1、 第三章 生物氧化一、概念 能量是一切生物體活動(dòng)所必需的。能量的來源，主要依靠生物體內(nèi)糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物的氧化作用。 有機(jī)物在生物體細(xì)胞內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水并釋放出能量形成ATP的過程稱為生物氧化。 由于此過程通常要消耗氧，生成二氧化碳，并且在組織細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，所以生物氧化也叫做細(xì)胞呼吸或組織呼吸。釋放的能量轉(zhuǎn)化成釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用被利用 轉(zhuǎn)換為光和熱，散失轉(zhuǎn)換為光和熱，散失生物氧化生物氧化和有機(jī)物在和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相同，都是的實(shí)質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成，消耗氧氣，都生成C C2 2O O和和H

2、 H2 2O O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：生物氧化生物氧化 體外燃燒體外燃燒 細(xì)胞內(nèi)溫和條件細(xì)胞內(nèi)溫和條件 高溫或高壓、干燥條件高溫或高壓、干燥條件（常溫、常壓、中性（常溫、常壓、中性pH、水溶液）、水溶液）一系列酶促反應(yīng)一系列酶促反應(yīng) 無機(jī)催化劑無機(jī)催化劑逐步氧化放能，能量利用率高逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆發(fā)釋放能量爆發(fā)釋放速率嚴(yán)格受多種因素控制速率嚴(yán)格受多種因素控制 速率不受多種因素控制速率不受多種因素控制 線粒體或細(xì)胞膜上進(jìn)行線粒體或細(xì)胞膜上進(jìn)行 反應(yīng)反應(yīng)不講究場(chǎng)所不講究場(chǎng)所 三、生物氧化方式 氧化還原的

3、本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。生物體內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移主要有以下幾種形式：1、氫原子的轉(zhuǎn)移2、有機(jī)還原劑直接加氧 加氧時(shí)常常伴隨有接受質(zhì)子和電子而被還原成水。3、直接進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移、直接進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移-脫羧脫羧 （羧基位置羧基位置）-脫羧脫羧單純脫羧（單純脫羧（不伴氧化不伴氧化）氧化脫羧（氧化脫羧（伴氧化伴氧化）節(jié)節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 生物氧化中二氧化碳的生成生物氧化中二氧化碳的生成 生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白質(zhì)、脂肪等生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物，然后再進(jìn)行脫羧反應(yīng)所至。有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物，然后再進(jìn)行脫羧反應(yīng)所至。 種類：種類： 1. -1. -單純脫羧

4、單純脫羧 COOHC =OCH2COOH2. -2. -單純脫羧單純脫羧COOHC =O + CO2 CH3 O CH3 C H + CO2 1 1）單純脫羧）單純脫羧 O CH3 C COOH返回返回 1. - 1. -氧化脫羧氧化脫羧2.-2.-氧化脫羧氧化脫羧 O CH3CCOOH + CoASH + NAD+ O CH3C SCoA + NADH + H+ + CO2COOHC =O + CO2 +NADPH + H+ CH3COOHCHOH + NADP+CH2COOH2 2）氧化脫羧）氧化脫羧返回返回第三節(jié)第三節(jié) 生物氧化中水的生成生物氧化中水的生成 生物氧化中所生成的水是代謝物脫

5、下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合而成的。 糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等代謝物所含的氫在一般情況下是不活潑的，必須通過相應(yīng)的脫氫酶將之激活后才能脫落。進(jìn)入體內(nèi)的氧也必須經(jīng)過氧化酶激活后才能變?yōu)榛钚院芨叩难趸瘎?。但激活的氧在一般情況下，也不能直接氧化由脫氫酶激活而脫落的氫，兩者之間尚需傳遞才能結(jié)合成水。所以生物體主要是以脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成的生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。一、呼吸鏈的概念 代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)過一些列的傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子而生成水的全部體系叫做呼吸鏈。 凡是參與生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)的酶都叫做生物氧化還原酶。主要存在于線粒體中，所以生物氧化主要在線粒體內(nèi)

6、進(jìn)行。另外，線粒體外（如微粒體等）也可發(fā)生生物氧化（次要）。1、脫氫酶 脫氫酶的作用是使代謝物的氫活化、脫落，并傳遞給其它受氫體或中間傳遞體。 根據(jù)所含輔助因子的不同，分為兩類：二、呼吸鏈的組成 呼吸鏈包含15種以上組分，主要由4種酶復(fù)合體和2種可移動(dòng)電子載體構(gòu)成。其中復(fù)合體、輔酶Q（泛醌、CoQ）和細(xì)胞色素C的數(shù)量比為1：2：3：7：63：9。復(fù)合體復(fù)合體 即即NADH-輔酶輔酶Q氧化還原氧化還原酶復(fù)合體。酶復(fù)合體。 由由NADH脫氫酶（一種以脫氫酶（一種以FMN為輔為輔基的黃素蛋白）和一系列基的黃素蛋白）和一系列Fe-S蛋白蛋白（鐵（鐵硫中心）組成。它從硫中心）組成。它從NADH得到得到兩

