋放自由能自由能ADPADPPiPiATPATP第一節(jié)第一節(jié) 生成生成ATP

5、的氧化磷酸化體系的氧化磷酸化體系一、呼吸鏈一、呼吸鏈（一）呼吸鏈概念（一）呼吸鏈概念 代謝物脫下的代謝物脫下的2 2H H，經(jīng)過(guò)一系列、按一定順序排列經(jīng)過(guò)一系列、按一定順序排列在線粒體內(nèi)膜上的在線粒體內(nèi)膜上的酶和輔酶酶和輔酶（遞氫體和遞電子體）的（遞氫體和遞電子體）的傳遞，最后與氧結(jié)合為水，這一連鎖反應(yīng)體系，稱為傳遞，最后與氧結(jié)合為水，這一連鎖反應(yīng)體系，稱為呼吸鏈呼吸鏈( (respiratorychain)respiratorychain)或電子傳遞鏈（或電子傳遞鏈（electron electron transfer transfer chainchain）。）。能能傳遞氫的酶或輔酶?jìng)鬟f氫

6、的酶或輔酶( (輔基輔基) )稱為稱為遞氫體遞氫體。能能傳遞電子的酶或輔酶?jìng)鬟f電子的酶或輔酶( (輔基輔基) )稱為稱為電子傳遞體電子傳遞體。1 1、NADNAD+ +2 2、FADFAD、FMNFMN3 3、鐵硫蛋白、鐵硫蛋白4 4、CoQ(CoQ(泛醌）泛醌）5 5、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素（二）（二）* * 泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四種復(fù)合體中。均不包含在上述四種復(fù)合體中。復(fù)合體復(fù)合體酶名稱酶名稱復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶

7、輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 復(fù)合體復(fù)合體酶名稱酶名稱復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 人體呼吸鏈復(fù)合體的組成人體呼吸鏈復(fù)合體的組成 Cytcox NADH+H+ NAD+ 1/2O2+2H+ H2O 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè)

8、線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 QH2 Q 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcred Cytcred 2H+2H+電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置1 1、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADNAD+ +）：）：在生物氧化中在生物氧化中 起遞氫的作用。起遞氫的作用。 NADNAD和和NADPNADP+ +在生物氧化中遞氫機(jī)制：在生物氧化中遞氫機(jī)制： 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱NADH-泛醌還原酶。泛醌還原酶。 復(fù)合體復(fù)合體電子傳遞：電子傳遞：NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ 每傳遞

9、每傳遞2個(gè)電子個(gè)電子可將可將4個(gè)個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，胞漿側(cè)，復(fù)合體復(fù)合體有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。2、復(fù)合體、復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體作用作用:是將是將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌中的電子傳遞給泛醌1)1)黃素蛋白及其輔基黃素蛋白及其輔基FMNFMN：在生物氧化中起遞氫的作用。在生物氧化中起遞氫的作用。 作用：作用：N1,N10可逆性傳遞二個(gè)氫原子?？赡嫘詡鬟f二個(gè)氫原子。2)2)鐵硫蛋白（鐵硫中心）及其輔基鐵硫簇（鐵硫蛋白（鐵硫中心）及其輔基鐵硫簇（Fe-SFe-S）：在生物氧在生物氧化中起遞電子的作用?；衅疬f電子的作用。鐵硫蛋白中輔基鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心鐵硫中心(

10、Fe-S)含有等量鐵原子和硫含有等量鐵原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行Fe2+ Fe3+e 反應(yīng)傳遞電子。反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體屬于單電子傳遞體。 表示無(wú)機(jī)硫表示無(wú)機(jī)硫 鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)硫無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫3、輔酶、輔酶Q（CoQ），又稱泛醌，又稱泛醌u是一種脂溶性醌類(lèi)化合物，可在線粒體內(nèi)膜自由是一種脂溶性醌類(lèi)化合物，可在線粒體內(nèi)膜自由 擴(kuò)散擴(kuò)散, ,在生物氧化中是一種遞氫體。在生物氧化中是一種遞氫體。4、復(fù)合體復(fù)合體，琥珀酸泛醌還原酶琥珀酸泛醌還原酶 復(fù)合體復(fù)合體是三羧酸循環(huán)中的是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶，又，又稱稱琥

