1、第五章 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) 氧化磷酸化第一節(jié) 生物氧化概論一、生物氧化的一般過程二、生物氧化的概念和特點三、生物氧化的3方面內(nèi)容四、生物氧化的酶類五、高能化合物一、生物氧化的一般過程 TCA2. 小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）。 3. 共同中間物進入TCA，氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP中。1. 大分子降解成基本結構單位。 生物體內(nèi)能量產(chǎn)生的三個階段返回節(jié)二、生物氧化的概念和特點（一）生物氧化的概念糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物在細胞內(nèi)氧化分解，最終生成CO2和水等，并釋放能量

2、的過程，又稱細胞氧化或細胞呼吸。生物氧化的場所：真核線粒體 原核細胞膜2.不同點（1）生物氧化反應以脫氫為主（2）生物氧化在酶催化下進行，條件溫和（3）生物氧化在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的作用下逐步進行，能量逐步釋放。返回節(jié) （1）-單純脫羧1 單純脫羧（2）-單純脫羧COOH C =O CH2COOHCOOH C =O + CO2 CH3 O CH3 C COOH O CH3 C H + CO2 （一）CO2的生成三、生物氧化的3方面內(nèi)容（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。（三）能量的生成和儲存 當有機物被氧化成C2O和H2O時，釋放的能

3、量怎樣轉化成ATP 。主要是通過呼吸鏈 底物水平磷酸化 氧化磷酸化1.底物水平磷酸化概念：是指代謝物在氧化分解過程中產(chǎn)生的高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。 3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶ADPATP1,3-二磷酸甘油酸 OPO 3 2-返回節(jié)（一）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根據(jù)所含輔助因子的不同分為：1.以黃素核苷酸為輔助因子的（又稱為黃素酶）根據(jù)受氫體不同分為需氧黃酶：以氧為直接受氫體生成H2O2不需氧黃酶：氫先傳遞給中間傳遞體，最后才給分子氧生成H2O代謝物-2H NAD+ 傳遞體-2H 1/2O2 (NADP+)代謝物 NADH+H+ 傳遞體 H2O

4、 (NADPH+H+) 2H2H2H2. 以煙酰胺核苷酸為輔因子的NAD（Co）、NADP（ Co）（四）過氧化物酶 1.過氧化氫酶 H2O2 + O2 O2+H2O 2.過氧化物酶 H2O2 + AH2 A+H2O返回節(jié)五、高能化合物（一）高能化合物的概念 在標準條件下(pH7,25,1mol/L)發(fā)生水解時，可釋放出大量自由能的化合物，稱為高能化合物。習慣上把“大量”定為5kcal/mol(即20.92KJ/mol)以上。 在高能化合物分子中，水解斷裂時釋放出大量自由能活潑共價鍵稱為高能鍵。用 表示 須注意：生化上的“高能鍵”，涵義不同于普通化學上的“鍵能”，不能把“高能鍵”理解為“能鍵高

5、”P309（二）高能化合物的類型（了解） 按其分子結構特點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P311 1.磷氧鍵型（O-P)(A)?；姿峄衔?,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨?；佘账?B) 焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸(C)烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸S-腺苷甲硫氨酸（SAM）4.甲硫鍵型3.硫酯鍵型酰基輔酶A 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，在細胞的酶促磷酸基團轉移中是一個“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運者，但并不能量的貯存者。肌肉劇烈運動時，1s就消

6、耗完ATP 1.ATP的兩個高能鍵(三)最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)P308 磷酸基團往往從磷酸基團轉移勢能高的物質(zhì)向勢能低的物質(zhì)轉移。以轉移磷酸基團的形式傳遞能量ATP作為磷酸基團共同中間傳遞體示意圖在緊張活動時，將ATP維持在恒定的水平，可維持4-6秒的能量需要。返回章第二節(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、呼吸鏈組分的排列順序 四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑一、電子傳遞鏈的概念（一）概念： 在生物氧化過程中，代謝物上脫下的H經(jīng)過一系列的按一定順序排列的H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H和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈,又稱

7、呼吸鏈。典型的呼吸鏈 FAD呼吸鏈NADH呼吸鏈P351（二）電子傳遞鏈分布原核細胞存在于質(zhì)膜上真核細胞存在于線粒體的內(nèi)膜上 返回節(jié)二、電子傳遞鏈的組成由NADH到O2的電子傳遞鏈主要包括：1. NADH脫氫酶2. 黃素酶（FMN、FAD）3.輔酶Q(CoQ)4.細胞色素b、c1、c、a、a35.鐵硫蛋白4個蛋白復合體2個可靈活移動的成分P351 復合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 4H+（一）NADH-Q還原酶（復合體I） 42條多肽鏈 FMN + 鐵硫中心其功能為：P352功能：NADH+H+FMN FMNH2+NA