7、個(gè)電子，經(jīng)鐵硫蛋白傳遞給輔酶兩個(gè)電子，經(jīng)鐵硫蛋白傳遞給輔酶Q。 復(fù)合體 琥珀酸-輔酶Q氧化還原酶。 由琥珀酸脫氫酶（一種以FAD為輔基的黃素蛋白）和一種Fe-S蛋白組成，將從琥珀酸得到的電子傳遞給輔酶Q。 復(fù)合體復(fù)合體 輔酶輔酶Q-ytc氧化還原酶氧化還原酶復(fù)合體。復(fù)合體。 是細(xì)胞色素和鐵硫蛋白的復(fù)合體，把是細(xì)胞色素和鐵硫蛋白的復(fù)合體，把來自輔酶來自輔酶Q的電子，依次傳遞給結(jié)合在線的電子，依次傳遞給結(jié)合在線粒體內(nèi)膜外表面的細(xì)胞色素類。粒體內(nèi)膜外表面的細(xì)胞色素類。 細(xì)胞色素類（cytochrome，Cyt） 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)30多種細(xì)胞色素，在線粒體內(nèi)參與生物氧化的細(xì)胞色素有 a、a3 、b、c、c1等

8、幾種。依靠細(xì)胞色素分子中鐵離子化合價(jià)的變化傳遞電子。 目前尚不能將a、a3 分開。在aa3分子中除鐵原子外，還有兩個(gè)銅原子，依靠其化合價(jià)的變化將電子從a3傳給氧。 在典型的線粒體呼吸鏈中，其順序?yàn)椋簭?fù)合體IV細(xì)胞色素C氧化酶復(fù)合體。將電子傳遞給氧。復(fù)合體復(fù)合體酶名稱酶名稱輔基輔基NADH-CoQ還原酶還原酶FMN，F(xiàn)e-S琥珀酸琥珀酸-CoQ還原酶還原酶FAD，F(xiàn)e-SCoQ-CytC還原酶還原酶Cytb、CytC1，F(xiàn)e-S Cytc氧化酶氧化酶Cytaa3、Cu2+人線粒體呼吸鏈復(fù)合體人線粒體呼吸鏈復(fù)合體 四種復(fù)合體的排列關(guān)系四種復(fù)合體的排列關(guān)系NADH琥珀 酸 FMN（Fe-S） FAD

9、（Fe-S） Cyt b、 （Fe-S）CoQ Cyt aa3 （Cu）O2Cyt c復(fù)合體 I復(fù)合體 II復(fù)合體 III復(fù)合體 IVc1三、呼吸鏈中傳遞體的排列順序 在具有線粒體的生物中，根據(jù)接受代謝物上脫下的氫的初始受體不同，分成兩種典型的呼吸鏈，即NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。 1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈2. 琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈 （ FADH2呼吸鏈呼吸鏈）NADHFMN（Fe-S）CoQCyt b c1 caa3O2CoQCyt b c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸 其中NADH呼吸鏈應(yīng)用最廣泛，糖類、蛋白質(zhì)、脂肪三大物質(zhì)分解代謝中的脫氫氧化反應(yīng)絕

10、大多數(shù)是通過NADH呼吸鏈來完成的。第四節(jié)第四節(jié) 生物氧化過程中能量的生成與利用生物氧化過程中能量的生成與利用高能化合物高能化合物-隨水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)放出大量自由隨水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)放出大量自由能的化合物。能的化合物。高能鍵高能鍵-高能化合物中，隨水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)放高能化合物中，隨水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)放出大量自由能的共價(jià)鍵，常用出大量自由能的共價(jià)鍵，常用 表示。表示。細(xì)胞中重要的高能鍵：細(xì)胞中重要的高能鍵：高能磷酸鍵和高能硫脂鍵。高能磷酸鍵和高能硫脂鍵。一、高能鍵、高能化合物一、高能鍵、高能化合物 “ 高能鍵高能鍵”與與“鍵能鍵能”區(qū)別：區(qū)別： 化學(xué)中的化學(xué)中的“鍵能鍵能”是

11、指斷裂一個(gè)化學(xué)鍵所需要的能量；是指斷裂一個(gè)化學(xué)鍵所需要的能量；“高能鍵高能鍵”是指水解或轉(zhuǎn)移該鍵所釋放的能量。是指水解或轉(zhuǎn)移該鍵所釋放的能量。 高能磷酸化合物高能磷酸化合物-含有高能磷酸轉(zhuǎn)移基團(tuán)的化含有高能磷酸轉(zhuǎn)移基團(tuán)的化合物。有：合物。有：ADP、 CDP 、 UDP、 GDP、 d ADP 、d CDP、 d GDP 、d TDP、 ATP 、GTP、 CTP、 UTP 、d ATP、 d GTP 、d CTP、d TTP 例如：葡萄糖例如：葡萄糖 + ATP 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + ADP 高能鍵及高能化合物高能鍵及高能化合物二、ATP的生成 ATP主要由ADP磷酸化所生成，少數(shù)情