11、珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶。 電子傳遞：電子傳遞：琥珀酸琥珀酸FAD幾種幾種Fe-S CoQ 復(fù)合體復(fù)合體沒(méi)有沒(méi)有H+泵的功能泵的功能。復(fù)合體復(fù)合體功能功能:是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。復(fù)合體復(fù)合體的組成：的組成： 1)1)黃素蛋白及其輔基黃素蛋白及其輔基FADFAD：在生物氧化中起遞氫的作用。在生物氧化中起遞氫的作用。FADHFADH2 2或或FMNHFMNH2 2FADFAD或或FMNFMNNHON=ONNRH3CH3C1357910+2H-2HNHON=ONHNRH3CH3C667H1102)2)鐵硫蛋白（鐵硫中心）及其輔基鐵硫簇（鐵硫蛋白（鐵硫中心）及

12、其輔基鐵硫簇（Fe-SFe-S）：在在 生物氧化中起遞電子的作用。生物氧化中起遞電子的作用。5 5、復(fù)合體、復(fù)合體 復(fù)合體復(fù)合體又叫又叫泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶，細(xì)胞色素，細(xì)胞色素b-c1復(fù)合體，含有細(xì)胞色素復(fù)合體，含有細(xì)胞色素b(b562, b566)、細(xì)胞、細(xì)胞色素色素c1和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白(Rieske protein)。 電子傳遞過(guò)程：電子傳遞過(guò)程：CoQH2(Cyt b566(L)Cyt b562(H) Fe-S Cytc1Cytc復(fù)合體復(fù)合體功能功能: :是將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素是將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c c。每傳遞每傳遞2個(gè)電子個(gè)

13、電子可將可將4個(gè)個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，側(cè)，復(fù)合體復(fù)合體有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。細(xì)胞色素細(xì)胞色素(cytochrome, Cyt) 細(xì)胞色素是一類(lèi)以細(xì)胞色素是一類(lèi)以鐵卟啉為輔基的催化電子傳鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類(lèi)遞的酶類(lèi)，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類(lèi)。，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類(lèi)。呼吸鏈中細(xì)胞色素的排列及電子傳遞過(guò)程：呼吸鏈中細(xì)胞色素的排列及電子傳遞過(guò)程：2e2Fe2+2Fe3+2e2Fe3+2Fe2+b(L)b(H)2ec c1 12Fe2+2Fe3+c c2e2Fe3+2Fe2+aaaa3 32e12O2O2-H2O2H+ Cyt c是是呼吸鏈唯一水溶性球

14、狀蛋白呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，不包含在復(fù)，不包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體。6、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素C（CytCCytC）：）：為電子傳遞體為電子傳遞體 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱細(xì)胞色素細(xì)胞色素C氧化酶氧化酶(cytochrome c oxidase)。 電子傳遞：電子傳遞：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2 Cyt a3CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。7、復(fù)合體、復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體功能功能: :將電子從細(xì)胞色素將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧傳遞給氧每傳遞每傳遞2個(gè)電子個(gè)電子可將可將2個(gè)個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵

15、到胞漿從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，側(cè)，復(fù)合體復(fù)合體有質(zhì)子泵功能。有質(zhì)子泵功能。復(fù)復(fù)合合體體的的電電子子傳傳遞遞過(guò)過(guò)程程表表6-2 呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)氧化還原對(duì)E0(V)氧化還原對(duì)氧化還原對(duì)E0(V)NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254FAD /FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q10 /Q1

16、0H20.061/2O2 /H2O0.816 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 e-e-e-e-e- 呼吸鏈的組分實(shí)際上以呼吸鏈的組分實(shí)際上以4個(gè)復(fù)合體及個(gè)復(fù)合體及2種分離存在的傳遞體的種分離存在的傳遞體的形式傳遞氫與電子。形式傳遞氫與電子。1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈:NADH 復(fù)合體復(fù)合體Q 復(fù)合體復(fù)合體Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體O2 每每2H通過(guò)通過(guò)NADH氧化呼吸鏈傳遞可生成氧化呼吸鏈傳遞可生成2.5分子分子ATP。2. 琥珀酸氧化呼吸鏈（亦稱為琥珀酸氧化呼吸鏈（亦稱