8、D+FMNH2+Q FMN+QH2放能儲能 從線粒體基質(zhì)中轉移4個質(zhì)子到膜間隙（質(zhì)子泵）。1. NADH煙酰胺脫氫酶類 以NAD、NADP為輔酶NAD+的作用原理+ H+ e+ H+ H+NAD+ NADH+H+2H-2H異咯嗪核醇2.黃素蛋白FMN：黃素單核苷酸(Flavin Mononucleotide)FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)黃素核苷酸的作用原理核黃素(黃色)FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H-2H-2H+2H還原型 核黃素(無色)3.鐵硫蛋白類（FeS）又叫鐵硫中心或鐵硫簇。 含有等量鐵原子和硫原子。鐵除與硫連接外，

9、還與肽鏈中Cys殘基的SH連接。 鐵原子可進行Fe2+ Fe3+e 反應傳遞電子，為單電子傳遞體。 4. 輔酶Q（CoQ）即輔酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），屬于脂溶性醌類化合物，帶有多個異戊二烯側鏈。因其為脂溶性，游動性大，可以結合到膜上，也可以游離狀態(tài)存在,因此不包含在四種復合體中。輔酶-Q的功能:電子和質(zhì)子的傳遞體還原成QH2氧化成Q分子中的苯醌結構能可逆地結合H，接受或給出1個或2個電子為遞氫體。NADH+H+ NAD+ FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2 復合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; F

10、e-SN-2 4H+ 復合體琥珀酸 CoQFAD; Fe-S1; b560; Fe-S2 ; Fe-S3 （二）琥珀酸-Q還原酶（復合體 ）其功能為P352 細胞色素是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱。 根據(jù)吸收光譜的不同將細胞色素分為a,b,c三類。 細胞色素通過Fe3+ Fe2+ 的互變起傳遞電子的作用。1個細胞色素每次傳遞一個電子。 復合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1（三）輔酶Q-細胞色素c氧化還原酶（復合體） 泛醌作為流動的電子載體，從復合體或獲取電子，“流動”到復合體，交出電子。功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素C；將質(zhì)子從基質(zhì)轉移到膜間隙4H+

11、Q循環(huán)兩個QH2參與電子傳遞，使兩個細胞色素C還原，經(jīng)過全過程又產(chǎn)生了一個QH2分子。這種通過輔酶Q的電子傳遞方式稱為Q循環(huán)。細胞色素c是唯一能溶于水的細胞色素。作為流動的電子載體從復合體獲取電子流動到復合體，并將電子最終交給氧。細胞色素C（四）細胞色素C氧化酶（復合體）多個亞基的多聚蛋白（末端氧化酶） 復合體還原型Cyt c O2CuAaa3CuB 4H+返回節(jié)其功能為：電子傳遞、質(zhì)子泵4個Cyt c傳遞4個電子給O2生成水。 （一）研究方法及實驗證據(jù)（了解）由以下實驗確定 1. 標準氧化還原電位 2. 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 3. 特異呼吸鏈抑制劑和人工電子受體 4. 拆開和重組三、呼吸鏈

12、組分的排列順序呼吸鏈的排列順序：各成分按低氧還電位高氧還電位電子傳遞方向：低氧還電位高氧還電位（釋放能量）1. 根據(jù)標準氧化還原電位E0表示氧化還原能力的大小，值越小還原性越強，失電子能力越強，決定電子流動方向 （一）研究方法及實驗證據(jù)（了解）由以下實驗確定 1. 標準氧化還原電位 2. 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 3. 特異呼吸鏈抑制劑和人工電子受體 4. 拆開和重組三、呼吸鏈成分的排列順序（二）電子傳遞鏈的順序NADH氧化呼吸鏈: 主要的呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈（FADH2氧化呼吸鏈）（二）電子傳遞鏈的順序 b電子傳遞鏈返回節(jié)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子傳遞的物

13、質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。 利用專一性電子傳遞抑制劑選擇性地阻斷呼吸鏈中某個傳遞步驟，再測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。ReducedOxidized魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氫疊氮化合物2、幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位萎銹靈返回章第三節(jié) 氧化磷酸化一、ATP的生成方式二、氧化磷酸化的作用機制三、ATP合成機制四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制五、線粒體穿梭系統(tǒng)六、能荷一、ATP的生成方式根據(jù)生物氧化方式，可將氧化磷酸化分為1. 底物水平磷酸化2. 電子傳遞體系磷酸化 伴隨電子從底物到氧的傳遞，ADP被磷酸化形成ATP的酶促過程即

14、是氧化磷酸化作用。通常所說的氧化磷酸化是指電子傳遞體系磷酸化返回節(jié)二、氧化磷酸化的作用機制 （一）ATP產(chǎn)生的數(shù)量 研究氧化磷酸化最常用的方法：測定線粒體或其抑制劑的P/O比值和電化學實驗。 1. P/O比值:每兩個電子傳遞給1個氧原子所產(chǎn)生的ATP的分子數(shù)（ADP磷酸化為ATP）。最初的實驗表明：NADH呼吸鏈的P/O值是3（現(xiàn)2.5）， FADH2呼吸鏈的P/O值是2（現(xiàn)1.5）， 2.ATP產(chǎn)生的數(shù)量NADH氧化呼吸鏈傳遞2H僅生成 2.5分子ATP。FADH2氧化呼吸鏈傳遞2H僅生成 1.5分子ATP。(二)氧化磷酸化ATP 合成的能量來源 電子傳遞過程是一個高度放能過程（約220kJ