12、況下可由 AMP焦磷酸化生成。1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化 底物水平磷酸化是在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作底物水平磷酸化是在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。即底物被氧化的過程中，形成了某些高能磷酸化合用。即底物被氧化的過程中，形成了某些高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過酶的作用可使物的中間產(chǎn)物，通過酶的作用可使ADP 、GDP生成生成ATP 、GTP 。 底物磷酸化形成高能化合物，其能量來源于伴隨著底物磷酸化形成高能化合物，其能量來源于伴隨著底物的脫氫，分子內(nèi)部能量的重新分布。底物的脫氫，分子內(nèi)部能量的重新分布。 底物磷酸化與氧的存在與否無關(guān)，它是發(fā)酵作用中底物磷酸化與氧的存在與否無關(guān)，它是發(fā)酵

13、作用中進(jìn)行生物氧化獲得能量的唯一方式。進(jìn)行生物氧化獲得能量的唯一方式。+ ADP+ ATPATP1，3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸ADPATPATP磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸琥珀酸的生成琥珀酸的生成CH2CH2COOHCOSCoA琥珀酰琥珀酰CoAGDP+Pi+GTPCoASHCH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTP + ADPATPGTP二、氧化磷酸化（電子傳遞體系磷酸化二、氧化磷酸化（電子傳遞體系磷酸化) 當(dāng)電子從當(dāng)電子從NADH或或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系傳遞經(jīng)過電子傳遞體系傳遞給氧形成水時(shí)，同

14、時(shí)伴隨有給氧形成水時(shí)，同時(shí)伴隨有ADP磷酸化為磷酸化為ATP，即，即電電子傳遞體系磷酸化子傳遞體系磷酸化。電子傳遞體系磷酸化是生成。電子傳遞體系磷酸化是生成ATP的主要方式。的主要方式。 氧化磷酸化場(chǎng)所：氧化磷酸化場(chǎng)所：線粒體內(nèi)膜（真核生物）線粒體內(nèi)膜（真核生物） 細(xì)胞質(zhì)膜（原核生物）細(xì)胞質(zhì)膜（原核生物）1、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 由于由于“氧化磷酸化氧化磷酸化”是氧化作用與是氧化作用與ATP的磷酸化作的磷酸化作用相偶聯(lián)而生成用相偶聯(lián)而生成ATP，所以氧的消耗與，所以氧的消耗與ATP的生成有的生成有特殊定量關(guān)系，通常用特殊定量關(guān)系，通常用“磷氧比（磷氧比（P/O）”來描述，

15、來描述，即消耗即消耗1摩爾氧時(shí)，有多少摩爾無機(jī)磷與摩爾氧時(shí)，有多少摩爾無機(jī)磷與ADP作用生成作用生成ATP。生成的。生成的ATP的數(shù)量。的數(shù)量。 線粒體的離體實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)線粒體的離體實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)NADH呼吸鏈氧化生呼吸鏈氧化生成水的成水的P/O為為3，經(jīng)，經(jīng)FAD呼吸鏈氧化生成水的呼吸鏈氧化生成水的P/O為為2。 所以，所以，NADH呼吸鏈中有三個(gè)偶聯(lián)部位生成呼吸鏈中有三個(gè)偶聯(lián)部位生成ATP， FADH2呼吸鏈中有二個(gè)偶聯(lián)部位生成呼吸鏈中有二個(gè)偶聯(lián)部位生成ATP，其氧化磷，其氧化磷酸化的偶聯(lián)部位見圖。酸化的偶聯(lián)部位見圖。NADHFMN（Fe-S）CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt a

16、a3O2 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+0.822. 氧化磷酸化的作用機(jī)理有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說 化學(xué)偶聯(lián)假說 構(gòu)象偶聯(lián)假說 化學(xué)滲透假說（1）化學(xué)偶聯(lián)假說（1953年） chemical coupling hypothesis n 認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)形成高能共價(jià)中間物，最后將其能量轉(zhuǎn)移到ADP中形成ATP。 conformational coupling hypothesis n 認(rèn)為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體

17、內(nèi)膜的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能構(gòu)象，這種高能形式通過ATP的合成而恢復(fù)其原來的構(gòu)象。n 迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)。但在電子傳遞過程中蛋白質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。 (3)化學(xué)滲透假說：化學(xué)滲透假說：n H+不能自由透過線粒體內(nèi)膜、不能自由透過線粒體內(nèi)膜、線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)蔷€粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)琴|(zhì)子泵。質(zhì)子泵。n 線粒體內(nèi)膜外側(cè)線粒體內(nèi)膜外側(cè)H+濃度增高，基質(zhì)內(nèi)濃度增高，基質(zhì)內(nèi)H+濃度降低，在線粒體內(nèi)膜濃度降低，在線粒體內(nèi)膜兩側(cè)形成一個(gè)質(zhì)子跨膜梯度，線粒體內(nèi)膜外側(cè)帶正電荷，內(nèi)膜內(nèi)側(cè)帶負(fù)兩側(cè)形成一個(gè)質(zhì)子跨膜梯度，線粒體內(nèi)膜外側(cè)帶正電荷，內(nèi)膜內(nèi)側(cè)帶負(fù)電荷，這就是跨膜電位電