17、為FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈）:琥珀酸琥珀酸 復(fù)合體復(fù)合體 Q 復(fù)合體復(fù)合體Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體O2 每每2H通過(guò)通過(guò)FADH2氧化呼吸鏈傳遞可生成氧化呼吸鏈傳遞可生成1.5分子分子ATP。NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 二、二、 ATP的生成的生成 底物水平磷酸化底物水平磷酸化ATP生成方式生成方式 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation ): 底底物脫氫使分子內(nèi)部能量

18、重新分布，生成的高能鍵，物脫氫使分子內(nèi)部能量重新分布，生成的高能鍵，直接轉(zhuǎn)給直接轉(zhuǎn)給ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的過(guò)程。的過(guò)程。 底物水平磷酸化僅見(jiàn)于下列底物水平磷酸化僅見(jiàn)于下列三個(gè)反應(yīng)三個(gè)反應(yīng)： 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酰琥珀酰CoA合成合成酶酶 琥珀酰琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP 氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) :底物脫下的氫底

19、物脫下的氫,經(jīng)呼吸鏈的傳遞釋放能量，偶聯(lián)經(jīng)呼吸鏈的傳遞釋放能量，偶聯(lián)ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的過(guò)程，又稱為偶聯(lián)磷酸化。是生成的過(guò)程，又稱為偶聯(lián)磷酸化。是生成ATP的主的主要方式。要方式。呼呼吸吸鏈鏈AH2 2H(2H+2e)A能能ADP+PiATPO212氧化氧化磷酸化磷酸化偶偶聯(lián)聯(lián)H2O 1. P / O比值：比值：氧化磷酸化過(guò)程中，每消耗氧化磷酸化過(guò)程中，每消耗1摩爾氧原子所消摩爾氧原子所消耗的無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)耗的無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)(合成合成ATP的克分子數(shù)的克分子數(shù))。（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位（ATP生成部位）生成部位）線線粒粒體體離離體體實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)測(cè)得得的的一

20、一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸鏈鏈的的組組成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP數(shù)數(shù) -羥羥丁丁酸酸NAD+復(fù)復(fù)合合體體CoQ復(fù)復(fù)合合體體2.5 2.5Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O2琥琥珀珀酸酸復(fù)復(fù)合合體體CoQ復(fù)復(fù)合合體體1.5 1.5Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O2抗抗壞壞血血酸酸Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O20.88 1細(xì)細(xì)胞胞色色素素c (Fe2+) 復(fù)復(fù)合合體體O20.61-0.68 1ATPATP ATP 氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位復(fù)合體復(fù)合體、2.2.電子傳遞鏈自由能變化電子傳遞鏈自由能變化區(qū)段區(qū)段電位變化電位變化(E)自由能變化自由能變化G=-nFE能否

21、生成能否生成ATP(G是否大于是否大于30.5KJ) Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能( (二二) ) 氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制 1 1、 化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)(chemiosmotic hypothesis)(chemiosmotic hypothesis) ： 氫原子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，質(zhì)子（氫原子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，質(zhì)子（H H+ +）被從線粒體）被從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電

22、化學(xué)梯度學(xué)梯度（包括（包括H H+ +濃度梯度和跨膜電位差）濃度梯度和跨膜電位差），以此儲(chǔ)存，以此儲(chǔ)存能量，當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)能量，當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADPADP與與PiPi生成生成ATPATP。 線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 線線粒粒體體外外膜膜線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)外外膜膜間間隙隙 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+ 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) + + +

23、 + + + + + + + - - - - - - - - - 化學(xué)滲透假說(shuō)詳細(xì)示意圖化學(xué)滲透假說(shuō)詳細(xì)示意圖2、ATP合酶（合酶（ATP synthase）：）：復(fù)合體復(fù)合體 在在F0和和F1之間的柄部有一個(gè)寡霉素敏感蛋白（之間的柄部有一個(gè)寡霉素敏感蛋白（oligomycin-sensitity-conferring protein, OSCP）, 寡霉素能與之結(jié)合抑制寡霉素能與之結(jié)合抑制ATP的合成。的合成。ATP合酶合酶F0（疏水部分疏水部分）：由）：由a1b2c912亞基組成，是鑲嵌亞基組成，是鑲嵌 在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道F1（親水部分親水部分）：由）：由 3