15、/mol），產(chǎn)生的能量主要用于轉移質(zhì)子，隨后用于ATP的合成。這種能量的保存和隨后ATP酶對能量利用稱為能量偶聯(lián)。P355（三） 能量偶聯(lián)假說氧化與磷酸化作用如何偶聯(lián)尚不夠清楚，目前主要有三個學說：化學耦聯(lián)學說結構耦聯(lián)學說化學滲透學說1. 化學偶聯(lián)假說（1953） 認為電子傳遞過程產(chǎn)生一種活潑的高能共價中間物。它隨后的裂解驅(qū)動氧化磷酸化作用。但未發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)的存在。2. 構象偶聯(lián)假說（1964） 認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)生了構象變化，形成一種高能形式。這種高能形式通過ATP的合成而恢復其原來的構象。 電子傳遞過程中蛋白質(zhì)組分的構象變化還是存在的，但未發(fā)現(xiàn)與氧化磷酸化偶聯(lián)。3

16、.化學滲透學說（1961）目前最有說服力認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。P355化學滲透假說詳細示意圖ADP+PiATP化學滲透假說示意圖3.化學滲透學說 （1）要點遞H體與遞e體按照特定的順序排列在線粒體內(nèi)膜上電子傳遞過程中釋放的能量用于將H+泵出內(nèi)膜，線粒體內(nèi)膜對H+不通透，造成H+跨膜梯度H+跨膜梯度蘊含的能量（通過ATP酶）用于生成ATP兩個問題：質(zhì)子梯度如何建立？如何利用質(zhì)子梯度合成ATP？（2）支持化學滲透假說的實驗證據(jù)：氧化磷酸化作用的進行需要封閉的線粒體內(nèi)膜存在。線粒體內(nèi)膜對H+ OH- K+ Cl-都是不通透的。破壞H+ 濃度梯度的形

17、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行。線粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠?qū)+ 從線粒體內(nèi)膜逐出到線粒體膜間隙。大量直接或間接的實驗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移。迄今未能在電子傳遞過程中分離出一個與ATP形成有關的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高能存在形式。返回節(jié)三、ATP合成機制在分離得到4種呼吸鏈復合體的同時還得到復合體，即ATP合酶。（一）ATP合酶的結構線粒體膜上的ATP合酶（ATP synthase)是受質(zhì)子動力推動的酶?？纱呋疉TP水解放能，又稱為FoF1-ATP酶；又可從質(zhì)子動力獲能，合成ATP。自然界最小

18、的旋轉發(fā)動機P355F1在線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側形成顆粒狀突起即頭部含5種不同的亞基（3、3、1、1 、1 ） 。其功能是催化生成ATPF0鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中。細菌的由a1b2c9-12亞基組成。與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通道）OSCP（動物中）：寡霉素敏感相關蛋白，位于F0與F1之間，使ATP合酶在寡霉素存在時不能生成ATP。由Fo（疏水部分 ）和F1（親水部分）組成。P356FoF1側視圖（二）ATP合酶的工作機制（結合變化和旋轉催化學說）結合變化和旋轉催化學說3個亞基與不同表面結合，構象不同呈現(xiàn)不同活性 O開放型（釋放ATP）；T緊密結合型（催化）；L疏松型質(zhì)子流動 驅(qū)動C單位轉動 帶動

19、亞基轉動 誘導亞基構象改變 ATP釋放和重新合成返回節(jié)P357四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制 不同的化學因素對氧化磷酸化過程的影響不同，根據(jù)它們不同的影響方式可分為三大類：（一）解偶聯(lián)劑的解耦聯(lián)作用 使電子傳遞與ADP磷酸化兩個過程分開，失去它們的緊密聯(lián)系。只抑制ATP的形成，不抑制電子傳遞過程 ，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：快速消除質(zhì)子梯度，因此只抑制氧化磷酸化的ATP形成，對底物水平的磷酸化沒有影響。 P357pH=7 脂不溶脂溶性增加膜對質(zhì)子的通透性破壞跨膜質(zhì)子化學梯度（H+梯度）2,4-二硝基苯酚雙香豆素（二）解偶聯(lián)蛋白（棕色脂肪組織線粒體） F0 F1 Cyt cQ胞液側 基質(zhì)側 解偶聯(lián) 蛋白熱能 H+ H+ ADP+Pi ATP （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的生成過程，結果也使電子傳遞不能進行。例：寡霉素：與F0的一個亞基結合而抑制ATP合成 寡霉素(oligomycin) 可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素（四）離子載體抑制劑 生物膜上的脂溶性物質(zhì)，與某些離子結合，并作為它們的載體，使這些離子能夠穿過膜，破壞跨膜電化學梯度，從而破壞氧化磷酸化過程。 與解偶聯(lián)劑區(qū)別：H+離子以外的其它一價陽離子的載體，改變除H+以外的一價陽