18、荷，這就是跨膜電位，又稱質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)。，又稱質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)。 在在質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著一個(gè)特殊通道的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著一個(gè)特殊通道（ATP合酶組成部分），合酶組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過程中釋放的能量，直接跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成和磷酸合成ATP 3、影響生物體內(nèi)氧化磷酸化的因素、影響生物體內(nèi)氧化磷酸化的因素 （1）ADP 、ATP濃度的影響濃度的影響 正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的調(diào)節(jié)，水平的調(diào)節(jié)，只有只有ADP被磷酸化形成被磷酸化形成ATP，電子才通過呼吸鏈流向氧。，

19、電子才通過呼吸鏈流向氧。 如果機(jī)體運(yùn)動(dòng)需要能量時(shí)，如果機(jī)體運(yùn)動(dòng)需要能量時(shí)，ATP分解為分解為ADP、磷酸和、磷酸和能量，能量，ADP的濃度升高，氧化磷酸化過程加快。的濃度升高，氧化磷酸化過程加快。 當(dāng)機(jī)體休息時(shí)，大部分當(dāng)機(jī)體休息時(shí)，大部分ATP不能被利用，不能被利用，ADP的濃度的濃度下降，抑制了氧化磷酸化過程進(jìn)行。下降，抑制了氧化磷酸化過程進(jìn)行。 （2）、甲狀腺素的影響）、甲狀腺素的影響 甲狀腺素可誘導(dǎo)細(xì)胞膜甲狀腺素可誘導(dǎo)細(xì)胞膜Na+、K+-ATP酶（鈉酶（鈉泵泵）的合成，鈉的合成，鈉泵泵運(yùn)轉(zhuǎn)加速了運(yùn)轉(zhuǎn)加速了ATP分解為分解為ADP、磷酸和能、磷酸和能量，量， ADP的濃度升高，氧化磷酸化過

20、程加快，的濃度升高，氧化磷酸化過程加快， ATP 合成增加。合成增加。 （3）某些抑制劑的影響 凡是能夠影響阻礙氧化磷酸化的正常進(jìn)行的物質(zhì)都凡是能夠影響阻礙氧化磷酸化的正常進(jìn)行的物質(zhì)都叫做氧化磷酸化抑制劑。主要有三種；叫做氧化磷酸化抑制劑。主要有三種； 1、解偶聯(lián)劑、解偶聯(lián)劑 氧化磷酸化是氧化及磷酸化的偶聯(lián)反應(yīng)。磷酸化所需氧化磷酸化是氧化及磷酸化的偶聯(lián)反應(yīng)。磷酸化所需能量由氧化作用供給，氧化作用所形成的能量通過磷酸化能量由氧化作用供給，氧化作用所形成的能量通過磷酸化作用儲(chǔ)存。如果二者之間的偶聯(lián)被破壞，氧化磷酸化就受作用儲(chǔ)存。如果二者之間的偶聯(lián)被破壞，氧化磷酸化就受到抑制，甚至危及生物體的生命。

21、到抑制，甚至危及生物體的生命。 解偶聯(lián)劑：引起解偶聯(lián)作用的物質(zhì)。解偶聯(lián)劑：引起解偶聯(lián)作用的物質(zhì)。 常見的解偶聯(lián)劑有常見的解偶聯(lián)劑有2，4-二硝基苯酚、雙香豆素等。二硝基苯酚、雙香豆素等。 解偶聯(lián)劑并不抑制電子傳遞過程，只抑制由解偶聯(lián)劑并不抑制電子傳遞過程，只抑制由ADP形形成成ATP的磷酸化過程。如感冒發(fā)燒即是由于某些細(xì)菌或的磷酸化過程。如感冒發(fā)燒即是由于某些細(xì)菌或病毒產(chǎn)生某種解偶聯(lián)劑，影響氧化磷酸化作用的正常進(jìn)病毒產(chǎn)生某種解偶聯(lián)劑，影響氧化磷酸化作用的正常進(jìn)行，導(dǎo)致較多能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｐ?，?dǎo)致較多能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?、呼吸鏈抑制劑、呼吸鏈抑制劑 有些物質(zhì)專一結(jié)合呼吸鏈中的不同部位，從而抑制呼吸