24、 3 3 3亞基組成，其功能是亞基組成，其功能是 催化催化ATP的生成，的生成，催化部位在催化部位在 亞基中亞基中ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖合酶結(jié)構(gòu)模式圖當(dāng)當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)順濃度遞度經(jīng)F0中中a亞基和亞基和c亞基之間亞基之間回流時(shí)，回流時(shí)，亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)個(gè)亞基的構(gòu)象發(fā)生亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。改變。ATP合酶的工作機(jī)制合酶的工作機(jī)制三、影響氧化磷酸化的因素三、影響氧化磷酸化的因素1. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑2. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑3. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑（一）抑制劑（一）抑制劑1、呼吸鏈抑制劑：能阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。、呼吸鏈抑制劑：能阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳

25、遞。魚(yú)藤酮魚(yú)藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A異戊巴比妥異戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巰基丙醇二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)萎銹靈萎銹靈2、解偶聯(lián)劑（、解偶聯(lián)劑（uncoupler） 解偶聯(lián)劑不抑制呼吸鏈，而是使氧化釋放的自由能不能合成解偶聯(lián)劑不抑制呼吸鏈，而是使氧化釋放的自由能不能合成ATPATP，使氧化和磷酸化解離。使氧化和磷酸化解離。 常見(jiàn)的解偶聯(lián)劑是常見(jiàn)的解偶聯(lián)劑是2 2，4 4二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNPDNP）。）。NADHNADHH HFADHFADH2 21 12 2O O2 2ADPADPPiPi-2-2H H產(chǎn)物產(chǎn)

26、物S S酶酶NADNAD+ +FADFADH H2 2O O釋放釋放能量能量ATPATPH H2 2O O底物底物SHSH2 2以熱能釋放以熱能釋放 人（尤其是新生兒）含有大量的棕色脂肪組織，該組織中人（尤其是新生兒）含有大量的棕色脂肪組織，該組織中有解偶聯(lián)蛋白（有解偶聯(lián)蛋白（ uncoupling protein）。）。早產(chǎn)兒缺乏棕色脂肪組織，易患新生兒硬腫癥。早產(chǎn)兒缺乏棕色脂肪組織，易患新生兒硬腫癥。解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（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 3、氧化磷酸化抑制

27、劑：這類(lèi)抑制劑對(duì)電子傳遞和、氧化磷酸化抑制劑：這類(lèi)抑制劑對(duì)電子傳遞和ADP磷酸化都磷酸化都 有抑制作用。有抑制作用。 如：如：寡霉素寡霉素能與寡霉素敏感蛋白結(jié)合，能與寡霉素敏感蛋白結(jié)合，二環(huán)己基碳二亞胺二環(huán)己基碳二亞胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP)共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合F0的的c亞基谷氨酸亞基谷氨酸殘基，阻斷質(zhì)子從殘基，阻斷質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制質(zhì)子通道回流，抑制ATP合酶活性。合酶活性。（二）（二）ADP調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用NADHNADHH H氧化磷酸化氧化磷酸化H H2 2O ONADNADADPADPPiPiATPATP三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)(+)(+)(

28、-)(-)O O2 21 12 2 氧化磷酸化的底物是氧化磷酸化的底物是NADHNADHH H，O O2 2，ADPADP和和PiPi，由于由于 O O2 2和和PiPi一般是不會(huì)缺乏的，所以主要是調(diào)節(jié)一般是不會(huì)缺乏的，所以主要是調(diào)節(jié)ADPADP的水平。的水平。 當(dāng)當(dāng)ADP ADP 時(shí)，即能量消耗增加時(shí)，氧化磷酸化時(shí)，即能量消耗增加時(shí)，氧化磷酸化 ， NAD NAD增多，從而間接促進(jìn)三羧酸循環(huán)。反之，當(dāng)增多，從而間接促進(jìn)三羧酸循環(huán)。反之，當(dāng)ADP ADP 、 ATP ATP ，氧化磷酸化氧化磷酸化 , , 三羧酸循環(huán)速度減慢，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)三羧酸循環(huán)速度減慢，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 分解速度分解速度 ，以節(jié)省能源