22、有些物質(zhì)專一結(jié)合呼吸鏈中的不同部位，從而抑制呼吸鏈的傳遞，使氧化過程受阻，能量釋放減少，影響鏈的傳遞，使氧化過程受阻，能量釋放減少，影響ATP的生的生成。成。 常見的呼吸鏈抑制劑有阿米妥（戊巴比妥，常見的呼吸鏈抑制劑有阿米妥（戊巴比妥，amytal）、）、魚藤酮（魚藤酮（rotenone）、抗霉素（）、抗霉素（antimycin）、一氧化碳和氰）、一氧化碳和氰化物等。化物等。3、離子載體抑制劑、離子載體抑制劑 有些物質(zhì)可以與有些物質(zhì)可以與K+或或Na+形成脂溶性復(fù)合物，將形成脂溶性復(fù)合物，將線粒體內(nèi)的線粒體內(nèi)的K+跨膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞液。這種離子轉(zhuǎn)移消耗跨膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞液。這種離子轉(zhuǎn)移消耗了生物氧化所

23、產(chǎn)生的能量，從而抑制了生物氧化所產(chǎn)生的能量，從而抑制ADP磷酸化磷酸化ATP。 常見的離子載體抑制劑有寡霉素、纈氨霉素、短常見的離子載體抑制劑有寡霉素、纈氨霉素、短桿菌肽等。桿菌肽等。 離子載體抑制劑也不抑制電子傳遞過程。離子載體抑制劑也不抑制電子傳遞過程。魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥 抗霉素抗霉素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)三、細(xì)胞液中三、細(xì)胞液中NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化 線粒體是糖、脂肪、蛋白質(zhì)等能源物質(zhì)的最終氧化線粒體是糖、脂肪、蛋白質(zhì)等能源物質(zhì)的最終氧化場(chǎng)所，這些物質(zhì)的徹底氧化是在線粒體內(nèi)通過呼吸鏈生場(chǎng)所，這些物質(zhì)的徹底氧化是在

24、線粒體內(nèi)通過呼吸鏈生成成ATP。 但是糖、蛋白質(zhì)和脂肪的全部氧化過程并不是都在但是糖、蛋白質(zhì)和脂肪的全部氧化過程并不是都在線粒體內(nèi)進(jìn)行（如糖酵解作用在細(xì)胞液中進(jìn)行），細(xì)胞線粒體內(nèi)進(jìn)行（如糖酵解作用在細(xì)胞液中進(jìn)行），細(xì)胞液中液中NADH不能通過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入線粒體內(nèi)進(jìn)行氧化磷不能通過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入線粒體內(nèi)進(jìn)行氧化磷酸化，必須通過兩種酸化，必須通過兩種“穿梭穿梭”途徑途徑。 原理：線粒體外的原理：線粒體外的NADH可將其所帶之可將其所帶之H轉(zhuǎn)交給某些能透過線粒體內(nèi)膜的化合物（甘油轉(zhuǎn)交給某些能透過線粒體內(nèi)膜的化合物（甘油-3-磷酸，蘋果酸等），進(jìn)入線粒體內(nèi)后再氧化。磷酸，蘋果酸等），進(jìn)入線粒體內(nèi)后再

25、氧化。（一）（一） -磷酸甘油磷酸甘油穿梭途徑穿梭途徑 細(xì)胞液中含有細(xì)胞液中含有 -磷酸甘油磷酸甘油脫氫酶，可以將磷酸二脫氫酶，可以將磷酸二羥丙酮還原為羥丙酮還原為 -磷酸甘油磷酸甘油，后者可進(jìn)入線粒體內(nèi)；線，后者可進(jìn)入線粒體內(nèi)；線粒體內(nèi)又在粒體內(nèi)又在 -磷酸甘油磷酸甘油脫氫酶作用下，將脫氫酶作用下，將 -磷酸甘油磷酸甘油轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫u丙酮，同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫u丙酮，同時(shí)FAD還原為還原為FADH2 ，于是，于是細(xì)胞液中的細(xì)胞液中的NADH便間接形成了線粒體內(nèi)的便間接形成了線粒體內(nèi)的FADH2 ， FADH2將電子傳遞給將電子傳遞給CoQ還原為還原為QH2 ，后者通過呼吸，后者通過呼吸鏈產(chǎn)生鏈產(chǎn)

26、生ATP。 這種穿梭作用主要存在于肌肉、神經(jīng)組織，所以這種穿梭作用主要存在于肌肉、神經(jīng)組織，所以葡萄糖在這些組織中徹底氧化所產(chǎn)生的葡萄糖在這些組織中徹底氧化所產(chǎn)生的ATP比其他組比其他組織要少織要少2個(gè)，即生成個(gè)，即生成36個(gè)個(gè)ATP。（二）蘋果酸穿梭途徑（蘋果酸（二）蘋果酸穿梭途徑（蘋果酸-天冬氨酸穿梭途徑）天冬氨酸穿梭途徑） 在肝、腎、心等組織，細(xì)胞液中的在肝、腎、心等組織，細(xì)胞液中的NADH是通過蘋果酸穿梭是通過蘋果酸穿梭途徑。途徑。 細(xì)胞液內(nèi)的細(xì)胞液內(nèi)的NADH的電子在的電子在蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶作用下傳作用下傳遞給草酰乙酸后轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果酸，同時(shí)遞給草酰乙酸后轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果酸，同時(shí)NAD

27、H氧化為氧化為NADNAD+ + 。蘋果酸通過。蘋果酸通過蘋果酸蘋果酸-酮戊二酸載體酮戊二酸載體穿過線粒穿過線粒體膜，進(jìn)入線粒體內(nèi)膜的蘋果酸被體膜，進(jìn)入線粒體內(nèi)膜的蘋果酸被NADNAD+ +氧化失去電子氧化失去電子又轉(zhuǎn)變?yōu)橛洲D(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜幔蒗Ｒ宜幔琋ADNAD+ +又形成又形成NADH，草酰乙酸不，草酰乙酸不能透過線粒體內(nèi)膜，經(jīng)過能透過線粒體內(nèi)膜，經(jīng)過轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用形成天冬氨酸，形成天冬氨酸，再經(jīng)過再經(jīng)過谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸載體天冬氨酸載體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞液中，天冬氨轉(zhuǎn)移到細(xì)胞液中，天冬氨酸再經(jīng)過酸再經(jīng)過轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?。轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜帷?蘋果酸蘋果酸- -穿梭穿梭 四、

28、能量的轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存與利用四、能量的轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存與利用 1、高能磷酸鍵的轉(zhuǎn)移、高能磷酸鍵的轉(zhuǎn)移 ATP是細(xì)胞內(nèi)的主要磷酸是細(xì)胞內(nèi)的主要磷酸載體載體，ATP作為細(xì)胞的作為細(xì)胞的主要供能物質(zhì)參與體內(nèi)的許多代謝反應(yīng)，還有一些反主要供能物質(zhì)參與體內(nèi)的許多代謝反應(yīng)，還有一些反應(yīng)需要應(yīng)需要UTP或或CTP作供能物質(zhì)，如作供能物質(zhì)，如UTP參與糖元合成參與糖元合成和糖醛酸代謝，和糖醛酸代謝，GTP參與糖異生和蛋白質(zhì)合成，參與糖異生和蛋白質(zhì)合成，CTP參與磷脂合成過程，核酸合成中需要參與磷脂合成過程，核酸合成中需要ATP、CTP、UTP和和GTP作原料合成作原料合成RNA，或以，或以dATP、dCTP、dGTP和和

29、dTTP作原料合成作原料合成DNA。 作為供能物質(zhì)所需要的作為供能物質(zhì)所需要的UTP、CTP和和GTP可經(jīng)下述反應(yīng)再生：可經(jīng)下述反應(yīng)再生： UDP+ATPUTP+ADP GDP+ATPGTP+ADP CDP+ATPCTP+ADP d NTP由由d NDP的生成過程也需要的生成過程也需要ATP供供能：能： d NDP+ ATP d NTP+ADP 2、高能磷酸鍵的儲(chǔ)存、高能磷酸鍵的儲(chǔ)存 ATP是細(xì)胞內(nèi)主要的磷酸是細(xì)胞內(nèi)主要的磷酸載體載體或能量傳遞體，人體或能量傳遞體，人體儲(chǔ)存能量的方式不是儲(chǔ)存能量的方式不是ATP而是磷酸肌酸。肌酸主要存在而是磷酸肌酸。肌酸主要存在于肌肉組織中，骨骼肌中含量多于平

30、滑肌，腦組織中含于肌肉組織中，骨骼肌中含量多于平滑肌，腦組織中含量也較多，肝、腎等其它組織中含量很少。量也較多，肝、腎等其它組織中含量很少。 磷酸肌酸的生成反應(yīng)如下：磷酸肌酸的生成反應(yīng)如下： 線粒體內(nèi)膜的肌酸激酶主要催化正向反應(yīng)，生成的線粒體內(nèi)膜的肌酸激酶主要催化正向反應(yīng)，生成的ADP可促進(jìn)氧化磷酸化，生成的磷酸肌酸逸出線粒體進(jìn)入胞可促進(jìn)氧化磷酸化，生成的磷酸肌酸逸出線粒體進(jìn)入胞液，磷酸肌酸所含的能量不能直接利用；胞液中的肌酸激酶液，磷酸肌酸所含的能量不能直接利用；胞液中的肌酸激酶主要催化逆向反應(yīng)，生成的主要催化逆向反應(yīng)，生成的ATP可補(bǔ)充肌肉收縮時(shí)的能量消可補(bǔ)充肌肉收縮時(shí)的能量消耗，而肌酸又