29、物質(zhì)。，以節(jié)省能源物質(zhì)。（三）甲狀腺激素的調(diào)節(jié)作用（三）甲狀腺激素的調(diào)節(jié)作用 甲狀腺激素能誘導(dǎo)細(xì)胞膜上甲狀腺激素能誘導(dǎo)細(xì)胞膜上Na+，K+-ATP酶的酶的合成，使合成，使ATP加速分解為加速分解為ADP和和Pi，而而ADP的增多的增多，再促進(jìn)氧化磷酸化，故甲狀腺激素促進(jìn)，再促進(jìn)氧化磷酸化，故甲狀腺激素促進(jìn)ATP的合的合成，又促進(jìn)成，又促進(jìn)ATP的分解。的分解。 此外，甲狀腺激素（此外，甲狀腺激素（T3）還能使解偶聯(lián)蛋白基因還能使解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)增加，使耗氧和產(chǎn)熱均增加，因此，甲狀腺表達(dá)增加，使耗氧和產(chǎn)熱均增加，因此，甲狀腺功能亢進(jìn)者基礎(chǔ)代謝率增高。功能亢進(jìn)者基礎(chǔ)代謝率增高。（四）線粒體（四）

30、線粒體DNA突變突變 線粒體線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）呈裸露的環(huán)呈裸露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，缺乏蛋白質(zhì)保護(hù)和損傷修復(fù)系統(tǒng)，易受到自身狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，缺乏蛋白質(zhì)保護(hù)和損傷修復(fù)系統(tǒng)，易受到自身氧化磷酸化過(guò)程中產(chǎn)生的氧自由基的損傷而發(fā)生突變，其突變氧化磷酸化過(guò)程中產(chǎn)生的氧自由基的損傷而發(fā)生突變，其突變率是核率是核DNA的的1020倍。倍。 mtDNA突變可影響氧化磷酸化的功能，使突變可影響氧化磷酸化的功能，使ATP生成減少而生成減少而致病，稱為致病，稱為mtDNA病。常見(jiàn)的癥狀有盲、聾、癡呆、肌無(wú)力、病。常見(jiàn)的癥狀有盲、聾、癡呆、肌無(wú)力、糖尿病等，以母系遺傳居多，老年人

31、常見(jiàn)。糖尿病等，以母系遺傳居多，老年人常見(jiàn)。四、四、ATP在能量的生成、利用、在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用n高能磷酸鍵高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于水解時(shí)釋放的能量大于21kJ/mol的磷酸的磷酸酯鍵，常表示為酯鍵，常表示為 P。n高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物含有高能磷酸鍵的化合物 磷酸肌酸是體內(nèi)高能磷酸化合物儲(chǔ)存形式，磷酸肌酸是體內(nèi)高能磷酸化合物儲(chǔ)存形式，在肌肉及腦組織中儲(chǔ)存最多。在肌肉及腦組織中儲(chǔ)存最多。NH2CNHNCH3CH2COOH ATPNHC=NHN-CH3CH2COOH+ADP肌酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸P肌酸激酶肌酸激酶（

32、CK） 肌酸和磷酸肌酸的代謝終產(chǎn)物是肌酐，是腎功能肌酸和磷酸肌酸的代謝終產(chǎn)物是肌酐，是腎功能化驗(yàn)指標(biāo)之一?；?yàn)指標(biāo)之一。 ATP的生成和利用的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 機(jī)械能機(jī)械能( (肌肉收縮肌肉收縮) )滲透能滲透能( (物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)) ) 化學(xué)能化學(xué)能( (合成代謝合成代謝) )電能電能( (生物電生物電) )熱能熱能( (維持體溫維持體溫) )生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以利用都以ATP為中心。為中心。五、通過(guò)線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)五、通過(guò)線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 線粒體對(duì)物質(zhì)通過(guò)的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同的轉(zhuǎn)運(yùn)載線粒體對(duì)物質(zhì)通過(guò)的

33、選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同的轉(zhuǎn)運(yùn)載體對(duì)不同物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)以保證生物氧化的順利進(jìn)行。體對(duì)不同物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)以保證生物氧化的順利進(jìn)行。 線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 胞胞 漿漿線線粒粒體體基基質(zhì)質(zhì)磷磷酸酸鹽鹽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白H2PO4H+H2PO4H+酸酸性性氨氨基基酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白蘋(píng)蘋(píng)果果酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸腺腺苷苷酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白ADPATP 丙丙酮酮酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白丙丙酮酮酸酸OH-三三羧羧酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白蘋(píng)蘋(píng)果果酸酸檸檸檬檬酸酸堿堿性性氨氨基基酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白鳥(niǎo)鳥(niǎo)氨氨酸酸瓜瓜氨氨酸酸肉肉

34、堿堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白脂脂酰酰肉肉堿堿肉肉堿堿胞胞 漿漿線線粒粒體體基基質(zhì)質(zhì)磷磷酸酸鹽鹽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白H2PO4H+H2PO4H+磷磷酸酸鹽鹽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白H2PO4H+H2PO4H+酸酸性性氨氨基基酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸酸酸性性氨氨基基酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白蘋(píng)蘋(píng)果果酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白蘋(píng)蘋(píng)果果酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸腺腺苷苷酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白ADPATP 腺腺苷苷酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白ADPATP 丙丙酮酮酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白丙丙酮酮酸酸OH-丙丙酮酮酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)

35、蛋蛋白白丙丙酮酮酸酸OH-三三羧羧酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白蘋(píng)蘋(píng)果果酸酸檸檸檬檬酸酸三三羧羧酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白蘋(píng)蘋(píng)果果酸酸檸檸檬檬酸酸堿堿性性氨氨基基酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白鳥(niǎo)鳥(niǎo)氨氨酸酸瓜瓜氨氨酸酸堿堿性性氨氨基基酸酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白鳥(niǎo)鳥(niǎo)氨氨酸酸瓜瓜氨氨酸酸肉肉堿堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白脂脂酰酰肉肉堿堿肉肉堿堿肉肉堿堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白脂脂酰酰肉肉堿堿肉肉堿堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)蛋蛋白白功功 能能（一）胞液中（一）胞液中NADHNADH的氧化的氧化 在胞液中生成的在胞液中生成的NADH（ 如如3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)生成磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)生成的的NADH ）不能自由通過(guò)線粒體內(nèi)膜，它必須先通過(guò)某種轉(zhuǎn)不能自由通過(guò)線粒體內(nèi)膜，

36、它必須先通過(guò)某種轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)入線粒體才能氧化，運(yùn)機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)入線粒體才能氧化，在胞液中生成的在胞液中生成的NADH進(jìn)入進(jìn)入線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有以下兩種：線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有以下兩種：2、蘋(píng)果酸、蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)1、-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle) 胞液中的胞液中的1 1分子分子NADHNADH通過(guò)通過(guò) - -磷酸甘油穿梭進(jìn)入磷酸甘油穿梭進(jìn)入線粒體氧化可線粒體氧化可生成生成1.51.5分子分子ATPATP。 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線粒體線粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜 線粒

37、體線粒體 外膜外膜膜間隙膜間隙 線粒體線粒體 基質(zhì)基質(zhì)-磷酸甘油磷酸甘油 脫氫酶脫氫酶 呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH1. - -磷酸甘油穿梭機(jī)制磷酸甘油穿梭機(jī)制 胞液中的胞液中的1 1分子分子NADHNADH通過(guò)通過(guò)蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭進(jìn)入進(jìn)入線粒體氧線粒體氧化可生成化可生成2.52.5分子分子ATPATP。2. 蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸- -天冬氨酸穿梭機(jī)制天冬氨酸穿梭機(jī)制第二節(jié)第二節(jié) 其他不生成其他不生成ATP的氧化體系的氧化體系The Others Oxidative Enzyme Systems without ATP Producing一、需氧脫氫酶和氧化酶一、需氧脫氫酶和氧化酶