31、回到線粒體用于磷酸肌酸的合成。耗，而肌酸又回到線粒體用于磷酸肌酸的合成。 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜: 肌酸肌酸+ ATP磷酸肌酸磷酸肌酸+ADP 胞液中胞液中: 磷酸肌酸磷酸肌酸+ADP肌酸肌酸+ ATP3、能量的轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存與利用能量的轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存與利用可用下圖表示可用下圖表示 CPK：肌酸磷酸激酶：肌酸磷酸激酶 氰化物的中毒機(jī)理 和解毒機(jī)制 氰化物的介紹氰化物的介紹 氰化物是含氰基的一類化學(xué)物質(zhì)的總稱氰化物是含氰基的一類化學(xué)物質(zhì)的總稱,分子化學(xué)結(jié)構(gòu)中分子化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有氰根含有氰根(CN-)的化合物均屬于氰化物的化合物均屬于氰化物,最常見的是氫氰酸、氰最常見的是氫氰酸、氰化鈉和氰化鉀。根據(jù)與氰基連接

32、的元素或基團(tuán)把氰化物分成化鈉和氰化鉀。根據(jù)與氰基連接的元素或基團(tuán)把氰化物分成兩大類兩大類,即有機(jī)氰化物和無機(jī)氰化物。一般將無機(jī)化合物歸為即有機(jī)氰化物和無機(jī)氰化物。一般將無機(jī)化合物歸為氰類氰類,有機(jī)化合物歸為腈類。氰化物在民用工業(yè)中用途十分廣有機(jī)化合物歸為腈類。氰化物在民用工業(yè)中用途十分廣泛泛,它是赤血鹽它是赤血鹽(鐵氰化鉀鐵氰化鉀)和黃血鹽和黃血鹽(亞鐵氰化鉀亞鐵氰化鉀)染料的原料染料的原料,且大量用于貴重金屬的提純篩選且大量用于貴重金屬的提純篩選 電鍍和農(nóng)藥制造等電鍍和農(nóng)藥制造等. 氰化物的介紹氰化物的介紹氰化物是高毒物質(zhì)氰化物是高毒物質(zhì),如氰化鈉如氰化鈉,人口服的致死劑量為人口服的致死劑量

33、為150250mg ,無機(jī)氰化鉀無機(jī)氰化鉀 、氰化鋇、氰化鋇、 氰化鋅氰化鋅 、氰化、氰化亞銅亞銅 、銅氰化鈉等都屬劇毒物品、銅氰化鈉等都屬劇毒物品.腈類化物腈類化物,如乙腈、如乙腈、亞硝酸鐵氰化鹽類等化學(xué)物質(zhì)在進(jìn)入人體后也可代謝亞硝酸鐵氰化鹽類等化學(xué)物質(zhì)在進(jìn)入人體后也可代謝成氰化物成氰化物,從而導(dǎo)致中毒從而導(dǎo)致中毒. 所以探究氰化物對(duì)人體的毒所以探究氰化物對(duì)人體的毒害作用、生化機(jī)理、解毒機(jī)制是十分必要的害作用、生化機(jī)理、解毒機(jī)制是十分必要的.細(xì)胞色素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)細(xì)胞色素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 細(xì)胞色素有細(xì)胞色素有a、a3、b、c、c1等種類，其中等種類，其中除除aa3外，其余的細(xì)胞色素中鐵原子均以卟啉環(huán)外

34、，其余的細(xì)胞色素中鐵原子均以卟啉環(huán)和蛋白質(zhì)形成和蛋白質(zhì)形成6個(gè)共價(jià)或配位個(gè)共價(jià)或配位.因此不能和因此不能和O2、CO、CN-等結(jié)合。唯等結(jié)合。唯a3的三價(jià)鐵形成的三價(jià)鐵形成5個(gè)配位，個(gè)配位，能與能與O2、CO、CN-等結(jié)合。使酶的結(jié)構(gòu)改變等結(jié)合。使酶的結(jié)構(gòu)改變,不不能再?gòu)牡孜铽@得電子。能再?gòu)牡孜铽@得電子。中毒機(jī)理 氰離子迅速與細(xì)胞色素氧化酶中的三價(jià)鐵結(jié)氰離子迅速與細(xì)胞色素氧化酶中的三價(jià)鐵結(jié)合，阻止其還原成二價(jià)鐵，合，阻止其還原成二價(jià)鐵， 使傳遞電子的使傳遞電子的氧化氧化過過程甚至整個(gè)生物氧化過程中斷，程甚至整個(gè)生物氧化過程中斷，ATP合成減少、合成減少、細(xì)胞攝取能量嚴(yán)重不足而造成內(nèi)窒息細(xì)胞攝取

35、能量嚴(yán)重不足而造成內(nèi)窒息,導(dǎo)致人和動(dòng)導(dǎo)致人和動(dòng)物體因缺乏能量而死亡。物體因缺乏能量而死亡。中毒機(jī)理 近幾年的研究發(fā)現(xiàn)氰化物還能通過影響鈣穩(wěn)態(tài)近幾年的研究發(fā)現(xiàn)氰化物還能通過影響鈣穩(wěn)態(tài),中樞中樞神經(jīng)遞質(zhì)及其受體神經(jīng)遞質(zhì)及其受體,機(jī)體氧化應(yīng)激和抗氧化體系等對(duì)機(jī)體機(jī)體氧化應(yīng)激和抗氧化體系等對(duì)機(jī)體造成毒害造成毒害. 氰化物通過多種途徑導(dǎo)致機(jī)體中毒氰化物通過多種途徑導(dǎo)致機(jī)體中毒,并且各機(jī)制并且各機(jī)制間能相互交叉間能相互交叉,相互促進(jìn)相互促進(jìn),形成惡性網(wǎng)絡(luò)形成惡性網(wǎng)絡(luò).解毒 氰化物中毒是由于抑制了細(xì)胞色素氧化酶氰化物中毒是由于抑制了細(xì)胞色素氧化酶氧化型氧化型( Fe3 + ) ,中斷了氧化呼吸鏈中斷了氧化呼

36、吸鏈,可使細(xì)胞窒可使細(xì)胞窒息。息。 外加或生成能與氧化型細(xì)胞色素氧化酶中外加或生成能與氧化型細(xì)胞色素氧化酶中的鐵的鐵( Fe3 + ) 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合CN- 的物質(zhì)，從而消除的物質(zhì)，從而消除毒性。毒性。常用的解毒劑亞硝酸鹽亞硝酸鹽-硫代硫酸鈉硫代硫酸鈉 乙二胺四乙酸二鈷乙二胺四乙酸二鈷 （Co-EDTA ）羥鈷銨（羥鈷銨（Vitamin B12a ）亞硝酸異戊酯亞硝酸異戊酯高濃度的美藍(lán)溶液高濃度的美藍(lán)溶液 其中，亞硝酸鈉和硫代硫酸鈉組合是氰化物和其中，亞硝酸鈉和硫代硫酸鈉組合是氰化物和氰酸中毒的最好治療劑。氰酸中毒的最好治療劑。解毒措施和機(jī)理解毒措施和機(jī)理 一亞硝酸鹽硫代硫酸鈉療法：先用亞硝

37、酸鈉、亞硝一亞硝酸鹽硫代硫酸鈉療法：先用亞硝酸鈉、亞硝酸異戊酯使血紅蛋白迅速生成高鐵血紅蛋白。后者三酸異戊酯使血紅蛋白迅速生成高鐵血紅蛋白。后者三價(jià)鐵離子能與體內(nèi)游離的或已與細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合價(jià)鐵離子能與體內(nèi)游離的或已與細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合的氰基結(jié)合形成不穩(wěn)定的氰化高鐵血紅蛋白，而使酶的氰基結(jié)合形成不穩(wěn)定的氰化高鐵血紅蛋白，而使酶免受抑制免受抑制.高鐵血紅蛋白又能從氰化細(xì)胞色素氧化酶中高鐵血紅蛋白又能從氰化細(xì)胞色素氧化酶中把細(xì)胞色素氧化酶置換出來，從而恢復(fù)活性。把細(xì)胞色素氧化酶置換出來，從而恢復(fù)活性。 殘余的殘余的CN用硫代硫酸鈉清掃，生成無毒的硫氰用硫代硫酸鈉清掃，生成無毒的硫氰酸鹽排出體外。

38、酸鹽排出體外。 二、解偶聯(lián)解偶聯(lián)現(xiàn)象現(xiàn)象 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑有：化學(xué)解偶聯(lián)劑、離子載體、有：化學(xué)解偶聯(lián)劑、離子載體、解偶聯(lián)蛋白。解偶聯(lián)蛋白。 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑是是氧化磷酸化氧化磷酸化的一類抑制劑，的一類抑制劑，使氧化與磷酸化脫離，雖然氧化照常進(jìn)行，使氧化與磷酸化脫離，雖然氧化照常進(jìn)行，但不能生成但不能生成ATP，則，則P/O比值降低，甚至為比值降低，甚至為零。零。 1、解偶聯(lián)劑為離子載體或通道，能增大解偶聯(lián)劑為離子載體或通道，能增大線粒體線粒體內(nèi)內(nèi)膜對(duì)膜對(duì)H+的通透性，消除的通透性，消除H+梯度，因而無梯度，因而無ATP生成，使氧生成，使氧化釋放出來的能量全部以熱的形式散發(fā)。如質(zhì)子載體化釋放出來的能量全部以熱的形式散發(fā)。如質(zhì)子載體2,4-二硝基苯二硝基苯酚酚(DNP)。 該作用在生物體內(nèi)有重要的意義，可用于恒定體溫，該作用在生物體內(nèi)有重要的意義，可用于恒定體溫，以度過寒冷的冬季。以度過寒冷的冬季。 又如感冒發(fā)燒即是由于某些細(xì)菌或病毒產(chǎn)生某種解又如感冒發(fā)燒即是由于某些細(xì)菌或病毒產(chǎn)生某種解偶聯(lián)劑，影響氧化磷酸化作用的正常進(jìn)行，導(dǎo)致較多能偶聯(lián)劑，影響氧化磷酸化作用的正常進(jìn)行，導(dǎo)致較多能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?2、吡咯類殺蟲劑（